節(jié)水改造工程對灌區(qū)土壤鹽漬化的影響

姚新旺

(新疆塔里木河流域喀什管理局,新疆 庫爾勒 841000)

0 引 言

渠系水滲漏導(dǎo)致地下水位提高、不合理的灌溉方式、劇烈的潛水蒸發(fā)等因素,使下層鹽分聚集在表層土壤中,增大了土壤鹽漬化風(fēng)險(xiǎn),對灌區(qū)的生態(tài)平衡安全和農(nóng)業(yè)發(fā)展造成較大威脅,因此研究鹽漬化灌區(qū)內(nèi)土壤鹽分含量的變化規(guī)律十分重要[1-3]。對于鹽漬化灌區(qū),多采取節(jié)水改造工程來優(yōu)化灌溉方式,增強(qiáng)渠道防滲能力,并調(diào)整土壤中的鹽分含量[4]。李谷豐等[5]分析了內(nèi)蒙古河套灌區(qū)1986-2019年期間的土壤含鹽量變化規(guī)律,為區(qū)域內(nèi)節(jié)水改造方案的制定提供了理論依據(jù)。劉震[6]分析了高效節(jié)水灌溉措施對鹽漬化土體的改善效果。郭軍成等[7]對某灌區(qū)鹽漬化離子進(jìn)行了分析,得出了各土層深度內(nèi)的主要鹽離子含量和主要危害鹽離子類型,為灌區(qū)的治理提供了依據(jù)。

基于此,為了研究節(jié)水改造措施和改造年限對灌區(qū)土壤鹽含量的影響規(guī)律,本文通過分析所取土壤樣本中含鹽量的變化,分析土壤中鹽分含量的變化規(guī)律,研究結(jié)果可為治理灌區(qū)鹽漬化提供指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

葉爾羌河灌區(qū)是新疆維吾爾自治區(qū)境內(nèi)最大灌區(qū),總面積16 042km2,占流域面積的14.8%,也是位居全國的第四大灌區(qū)。灌區(qū)東西兩側(cè)處在塔克拉瑪干大沙漠與布古里、托格拉克沙漠的挾持之中,呈帶狀分布,寬40～80km,長400km,綠洲內(nèi)土地資源豐富,利用潛力較大。灌區(qū)是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施,是農(nóng)產(chǎn)品的重要生產(chǎn)基地,同時(shí)還是生態(tài)環(huán)境保護(hù)、建設(shè)美麗鄉(xiāng)村、幸福家園的重要區(qū)域。自2000年始,葉爾羌河灌區(qū)陸續(xù)開展塔河近期綜合治理、大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造以來,灌區(qū)嚴(yán)重病險(xiǎn)、“卡脖子”工程初步得到改造,骨干工程配套率和設(shè)施完好率明顯提高,促進(jìn)了農(nóng)業(yè)節(jié)水增產(chǎn)和農(nóng)民增收,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

2 樣本采集和研究方法

2.1 樣本采集與測定

按照均勻隨機(jī)布點(diǎn)原則,在沙地、耕地、鹽堿地等周圍設(shè)置點(diǎn)位,并采取以渠道襯砌為主的節(jié)水改造措施,因此在主要骨干渠道周圍設(shè)置了大部分點(diǎn)位,共設(shè)置土壤鹽分監(jiān)測點(diǎn)40個(gè)。2017、2020年的9、10月份開展了野外取樣工作,通過取土鉆分層取土的方式,取得土壤樣本120份;取土分為3層,分別為0～10cm、10～30cm以及30～50cm。將土壤樣本裝于自封袋,封口后送至實(shí)驗(yàn)室,晾干碾碎后用2mm篩過篩,并制備待測溶液,溶液比例為水:土=5:1,對土壤中鹽分含量進(jìn)行測試。

2017、2020年降雨量和平水年降雨量接近,因?yàn)樵搮^(qū)域不進(jìn)行春灌,大面積灌溉主要在秋季進(jìn)行。而9月份恰好為秋澆未開始夏灌剛結(jié)束時(shí)期,土壤鹽分受夏灌影響再次進(jìn)行分配,夏灌完成后不再變化,在此次期間內(nèi)收集的土壤樣品可以將灌區(qū)土壤鹽分受節(jié)水改造措施的影響充分反映出來,同時(shí)此期間地下水動(dòng)態(tài)沒有較大波動(dòng)。此外,根據(jù)此期間土壤鹽分相關(guān)分析結(jié)果,可以對秋澆工作進(jìn)行針對性的、有效的指導(dǎo)。所以,將節(jié)水改造前基準(zhǔn)年設(shè)為2017年9月與10月,分析截至2020年9、10月份(節(jié)水改造后)區(qū)域內(nèi)土壤鹽分的變化規(guī)律。

