新疆阿瓦提縣鹽堿地治理理論與措施分析研究

郭 琳，郭 健，張 兵

(1.新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院地質(zhì)勘查研究所，新疆 烏魯木齊 830052;2.新疆昌吉學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

阿瓦提縣地處天山南麓塔里木盆地西北部、塔克拉瑪干大沙漠北緣，阿克蘇河、葉爾羌河與和田河匯合處的三角洲平原上。地形比較平坦，平均坡降2.5‰ ～5‰，潛水埋深較淺，約2 m左右，在強(qiáng)烈蒸發(fā)作用下，土壤鹽漬化程度較高。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在全縣8×104hm2耕地面積中，約50.94%的耕地出現(xiàn)不同程度的土壤鹽漬化。在4.07×104hm2鹽漬化耕地面積中，重度鹽漬化面積1.16×104hm2，占鹽漬化耕地面積的28%，中度鹽漬化耕地面積為2.28×104hm2，占鹽漬化耕地面積的56%，輕度鹽漬化耕地面積0.65×104hm2，占鹽漬化耕地面積的16%。土壤鹽漬化使耕地面積質(zhì)量下降，產(chǎn)出率低，嚴(yán)重地制約著農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。為此，實(shí)施鹽堿地改良與利用是改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、生態(tài)環(huán)境條件和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，也是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的需要。

2 阿瓦提縣的自然環(huán)境特征

該縣地處北緯 39°31'～ 40°50'，東經(jīng) 79°45'～ 81°05'，土地總面積 132×104hm2，其中平原區(qū)面積 72.16×104hm2，荒漠面積 60.18×104hm2。氣候特征是:夏季炎熱，冬季嚴(yán)寒，降水量稀少，蒸發(fā)量大，屬典型大陸性荒漠氣候。據(jù)縣氣象站觀測(cè)統(tǒng)計(jì)資料，多年平均氣溫10℃ ～11℃，極端最高氣溫為39.4℃(7月份)，極端最低氣溫 －25℃(元月份)，全年降水量29.1 mm，多年平均蒸發(fā)量1 905 mm。

該縣不產(chǎn)流，阿克蘇河、葉爾羌河與和田河三河在肖峽克匯成塔里木河，最終流入臺(tái)特瑪湖。

據(jù)地質(zhì)勘探資料，在三角洲平原區(qū)，第四系厚度可達(dá)400～900 m，含水層類(lèi)型主要是松散巖類(lèi)孔隙潛水，水位埋深一般在2 m左右，單位涌水量2～3 L/s·m，礦化度在三角洲上部多在2 g/L以下，其下部及邊緣地區(qū)在2g/L以上，甚至高達(dá)5 g/L以上。

3 鹽堿地現(xiàn)狀分布與成因

3.1 鹽漬化類(lèi)型

根據(jù)對(duì)鹽堿地區(qū)0～30 cm和0～100 cm取樣分析，并按《新疆土壤》鹽堿地分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分，其結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可看出，0～30 cm含量鹽量比0～100 cm含量鹽量的重、中、輕鹽漬化地區(qū)都高。輕中度鹽漬化地區(qū)為 Cl—SO4鹽類(lèi)型，而重度鹽漬化地區(qū)為Cl鹽。

表1 土壤含鹽量及鹽分分類(lèi)表

3.2 鹽堿地現(xiàn)狀分布

阿瓦提縣鹽堿地主要分布在玉滿(mǎn)灌區(qū)、豐收灌區(qū)、拜什艾日克灌區(qū)和英艾日克灌區(qū)。鹽漬化程度主要以中、重度鹽漬化為主。四個(gè)灌區(qū)中，英艾日克灌區(qū)鹽漬化面積所占比例最大，次之為拜什艾日克灌區(qū)，詳見(jiàn)表2。

3.3 鹽堿地的成因

鹽漬化土壤是一個(gè)自然歷史形成體，有其自身發(fā)生發(fā)展的客觀規(guī)律。區(qū)內(nèi)的干旱氣候及其比較高的地下水位，引起土壤鹽漬化，加之人們不當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)灌溉，加速了土壤鹽漬化的進(jìn)程，導(dǎo)致該縣產(chǎn)生了大面積的鹽堿地。究其主要原因有:

