陜西鹵泊灘“改排為蓄”條件下深層土壤鹽分空間格局研究

馬增輝 馬鋼

摘要?[目的]研究陜西鹵泊灘重度鹽堿地 “改排為蓄”治理條件下土壤鹽分去向。[方法]根據(jù)觀測資料，分析鹵泊灘不同田塊、不同土層深度在不同時期土壤水分、鹽分、pH以及離子含量的變化和空間分布格局。[結(jié)果]“改排為蓄”模式下，區(qū)域?qū)ν獠慌潘飰K土壤水分增加;不同田塊的土壤含鹽量在垂直方向上均呈遞增趨勢，耕層鹽分有向深層運移趨勢;耕層鹽分減少量與深層鹽分增加量大體一致;治理后的土壤中存在一個過渡層，阻止耕層大量返鹽;未改造耕地與已改造耕地土壤含鹽量空間分布情況和趨勢差異明顯，未改造土壤鹽分空間分布形式不利于土壤向良性方向發(fā)展。[結(jié)論]該研究為土壤水鹽運移規(guī)律研究提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞?鹽堿地;改排為蓄;水鹽變化;空間格局

中圖分類號?S278文獻標識碼 A文章編號?0517-6611（2018）35-0117-03

鹽分在土壤和地下水中的積累威脅著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及其可持續(xù)發(fā)展[1-2]。土壤鹽分含量增加，鹽化面積增大致使肥沃的土地鹽漬化，農(nóng)作物產(chǎn)量銳減，土地種植的適應性發(fā)生變化，甚至區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)休耕、休種[3-5]。土壤鹽堿化是目前世界農(nóng)業(yè)面臨的一個嚴重問題[6-8]。傳統(tǒng)鹽堿地治理技術(shù)主要依靠排水帶走鹽分，對治理干旱與半干旱區(qū)鹽堿地在工程投入、運行成本、排堿用水等方面均投入巨大，且對下游水體造成污染[9-11]。

地處陜西省富平縣與蒲城縣交界的鹵泊灘，屬古鹵陽湖干枯、抽黃河和抽渭河灌區(qū)末端的地勢四周高中間低的槽形封閉式低洼地，是天然和人工逐步形成的重度鹽堿地[12]。鹵泊灘土壤主要由中度鹽土和重度鹽化潮土組成，另有蘇打鹽土呈斑狀分布于灘內(nèi)[13]。據(jù)西北農(nóng)林科技大學測試中心對試區(qū)未開發(fā)土壤的檢測數(shù)據(jù)顯示，土壤有機質(zhì)平均含量0.70%，全含鹽量平均為0.774%，pH平均為9.33。長期以來對這片“綠色禁地”的治理均以失敗告終，生態(tài)環(huán)境退化十分嚴重。按照傳統(tǒng)的以排為主的治理辦法，存在排水工程投入大、土地征用難、工程工期長、水資源浪費嚴重、鹽堿水搬家困難等問題[14]。

從問題出發(fā)，以生態(tài)環(huán)境改善為目標，在繼承傳統(tǒng)模式的基礎(chǔ)上，基于鹽堿水也是寶貴的水資源這一“樸素思想”，認為在水資源短缺、生態(tài)環(huán)境脆弱、社會經(jīng)濟發(fā)展滯后的鹽堿化地區(qū)，排水將使區(qū)域干旱程度加重，甚至導致荒漠化;水過多則會形成水面，乃至濕地和湖泊。應在兩者結(jié)合過程中，把水留住，實現(xiàn)水土分離，水地共處，動態(tài)平衡?！案呐艦樾睢丙}堿地治理模式有一定的挑戰(zhàn)性，早期有學者研究過控制排水條件下的水鹽運移，在傳統(tǒng)排水基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新，但尚未發(fā)現(xiàn)在蓄水溝大量蓄水的治理方法[9，15-17]。把這種樸素思想在陜西鹵泊灘鹽堿地綜合治理工程中進行實踐嘗試，提出并應用“改排為蓄、水地共處、和諧生態(tài)”的模式，在項目開發(fā)運營近10年過程中，治理逐步見效，取得了顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益[18-21]。筆者研究鹵泊灘不同田塊、不同深度在不同時期土壤水分、鹽分、pH以及離子含量等變化，通過分析連續(xù)10年2 m以上大田監(jiān)測數(shù)據(jù)和6次2 m以下集中試驗數(shù)據(jù)，總結(jié)出關(guān)鍵因素的變化規(guī)律。

