吉林西部河湖連通供水工程覆蓋區(qū)域土壤鹽堿化分析

胡 嵐，孫述海

1.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院，江蘇 南京 210036；2.長春工程學(xué)院，吉林 長春 130000

0 引言

吉林西部供水工程旨在合理調(diào)配及利用洪水等資源，向工程覆蓋區(qū)域的自然保護(hù)區(qū)，包括濕地、湖泡、水庫等進(jìn)行補(bǔ)水、蓄水，以達(dá)到河流與湖泡間相互補(bǔ)給，水量動態(tài)平衡，在恢復(fù)和改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境方面具有至關(guān)重要的作用[1,2]。在吉林西部供水工程實(shí)施之前，需要對工程所覆蓋區(qū)域的環(huán)境水文地質(zhì)狀況進(jìn)行勘查分析。

土壤鹽堿化已經(jīng)發(fā)展為全球性問題，它能夠影響土壤生態(tài)穩(wěn)定、限制作物生長，同時也制約了干旱、半干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展，危害農(nóng)田生態(tài)健康與糧食安全[3-8]。因此，掌握土壤鹽堿化空間分布、程度、類型、動態(tài)變化及其影響因素，有助于人們更好地保護(hù)土地資源，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[9-12]。

近年來，國內(nèi)外對土壤鹽堿化區(qū)域分布及影響因素做了較多研究[13-18]。在國內(nèi)，北方降雨量少，且大棚菜或果園種植中使用化肥較多，長期大量施用會增加耕層土壤中的鹽分，導(dǎo)致土壤鹽堿化嚴(yán)重。

本文結(jié)合吉林西部供水工程環(huán)境影響評價——地下水環(huán)境影響評價，在水文地質(zhì)勘查的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程特點(diǎn)及所在區(qū)環(huán)境水文地質(zhì)特征，探究了工程補(bǔ)水覆蓋區(qū)土壤鹽堿化概況及成因，以期為吉林省西部供水工程環(huán)境影響評價論證及今后吉林西部地區(qū)鹽漬化土地整治研究提供一定的理論依據(jù)及指導(dǎo)意義。

1 工程概況分析

項(xiàng)目覆蓋區(qū)內(nèi)現(xiàn)有莫莫格、向海、查干湖以及波羅湖國家級自然保護(hù)區(qū)，工程以國家級自然保護(hù)區(qū)、濕地公園為核心，構(gòu)筑以莫莫格、向海、查干湖、波羅湖為核心的4個生態(tài)板塊，形成莫莫格、向海、查干湖和波羅湖生態(tài)區(qū)。

根據(jù)工程覆蓋區(qū)內(nèi)的哈達(dá)山水利樞紐工程、引嫩入白供水工程、大安灌區(qū)、松原灌區(qū)環(huán)境影響評價，哈達(dá)山水利樞紐工程、引嫩入白供水工程、大安灌區(qū)引水工程對下游水文情勢有一定的影響，但這種影響基本在可接受的范圍內(nèi)；根據(jù)《吉林省哈達(dá)山松原灌區(qū)環(huán)境影響報告書》，松原灌區(qū)在項(xiàng)目運(yùn)行后也并未導(dǎo)致灌區(qū)潛水水位持續(xù)升高的現(xiàn)象發(fā)生。本工程主要利用松花江、嫩江、洮兒河、霍林河等河流洪水期富余水量及灌區(qū)的引水和退水對4個生態(tài)區(qū)的濕地、湖、泡、水庫進(jìn)行補(bǔ)、蓄水，以達(dá)到河流與湖泡間相互補(bǔ)給，水量動態(tài)平衡，改善濕地、湖、泡、水庫周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境的目的。

1.1 工程位置

吉林西部供水工程項(xiàng)目覆蓋區(qū)主要在嫩江右岸、松花江左岸的西部平原區(qū)，包括白城地區(qū)的鎮(zhèn)賚縣、大安市、洮南市、通榆縣、洮北區(qū)，松原地區(qū)的乾安縣、前郭縣、長嶺縣、哈達(dá)山示范區(qū)，以及長春地區(qū)的農(nóng)安縣西部，共10個縣（市、區(qū)），總面積4.46萬km2，占全省面積的23.8%。