3.3.1 土壤母質(zhì)鹽分本底值偏高

河流溶解了大量礦物質(zhì)，搬運(yùn)堆積在三角洲平原，成為土壤母質(zhì)組成部分。在蒸發(fā)量大于降水量數(shù)十倍極端干旱氣候影響下，地下水份循環(huán)比較活躍，通過(guò)毛細(xì)管作用，水份到達(dá)地表被蒸發(fā)掉，而鹽份留在地表而聚集，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史，土壤中就積聚了大量的鹽份而產(chǎn)生鹽漬化。

表2 鹽漬化耕地面積統(tǒng)計(jì)表 104hm2

3.3.2 特定的水文地質(zhì)條件是土壤積鹽的重要原因

在三河匯合處三角洲平原區(qū)，中上部地形坡度較大且沉積物質(zhì)顆粒較粗，地下水位埋深2～3 m，礦化度小于2 g/L，大多在1 g/L，水化學(xué)類(lèi)型為 HCO3·SO4—Mg·Ca型水或HCO3·SO4—Mg·Ca·Na型，土壤基本上不產(chǎn)生鹽漬化或部分地段有輕度鹽漬化。但在三角洲平原下部及其邊緣地段，由于地下水埋深小于2 m，礦化度在2 g/L以上，甚至高達(dá)5 g/L，水化學(xué)類(lèi)型為 SO4·Cl—Ca·Mg 型水或?yàn)?Cl·SO4—Na型水，土壤的積鹽過(guò)程明顯增強(qiáng)，鹽漬化程度增高。

3.3.3 灌溉水平落后，排水系統(tǒng)不健全加快了土壤的積鹽過(guò)程

時(shí)至今日，阿瓦提這四個(gè)灌區(qū)，仍然采用傳統(tǒng)的地面灌溉，灌溉定額過(guò)大，甚至采用大水漫灌，加之田塊面積大，土地平整程度差，而排水系統(tǒng)又不健全且淤積嚴(yán)重，排水能力很低，致使地下水位不斷上升，土壤中大量積鹽，呈現(xiàn)出重度的土壤鹽漬化。

4 鹽堿地治理的理論與措施

4.1 鹽堿地治理的指導(dǎo)思想與原則

鹽堿地治理的指導(dǎo)思想應(yīng)是防治并重，改良與利用相結(jié)合。治理應(yīng)遵守的基本原則是:4.1.1 防治并重，以防為主對(duì)輕度鹽漬化或未發(fā)生次生鹽漬化的地區(qū)，首先是采用預(yù)防措施。盡量減少傳統(tǒng)灌溉方式，多采用滴灌技術(shù)，減少灌溉入滲補(bǔ)給地下水量，控制地下水位上升，搞好土地平整和配合農(nóng)業(yè)綜合措施，阻截或減緩毛細(xì)管作用，防止土壤積鹽。對(duì)中、重度鹽漬化地區(qū)作為重點(diǎn)治理對(duì)象，必須采用節(jié)水灌溉工程和排水工程，及其相應(yīng)的農(nóng)業(yè)綜合配套設(shè)施建設(shè)，以獲取良好的治理效果。

4.1.2 統(tǒng)籌考慮，因地制宜

鹽堿地治理要有全局觀念，應(yīng)從有利于灌區(qū)水鹽平衡，對(duì)水土資源做出統(tǒng)一安排，綜合平衡，正確處理好上游與下游、灌區(qū)與灌區(qū)間、灌區(qū)生態(tài)環(huán)境與綠洲邊緣之間的關(guān)系，建立起完整的灌溉系統(tǒng)和排水系統(tǒng)，以達(dá)到徹底改良鹽堿地的目的。

鑒于各灌區(qū)土壤鹽漬化程度不同，農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的差異以及土壤改良條件相差較大。因此，在鹽堿地治理時(shí)，應(yīng)科學(xué)制定土壤鹽漬化改良分區(qū)，要因地制宜，采用不同的治理措施。