1?材料與方法

1.1?試驗地概況

田間試驗地點位于陜西省鹵泊灘。10年中，670 hm2的治理區(qū)共分4期建成，一期位于治理區(qū)中部，二期位于西北部，三期位于西南部，四期位于東部。

1.2?試驗設計

試驗設置土壤剖面長期觀測坑7個，每個觀測坑每次取13個土壤樣品，取樣深度為15、45、75、105、135、165、195、225、255、285、315、345和375 cm。10年期間，不定期取樣60余次，測定土壤樣品3 360個。6次集中采樣重點檢測2 m以下區(qū)域土壤含鹽量，通過田間觀測，研究土壤含鹽量空間分布，說明水鹽運移規(guī)律和土壤鹽分的去向。

通過實地考察和綜合分析（選取不同治理開發(fā)時間，研究長期治理效果和水鹽演變趨勢;選取不同地勢和邊界條件進行關(guān)鍵因素對比研究，分析變化差異），選取A、B、C、D、E、F 和原狀土7塊農(nóng)田作為試驗控制田，田塊情況參見表1，試驗具體布置、取樣情況見圖1。其中，每個觀測點取樣深度為15、45、75、105、135、165、195、225、255、285、315、345和375 cm，共取含水率、含鹽量測量樣本91個。含水率測定采用烘干法;含鹽量采用電導率法。

1.3?觀測項目與方法

土壤全鹽量采用電導儀測定土壤浸提液（水土比為5∶1）的電導值，根據(jù)質(zhì)量法律定全鹽量-電導率關(guān)系，進而換算成全鹽量;土壤pH采用酸度計測量土壤懸濁液（水土比為5∶1）;有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀法測定;Cl-采用硝酸銀容量法測定;SO42-、Ca2+和Mg2+采用EDTA（乙二胺四乙酸ethylene diamine tetraacetic acid）容量法測定;HCO3-采用雙指示劑滴定法測定[22]。

2?結(jié)果與分析

2.1?土壤含水率?不同田塊蓄水情況下土壤平均含水率隨深度的變化。

蓄水可以增加土壤的含水率。采取“改排為蓄”治理鹽堿地方式，已開發(fā)土地含水率比未開發(fā)鹽堿地在0～90 cm土壤深度（特別耕作層含水率增加較大），能夠保證作物生長需求。土壤含水率提高改變了區(qū)域小環(huán)境，使環(huán)境向濕潤方向發(fā)展。

2.2?土壤全鹽量

土壤全鹽量是評價鹽堿地的最重要指標，通過計算不同田塊各層含鹽量平均值，獲得不同剖面深度的變化趨勢。在蓄水條件下，不同田塊的土壤含鹽量從垂直方向上看呈遞增趨勢。土壤耕層鹽分有向深層運移趨勢，土壤中大部分鹽分集中在270～400 cm土層，使鹽分壓于底層，減少了耕層大面積返鹽的可能性。蓄水條件下，淺層與深層含鹽量變化均呈“雙曲線”模式，且雙曲線曲率大小相近，說明耕層鹽分減少量與深層鹽分增加量大體一致，且120～210 cm土層變化不大， 30～60 cm土層變化較為特殊，耕層返鹽時該層鹽分減少，從另一個側(cè)面進一步說明存在這樣一個過渡層，阻止耕層大量返鹽。

原狀土與改造后土壤空間分布情況和趨勢差異明顯。未改造土壤，鹽分主要分布在90～210 cm土層處，受蒸發(fā)條件影響，該層鹽分極易返鹽至耕層，使土壤耕層不利于作物生長;而底層鹽分變化趨勢在2 m以下呈遞減趨勢，該種形式的土壤垂直分布極不利于土壤向良性方向發(fā)展。

3?結(jié)論與討論

該研究結(jié)果表明，在排堿溝中蓄水，田塊土壤中水分含量增加，不但能夠保證作物生長需水量，而且有利于環(huán)境從干旱半干旱向濕潤方向發(fā)展，能改變區(qū)域小環(huán)境;在蓄水條件下，不同田塊的土壤含鹽量從垂直方向上看均呈遞增趨勢，土壤耕層鹽分有向深層運移趨勢，土壤大部分鹽分集中在270～400 cm土層，鹽分被壓于底層，減少了耕層大面積返鹽的可能性;在蓄水條件下，淺層與深層含鹽量變化呈“雙曲線”模式，且雙曲線曲率大小相近，說明耕層鹽分減少量與深層鹽分增加量大體一致;治理后的土壤中存在一個過渡層，?阻止耕層大量返鹽;未改造耕地與已開發(fā)耕地土壤含鹽量空間分布情況和趨勢差異明顯，未改造土壤，鹽分主要分布在90～210 cm土層，受蒸發(fā)條件影響，該層鹽分極易返鹽至耕層，使土壤耕層不利于作物生長，在2 m以下的土壤含鹽量呈遞減趨勢，該分布形式極不利于土壤向良性方向發(fā)展。

