干旱灌區(qū)鹽堿地形成及改良利用區(qū)劃綜述

王 敏，周金龍，2

(1.中國地質(zhì)大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430074;2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

干旱灌區(qū)鹽堿地形成及改良利用區(qū)劃綜述

王 敏1，周金龍1，2

(1.中國地質(zhì)大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430074;2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

一直以來，干旱灌區(qū)鹽堿地形成機(jī)理研究、鹽堿地改良利用研究是干旱灌區(qū)鹽堿地研究的主要內(nèi)容。本文比較系統(tǒng)地闡述了鹽堿地形成的影響因素、近年來國內(nèi)干旱灌區(qū)水鹽運(yùn)動(dòng)機(jī)理研究概況，并對(duì)鹽堿地改良利用方法作了比較全面的總結(jié)，對(duì)鹽堿地的合理開發(fā)利用和改良實(shí)踐中所用的一些區(qū)劃方法做了綜合闡述。

干旱灌區(qū)，鹽堿地，改良利用，區(qū)劃

土壤鹽堿化問題是干旱區(qū)可持續(xù)發(fā)展和改善環(huán)境質(zhì)量的戰(zhàn)略問題［1］。根據(jù)聯(lián)合國教科文組織和糧農(nóng)組織的不完全統(tǒng)計(jì)，全世界鹽堿地的面積為9.54億公頃，我國約為9913萬公頃，且分布范圍廣，是鹽漬化危害最為嚴(yán)重的國家之一，尤其是生態(tài)系統(tǒng)脆弱的西部干旱、半干旱地區(qū)綠洲土壤鹽漬化問題異常突出［2－4］，土壤鹽堿化問題已成為我國糧食安全的重要威脅。土地鹽堿荒漠化不僅導(dǎo)致土地?cái)?shù)量的減少和土地質(zhì)量的降低，影響植被的生長發(fā)育，使作物減產(chǎn)，而且影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的平衡，造成區(qū)域水鹽平衡的破壞，對(duì)生物圈和生態(tài)平衡構(gòu)成威脅［5］。

1 鹽堿地形成的影響因素

干旱灌區(qū)分布在年降水量一般不足250 mm的干旱氣候帶及年降水量250～500 mm的半干旱氣候帶，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，鹽堿地分布廣泛。一般認(rèn)為，鹽堿地是在一定環(huán)境條件下形成和發(fā)育的，鹽堿地的形成因素主要有氣候、地形及地貌、水文及水文地質(zhì)、成土母質(zhì)、生物因素及人為因素［6］。

1.1 氣候因素

區(qū)域性氣候決定著一個(gè)地區(qū)水量分布，從根本上決定著一個(gè)地區(qū)鹽堿危害形勢。我國西北內(nèi)陸地區(qū)是干旱灌區(qū)的主要分布區(qū)，氣候干熱，降水稀少，為鹽堿危害的發(fā)生創(chuàng)造了條件。王遵親［6］在《中國鹽漬土》一書中將氣候因素對(duì)鹽堿地形成的影響作了全面的論述，闡述了干旱氣候、季風(fēng)氣候、凍融、風(fēng)在鹽堿地形成中所起的重要作用。羅家雄［7］對(duì)我國干旱灌區(qū)分布最廣的新疆墾區(qū)特殊的區(qū)域性氣候在鹽堿地形成過程中所起的作用做了比較深入的分析。

1.2 地形地貌因素

地形及地貌影響土壤鹽堿化形成。地表水和地下水從上游向下游流動(dòng)的過程中，礦化度會(huì)隨之逐漸升高，土壤鹽堿化程度也從低到高，往往形成不同鹽堿地地球化學(xué)分異帶。從大、中地形來看，土壤鹽分的累積是從高處往低處逐漸加重的，一些地勢較低洼的匯水區(qū)常常是鹽堿危害比較嚴(yán)重的地區(qū)。如我國內(nèi)陸干旱地區(qū)，一些內(nèi)流封閉盆地、半封閉的出流滯緩的河谷平原和沖積平原往往分布有大量的鹽堿地。但是，在一個(gè)大區(qū)域范圍內(nèi)，由于內(nèi)外營力作用而引起的地表形態(tài)差異，又常常造成水熱狀況不同，并導(dǎo)致水鹽的重新分配。趙曉彬［8］研究分析了榆林沙區(qū)無排灌條件鹽堿地水鹽運(yùn)動(dòng)的時(shí)空變化過程，表明地形因素起著重要作用;羅金明［9］等通過野外定位觀測和室內(nèi)分析，表明松嫩平原鹽漬化區(qū)4種微地貌單元堿化層出現(xiàn)的高度和含鹽量均不相同。