4.1.3 綜合治理，水利當(dāng)先

眾所周知，“鹽隨水來(lái)，鹽隨水去”，既然是不合理灌溉和排水不力，導(dǎo)致地下水位抬高，造成土壤次生鹽漬化，當(dāng)然防治土壤漬化必須從解決水問(wèn)題開(kāi)始。因?yàn)樗峭寥婪e鹽傳送者，也是土壤脫鹽的輸出者。因此，科學(xué)地調(diào)控地下水位動(dòng)態(tài)，才是治理鹽漬化的關(guān)鍵。在解決水問(wèn)題的同時(shí)，配以農(nóng)林草等綜合措施，才能獲得最佳的治理效果。

4.1.4 改良是手段，利用是目的

不同種類(lèi)作物和林木，其耐鹽程度不同。對(duì)耐鹽程度高的林木，可在鹽堿地種植，既可營(yíng)造良好的生態(tài)環(huán)境，也能實(shí)現(xiàn)先利用后改良，在利用中改良，從而達(dá)到充分有效利用的目的。

4.2 鹽堿地治理的理論與措施

4.2.1 鹽堿地治理的措施

1)供需水平衡分析

根據(jù)治理區(qū)的耕地面積，和適宜本地的作物灌溉制度，確定出不同水平年的需水量。依據(jù)地表水來(lái)水量和地下水資源量，分析制定出相應(yīng)水平年的可供水量。通過(guò)供需水平衡分析，可以確定出治理區(qū)工程前后引入?yún)^(qū)內(nèi)的地表水量和地下水量。依據(jù)水化驗(yàn)資料，分別計(jì)算來(lái)水項(xiàng)和去水項(xiàng)的鹽量，即進(jìn)入治理區(qū)的總鹽量和出區(qū)的總鹽量，兩者之差能說(shuō)明治理區(qū)是處在積鹽和脫鹽狀態(tài)。不同水平年的供需水計(jì)算是在一定灌排工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。若處在脫鹽狀態(tài)，說(shuō)明實(shí)施后供需水平衡設(shè)計(jì)合理，即治理區(qū)去水項(xiàng)中的排水溝排出鹽量大于蒸發(fā)蒸騰量帶出的鹽量。鹽漬化可以得到控制，否則需調(diào)整工程措施，以達(dá)到進(jìn)一步脫鹽時(shí)的供需水平衡。

2)水鹽均衡方程

治理區(qū)水鹽均衡方程可采用兩個(gè)方程，即

式中:Q入為進(jìn)入治理區(qū)地表水量和地下水量，104m3;Q出為從治理區(qū)排出的地表水量和地下水量，104m3;Q消為區(qū)內(nèi)植被的蒸騰量和潛水蒸發(fā)量，104m3;Q地補(bǔ)為區(qū)內(nèi)的地下水補(bǔ)給量，104m3;Q地排為從區(qū)內(nèi)排出的地下水量，104m3;±△Q儲(chǔ)為區(qū)內(nèi)地下水儲(chǔ)存量的變化量，104m3

這兩個(gè)方程實(shí)質(zhì)上，就是反映水鹽轉(zhuǎn)化關(guān)系。在制定一個(gè)最佳的治理區(qū)的鹽控地下水位。再進(jìn)行水鹽均衡計(jì)算，以達(dá)到控制鹽漬化的目的。

4.2.2 鹽堿地治理的措施

從上述理論可知，治理鹽堿地主要措施，就是要調(diào)控地下水位，即通過(guò)灌排工程措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1)灌溉工程

目前的灌溉工程主要有渠系工程、噴滴灌工程和井灌工程。目的都在于控制灌溉水量，減少對(duì)潛水含水層的補(bǔ)給量，防止地下水位上升，同時(shí)要保持一定灌溉水量，使治理區(qū)的鹽份得到?jīng)_洗，且鹽份能搬出區(qū)外，這就意味著單一的灌溉工程是不能達(dá)到治理鹽堿地的目的。為此，根據(jù)治理區(qū)的環(huán)境條件實(shí)際，采用適宜的聯(lián)合灌溉工程，即滴灌工程與渠系工程或渠系工程和井灌工程相結(jié)合，治理鹽堿地的效果會(huì)更好。不管采用何種聯(lián)合灌溉工程，而在阿瓦提縣四個(gè)有鹽漬化的灌區(qū)，必須重視以下幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)。