2.2 研究方法

對收集的土壤數(shù)據(jù)作預(yù)處理,去除異常值,通過經(jīng)典統(tǒng)計(jì)法,對土壤鹽分特征變化進(jìn)行分析。同時(shí),采用K-S法對土壤含鹽量進(jìn)行檢驗(yàn),判斷其是否滿足正態(tài)分布。按照節(jié)水改造年限的不同,選取A分干渠和B干渠渠首進(jìn)行對比。其中,2019年3月9日至2019年12月19日為A的節(jié)水改造時(shí)間;下游,2018年6月19日至2019年11月29日;中游,2017年3月3日至2018年8月25日;上游,2016年1月19日至當(dāng)年6月19日,為B的節(jié)水改造時(shí)間。通過對比,分析各改造年限下緩沖區(qū)內(nèi)土壤鹽分的變化趨勢。

3 結(jié)果分析

3.1 鹽分分布特征

通過K-S法檢驗(yàn)土壤含鹽量發(fā)現(xiàn),其呈現(xiàn)為偏態(tài)分布。通過對數(shù)變換后得出,其峰度和偏度數(shù)值較小,比較接近正態(tài)分布,具體計(jì)算結(jié)果見表1。由表1可知,兩年內(nèi)灌域各土層土壤含鹽量均值范圍1.4～3.44g/kg,表明其灌域類型為中度鹽漬化。在未進(jìn)行節(jié)水改造時(shí),表層土壤在秋澆之前鹽分含量較高,為3.44g/kg,與下部土壤含鹽量有較大差異,且土壤鹽分在垂直方向上有較大變化。各深度土壤含量在經(jīng)過秋澆后依次減小29%、28.7%、20.9%,表明對土壤鹽分的淋洗起到了很好的效果。

表1 土壤鹽分相關(guān)數(shù)據(jù)

表層土壤經(jīng)過節(jié)水改造后,鹽漬化程度得到改善,降低了5.7%,30～50cm與10～30cm深度土壤鹽分含量分別減小5.38%與10.83%。此外,與2017年相比,2020年灌域地下水水位均值降低0.45m,同時(shí)秋澆水量降低8 691m3,上部土壤在秋澆后含鹽量降低幅度較小,30～50cm與10～30cm深度土壤含鹽量降低程度分別為18.71%和9.72%。通過對比發(fā)現(xiàn),整體土壤含鹽量平均值在經(jīng)過節(jié)水改造后減小7.31%,同時(shí)秋澆水量降低,土壤在秋澆后淋洗程度降低近9.27%。

變異系數(shù)CV能夠反映土壤鹽分含量數(shù)據(jù)之間的離散度。當(dāng)CV低于10%時(shí),變異性較弱;當(dāng)CV為10%～100%時(shí),變異性為中等;當(dāng)CV大于100%時(shí),變異性較強(qiáng)。由表1中能夠看出,0～10cm、10～30cm以及30～50cm土層深度的變異性,依次為強(qiáng)變異性、中等變異性和中等變異性。

3.2 不同改造年限渠道土壤鹽分含量變化規(guī)律

為了對比不同節(jié)水改造年限對渠道土壤鹽分含量的影響,分別將B干渠渠首和A分干渠視作長期和短期改造期。其中,長期為3～5年;短期為1～2年。

為了分析灌區(qū)土壤鹽分受渠道襯砌的影響,將主要渠道作為研究對象,根據(jù)距離主要渠道1.5、1.3、1.0、0.7、0.5、0.3、0.1km的環(huán)形緩沖區(qū),對經(jīng)過改造后土壤含鹽量變化規(guī)律進(jìn)行分析,具體見圖1。

圖1 短期改造區(qū)各距離緩沖區(qū)不同深度土壤鹽分含量變化趨勢

由圖1能夠看出,未進(jìn)行節(jié)水改造時(shí),緩沖區(qū)秋澆前30～50cm與0～30cm土層深度內(nèi)鹽含量平均值范圍分別為2.06～1.93g/kg和3.66～3.4g/kg,緩沖區(qū)內(nèi)土壤鹽分含量與渠道距離呈線性負(fù)相關(guān)的關(guān)系,即隨著距離的增長,土壤含鹽量逐漸降低。同時(shí)發(fā)現(xiàn),1.5km為秋澆前渠道對0～50cm深土層的影響半徑,具體可分成兩個(gè)范圍,分別為大于1.0km和小于1.0km。其中,與1.0km以外范圍相比,1.0km以內(nèi)范圍土壤鹽分含量減小速度更塊。緩沖區(qū)內(nèi)30～50cm和0～30cm深度內(nèi)土壤的鹽分含量在經(jīng)歷秋澆后的數(shù)值范圍分別為2.31～2.2g/kg和2.99～2.85g/kg。