1.2 工程布置

吉林西部供水工程引用水源主要為松花江（三岔河口以上）、嫩江、洮兒河、霍林河的洪水資源，以及灌區(qū)退水和污水處理廠凈化后的城市再生水。工程連通湖泡共計(jì)203個，其中，農(nóng)安縣境內(nèi)7個，前郭縣境內(nèi)16個、乾安縣境內(nèi)56個，鎮(zhèn)賚縣境內(nèi)45個，洮北區(qū)境內(nèi)10個，洮南市境內(nèi)28個，大安市境內(nèi)25個，通榆縣境內(nèi)16個。

本工程可利用已建渠道905.026 km，此外，還需對更多渠道進(jìn)行重建，復(fù)建以及改擴(kuò)建。目前，松原灌區(qū)新建渠道107.452 km，其中襯砌渠道453.822 km；新建管線24.954 km；新建方涵1.63km；塌岸治理16.722 km；圍堤加固5.435 km。

工程布置分布4個生態(tài)區(qū)，包括“莫莫格生態(tài)區(qū)”，范圍為鎮(zhèn)賚縣全部、洮北區(qū)東部、大安市東部和北部，利用嫩江、洮兒河洪水資源，以及白沙灘、哈吐氣、五家子灌區(qū)的退水進(jìn)行補(bǔ)給，主要依托引嫩入白供水工程，通過引嫩總干渠及附屬支渠溝通連接周邊57個湖泡；“向海生態(tài)區(qū)”，范圍為洮北區(qū)西部、洮南市、通榆縣西部，利用洮兒河、霍林河洪水資源進(jìn)行補(bǔ)給，主要依托引洮分洪入向工程，通過引洮分洪入向總干渠及眾多支渠溝通連接周邊的48個湖泡；“查干湖生態(tài)區(qū)”，范圍為大安市西部和南部、前郭縣北部、乾安縣大部、洮南市東部，利用松花江、洮兒河、霍林河洪水資源，以及松原灌區(qū)、大安灌區(qū)退水進(jìn)行補(bǔ)給，主要依托哈達(dá)山水利樞紐工程、松原灌區(qū)、大安灌區(qū)工程，通過哈達(dá)山輸水總干渠、大安灌區(qū)輸水總干渠等支渠溝通連接周邊的91個湖泡；以及“波羅湖生態(tài)區(qū)”，范圍為通榆縣東部、乾安縣西南部、農(nóng)安縣西北部，以松花江為主要水源，溝通連接沿途的7個湖泡。

2 補(bǔ)水覆蓋區(qū)域鹽堿化現(xiàn)狀調(diào)查

土壤鹽堿化程度分為非鹽堿化、輕微鹽堿化、中度鹽堿化和重度鹽堿化。吉林西部地區(qū)是世界三大蘇打鹽堿土分布區(qū)之一，也是我國土地鹽堿化最嚴(yán)重的區(qū)域之一。通過對莫莫格生態(tài)區(qū)、查干湖生態(tài)區(qū)、波羅泡生態(tài)區(qū)和向海生態(tài)區(qū)的13個鹽堿化調(diào)查點(diǎn)進(jìn)行鹽堿化狀況調(diào)查（其點(diǎn)位信息調(diào)查統(tǒng)計(jì)見表1），各生態(tài)區(qū)內(nèi)鹽堿化指標(biāo)統(tǒng)計(jì)于表2。

從表2可以看出，補(bǔ)水工程覆蓋區(qū)內(nèi)查干湖生態(tài)區(qū)內(nèi)土壤鹽堿化面積最大，其次為莫莫格生態(tài)區(qū)、波羅泡生態(tài)區(qū)，土壤鹽堿化面積最小的為向海生態(tài)區(qū)。在莫莫格生態(tài)區(qū)和查干湖生態(tài)區(qū)內(nèi)，重度鹽堿化的土壤面積占比最大，尤其是查干湖生態(tài)區(qū)，重度鹽堿化面積占比達(dá)到50%以上，也就是說在這兩個生態(tài)區(qū)內(nèi)土壤鹽堿化最嚴(yán)重，而在波羅泡生態(tài)區(qū)和向海生態(tài)區(qū)內(nèi)輕微鹽堿化的土壤面積占比最大，則說明與莫莫格生態(tài)區(qū)和查干湖生態(tài)區(qū)相比，以上兩個生態(tài)區(qū)的土壤鹽堿化程度較輕。

