干旱揚水灌區(qū)鹽堿化成因及綜合治理對策研究

何玉琛，聶俊坤，徐存東

（1.甘肅省景泰川電力提灌管理局，730400，景泰；2.華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，450045，鄭州）

大面積的土地荒漠化已成為威脅干旱區(qū)人們生存和社會可持續(xù)發(fā)展的重大環(huán)境和社會問題。甘肅省景泰川電力提灌灌區(qū)（以下簡稱“景電灌區(qū)”）通過建設(shè)梯級揚水工程發(fā)展荒漠人工綠洲，40多年來極大地改善了區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)社會效益。但景電灌區(qū)長期不合理的大水漫灌、串灌和有灌無排、渠系滲漏，農(nóng)業(yè)技術(shù)粗放以及相對封閉的地質(zhì)地形條件等原因造成灌區(qū)大面積耕地出現(xiàn)鹽堿化和次生鹽堿化問題，嚴(yán)重制約著灌區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。本文分析了景電灌區(qū)土壤鹽堿化和次生鹽堿化產(chǎn)生的機(jī)理，并提出相應(yīng)的鹽堿地改良與綜合治理措施。

一、研究區(qū)概況

景電灌區(qū)地處甘肅省河西走廊地區(qū)，灌溉面積39.33萬hm2，屬于干旱大陸型氣候，多年平均年降水量186 mm，年蒸發(fā)量 3 600 mm，且風(fēng)大沙多，年均風(fēng)速為3.5 m/s，年均氣溫8.2℃，年日照時數(shù)為2 726 h。灌區(qū)內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造是第三系統(tǒng)上的內(nèi)陸河湖相地層和十分發(fā)育的第四系地層。灌區(qū)耕地土壤以荒漠灰鈣土為主，土壤有機(jī)質(zhì)含量低且結(jié)構(gòu)松散，土壤中毛管發(fā)育多且連續(xù)程度好，利于水鹽的運移。灌區(qū)內(nèi)裸露的灰鈣土地區(qū)為半農(nóng)半牧區(qū)，水土流失嚴(yán)重，需進(jìn)行水土保持、發(fā)展灌溉以提高土壤肥力，但同時灌區(qū)土壤鹽堿化和次生鹽堿化問題逐漸顯露出來。因此探尋景電灌區(qū)鹽堿地的形成機(jī)理，進(jìn)行相應(yīng)的恢復(fù)治理工作迫在眉睫。

二、灌區(qū)鹽堿地成因分析

1.自然條件因素

一是干旱的氣候條件。景電灌區(qū)深居內(nèi)陸，屬高蒸發(fā)低降水的溫帶干旱大陸型氣候。稀少的雨量和有限的淋溶決定了進(jìn)入土壤的水分大部分通過蒸發(fā)排泄到大氣中。在地表蒸發(fā)過程中，土壤中的攜鹽水分沿著土壤毛細(xì)管上移，水分由蒸發(fā)耗散于大氣，而鹽分則留于土壤表層，隨著鹽分的不斷積累即造成土壤鹽堿化。

二是低洼封閉的地形條件。地表水和地下水從上游向下游流動的過程中，礦化度會逐漸升高，土壤鹽堿化程度也由低到高。景電灌區(qū)內(nèi)封閉、半封閉的盆地地形出流滯緩，排泄不暢，往往分布形成大量鹽堿地。灌區(qū)內(nèi)的草窩灘盆地四周環(huán)山，地形較為封閉，只在盆地東南角娃娃水地區(qū)形成一個自然匯水中心，再加上西部山地裂隙水和灌溉水滲入補(bǔ)給，致使該盆地地下水水位逐年上升，在地勢低洼處地下水已經(jīng)露出地表，造成大面積的鹽沼地和棄耕地。

三是較高的成土母質(zhì)含鹽量。景電灌區(qū)的土壤母質(zhì)富含殘余鹽和洪積鹽土，并廣泛分布著第三紀(jì)地層湖相沉積物、洪積物、風(fēng)積物等。灌區(qū)表層100～150 cm為含鹽量較高的風(fēng)成黃土，在黃土與下層砂巖之間存在一層厚度約30～50 cm的紅銹色泥質(zhì)膠結(jié)砂層，該土層結(jié)構(gòu)密實且隔水性強(qiáng)，阻礙了水鹽下滲，致使表層土壤積聚鹽分而發(fā)生鹽堿化。