1.3 水文及水文地質(zhì)條件

干旱灌區(qū)土壤鹽堿化主要受地表徑流和地下徑流的影響。地表徑流影響土壤鹽堿化有兩種主要方式:一是通過地表徑流淹沒地面，進(jìn)入土體中，使水溶性鹽分殘留于土壤中;二是地表水向地下水滲漏，增補(bǔ)水鹽量，增加礦化度。淺層地下徑流則是影響土壤現(xiàn)代鹽分運(yùn)動(dòng)非?；钴S的因素，是土體鹽分運(yùn)移的基本動(dòng)力，對(duì)于土壤鹽分的累積及組成，都具有十分重要的作用。劉廣明通過土柱實(shí)驗(yàn)研究了地下水作用條件下土壤的積鹽規(guī)律，表明地下水對(duì)土壤積鹽影響顯著［10］。干旱灌區(qū)的地下水埋深往往控制著鹽分的積累，人們通過調(diào)控水位來改良鹽堿地。

1.4 成土母質(zhì)

我國西北干旱地區(qū)鹽堿地成土母質(zhì)主要是第四紀(jì)沉積物，主要包括湖相沉積物、洪積物、風(fēng)積物等，由于水資源缺乏，地下水淋洗遷移作用不如濕潤地區(qū)強(qiáng)烈，這里的巖石一般都不同程度的含有可溶性鹽分，巖石風(fēng)化物和其析出的鹽分隨水搬運(yùn)至盆地，成為盆地土壤母質(zhì)鹽分的主要來源;一些地區(qū)存在鹽巖可作為鹽的來源;不少成土母巖中都含有一定量的蘇打。除成土母質(zhì)的物質(zhì)內(nèi)容外，成土母質(zhì)的結(jié)構(gòu)也是影響土壤積鹽的重要因素。如成土母質(zhì)多具層狀結(jié)構(gòu)存在厚度不同的粘土夾層，會(huì)對(duì)水鹽運(yùn)移產(chǎn)生很大影響，成土母質(zhì)中不同的顆粒級(jí)配，會(huì)影響土壤毛細(xì)水的賦存與運(yùn)動(dòng)，影響鹽分的積累與淋脫。方文松等［11］通過土壤性質(zhì)對(duì)滲透深度的影響的研究表明，當(dāng)土壤質(zhì)地由輕變重，或由砂變粘，則滲透深度由深變淺。殷波等［12］通過對(duì)不同土壤質(zhì)地新疆棉田膜下滴灌鹽分的運(yùn)移與積累規(guī)律的研究，發(fā)現(xiàn)在壤土和粘土中呈現(xiàn)不同的規(guī)律。

1.5 生物積鹽作用

在土壤形成的生物小循環(huán)中，植物具有十分重要的作用，在土壤的鹽堿化過程中，植物對(duì)鹽分在土壤中的累積作用，也是不可忽視的。一些植物體內(nèi)含鹽量大，如新疆北部的瑪納斯地區(qū)的鹽穗木含鹽量達(dá)到26.7%，更干旱的阿克蘇，植株含鹽量已達(dá)到57.8%，這些植物遺體被分解后，形成鈣鹽和鈉鹽，在附近高濃度分布［6］。干旱灌區(qū)往往植被覆蓋率很高，由于氣候干旱，蒸發(fā)極其強(qiáng)烈，往往水走鹽留，鹽分在淺層土壤中積累。

1.6 人為因素的影響

干旱灌區(qū)人為因素對(duì)土壤鹽堿化影響主要有以下幾個(gè)方面:一是由于灌溉和排水工程不完善導(dǎo)致的地下水位上升，造成土壤積鹽;二是農(nóng)業(yè)技術(shù)措施不當(dāng)，如土地未平整，往往容易導(dǎo)致局部積鹽;農(nóng)作物安排不當(dāng)引起的覆蓋度降低，最終加劇了蒸發(fā)，造成表土積鹽;三是長期引用高礦化度水進(jìn)行灌溉。陳雯龍［13］對(duì)新疆和田縣的鹽堿地現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，結(jié)果表明人為因素是灌區(qū)鹽堿地形成的主要因素。

