鹽田填土造陸區(qū)鹽漬化的調(diào)查與分析

冷祥陽(yáng)，許士國(guó)，許 翼

（大連理工大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)部水利工程學(xué)院，遼寧 大連116024）

0 引 言

濱海地區(qū)是人類活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心區(qū)域，經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)和人口的快速膨脹使土地資源越來(lái)越稀缺，圍填海就成為解決人地矛盾的重要措施。然而填海造陸區(qū)的鹽漬化使得該區(qū)域的土地綠化、工程建設(shè)和路基穩(wěn)定面臨一系列特殊的問(wèn)題，直接影響整個(gè)回填區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)，降低各類結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定和使用壽命。

濱海回填區(qū)鹽分的來(lái)源主要有海水、地下水、地表徑流和高含鹽層，大量學(xué)者對(duì)回填區(qū)表層土體的鹽分運(yùn)移和積累過(guò)程做了有針對(duì)性的調(diào)查和實(shí)驗(yàn)分析，證明地下水礦化度越高、地下水位越高、海水入侵越嚴(yán)重，鹽分在回填區(qū)表層中積累的機(jī)會(huì)和數(shù)量就越多[1]，但是對(duì)鹽田上填海造陸鹽漬化的研究較少。當(dāng)鹽田處于極限蒸發(fā)深度之內(nèi)時(shí)，溶解的鹽分在蒸發(fā)作用下直接形成地表積鹽；當(dāng)鹽田處于極限蒸發(fā)深度之外時(shí)，溶解的鹽分雖無(wú)法直接形成地表積鹽，但會(huì)使上層土壤的含鹽量增加，當(dāng)極限蒸發(fā)深度范圍內(nèi)的土壤含鹽量達(dá)到一定濃度時(shí)，同樣會(huì)形成回填區(qū)的地表積鹽。由此可見(jiàn)，高含鹽層的研究不僅是針對(duì)表層土體內(nèi)鹽分運(yùn)移規(guī)律的研究，還包括深層土壤中水鹽運(yùn)移規(guī)律的研究，在空間上，就形成了上層土壤與下層土壤的有機(jī)結(jié)合，使回填區(qū)水鹽運(yùn)移規(guī)律的研究具有整體性。因此，本文以建立在鹽田上的填海造陸工程為研究對(duì)象，對(duì)其危害進(jìn)行初步調(diào)查與分析，為實(shí)驗(yàn)?zāi)M高含鹽層水鹽運(yùn)移規(guī)律提供初步論證，也為控制和改善回填區(qū)地表鹽漬化提供技術(shù)支撐。

1 調(diào)查區(qū)概況

本文研究的環(huán)渤海地區(qū)是地理意義上的環(huán)渤海地區(qū)，包括大連、盤錦、營(yíng)口、曹妃甸、東營(yíng)、萊州等。這些城市的多年平均氣溫、日照時(shí)間、降水量和蒸發(fā)量等氣象數(shù)據(jù)基本一致，并且都已經(jīng)完成或者正在進(jìn)行大量的填海造陸工程。

研究區(qū)地處我國(guó)中緯度地帶，屬于半干旱、半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。沿海地區(qū)受海洋性氣候影響，春季多風(fēng)少雨，夏季炎熱多雨，秋季晴朗高爽，冬季寒冷干燥，具有四季分明的特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該區(qū)年平均氣溫12.2 ℃，無(wú)霜時(shí)間為220 d，光照十分充足，全年日照時(shí)間為2 550 h[2]。

濱?；靥顓^(qū)表層土中，易溶鹽份運(yùn)移的主要載體是水，它隨著水分的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。水分的主要來(lái)源及其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)在很大程度上取決于降水和蒸發(fā)等氣候因素。環(huán)渤海研究區(qū)平均年降水量623 mm[3]，蒸發(fā)量1 657 mm，從降水量和蒸發(fā)量的關(guān)系來(lái)看（見(jiàn)表1），平均蒸發(fā)降水比為2.70，說(shuō)明該區(qū)的蒸發(fā)量遠(yuǎn)高于降水量，這必然會(huì)使鹽分在運(yùn)移的過(guò)程中出現(xiàn)明顯的表層積聚現(xiàn)象，最終會(huì)導(dǎo)致濱?；靥顓^(qū)出現(xiàn)大量的鹽土。

表1 環(huán)渤海各城市多年平均降水量和蒸發(fā)量 mm

2 樣品采集與分析方法

2.1 樣品采集

通過(guò)前期的調(diào)查考證，將取樣目標(biāo)鎖定在大連普灣新區(qū)、盤錦新區(qū)、天津?yàn)I海新區(qū)、東營(yíng)港和萊州龍口，這些地區(qū)都是建立在鹽田之上，且填海造陸工程結(jié)束多年之后土壤含鹽量已趨于穩(wěn)定。每個(gè)地區(qū)取兩組土樣進(jìn)行對(duì)比分析，分別是回填區(qū)表層的土樣和回填區(qū)附近原狀鹽田的土樣。由于春秋季處于蒸發(fā)積鹽階段，夏季處于降雨淋洗階段，而冬季處于鹽量均衡穩(wěn)定階段[4]，所以選擇能代表區(qū)域平均含鹽水平的冬季進(jìn)行樣品采集；在距離海邊2 km 的地方用鐵鏟挖取表層20 cm 的土樣，對(duì)采集的土樣進(jìn)行編號(hào)，記錄采樣時(shí)間、地點(diǎn)，采樣結(jié)束后立即用袋子密封，供化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用。