2.人工灌溉因素

一是粗放的灌溉模式。景電灌區(qū)普遍存在著大水漫灌、串灌等不合理的灌溉模式，相當(dāng)部分農(nóng)戶仍錯誤地堅持高定額帶來高產(chǎn)量的觀念。過量的灌溉遠(yuǎn)超過作物生長需求量，并引發(fā)地下水水位升高，導(dǎo)致低洼處耕地大面積次生鹽堿化發(fā)生。

二是匱乏的排水系統(tǒng)。景電灌區(qū)普遍存在重灌輕排的觀念，有灌無排、蓄而不泄現(xiàn)象嚴(yán)重。為使土壤穩(wěn)定脫鹽，灌水與排水的比例應(yīng)達(dá)到2∶1～4∶1，而景電灌區(qū)多數(shù)地區(qū)的這一比例超過10∶1，僅依靠潛水蒸發(fā)與天然形成的排堿溝來排泄灌溉回歸水會造成灌排的嚴(yán)重失調(diào)，并引發(fā)土壤次生鹽堿化。灌區(qū)蘭石農(nóng)場等地區(qū)排堿溝疏于管理，淤積堵塞嚴(yán)重，基本喪失排堿功能，亟待疏浚。

三是持續(xù)抬升的地下水水位。景電灌區(qū)人工提水灌溉前，高地土壤含鹽量高，坡洼地含鹽量低，未澆水土壤含鹽量則更少。人工提灌前的地下水處于補(bǔ)給與排泄基本相等的平衡狀態(tài)，地下水水位基本穩(wěn)定。灌區(qū)上水后年均提水達(dá)3.9億m3,除去因蒸散發(fā)消耗的水分每年有超過6000萬m3灌溉水滲漏補(bǔ)給地下水，打破了灌區(qū)地下水原有補(bǔ)排平衡，造成灌區(qū)地下水水位逐年持續(xù)抬升。景電灌區(qū)自然條件下地下潛水蒸發(fā)的臨界深度為2.0m，當(dāng)?shù)叵滤簧仙翝撍舭l(fā)的臨界深度以內(nèi)時，鹽分便會向表層土壤迅速積聚，最終造成灌區(qū)土壤的次生鹽堿化。

灌區(qū)地勢較低的草窩灘、梁家槽子等地曾是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)區(qū)，但因地下水水位上漲帶來的土壤次生鹽堿化，導(dǎo)致畝產(chǎn)不足60 kg且部分耕地棄耕。相反，在灌區(qū)內(nèi)地勢較高地區(qū)的鹽漬斑塊則由大變小，鹽堿化程度逐年緩解。如地勢較高的西干六、七、八支灌溉區(qū)，因人工灌溉淋洗土壤，土壤逐漸脫鹽，如今畝產(chǎn)可達(dá)300 kg。綜上可知人工灌溉直接導(dǎo)致了灌區(qū)高處土壤淋洗脫鹽，而低洼處因地下水水位上升而發(fā)生土壤次生鹽堿化，過高的地下水水位是景電灌區(qū)低洼地土壤次生鹽堿化的重要原因。

四是較高的地下水礦化度。景電灌區(qū)人工灌溉水在入滲、匯集和下泄的過程中溶入大量的氮、磷、鉀等肥料元素和土壤鹽分，具有較高的“肥力”。檢測表明， 灌區(qū)地下水中的 P2O5、NH4+、NO2-等的含量較引黃水分別高出2.8倍、1.7倍和14.6倍以上，地下水礦化度多年平均值在1.3～12g/L之間，普遍較高。高礦化度的地下水通過土壤毛管上升至表層，或在匯水聚鹽帶蒸發(fā)失水，將鹽分積留于地表，進(jìn)而加劇土壤鹽沼化。

三、灌區(qū)鹽堿地綜合治理對策

1.農(nóng)業(yè)、生物及化學(xué)改良措施

（1）農(nóng)業(yè)改良措施

一是土地整治。通過平整土地縮小畦塊可消除局部洼坡積鹽的不利地形，提高灌水均勻度和灌溉水利用率，從而有效防止土壤斑狀鹽堿化。灌區(qū)內(nèi)的蘆陽盆地、草窩灘盆地開展的土地平整工作,有效降低了堿斑面積,使農(nóng)作物獲得增產(chǎn)。

二是合理培肥。采取增施有機(jī)肥和種植綠肥相結(jié)合的培肥方式，不僅可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,還可增加覆蓋層,起到減少蒸發(fā)和抑鹽的作用。灌區(qū)有機(jī)肥增施量取30000～45000 kg/hm2為宜，同時宜將有機(jī)肥均勻鋪撒,并逐年深翻,從而增強(qiáng)土壤的熟化度。

