微咸水灌溉的應(yīng)用進(jìn)展概述

葉勝蘭

(1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,陜西 西安 710075;2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司,陜西 西安 710075;3.國(guó)土資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710075;4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心,陜西 西安 710075)

1 微咸水灌溉的背景

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，而水資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及糧食安全的關(guān)鍵因素。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人口增多，由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)擴(kuò)大帶來(lái)的對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉水的需求量急劇升高。目前，在我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉用水量大約占總供給水量的62%。盡管不斷推出節(jié)水灌溉、高效用水等措施減少用水，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)擴(kuò)大對(duì)水的需求。淡水資源將面臨日趨嚴(yán)重的供需矛盾，這不僅對(duì)我國(guó)未來(lái)的經(jīng)濟(jì)和發(fā)展造成嚴(yán)重的制約，同時(shí)糧食生產(chǎn)的安全也得不到保障。在這種情況下，如何改善淡水資源匱乏這一現(xiàn)象，將有著非常重要的意義。而尋找替代水源(如微咸水)，將有效緩解淡水資源的過(guò)度消耗。一般意義上的微咸水是指水的礦化度在2～5 g/L的含鹽水。在我國(guó)有關(guān)微咸水的分布范圍較為廣泛，且在華北、西北這些易發(fā)生干旱的地區(qū)更為明顯。已有資料顯示，我國(guó)地下微咸水大約在200億m3/年，而可以開(kāi)采利用的大約有130億m3/年，這些地下水的位置大概在10～100 m，方便開(kāi)采利用[1]。

現(xiàn)今，合理利用微咸水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉已有了一定的研究[2，3]。在一定的條件，如何利用微咸水這一水資源代替淡水資源進(jìn)行灌溉，不但能預(yù)防淡水資源的過(guò)度開(kāi)采使用、有效改善已有地下水的質(zhì)量，還對(duì)作物的產(chǎn)量、品質(zhì)等方面起到促進(jìn)作用。但在大規(guī)模的開(kāi)采利用這些咸水資源的同時(shí)，還要及時(shí)提升開(kāi)采手段和利用方式，預(yù)防微咸水的過(guò)度澆灌導(dǎo)致土壤發(fā)生鹽漬化等不良后果。

2 微咸水灌溉制度研究情況

2.1 微咸水灌溉技術(shù)研究進(jìn)展

由于淡水資源量的限制及供需矛盾，開(kāi)采新的水資源來(lái)代替淡水資源已勢(shì)在必行。微咸水這一廣泛存在的水源可有效替代農(nóng)業(yè)灌溉用水。而對(duì)微咸水資源的利用在國(guó)內(nèi)外都已有相當(dāng)?shù)臍v史。尤其在國(guó)外對(duì)微咸水的研究利用已有100多年的歷史。目前，微咸水灌溉的基本技術(shù)與淡水灌溉一致，主要包括地面灌溉、地下灌溉及噴灌等技術(shù)。而已有的研究表明，結(jié)合微咸水的自身特性及對(duì)土壤理化性質(zhì)、作物生長(zhǎng)發(fā)育多方面因素的影響，微咸水這一資源相較地面灌溉更適合與地下滲灌。R.M.Patel[4]利用地下滲灌這一技術(shù)，將電導(dǎo)率在1～9 dS/m的咸水用于土豆生長(zhǎng)中的灌溉。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管咸水的濃度差異較大，但各處理間土豆的最終產(chǎn)量差異不明顯。國(guó)外學(xué)者在美國(guó)東部進(jìn)行了相關(guān)的微咸水灌溉試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：微咸水灌溉對(duì)農(nóng)作物棉花、甜菜、苜蓿等能有效的保持與淡水灌溉相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量，且在合理改善灌溉方式時(shí)，還能有效提高這些作物的產(chǎn)量[5，6]。有研究者在美國(guó)德州利用溝灌技術(shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)將灌水技術(shù)與適合的農(nóng)藝措施相互結(jié)合，更有利于作物的生長(zhǎng)。目前已有的灌水與農(nóng)藝相結(jié)合的優(yōu)異措施包括以下方面：第一，鎘溝灌溉技術(shù)，這是利用溝道將微咸水中的鹽分隔離到靠近沒(méi)有作物的溝道的一邊就；第二，去除表明結(jié)晶的鹽分，主要是在作物出苗之前利用硬質(zhì)棒棍在田地的表明刮一遍，以去除土壤表明的鹽分；第三，將作物種植在近溝的地處，因?yàn)辂}分容易在苗床的高出累積，而在溝道的地處鹽分含量相對(duì)較少，利于作物的生長(zhǎng)。同時(shí)，利用微咸水進(jìn)行灌溉的時(shí)間也有重要影響。如在炎熱且干旱的夏季，在上午10點(diǎn)到下午4點(diǎn)進(jìn)行灌溉極易發(fā)生作物燒苗現(xiàn)象，因此在黃昏以后進(jìn)行灌溉能達(dá)到更好的效果?？傊⑾趟喔炔粌H要結(jié)合先進(jìn)的灌溉技術(shù)，也要合理總結(jié)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，以更好的利用微咸水資源。