對“改排為蓄”綜合治理的生態(tài)和諧模式的研究還有待深入，該試驗研究了以往未涉及的2 m以下深層土壤的水鹽變化規(guī)律，是對“改排為蓄”鹽堿地治理新模式機理研究的補充。

46卷35期馬增輝等?陜西鹵泊灘“改排為蓄”條件下深層土壤鹽分空間格局研究

參考文獻

[1] SCHOUPS G，HOPMANS J W，YONG C A，et al.Sustainability of irrigated agriculture in the San Joaquin Valley，California[J].PNAS，2005，102（43）： 15352-15356.

[2] 孫兆軍.銀川平原鹽堿荒地改良模式研究[D].北京：北京林業(yè)大學，2011.

[3] ROZEMA J，F(xiàn)LOWERS T.Crops for a salinized world[J].Science，2008，322（5907）： 1478-1480.

[4] 周在明.環(huán)渤海低平原土壤鹽分空間變異性及影響機制研究[D].北京：中國地質(zhì)科學院，2012.

[5] 王向輝.西北地區(qū)環(huán)境變遷與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2012.

[6] 張玉文.秸稈還田對濱海鹽堿棉田物理性狀的改良研究[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學，2016.

[7] 葉校飛.蓄水條件下蓄水溝水體與相鄰土壤的鹽分運移規(guī)律研究[D].西安：西安理工大學，2010.

[8] 李彬，王志春，孫志高，等.中國鹽堿地資源與可持續(xù)利用研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2005，23（2）：154-158.

[9] 劉建剛，羅紈，賈忠華，等.從水鹽平衡的角度分析控制排水在銀南灌區(qū)實施的可行性[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2005，21（4）：43-46.

[10] 岳衛(wèi)峰，楊金忠，童菊秀，等.干旱地區(qū)灌區(qū)水鹽運移及平衡分析[J].水利學報，2008，39（5）：623-626，632.

[11] 李山.灌區(qū)控制排水條件下水鹽調(diào)控及農(nóng)田濕地鹽分動態(tài)研究[D].西安：西安理工大學，2017.

[12] 韓霽昌.鹵泊灘土地開發(fā)利用及評價體系研究[D].西安：西安理工大學，2004.

[13] 韓霽昌.陜西鹵泊灘鹽堿地綜合治理模式及機理研究[D].西安：西安理工大學，2009.

[14] 韓霽昌，解建倉，朱記偉，等.陜西鹵泊灘鹽堿地綜合治理模式的研究[J].水利學報，2009，40（3）：372-377.

[15] 羅紈，賈忠華，方樹星，等.灌區(qū)稻田控制排水對排水量及鹽分影響的試驗研究[J].水利學報，2006，37（5）：608-612，618.

[16] 田世英，羅紈，賈忠華，等.控制排水對寧夏銀南灌區(qū)水稻田鹽分分布影響的試驗研究[C]//中國農(nóng)業(yè)工程學會.農(nóng)業(yè)工程科技創(chuàng)新與建設現(xiàn)代農(nóng)業(yè)-2005年中國農(nóng)業(yè)工程學會學術(shù)年會論文集 第二分冊.北京：中國農(nóng)業(yè)工程學會，2005：5.

[17] 劉建剛.寧夏銀南灌區(qū)采用控制排水后水鹽平衡分析研究[D].西安：西安理工大學，2005.

[18] 葉校飛，解建倉，秦濤，等.“改排為蓄”鹽堿地治理模式的可行性研究[J].水資源與水工程學報，2009，20（3）：48-50，53.

[19] 韓霽昌，解建倉，王濤，等.陜西鹵泊灘鹽堿地“改排為蓄”后鹽堿指標試驗觀測[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2009，25（6）：59-65.

[20] 吳曄，張亞莉.陜西鹽堿地整理新模式達國際先進水平[N].中國國土資源報，2008-10-15（001）.

[21] 韓霽昌，李曉明，孫劍虹，等.鹵泊灘典型田塊土壤鹽分三維空間分布研究[J].自然資源學報，2014，29（5）：847-854.

[22] 王秋長，趙鴻喜，張守民，等.基礎(chǔ)化學實驗[M].北京：科學出版社，2003.