高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田鹽堿地改良問題探析

從應(yīng)用SALTMOD模型調(diào)控根層土壤鹽分的視角出發(fā)，以某高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項目區(qū)為例，對率定期和驗證期內(nèi)土壤鹽分、排水量及排水礦化度等指標(biāo)的模型值和實測值進行比較，進而從灌溉水礦化度、地下水和河道水混合灌溉、排水深度、渠道襯砌等方面對鹽堿地改良思路展開分析研究。結(jié)果表明，SALTMOD模型對于項目區(qū)土壤水鹽均衡模擬分析以及根層土壤鹽分調(diào)控較為適用；使用低礦化度灌溉水，增大排水深度，改進渠道襯砌而提高灌溉水利用系數(shù)，均能起到較好的調(diào)控根層土壤鹽分的效果，對改良鹽堿地十分有益。

鹽堿地的形成是氣候條件、生產(chǎn)方式、地形地貌、人類活動綜合作用的結(jié)果，具體而言，傳統(tǒng)的大水漫灌灌溉方式、較大的蒸發(fā)量、渠系滲漏嚴(yán)重是引起我國西北地區(qū)農(nóng)田鹽漬化的主因。春季氣溫回暖后表層土壤解凍，但水分因下層土壤仍然凍結(jié)而無法下滲，只能上移。夏季表層土壤水分達到飽和，也使耕種期間土壤鹽分含量持續(xù)增大，但因水資源較為充足，土壤鹽漬化得到一定程度緩和。秋冬季節(jié)隨著氣溫的降低，土壤內(nèi)鹽分隨即沉積。如此循環(huán)往復(fù)，農(nóng)田土壤鹽漬化便表現(xiàn)出春返、夏脫、秋積、冬藏的明顯趨勢。

鹽堿地改良的關(guān)鍵在于根層土壤鹽分調(diào)控，而根層土壤鹽分調(diào)控的措施較多，包括降低灌溉水礦化度、地下水與河道水混合灌溉、排水深度增大、提高灌溉水利用系數(shù)等。相關(guān)部門工作人員從以上角度出發(fā)，基于根層土壤鹽分調(diào)控的視角對高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌區(qū)鹽堿地改良進行分析研究，以期為具體工程提供有益借鑒。

一、項目區(qū)概況

某高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項目位于我國西部地區(qū)，呈典型的大陸性氣候特征，夏季高溫干燥，冬季嚴(yán)寒少雪，年內(nèi)降水分配不均。項目區(qū)內(nèi)地下水主要為潛水，以渠道滲漏、降水和灌溉水為主要補給來源；潛水蒸發(fā)是其主要的消耗方式。項目區(qū)主要種植玉米、小麥等糧食作物和蔬果、葵花等經(jīng)濟作物。項目區(qū)地形地勢平緩，主要建設(shè)有5條灌溉干渠和15條分干渠。

二、項目區(qū)土壤水鹽均衡模擬分析

（一）SALTMOD模型

該模型依托水鹽均衡原理，主要開展項目區(qū)地下水埋深、排水量、灌溉水礦化度等取值的模擬和預(yù)測。根層水量及鹽分平衡方程見式（1）至式（3）。模型以作物類型、氣候條件、灌溉制度、地下水埋深、地下水開采率、降雨、潛在蒸發(fā)、灌溉水利用程度、地表徑流等為輸入?yún)?shù)，以排水量、排水礦化度、土壤鹽分等為輸出參數(shù)。

λi+Rr=λ0+Era+Lr+ΔWr" " "（1）

ΔZr4=PpCp+（Ig-I0）Ci+RrCxki-S0（0.2Cr4i+Ci）-LrCL4 （2）

Cr4f=Cr4i+ΔZr4/PtrDr （3）

式（1）至式（3）中，λi為由地表滲入根層的水量，m3；Rr為根層毛管內(nèi)升高的水量，m3；λ0為由根層運移至地表的水量，m3；Era為根層蒸騰所蒸發(fā)的水量，m3；Lr為根層滲漏所漏失的水量，m3；ΔZr為根層田間持水量與飽和含水量間的持水量，m3；ΔZr4為根層鹽分累積值，dS·m-1；Pp為因降雨或灌溉等原因而直接到達地表的水量，m3；Cp為雨水實際含鹽量，dS·m-1；Ig為總灌溉水量，m3；I0為總灌溉水量中的漏失量，m3；Ci為灌溉水含鹽量，dS·m-1；Cxki為上個季節(jié)飽和土壤含鹽量，dS·m-1；S0為地表徑流，m3；Cr4i為根層含鹽量初始值，dS·m-1；CL4為根層漏失水含鹽量，dS·m-1；Cr4f為根層實際含鹽量，dS·m-1；Ptr為根層孔隙率；Dr為根層厚度，m。

SALTMOD模型將待研究土壤分成：地表層、根層、過渡層和含水層，各層均對應(yīng)各自的水量及鹽分均衡方程。若項目區(qū)內(nèi)全部因素均衡分布，則可通過各層水量及鹽分平衡程度開展根層鹽分、地下水位、地下水量等的估算。該模型可展開水管理措施對土壤鹽分、排水礦化度、地下水埋深等影響程度的模擬，也可對項目區(qū)土壤鹽漬化處治效果進行長期的預(yù)測與評價。