溫度傳感器為L(zhǎng)M75A，它擁有高速I2C接口，不僅溫度的感知范圍廣，而且感知的精度高，而且還支持多個(gè)不同的工作模式，通過(guò)設(shè)置不同的工作模式可以更好地對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)于降低功耗具有很大的幫助。

2.2 微咸水灌溉不同方式研究進(jìn)展

目前，為了更好地利用微咸水這一水資源，很多專家學(xué)者已經(jīng)研究了微咸水灌溉方式上的差異。包括直接利用微咸水灌溉，與淡水混合灌溉以及兩者輪灌。

輪灌是根據(jù)種植作物對(duì)鹽分耐受程度及相同作物不同生長(zhǎng)階段耐鹽程度進(jìn)行輪換灌溉，因此作物灌溉的時(shí)間、灌溉量等都隨著微咸水的礦化度、作物種植的種類方式以及當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)的灌溉條件的改變而有所不同[10]。如在干旱缺水的下降，一般采用微咸水灌溉，而在降雨后會(huì)蓄積一定量的雨水，則可換成淡水(雨水)進(jìn)行灌溉。而對(duì)不同作物套種時(shí)，應(yīng)根據(jù)作物的耐鹽程度不同選擇不同的水進(jìn)行灌溉，如強(qiáng)耐鹽作物棉花，可采用微咸水灌溉；而玉米、小麥等對(duì)鹽分耐受相對(duì)較弱，尤其在作物的苗期應(yīng)該選擇淡水灌溉，在作物生長(zhǎng)旺盛期可適當(dāng)進(jìn)行微咸水灌溉[7]。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不管選用哪種灌溉技術(shù)、灌溉方式，都應(yīng)該與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際、水資源的利用狀況、作物耐鹽程度以及長(zhǎng)久累積下來(lái)的農(nóng)藝耕作經(jīng)驗(yàn)等相結(jié)合，才能更好的利用各類資源提高作物的產(chǎn)量，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益的積極發(fā)展。

一般在淡水資源極度緊缺的地區(qū)或時(shí)間段內(nèi)，可以在保障該地區(qū)土壤中含鹽量在作物耐受范圍內(nèi)而進(jìn)行合理的微咸水灌溉[7]。王洪彬[8]通過(guò)研究玉米、小麥及棉花在生長(zhǎng)旺盛期內(nèi)，澆灌礦化度為3～5 g/L的微咸水，作物的產(chǎn)量與淡水灌溉間差異不明顯。同時(shí)，由于作物在幼苗的時(shí)候更為脆弱，因此在利用微咸水進(jìn)行灌溉的時(shí)候應(yīng)該避開(kāi)作物的幼苗期。在直接利用微咸水的時(shí)應(yīng)關(guān)注幾個(gè)方面：澆灌地要有地下水，且保持鹽分在臨界濃度一下；在作物關(guān)鍵需水時(shí)期進(jìn)行灌溉，不要過(guò)度澆灌；利用降雨等沖洗土壤鹽分；合理施用有機(jī)肥，以避免土壤理化性質(zhì)的破壞；科學(xué)管理，合理利用灌溉技術(shù)等。

新時(shí)期做好濕地自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)工作，需要從我國(guó)濕地保護(hù)的現(xiàn)實(shí)情況出發(fā)，完善濕地保護(hù)管理機(jī)制，創(chuàng)新濕地保護(hù)策略，著力提高濕地自然保護(hù)區(qū)的穩(wěn)定性與科學(xué)化水平，在加大技術(shù)與資金投入基礎(chǔ)上開(kāi)展?jié)竦乇Ｗo(hù)工作。