三是深耕深翻。對灌區(qū)鹽堿地進(jìn)行深耕深翻，可及時破除板結(jié),改善土壤通氣和土壤透水性，同時也使得毛細(xì)管阻斷，抑制土壤鹽分的上移積聚。深耕深翻深度一般為25～35 cm，宜在夏收后及時進(jìn)行。

四是覆蓋地膜。通過對灌區(qū)土壤覆蓋地膜，可使表層土壤水鹽由垂向運移變?yōu)闄M向地膜側(cè)向運移，從而降低地膜覆蓋區(qū)內(nèi)的土壤鹽分，有效改良中輕度鹽堿土地。

（2）生物改良措施

一是營造防護(hù)林。建設(shè)防護(hù)林能夠擴(kuò)大灌區(qū)地表植被覆蓋，改善小氣候環(huán)境，降低土壤和空氣間的水熱交換速率，通過減少地表積鹽的動力，達(dá)到降低土壤鹽堿積聚的效果。

二是種植耐鹽牧草。對于灌區(qū)宜農(nóng)宜牧且鹽堿化程度較輕的土地，可推廣種植耐鹽堿抗貧瘠的綠肥作物，如堿茅、油葵、苜蓿等優(yōu)良品種。通過種植耐鹽牧草不僅可減少土壤鹽分，還可為發(fā)展畜牧業(yè)創(chuàng)造條件。

三是化學(xué)改良措施。灌區(qū)鹽堿地施用土壤化學(xué)改良劑，可中和土壤鹽堿成分，改善土壤適作條件。目前主要的化學(xué)改良劑有PK劑增效劑、禾康、康地保等。施用化學(xué)改良劑時應(yīng)綜合采用深翻、松土、施有機(jī)肥、客土摻沙等農(nóng)業(yè)輔助措施。

2.水利灌排改良措施

（1）合理灌溉，控制定額

景電灌區(qū)普遍采用漫灌、串灌等粗放的灌溉方式，致使地下水水位年均上升約0.2m。因此，可將漫灌改為畦灌、溝灌、小塊灌等節(jié)水灌溉模式，同時嚴(yán)格控制灌溉定額，以提高灌溉水利用率。灌區(qū)目前全年灌溉定額約為6000～6750m3/hm2，若采取節(jié)水灌溉模式，則可年節(jié)約灌溉水近1 200 m3/hm2。另外，在井灌、引黃交叉灌區(qū)，可將井水與黃河水適當(dāng)混摻利用，這樣不僅減少了對引黃水源的依賴，還加速了地下水鹽循環(huán)條件，改良了鹽堿化土壤。

（2）推廣節(jié)水灌溉技術(shù)

噴灌、滴灌具有省水、省工、省地、地形適應(yīng)性強(qiáng)、灌溉水利用率高、投資運營成本高的特點。如灌區(qū)條山農(nóng)場擁有滴灌耕地約900 hm2，灌溉水利用率可達(dá)65%，年均可減少灌溉滲漏水量66萬m3。

膜上灌溉技術(shù)具有節(jié)水保溫且投資較少的特點，近年在灌區(qū)推廣迅速。目前，灌區(qū)已發(fā)展地膜小麥約1.6萬hm2,玉米、蔬果等0.45萬hm2，年均節(jié)水850m3/hm2，減少下滲量近35萬m3。

（3）完善明溝與暗管排水系統(tǒng)

景電灌區(qū)次生鹽堿化的重要原因是地下水水位過高。因此加強(qiáng)排水、調(diào)控灌區(qū)地下水水位是防治灌區(qū)土壤次生鹽堿化的關(guān)鍵舉措。灌區(qū)局部低洼區(qū)、重度鹽漬化區(qū)應(yīng)根據(jù)實際地形特征，開挖明溝、坎兒井，建設(shè)暗管暗道排水工程，疏通地下水排泄途徑，從而降低地下水水位。如灌區(qū)內(nèi)的馬鞍山鹽漬化區(qū)在建設(shè)排水工程后，地下水水位顯著降低，上萬畝的鹽堿耕地得以改良，畝產(chǎn)小麥達(dá)250 kg以上。另外對排水溝渠嚴(yán)重淤塞地區(qū)，應(yīng)經(jīng)常不定期地開展對各級干支排水溝渠的清淤治理與維護(hù)工作，確保灌區(qū)排水系統(tǒng)的暢通。