2 干旱灌區(qū)水鹽運(yùn)移研究

水文及水文地質(zhì)條件和土壤質(zhì)地控制著鹽堿地的水鹽運(yùn)移狀況，而水鹽運(yùn)移狀況直接控制著鹽堿危害的發(fā)生。干旱灌區(qū)是鹽堿地改良利用和次生鹽堿化防治的主戰(zhàn)區(qū)。近年來，圍繞灌區(qū)鹽堿地的研究已做了大量的工作，從不同的角度對(duì)干旱區(qū)水鹽運(yùn)移的規(guī)律和機(jī)制進(jìn)行了探索。主要有以下幾種:結(jié)合特殊灌溉方式的水鹽運(yùn)移研究，如張偉［14］、王一民［15］、呂殿青［16］等對(duì)覆膜滴灌下水鹽運(yùn)移規(guī)律的研究以及結(jié)合農(nóng)田特有的不同灌溉方式下水鹽運(yùn)移規(guī)律比較研究［17］;結(jié)合生物生長狀態(tài)下的水鹽運(yùn)移研究，如以王偉［18］、虎膽·吐馬爾白［19］、張展羽［20］開展的干旱地區(qū)的實(shí)驗(yàn)研究;結(jié)合特殊土壤質(zhì)地的水鹽運(yùn)移研究，如張殿發(fā)［21］針對(duì)凍融條件下土壤中水鹽運(yùn)移規(guī)律做了模擬研究，王巧煥［22］對(duì)灌溉條件下黃土層中水鹽運(yùn)移的研究;生物作用下的水鹽運(yùn)移研究也是研究重點(diǎn)。如在新疆巴州試驗(yàn)站針對(duì)棉田所做的滴灌條件下的水鹽研究;結(jié)合干旱地區(qū)淡水資源匱乏，近年來不少學(xué)者做了咸水及微咸水灌溉條件下的水鹽運(yùn)移研究［23－26］;其中結(jié)合覆膜滴灌的微咸水灌溉方式正得到大面積推廣，產(chǎn)生了很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。此外一些學(xué)者對(duì)水、鹽、熱的運(yùn)移機(jī)理進(jìn)行了探索，由于這方面的實(shí)驗(yàn)研究相當(dāng)困難，目前僅停留在對(duì)一些已有理論的試驗(yàn)與建模驗(yàn)證階段，離實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)長的距離［27］。

3 干旱灌區(qū)改良利用研究

鹽堿地的改良利用方法，大致可分為水利改良、物理改良、化學(xué)改良和生物改良等。

干旱灌區(qū)由于僅靠自然降水無法滿足農(nóng)業(yè)需水要求，必須發(fā)展水利灌溉滿足農(nóng)業(yè)需要，這使得水利改良在鹽堿土的改良利用中被擺在了舉足輕重的位置。目前水利改良以農(nóng)田排水的方法為主，將土壤中鹽分排出農(nóng)田，降低土壤鹽分含量，為作物生長提供良好的水鹽環(huán)境。農(nóng)田排水主要有明溝、暗管、豎井等排水形式［28］。我國農(nóng)田灌溉一直以來都是用淡水灌溉，一些學(xué)者打破傳統(tǒng)的淡水洗鹽模式，改用微咸水或咸水灌溉，并取得成功。

物理改良主要通過平整土地、深耕曬堡、松土施肥、抬高地形、微區(qū)改土、鋪砂壓堿等措施，改善土壤物理結(jié)構(gòu)，增加土壤透氣透水能力，提高土壤鹽分向深層遷移的能力，降低根區(qū)土壤鹽分含量，進(jìn)而為作物生長創(chuàng)造良好的水鹽環(huán)境。劉虎俊［29］在河西走廊將深耕、客土等措施與淡水洗鹽相結(jié)合，應(yīng)用地表覆蓋、免耕和溝植技術(shù)改良土壤，取得了良好的效果。

化學(xué)改良方法主要通過向鹽堿地中投放土壤化學(xué)藥劑(改良劑)改善土壤適作條件。其原理是利用添加高價(jià)離子，置換土壤顆粒上吸附的單價(jià)鈉離子，增加鈉離子的可移動(dòng)性和顆粒間的連接力，形成有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。由于化學(xué)藥劑具有周期短，見效快，且效果顯著等特點(diǎn)，目前化學(xué)藥劑已被廣泛用于鹽堿地改造?；瘜W(xué)藥劑主要有石膏、磷石膏、過磷酸鈣、腐殖酸、泥炭、醋渣等［30－31］，改良劑主要有 PK劑增效劑［32］、禾康［33］、康地保［34］等。