3 微咸水灌溉對(duì)土壤水鹽運(yùn)移情況的影響

國(guó)內(nèi)外已有大量研究表明，微咸水灌溉相較旱作有不同程度的增產(chǎn)作用[11,12]。利用微咸水進(jìn)行灌溉勢(shì)必引起土壤中鹽分的增加，在進(jìn)行微咸水灌溉時(shí)，應(yīng)考慮土壤作物根層對(duì)鹽分的耐受極限濃度，在滿足作物對(duì)水分需求的同時(shí)，滿足作物的生理需求。由于季節(jié)氣候等原因，在進(jìn)行微咸水灌溉的時(shí)候容易引起鹽分的累積及轉(zhuǎn)移。而且微咸水中不僅存在所熟知的鹽分離子，還存在大量的其他化學(xué)元素。在微咸水進(jìn)入土壤后，將與土壤中的固體顆粒、自身溶液等產(chǎn)生物理化學(xué)作用，引起土壤結(jié)構(gòu)的改變，土壤的顆粒組分、孔隙度等都將發(fā)生改變，從而導(dǎo)致土壤的能量和導(dǎo)水性能變化，也對(duì)土壤中化學(xué)元素的平衡造成破壞，最終對(duì)土壤中鹽分的運(yùn)移產(chǎn)生影響。肖振華等[13]通過(guò)對(duì)非鹽漬化土壤進(jìn)行微咸水灌溉試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)灌溉微咸水而在土壤中累積的鹽分與土壤的淋洗交替作用，即當(dāng)降雨等對(duì)土壤的鹽分淋洗量與灌溉累積鹽分量一致時(shí)，土壤中將不產(chǎn)生鹽分累積，且在雨水豐沛的年份，還將會(huì)對(duì)土壤進(jìn)行一定量的脫鹽作用[1]。在降雨量達(dá)到300 mm以上時(shí)，能有效淋洗去除土壤根層的鹽分。張余良等通過(guò)微咸水灌溉試驗(yàn)表明，長(zhǎng)期進(jìn)行微咸水灌溉將導(dǎo)致土壤產(chǎn)生鹽分的積累，影響土壤自身的結(jié)構(gòu)平衡，土壤出現(xiàn)入滲率逐漸下降的現(xiàn)象[14]。而另有研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期進(jìn)行微咸水灌溉，土壤中微生物的數(shù)量明顯下降，土壤發(fā)生板結(jié)現(xiàn)象，土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素如有機(jī)質(zhì)、碳、氮等顯著降低，阻礙了農(nóng)田的長(zhǎng)期可持續(xù)利用[15]。同時(shí)，長(zhǎng)期澆灌微咸水而不采取相應(yīng)改善措施，土壤將發(fā)生次生鹽堿化現(xiàn)象[16]。

在這直觀的示意圖中，學(xué)生們運(yùn)用學(xué)到的數(shù)學(xué)知識(shí)來(lái)解決新的數(shù)學(xué)問(wèn)題，不僅降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，而且學(xué)生們可以真切地感受到數(shù)學(xué)知識(shí)之間的聯(lián)系，促進(jìn)了學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)質(zhì)量的提升。

4 結(jié)語(yǔ)

由于淡水資源的過(guò)度利用開(kāi)采，已出現(xiàn)了嚴(yán)重的供需矛盾。目前對(duì)新的水資源的開(kāi)采利用已迫在眉睫，世界各國(guó)逐漸將微咸水的開(kāi)采利用作為關(guān)注焦點(diǎn)。而如何高效安全的利用微咸水已進(jìn)行了大量的探索研究，且取得了一定的成果。但由于地區(qū)差異、氣候差異、微咸水本身的理化性質(zhì)差異以及種植不同作物的耐鹽差異等，導(dǎo)致很多研究結(jié)果只適用于某地或某種植物，而不能大面積的推廣應(yīng)用。結(jié)合這種現(xiàn)狀和生產(chǎn)實(shí)際，應(yīng)在以后的工作中重點(diǎn)開(kāi)展以下方面的研究：加強(qiáng)微咸水對(duì)土壤理化性質(zhì)改變的內(nèi)在機(jī)理研究；強(qiáng)化微咸水灌溉對(duì)作物質(zhì)量及產(chǎn)量的影響研究；強(qiáng)化土壤中水鹽運(yùn)移模型研究，實(shí)現(xiàn)其尺度轉(zhuǎn)化和長(zhǎng)期預(yù)測(cè)。