(1)滴灌工程

①作物的灌溉定額

棉花凈灌溉定額在20 m3/km2(300 m3/畝)，果樹(shù)灌溉定額 26 m3/hm2(390 m3/畝)。

②滴灌灌溉水利用系數(shù)要達(dá)到0.92。

(2)渠系灌溉工程

①作物的凈灌溉定額:小麥23 m3/km2(340 m3/畝)，玉米灌溉定額22 m3/hm2(330 m3/畝)。

②灌溉水利用系數(shù):渠系水利用系數(shù)0.773，田間水利用系數(shù) 0.92，由灌溉水利用系數(shù)為 0.711。

(3)井灌工程:作物灌溉定額與前述一致，最好實(shí)施滴灌，與滴灌灌溉水利用系數(shù)一致，若為渠灌，灌溉水利用系數(shù)要達(dá)到 0.75。

依據(jù)這些技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)供需水平衡計(jì)算，可以確定灌溉工程規(guī)模，按照《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50288－99進(jìn)行灌溉工程規(guī)劃布置與設(shè)計(jì)。

2)排水工程

排水工程必須和現(xiàn)有排水設(shè)施組成健全的排水系統(tǒng)，同時(shí)要與灌溉工程密切相結(jié)合，真正達(dá)到有灌有排，控制鹽漬化的產(chǎn)生。同樣在設(shè)計(jì)排水工程時(shí)也要控制幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)。

(1)鹽控地下水位的制定

根據(jù)對(duì)阿瓦提縣鹽堿地主要作物耐漬深度的調(diào)查，小麥耐漬深度 1.0～1.2 m，棉花的耐漬深度為 1.5 ～2 m，為此，鹽控的地下水位埋深要達(dá)到2 m以上，我們認(rèn)為取2.5 m比較安全。

(2)排水模數(shù)

式中:q為防止鹽漬化的排水模數(shù) m3/d;μ為地下水位降深范內(nèi)的平均給水度;V為排水地段內(nèi)地下水面形狀修正系數(shù)，通常取0.7～0.8;h0為地下水位的實(shí)際埋深(m)，可認(rèn)為是每次灌水后引起的地下水位抬高值時(shí)的地下水位埋深;ht為設(shè)計(jì)的鹽控地下水位埋深值(m);t為防止土壤返鹽的排鹽時(shí)間，一般設(shè)計(jì)時(shí)取12 d;Sn為排水過(guò)程，地下水平均蒸發(fā)強(qiáng)度，可按棉花日蒸發(fā)強(qiáng)度(mm)取舍

由以上參數(shù)值和耕地面積，可計(jì)算出治理區(qū)應(yīng)排出的水量，可按《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50288－99進(jìn)行排水工程布置與設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

在阿克蘇河流域三角洲地帶，有著獨(dú)特的水文地質(zhì)特征，在大陸性極端干旱氣候的影響下，土壤產(chǎn)生鹽漬化是必然的。在阿瓦提縣8×104hm2耕地面積中，約4.07×104hm2耕地面積出現(xiàn)不同程度的鹽漬化，主要分布在玉滿(mǎn)、豐收、拜什艾日克和英艾日克等四個(gè)灌區(qū)，且以中、重度鹽漬化為主，約占土壤鹽漬化面積的85%，主要為Cl—SO4鹽和Cl鹽。

根據(jù)鹽漬化成因，提出了鹽堿地治理以防治并重，改良與利用相結(jié)合的指導(dǎo)思想，制定了“防治并重，以防為主;統(tǒng)籌考慮，因地制宜;綜合治理，以水當(dāng)先;改良是手段，利用是目的”治理原則。

根據(jù)以往鹽堿地治理的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，本文提出了以供需水平衡和水均衡理論作為治理的理論依據(jù)。

在堅(jiān)持治鹽和控鹽相結(jié)合方針指引下，指出了不同灌水方法的作物凈灌溉定額、灌溉水利用系數(shù)和鹽控地下水位。依據(jù)這些技術(shù)參數(shù)作為灌排工程規(guī)劃設(shè)計(jì)依據(jù)。并按以《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50288－99進(jìn)行灌溉工程和排水工程的具體設(shè)計(jì)。

［1］崔文采，等.新疆土壤.中國(guó)科學(xué)出版社.1996.3

［2］鐘俊平，等.土壤學(xué)及新疆土壤.新疆科技衛(wèi)生出版社.1993.4

［3］灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50288－99.