在進(jìn)行節(jié)水改造后,1.5km范圍內(nèi)緩沖區(qū)秋澆前30～50cm和0～30cm土層深度土壤鹽分含量均值的減小速度每年分別為0.0174 6和0.050 97g/kg。在經(jīng)歷秋澆后,30～50cm深度內(nèi)土壤鹽分淋洗效果與之前相比呈上升趨勢;而0～30cm深度內(nèi)土壤鹽分淋洗效果降低約0.33g/kg,其原因可能是由于2020年一干渠沒有進(jìn)行秋澆,導(dǎo)致高值區(qū)開始逐漸從上游擴(kuò)散至中游低值區(qū)。

由圖2能夠看出,改造區(qū)未進(jìn)行節(jié)水改造時(shí),緩沖區(qū)秋澆前30～50cm和0～30cm土層深度內(nèi)鹽分含量平均值分別為2.99～2.83g/kg和5.45～5.20g/kg,土層深度的不同,其內(nèi)鹽分含量有很大差距。同時(shí),根據(jù)緩沖區(qū)和渠干距離與土壤鹽分含量的擬合關(guān)系能夠發(fā)現(xiàn),改造未秋澆情況下0～50cm土層深度的渠道影響半徑為0.7km,具體可分成兩個(gè)范圍,分別為大于0.3km和小于0.3km。其中,與0.3km以外范圍相比,0.3km以內(nèi)范圍土壤鹽分含量減小速度更快。緩沖區(qū)30～50cm和0～30cm深度內(nèi)土壤的鹽分含量在經(jīng)歷秋澆后的數(shù)值范圍分別為2.44～2.18g/kg和4.24～3.79g/kg。在經(jīng)歷秋澆后,0～50cm土層深度的渠道影響半徑提高至1.5km。

圖2 長期改造區(qū)各距離緩沖區(qū)不同深度土壤鹽分含量變化趨勢

在進(jìn)行節(jié)水改造后,0.7km范圍內(nèi)緩沖區(qū)秋澆前30～50cm和0～30cm土層深度土壤鹽分含量均值的減小速度每年分別為0.014 64g/kg和0.018 52g/kg。秋澆完成后,緩沖區(qū)各深度土層對含鹽量的解釋能力有一定程度的提高,表明秋澆可以在一定程度上緩解鹽分在土壤中的表聚作用。

綜上所述,各緩沖區(qū)對土壤含鹽量有較強(qiáng)的解釋能力。同時(shí),短期改造和長期改造的渠道影響半徑分別為0.7和1.5km;距離增長時(shí),與0～30cm深度土層相比,30～50cm深度土層內(nèi)鹽分含量減小程度更快。在采取節(jié)水改造措施后,短期緩沖區(qū)土壤鹽分含量平均值減小速度低于長期改造區(qū)。

4 結(jié) 論

本文對節(jié)水改造措施和改造年限對灌區(qū)土壤鹽含量的影響規(guī)律進(jìn)行了研究,分析了所取土壤樣本中含鹽量的變化,結(jié)論如下:

1)各深度土壤鹽含量在經(jīng)過秋澆后依次減小29%、28.7%、20.9%,表明對土壤鹽分的淋洗起到了很好的效果;表層土壤經(jīng)過節(jié)水改造后,鹽漬化程度得到改善,降低5.7%,30～50cm與10～30cm深度土壤鹽分含量分別減小5.38%與10.83。對比發(fā)現(xiàn),整體土壤含鹽量平均值在經(jīng)過節(jié)水改造后減小7.31%,同時(shí)秋澆水量降低,土壤在秋澆后鹽分淋洗程度降低近9.27%。

2)各緩沖區(qū)對土壤含鹽量有較強(qiáng)的解釋能力,同時(shí)0.7和1.5km分別為短期改造和長期改造的渠道影響半徑;距離增長時(shí),與0～30cm深度土層相比,30～50cm深度土層內(nèi)鹽分含量減小程度更快。在采取節(jié)水改造措施后,短期緩沖區(qū)土壤鹽分含量平均值減小速度低于長期改造區(qū)。