2.2 樣品分析方法

首先將從野外采集的土壤樣品置于通風(fēng)處，自然風(fēng)干后剔除樣品里的有機(jī)殘?jiān)?、植物根系和侵入體；然后研磨并過(guò)1 mm 篩，稱取過(guò)篩后的土樣50 g，放入500 ml 三角瓶中，加水250 ml，密封，在震蕩機(jī)上震蕩3 min；最后放入離心機(jī)內(nèi)離心5 min，提取上清液立即測(cè)定其電導(dǎo)率和各種水溶性鹽分離子的含量。

土壤水溶性鹽的測(cè)定包括陰陽(yáng)離子的測(cè)定：陽(yáng)離子包括Ca2+，Mg2+，K+，Na+，本文采用EDTA 滴定法測(cè)定Ca2+和Mg2+的含量；采用火焰光度法測(cè)定K+和Na+的含量。陰離子包括HCO3-，CO32-，SO42-，Cl-，采用雙指示劑中和滴定法測(cè)定HCO3-和CO32-的含量；采用AgNO3滴定法測(cè)定Cl-的含量；采用EDTA 間接絡(luò)合滴定法測(cè)定SO42-的含量[5]。電導(dǎo)率用Multi-340i 多參數(shù)水質(zhì)分析儀測(cè)定。

2.3 樣品含鹽量的計(jì)算

電導(dǎo)率與含鹽量成線性關(guān)系，這跟離子的電荷數(shù)和鹽份離子常數(shù)有關(guān)。將土壤樣品的含鹽量和1∶5 土水比浸提液電導(dǎo)率（25 ℃）作相關(guān)分析，查看兩者的相關(guān)程度，求相關(guān)方程和相關(guān)系數(shù)。這也從側(cè)面印證數(shù)據(jù)的可靠性。

取上述8 個(gè)離子含量之和作為土樣的總含鹽量。根據(jù)樣品采集的原則，對(duì)比回填區(qū)表層土壤含鹽量與周邊高含鹽層土壤含鹽量，分析兩者之間的關(guān)系，驗(yàn)證高含鹽層上的填海造陸是否會(huì)加劇回填區(qū)的地表鹽漬化。同時(shí)分析土樣的顆粒級(jí)配與鹽分之間的聯(lián)系。

3 結(jié)果分析

3.1 鹽分測(cè)定結(jié)果

實(shí)驗(yàn)室測(cè)得土樣各離子含量見(jiàn)表2，總含鹽量為8 種離子含量之和。

3.2 填海造陸前后總含鹽量的對(duì)比

根據(jù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對(duì)土樣分別進(jìn)行化學(xué)鹽分和電導(dǎo)率的測(cè)定，繪制了電導(dǎo)率與鹽分濃度之間的關(guān)系圖并求其相關(guān)方程，得：S1∶5=0.295 3X+0.580 4，S1∶5為1∶5 土水比的土壤浸提液電導(dǎo)率（ms/cm），X 為土壤總含鹽量（g/kg）；相關(guān)系數(shù)R2=0.899 9。所以實(shí)驗(yàn)獲取的土樣鹽分含量具有可靠性，可以用來(lái)進(jìn)一步對(duì)比分析[6]。

這些濱海區(qū)的地下水埋藏較淺，深度在1.5～2.5 m 范圍內(nèi)，基本處于極限蒸發(fā)深度之內(nèi)，對(duì)地表積鹽影響較大。普蘭店與盤錦采樣區(qū)地下水的鹽度分別是18.4%和19.1%，兩份土樣的含鹽量基本一致；天津采樣區(qū)地下水的鹽度為9.7%，東營(yíng)采樣區(qū)地下水的鹽度為24.9%，所以濱海新區(qū)的土壤鹽度偏低，而東營(yíng)港的土壤鹽度偏高。由此可以看出，地表土壤的含鹽量與地下水的鹽度和埋深也具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。

由圖1可以看出，如果附近鹽田土壤的含鹽量較高（東營(yíng)），則相應(yīng)回填區(qū)表層土壤的含鹽量也較高；如果附近鹽田土壤的含鹽量較低（天津和萊州），則相應(yīng)回填區(qū)表層土壤的含鹽量也較低，即回填區(qū)表層土壤的含鹽量與附近鹽田土壤的含鹽量具有明顯的一致性。從大連、盤錦、天津和東營(yíng)土樣含鹽量的對(duì)比分析中可以看出，回填區(qū)表層土壤的含鹽量只會(huì)接近附近鹽田土壤的含鹽量，而不會(huì)超出過(guò)多，這是由于鹽田底層粘土含量較高，使其滲透性降低、聚鹽能力增強(qiáng)，以及鹽田在長(zhǎng)期運(yùn)行下對(duì)鹽分的積聚等外界條件造成的。萊州回填區(qū)土壤的含鹽量反而高于附近鹽田土壤，這可能是因?yàn)槿R州鹽田已經(jīng)荒廢已久，淋洗等作用使土壤鹽分稀釋。天津建成20 余年，土壤質(zhì)地條件穩(wěn)定，回填區(qū)與附近鹽田土壤鹽分相近；而大連、盤錦和東營(yíng)的填海相對(duì)較晚，所以兩者鹽分有差異，且隨著回填區(qū)年份的推移，回填區(qū)表層土壤的含鹽量將趨近附近鹽田土壤的含鹽量。