（4）開發(fā)井灌利用地下水

景電灌區(qū)地下水礦化度較高，pH值平均為7.67，這種水質(zhì)的地下水可由機(jī)井開采出來與引黃渠水混合，作為耐鹽作物的灌溉水源使用。如東漫水灘開挖有62眼機(jī)井，年開采地下水量約1 100萬m3用于居民及農(nóng)業(yè)灌溉，不僅降低了對引黃渠水的依賴，更有效降低了地下水水位，緩解了土壤次生鹽堿化。

（5）明溝、爆破式排堿

在灌區(qū)漫灌洗鹽的治理模式下，通過開挖明渠排堿溝可使溶慮土壤鹽堿成分的灌溉回歸水順利排出，從而有效降低土壤含鹽量。如草窩灘開挖排堿溝之后，地下水礦化度由9.43 g/L降至9.08 g/L，地下水水位同時下降0.5～1.0 m，有效遏制了當(dāng)?shù)氐拇紊}堿化趨勢。另外，在有紅銹沙隔層的地區(qū)，可采取點線爆破的方式打通地下水鹽運移通道。如在漫水灘總干三支附近，通過爆破法打通紅銹沙層的阻隔，使得表層積鹽隨灌溉水下滲，從而緩解了土壤鹽堿化。

（6）減小渠系滲漏

渠系滲漏是灌區(qū)地下水的重要補(bǔ)給水源。通過對輸水渠道襯砌、鋪設(shè)塑料防滲膜、砂礫墊層、聚苯乙烯保溫板及防滲墊層等措施，可減少輸水過程中渠道縫隙及凍脹破壞所引起的渠系滲漏，提高輸水效率，并有效減少渠系滲漏對地下水的補(bǔ)給量。

3.健全灌區(qū)水資源管理機(jī)制

一是總量控制，合理調(diào)度。灌區(qū)應(yīng)按照總量控制、定額分配、超量不補(bǔ)、節(jié)約歸己的原則配置用水，并逐步引入水權(quán)觀念。根據(jù)灌區(qū)供需水情況，按照夏、冬灌自上而下，春、秋灌自下而上的原則制定配水計劃。依據(jù)耕地面積、灌溉進(jìn)度，按比例將灌溉水分配至各級渠道、村組，促使用戶節(jié)水灌溉。另外，灌區(qū)配水調(diào)度需滿足各泵站區(qū)間、各分水口的流量要求，確保泵站前池水位維持在設(shè)計水位與加大水位之間運行，從而提高泵站提水效率與渠系水利用率。

二是推行季節(jié)水價。通過在灌區(qū)實行季節(jié)水價，采取經(jīng)濟(jì)手段壓夏擴(kuò)秋，促使種植結(jié)構(gòu)更趨合理。目前，灌區(qū)夏秋作物的種植比例約為6.5∶3.5，接近6∶4的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，季節(jié)水價調(diào)控效果逐漸顯現(xiàn)，并達(dá)到緩解季節(jié)性供需水矛盾的目標(biāo)。

三是強(qiáng)化用水效率考核。宜在灌區(qū)完善人工計量設(shè)施并全面推行水自動化建設(shè)，在各總干及獨斗渠處安裝自記式測水儀，不僅可提高量水精度，還可有效監(jiān)督由跑、冒、滴、漏等管理不善導(dǎo)致的水量損失，促使水管理人員提升管理水平，從而提高渠系用水效率。

四、結(jié) 語

景電灌區(qū)鹽堿地的綜合治理是一項系統(tǒng)工程，必須注重工程、農(nóng)藝、化學(xué)、生物等措施的相互配套，注重傳統(tǒng)技術(shù)與新型實用技術(shù)的配套，注重水利、農(nóng)業(yè)和土地管理部門的協(xié)調(diào)配合，注重工程排水在灌區(qū)土壤鹽堿化治理中起到的關(guān)鍵作用。景電灌區(qū)鹽堿地的綜合治理對改善灌區(qū)耕地質(zhì)量、改善區(qū)域小氣候、恢復(fù)植被、增強(qiáng)灌區(qū)農(nóng)作物抵御自然災(zāi)害能力以及促進(jìn)灌區(qū)農(nóng)業(yè)和地方經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展均具有重要意義。

[1]緱倩倩,等.中國西北干旱區(qū)灌區(qū)土壤鹽漬化問題研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2011(29).

[2]楊思存,等.甘肅沿黃灌區(qū)土壤鹽漬化特征及其成因[J].干旱區(qū)研究,2014(1).

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