3 補(bǔ)水覆蓋區(qū)域鹽堿化影響因素及成因分析

自20世紀(jì)30～40年代以來，國內(nèi)外學(xué)者先后開展了土壤鹽堿化成因的研究，認(rèn)為土壤鹽堿化的形成與包氣帶巖性、地下水位埋深、地下水礦化度、微地形地貌、氣候、植被、人類活動等因素有關(guān)。我國北方降雨量少，主要土壤呈堿性土壤，由于大棚菜或果園使用化肥較多，鹽漬化較嚴(yán)重，氯化銨含氯較高，長期大量施用可增加耕層土壤中的鹽分，使土壤酸化板結(jié)。不論土壤呈堿性（pH值大于7），或呈酸性（pH值4～6），都會影響作物的根系發(fā)育和生長。因此，土壤鹽堿化嚴(yán)重的土壤，要盡量少使用氯化銨、氯化鉀類肥料，此外，土壤呈酸性的，也要減少或控制硫酸銨或硫酸鉀含酸性的肥料[19]。

表1 工程受水區(qū)鹽堿化調(diào)查點(diǎn)位狀況統(tǒng)計(jì)表Table 1 the saline alkaline degree of investigation points in the water imported areas of the project

表2 不同覆蓋區(qū)域內(nèi)鹽堿化程度面積統(tǒng)計(jì)表Table 2 the degree and area of salinization in different water imported areas of the project

為了探究補(bǔ)水工程覆蓋區(qū)內(nèi)土壤鹽堿化的影響因素，根據(jù)區(qū)域土壤鹽堿化的現(xiàn)狀分布，本文擬在項(xiàng)目覆蓋區(qū)內(nèi)布置鉆孔，鉆探孔數(shù)15個，孔深8.0～10.0 m，進(jìn)行水文地質(zhì)補(bǔ)充勘察，鉆孔結(jié)果數(shù)據(jù)列于表3。

根據(jù)水文地質(zhì)補(bǔ)充勘察及鉆孔所得數(shù)據(jù)分析得知，區(qū)內(nèi)土壤鹽堿化的形成主要與包氣帶巖性、地下水位埋深以及礦化度、氣候條件因素有關(guān)。

3.1 補(bǔ)水覆蓋區(qū)域包氣帶巖性

包氣帶是水中鹽分運(yùn)移的通道，是地下水中鹽分垂直向上運(yùn)移的空間必經(jīng)之處[20-22]。包氣帶巖性條件決定毛細(xì)水上升高度和鹽分運(yùn)移量，而毛細(xì)水上升高度又主要取決于巖土空隙大小，空隙越小，毛細(xì)水上升高度越大。根據(jù)表3現(xiàn)場鉆孔數(shù)據(jù)可知，本文所涉及的評價區(qū)包氣帶巖性主要為粉質(zhì)粘土（褐黃色或灰褐色，稍濕，可塑，稍有光澤，厚度為1.9 m～10.0 m）；粉土（褐黃色，稍濕，稍密，無光澤，厚度為1.6 m～2.4 m）；粉砂（灰褐色，稍濕，中密，厚度為0.7 m～2.9 m）。粉質(zhì)黏土、粉土以及粉砂的空隙均較小，地下水沿毛細(xì)管上升高度和運(yùn)移量均較大，地下水和土壤中的鹽分易到達(dá)地表累積，形成土壤鹽堿化。

3.2 補(bǔ)水覆蓋區(qū)域地下水位埋深

不同包氣帶巖性形成鹽堿化的地下水位閾值如表4所示，當(dāng)?shù)叵滤宦裆钤?.2～3.0 m之間時，形成輕微鹽堿化；在1.7～2.2 m之間時，形成中度鹽堿化；小于1.7 m時，形成重度鹽堿化；水位埋深大于3.0 m時，不易形成鹽堿化?？偠灾?，地下水位埋深越淺，含鹽地下水越容易通過毛細(xì)管上升至地表，水分蒸發(fā)后，鹽分便遺留在土壤表層，引起土壤鹽堿化[23-25]。

表3 鉆孔資料整理統(tǒng)計(jì)表Table 3 The statistics of drilling data

表4 不同土壤鹽堿化的地下水位閾值Table 4 Groundwater level threshold of salinization in different soil

根據(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，評價區(qū)地下水位埋深在0.3 m～3.6 m之間，平均值為2.62 m，地下水位埋深較淺，含鹽地下水在土壤的毛細(xì)作用下較容易被運(yùn)至表層，水分蒸發(fā)后，鹽分遺留在土壤表層，容易形成土壤鹽堿化，因此，地下水位埋深是項(xiàng)目覆蓋區(qū)內(nèi)土壤鹽堿化形成的主要影響因素。