生物改良鹽堿地主要是指通過現(xiàn)代生物技術(shù)，培育高耐鹽植物在鹽堿地中直接種植，或者使用有機(jī)肥料或微生物菌肥，增加土壤有機(jī)質(zhì)，培肥土壤，逐步改善土壤物理化學(xué)特性。由于尋求耐鹽度高的作物是生物改良的基礎(chǔ)，美國、俄羅斯、印度、以色列、巴基斯坦和中國等國家分別利用常規(guī)育種法、輻射育種和基因工程等方法選育出了一系列耐鹽堿植物。植被修復(fù)是鹽漬化土地恢復(fù)最經(jīng)濟(jì)有效的措施，鹽堿地修復(fù)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)植被的恢復(fù)與重建。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)植物耐鹽性、耐鹽生理、耐鹽遺傳等方面的研究不斷深入，應(yīng)用鹽堿地植被構(gòu)建技術(shù)，有效利用耐鹽性植物品種進(jìn)行鹽堿地改良，必將大大加快鹽堿地改良利用的進(jìn)程［35］。

目前鹽堿地的改良利用技術(shù)方法的應(yīng)用研究很多，在生產(chǎn)實(shí)踐中很少用單一的方法，一般綜合以上各種方法，因地制宜。

4 鹽堿地區(qū)劃方法

要實(shí)現(xiàn)鹽堿土土地資源及其合理開發(fā)利用和改良，正確的做好分區(qū)規(guī)劃是必要前提。分區(qū)采取先取指標(biāo)，后劃區(qū)的原則，指標(biāo)選取要抓主放次，通過影響鹽堿地積鹽的主要因素來選取，如氣候類型、水文及水文地質(zhì)、土壤質(zhì)地、地形地貌、人類活動(dòng)等;通過鹽土成因類型劃分為:草甸鹽土、沼澤鹽土、洪積鹽土、殘余鹽土、堿化鹽土等作為亞類劃分的指標(biāo)等。選取指標(biāo)的方法主要有:因素分解法、成因及結(jié)果表現(xiàn)分析法、指標(biāo)賦權(quán)方法、層次分析法、熵值法等。周金龍［36］通過對(duì)新疆尉犁縣平原灌區(qū)鹽堿地形成的主要影響因素分權(quán)賦值，利用加權(quán)求和函數(shù)對(duì)鹽堿地進(jìn)行了劃分，此方法簡便易行，實(shí)用性強(qiáng)。土地區(qū)劃方法主要有:模糊綜合模型、灰度關(guān)聯(lián)度模型、物元模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、主成分分析法、聚類分析法、判別分析法等，目前這些方法已相繼被學(xué)者應(yīng)用在鹽堿地的改良利用分區(qū)中。鹽堿地區(qū)劃往往根據(jù)形成鹽堿地的影響因素劃分，確定主要的影響因素為劃分依據(jù)，如劉延峰［37］在對(duì)新疆焉耆盆地土地積鹽的分析中就運(yùn)用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，分析了鹽堿地形成各影響因素的相關(guān)度，這對(duì)于分區(qū)十分關(guān)鍵。鹽堿地的類型可根據(jù)土壤水中主要離子類型確定，黃運(yùn)祥［38］運(yùn)用主成分分析法，確定了新疆阿瓦提地區(qū)鹽堿地的主要離子類型，可作為分區(qū)的依據(jù)。目前，關(guān)于鹽堿地分區(qū)方法缺少系統(tǒng)的研究，應(yīng)用新方法對(duì)鹽堿土進(jìn)行分區(qū)的研究還鮮有人涉及，分區(qū)在鹽堿地改良利用實(shí)踐中的重要作用還有待在今后的工作中引起研究者們的重視。

5 干旱灌區(qū)鹽堿地的研究展望

“十二五”期間，我國提出發(fā)展完善現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系，發(fā)展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全農(nóng)業(yè)，全面加強(qiáng)農(nóng)田水利建設(shè)，完善建設(shè)和管護(hù)機(jī)制，加快大中型灌區(qū)的灌排泵站配套設(shè)施改造。加強(qiáng)干旱灌區(qū)鹽堿地的研究，為大面積的干旱灌區(qū)鹽堿地綜合治理提供技術(shù)支撐成為鹽堿地治理改造工作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。相信在國家政策鼓勵(lì)和強(qiáng)有力的資金支持下，鹽堿地的研究也必將進(jìn)入一個(gè)新的歷史機(jī)遇期。結(jié)合目前我國干旱灌區(qū)鹽堿地研究的現(xiàn)狀，新時(shí)期鹽堿地治理工作將主要從以下幾個(gè)方面獲得突破:

(1)區(qū)域差異性影響因素調(diào)查分析結(jié)合水鹽運(yùn)移理論研究成果在鹽堿地改良利用與防治實(shí)踐中的應(yīng)用，有待進(jìn)一步加強(qiáng)?，F(xiàn)有的鹽堿地理論很多，然而如何區(qū)分這些理論在實(shí)踐中的指導(dǎo)效果，還需要研究人員做進(jìn)一步分析甄別。現(xiàn)有模型是基于實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)得出的，由于地域不同，水文地質(zhì)條件、土壤質(zhì)地狀況會(huì)有很多的差異，因此模型的適應(yīng)性問題將變得突出，針對(duì)不同地區(qū)的模型校正與改善將成為研究的重點(diǎn)。此外，隨著研究技術(shù)水平的提高，使得更加微觀深入的理論研究成為可能，多學(xué)科寬領(lǐng)域交叉性的研究也是一種發(fā)展趨勢。

(2)鹽堿地改良綜合利用成為必然，如何更好地融合水利、物理、化學(xué)、生物等眾多學(xué)科，使之成為綜合的治理系統(tǒng)成為一種研究的新趨勢。在保證系統(tǒng)效果大幅提高的前提下，而又不損害治理方案的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性，將成為鹽堿地改良綜合利用的新挑戰(zhàn)。此外，新理論催生出的新方法將值得期待。

(3)完善鹽堿地信息收集將成為工作的重點(diǎn)。遙感技術(shù)成本低、速度快、歷史資料積累豐富、信息量巨大，這是傳統(tǒng)方法所不可比擬的。現(xiàn)階段利用 RS、GIS、GPS和數(shù)學(xué)模型是進(jìn)行鹽漬土定性、定量、動(dòng)態(tài)分析、管理、信息提取、監(jiān)測與預(yù)報(bào)研究和土地區(qū)劃的重要手段?；谶b感影像的土壤鹽漬化程度分級(jí)提取和基于GIS手段的土壤鹽漬化分析與模擬預(yù)測技術(shù)日趨成熟。隨著我國在衛(wèi)星技術(shù)、自動(dòng)化控制、大型計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航定位系統(tǒng)等高精尖技術(shù)領(lǐng)域的高速發(fā)展，我國空間信息和遙感技術(shù)的在農(nóng)田水利上的應(yīng)用將發(fā)生巨大的改觀。

6 結(jié)語

綜上所述，查明干旱灌區(qū)區(qū)域水資源分布及水文地質(zhì)條件，綜合影響鹽堿地形成其他各方面的影響因素，從土壤水鹽運(yùn)移基本原理出發(fā)，結(jié)合干旱灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際，發(fā)展適合干旱灌區(qū)鹽堿化土壤開發(fā)利用方法，選擇合理的區(qū)劃方法進(jìn)行改良利用區(qū)劃，以及建立現(xiàn)代化的農(nóng)田水利排灌系統(tǒng)，是解決干旱灌區(qū)土壤鹽堿化問題的根本途徑。

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Summary on Formation of the Saline－alkali land，Its Improvement and Utilization Zoning of in the arid Irrigation Area

WANG Min1，ZHOU Jin － long1，2
(1. School of Environmental Studies，China University of Geosciences，Wuhan 430074，Hubei;2. College of Water Conservancy and Civil Engineering，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China)

Formation mechanism and improve0ment and utilization of the saline－alkali soil are the main research contents in the arid irrigation areas. The paper systematically expatiates on the factors that have influenced the formation of the salinealkali soil and general descriptions on mechanism of water－salt transport researches in the arid irrigation area in recent years in China，and comprehensively summarizes the methods of its improvement and utilization，and also elaborates some zoning methods of reasonable development and practical utilization.

The arid irrigation area;the saline－alkali land and improving and utilization;zoning

S287

A

1004－1184(2012)01－0074－03

2011－09－26

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51069016;50969010)和新疆自治區(qū)水文學(xué)及水資源重點(diǎn)學(xué)科基金(xjswszyzdxk20101202)資助。

王敏(1986－)，男，湖南岳陽人，在讀碩士研究生，主攻方向:地下水利用與保護(hù)、鹽堿地改良利用。