表2 土樣鹽分離子含量 g/kg

圖1 回填區(qū)表層與附近鹽田土壤含鹽量的對(duì)比

3.3 土壤的含鹽量與物理特性的關(guān)系

對(duì)采集的土樣按照GBJ145-90《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行機(jī)械篩分，根據(jù)各土樣礫粒、砂粒和細(xì)粒含量的不同，將土樣劃分為不同的類別：東營(yíng)的土樣是細(xì)粒土，大連和盤錦的土樣是含粗粒的細(xì)粒土，天津的土樣是粉土質(zhì)砂，萊州的土樣是級(jí)配良好砂。在地下水等外界條件相似的情況下，土樣的顆粒級(jí)配與土樣的含鹽量具有較強(qiáng)的聯(lián)系。從圖2中可以看出，大連和盤錦土樣的顆粒級(jí)配相近，且兩地地下水的埋深與礦化度相近，所以兩者土樣的含鹽量比較接近；天津的土樣顆粒級(jí)配較粗，對(duì)水鹽的吸附能力較弱，所以含鹽量低于前兩者；萊州的土樣就是砂土，粒徑最大，而東營(yíng)的土樣是粘土，粒徑最細(xì)，相應(yīng)地萊州土樣的含鹽量最低，而東營(yíng)土樣的含鹽量最高。土壤顆粒級(jí)配對(duì)水鹽運(yùn)移的影響是基于不同粒徑土壤對(duì)水鹽的滲透能力和土壤顆粒吸附能力的差異，細(xì)粒土滲透能力弱，顆粒吸附能力強(qiáng)，降低了其中水鹽運(yùn)移的活躍度，使鹽分更容易在積聚、不易被淋洗。

圖2 土壤含鹽量與顆粒級(jí)配的關(guān)系

顆粒級(jí)配是土壤的一個(gè)重要指標(biāo)，直接決定土壤的諸多物理性質(zhì)和土壤質(zhì)地。通過(guò)測(cè)定土樣的比重和滲透性，發(fā)現(xiàn)隨著土壤顆粒級(jí)配的變化，土壤比重、滲透性等物理指標(biāo)都隨之發(fā)生有規(guī)律的變化，例如隨著粒徑的增加，土壤的滲透性增加（表3），這與已有研究得出的結(jié)論相同[7]。在土壤中，鹽分是隨著水分進(jìn)行遷移運(yùn)動(dòng)的，期間伴隨著顆粒的吸附作用，而水分在土壤中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律又取決于土壤的孔隙度、滲透性等物理指標(biāo)，所以土壤的顆粒級(jí)配間接影響鹽分在土壤中的運(yùn)移規(guī)律，進(jìn)而影響地表積鹽的程度。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)幾個(gè)鹽田的調(diào)查取樣與實(shí)驗(yàn)分析，得出鹽田之上填海造陸的鹽漬化現(xiàn)狀，對(duì)比分析回填前后含鹽量的差異，并分析土壤的含鹽量與其顆粒級(jí)配的關(guān)系，總結(jié)如下：

表3 土樣的含水量 比重和滲透性

1）土樣的含鹽量與1∶5 土壤浸提液的電導(dǎo)率具有極顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R2=0.899 9。實(shí)驗(yàn)測(cè)定的土壤含鹽量能很好地代表土樣的真實(shí)含鹽量，可以用來(lái)進(jìn)一步對(duì)比分析。

2）回填區(qū)表層的土壤含鹽量與附近鹽田的土壤含鹽量具有一致性，而且隨著回填區(qū)年份的推移，回填區(qū)表層的土壤含鹽量與附近鹽田的含鹽量越接近。為了有效控制回填區(qū)表層土壤的含鹽量，就必須在回填之前降低鹽田的土壤含鹽量。地表土壤的含鹽量與地下水的鹽度和埋深也具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。

3）土壤顆粒級(jí)配對(duì)水鹽運(yùn)移的影響是基于不同粒徑土壤對(duì)水鹽的滲透能力和土壤顆粒吸附能力的差異，細(xì)粒土滲透能力弱，顆粒吸附能力強(qiáng)，降低了其中水鹽運(yùn)移的活躍度，使鹽分更容易積聚、不易被淋洗。顆粒級(jí)配是土壤的一個(gè)重要物理性質(zhì)，直接決定土壤的諸多物理指標(biāo)和土壤質(zhì)地，進(jìn)而影響鹽分在土壤中的運(yùn)移規(guī)律，決定地表積鹽的程度。

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