3.3 補(bǔ)水覆蓋區(qū)域地下水礦化度

臨界礦化度是指開始引起土壤積鹽的地下水礦化度，只有地下水礦化度大于臨界礦化度，并在一定條件下，才可能使土壤鹽堿化，否則地下水位抬升只能形成濕地或沼澤[26]。地下水礦化度對土壤鹽堿化的影響主要體現(xiàn)在地下水礦化度（或含鹽量）越高，在土壤的毛細(xì)作用下隨地下水向表層土壤聚集的鹽分越多，越容易造成土壤鹽堿化。形成不同鹽堿化程度的地下水礦化度值見表5，當(dāng)潛水礦化度小于0.5 g/L時，土壤基本無鹽堿化；當(dāng)潛水礦化度為0.5～1.0 g/L時，土壤多呈輕、中度鹽堿化；當(dāng)潛水礦化度大于1.0 g/L時，土壤多呈重度鹽堿化。

根據(jù)本文地下水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，評價區(qū)內(nèi)地下水礦化度（溶解性總固體）含量為0.248 g/L～3.579 g/L。大部分點(diǎn)位地下水礦化度含量超過0.5 g/L，局部點(diǎn)位地下水礦化度含量甚至超過1.0 g/L，可見地下水礦化度也是造成項(xiàng)目覆蓋區(qū)土壤鹽堿化的因素之一。

3.4 補(bǔ)水覆蓋區(qū)域氣候條件

氣候?qū)υu價區(qū)鹽堿地的影響主要體現(xiàn)在蒸發(fā)量大于降雨量。由于蒸發(fā)作用，由于土壤毛細(xì)作用，地下水上升，鹽分被帶至地表，蒸發(fā)量越大，鹽分在表層的積累量越大，越容易形成鹽堿化。

本文項(xiàng)目涉及鎮(zhèn)賚、大安、洮北、洮南、通榆、前郭、乾安、農(nóng)安等8個市縣區(qū)的多年平均年降水量、多年平均年蒸發(fā)量見表6。

從表6中可以看出，評價區(qū)內(nèi)8個市縣區(qū)年降水量為354.4～516.9 mm，而年蒸發(fā)量為859.4～1 134.9 mm，區(qū)內(nèi)蒸發(fā)作用相對較強(qiáng)烈，強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用使土壤水分迅速蒸發(fā)，表層土壤大量積鹽。在強(qiáng)烈蒸發(fā)作用下，地下水中的鹽分不斷地運(yùn)積地表，形成土壤鹽堿化。

表5 不同鹽堿化程度的地下水位閾值Table 5 Groundwater level threshold of different salinization

表6 工程覆蓋區(qū)相關(guān)地區(qū)年降雨量與蒸發(fā)量Table 6 Annual rainfall and evaporation in relevant areas ofwater imported areas of the project

4 結(jié)論

綜合分析吉林西部供水工程項(xiàng)目覆蓋區(qū)土壤鹽堿化的現(xiàn)狀及成因發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)降雨量少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，土地經(jīng)常受到鹽堿化的威脅，土壤生態(tài)系統(tǒng)脆弱。項(xiàng)目覆蓋區(qū)內(nèi)自然保護(hù)區(qū)土地鹽堿化面積大、程度嚴(yán)重。結(jié)合吉林省西部現(xiàn)狀分布，預(yù)計(jì)吉林西部供水工程項(xiàng)目實(shí)施后，在新形成的湖泡水域周邊一定范圍內(nèi)會加重現(xiàn)狀土壤鹽堿化狀況，但總體來說，由于“以水壓堿”作用所導(dǎo)致的鹽堿化分布面積總體呈減少趨勢。為了及時了解影響土壤環(huán)境的變化趨勢，應(yīng)加強(qiáng)對補(bǔ)水工程覆蓋區(qū)內(nèi)水鹽動態(tài)的監(jiān)測，采取一系列的土壤鹽堿化防治措施，以抑制或減少土壤鹽漬化分布面積。此外，包氣帶巖性、地下水位埋深、地下水礦化度以及氣候條件均與土壤鹽堿化有關(guān)，其中地下水位埋深是最主要的影響因素。