（二）基礎(chǔ)資料

將該高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項目區(qū)1年劃分成生育期（5—9月）、冬灌期（10—11月）、非生育期（12月至翌年4月）等階段；各個階段氣象條件、灌溉水量、土壤鹽分、灌溉水礦化度、地下水埋深等數(shù)據(jù)均選取實際觀測值。結(jié)合地勘資料，將項目區(qū)垂向厚度劃分為3個層次，由上至下依次為1.0 m厚的根系層、2.0 m厚的過渡層及60 m厚的含水層。其中，根系層和過渡層總孔隙率為0.48，有效孔隙率為0.07；含水層總孔隙率和有效孔隙率分別為0.40和0.10。2020—2022年項目區(qū)包括引水量、年降水量、排水量等在內(nèi)的參數(shù)取值情況見表1。其中，通過土壤飽和浸提液電導(dǎo)率表征項目區(qū)內(nèi)根層土壤鹽分水平。以2020—2021年的數(shù)據(jù)資料進行SALTMOD模型率定，各時期氣象條件、灌溉水量、土壤鹽分、礦化度等數(shù)據(jù)均為實際觀測值。以2022年的資料進行模型驗證。

（三）模擬結(jié)果驗證

將該高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項目區(qū)率定期和驗證期內(nèi)土壤鹽分、排水量及排水礦化度等指標(biāo)代入公式（1）至式（3），可以得出模擬結(jié)果，其與實測值的比較見表2。據(jù)此看出，各項指標(biāo)實測值和模擬值的相對誤差均不超出10%，表明擬合效果較好，SALTMOD模型對于項目區(qū)土壤水鹽均衡模擬分析以及根層土壤鹽分調(diào)控較為適用。

三、根層土壤鹽分調(diào)控結(jié)果分析

（一）灌溉水礦化度

在項目區(qū)現(xiàn)行灌溉制度下，不同的灌溉水礦化度對應(yīng)的土壤根層鹽分運移趨勢見圖1。由此可以看出，不同礦化度的土壤鹽分均隨時間推移而增大，經(jīng)排水過程釋放出的鹽分明顯低于灌溉水帶入鹽分，這種鹽分的累積趨勢隨礦化度的增大而愈發(fā)明顯。

（二）混合灌溉比

根據(jù)對項目區(qū)灌溉水源的調(diào)查，區(qū)域內(nèi)地下水礦化度達到2.19 g·L-1，河道水礦化度僅為0.62 g·L-1，如果按照3：2、1：1、1：2、0：1等比例展開混合灌溉，則混合水對應(yīng)的礦化度分別為1.58、1.40、1.12和0.62 g·L-1。在灌區(qū)灌溉制度保持不變的情況下，展開混合灌溉對項目區(qū)土壤根層鹽分運移影響的分析，結(jié)果見下頁圖2。由此看出，不同混合灌溉比例的土壤鹽分均隨時間推移而增大；地下水與河道水按1：2的比例混合灌溉時根層土壤鹽分增速最快，按0：1的比例混合灌溉時增速最慢。通過分析原因看出，灌溉水中地下水使用量增大后，地下水位有所降低，潛水蒸發(fā)引起的鹽分遷移減緩，使根層土壤鹽分呈降低趨勢。但項目區(qū)地下水開采受到嚴(yán)格限定與保護，為實現(xiàn)地下水資源的合理利用，應(yīng)采用1：1的地下水與河道水混合灌溉比例。在保證根層土壤鹽分含量穩(wěn)定的同時減少地下水開采量，有助于控制地下水埋深，實現(xiàn)灌區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

（三）排水深度

結(jié)合項目區(qū)既有灌溉制度，將地下水和河道水灌溉比例控制為1∶1。依次對1.3、1.5、2.0、2.5 m的排水深度下土壤根層鹽分運移趨勢展開分析，結(jié)果見圖3。由此看出，項目區(qū)根系土壤鹽分均隨排水深度的增大而降低，這種趨勢隨時間的推移愈發(fā)明顯。表明通過排水深度的適當(dāng)增大，能起到提升根系土壤排鹽能力的作用，對根系土壤鹽分堆積起到抑制效果，取得較好的鹽堿地改良作用。排水深度的增大涉及排水渠道改造，項目區(qū)應(yīng)綜合考慮排水渠道改造成本和土壤脫鹽效果，盡可能增大渠道深度。

（四）渠道襯砌

在該高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田現(xiàn)狀灌溉制度且灌域內(nèi)灌溉水礦化度取0.6 g·L-1的情況下，不同的渠道襯砌形式對應(yīng)的灌溉水利用系數(shù)不盡相同。結(jié)合灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的渠道襯砌形式，將灌溉水利用系數(shù)依次取0.65、0.70、0.75和0.80，并展開土壤根層鹽分運移趨勢分析。具體見圖4。由此看出，隨著渠道襯砌質(zhì)量的提高，灌溉水利用系數(shù)取值增大，根層土壤鹽分堆積得到明顯緩解，土壤內(nèi)鹽分含量降低，鹽堿地得到一定程度改良。這種改良效果隨時間的推移而愈發(fā)明顯。由此可知，渠道襯砌水平的提升既能減輕渠道滲漏、提高灌溉水利用率，又能起到較好的鹽堿地改良效果。

四、結(jié)語

綜上所述，農(nóng)田鹽堿地及土壤鹽漬化是傳統(tǒng)灌溉方式、氣候條件、渠系滲漏等綜合作用的結(jié)果。項目區(qū)內(nèi)土壤鹽漬化表現(xiàn)出明顯的春返、夏脫、秋積、冬藏特征。分析結(jié)果表明，在使用0.6 g·L-1的低礦化度灌溉水，按照1：1的比例確定地下水與河道水混合灌溉比例，增大排水渠道深度，提高灌溉渠道襯砌質(zhì)量等措施實施后，該灌區(qū)根層土壤含鹽量累積情況得到較好緩解，取得了較好的土壤快速脫鹽及鹽堿地改良效果。

作者簡介：蘇桐（1992—），女，四川西充人，本科 ，工程師 ，主要從事水工建筑物、渠道及滴灌設(shè)計工作。