“改排為蓄”鹽堿地治理研究進(jìn)展

摘要：隨著人類發(fā)展，耕地尤為緊張，鹽堿地則是重要的耕地后備資源，其治理方法較多。本文簡(jiǎn)述了“改排為蓄”的鹽堿地治理方法的研究進(jìn)展，實(shí)踐證明這一方法效果顯著且無(wú)次生污染。簡(jiǎn)析了該方法下鹽分的運(yùn)移規(guī)律，并通過(guò)模型驗(yàn)證，為鹽堿地治理提供新途徑。

關(guān)鍵詞：鹽堿地；治理；改排為蓄

目前，我國(guó)人口仍以年平均1500萬(wàn)左右的速度在不斷增長(zhǎng)，糧食供應(yīng)持續(xù)增加，同時(shí)，我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展時(shí)期，城市建設(shè)對(duì)土地資源的需求不斷加大，導(dǎo)致土地承載力已接近極限，土地總需求與總供給的矛盾尖銳而突出。人地關(guān)系一度呈現(xiàn)緊張態(tài)勢(shì)，資源環(huán)境矛盾迅速加劇，糧食安全和生態(tài)安全問(wèn)題日益嚴(yán)重。2021年陜西省人口數(shù)量將會(huì)達(dá)到峰值，但按照現(xiàn)行政策，陜西省到年耕地面積僅能夠滿足糧食自給率在水平下的耕地保有量要求，而無(wú)法滿足糧食自給率為的較高水平下的耕地保有量要求[3]。鹽堿地作為一種重要的土地資源，合理開(kāi)發(fā)利用這些鹽堿地資源，對(duì)保障糧食安全、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境以及推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

1傳統(tǒng)鹽堿地治理方法

近幾十年來(lái)，國(guó)家和地方在鹽堿地改造的研究及實(shí)踐方面投入了大量人力、財(cái)力和物力，收到了較好的治理效果。在土壤鹽分成因規(guī)律和特征、農(nóng)田節(jié)水灌溉水鹽運(yùn)移機(jī)理、鹽堿地改良利用技術(shù)措施等諸多方面都有了新的發(fā)展和突破，取得了一系列的科研及實(shí)踐成果。研究和實(shí)踐表明，鹽堿地的預(yù)防和治理是一個(gè)系統(tǒng)性的綜合治理工程，其效果也是一個(gè)循序漸進(jìn)逐步顯效的過(guò)程。目前，鹽堿地改良方法主要有四個(gè)大類，包括物理改良、水利改良、化學(xué)改良及生物改良，不同的改良技術(shù)和措施具有不同的改良效果。國(guó)內(nèi)主要采用工程排水洗鹽的水利技術(shù)措施，利用“大水壓鹽、洗鹽，地下排水”的方法，將下滲的土壤鹽分通過(guò)地下排水的方法排水洗鹽。這種傳統(tǒng)的“以排為主”方法能很好的治理鹽堿地，但同時(shí)存在著許多問(wèn)題：如修建排水工程量大、加劇了缺水問(wèn)題、田間排水帶有大量的肥料和農(nóng)藥成分，會(huì)嚴(yán)重污染下游水體[1-5]。

2“改排為蓄”鹽堿地治理法

陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)和西安理工大學(xué)于1999年共同提出了“改排為蓄、水地共處、和諧生態(tài)”的新模式，并在陜西省境內(nèi)鹵泊灘、鹽池洼、大荔古黃河灘等重鹽堿地區(qū)組織和實(shí)施了大規(guī)模、高標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)踐工作，取得了良好的效果。發(fā)現(xiàn)對(duì)鹵泊灘、鹽池洼、大荔古黃河灘等重鹽堿地區(qū)治理方法中，相較于與傳統(tǒng)的“排”方案，“蓄水”模式治理鹽堿地具有效果好、見(jiàn)效快、經(jīng)濟(jì)及自然成本低等優(yōu)勢(shì)。目前，“改排為蓄”鹽堿地治理模式在整治效果、鹽分監(jiān)測(cè)方法、水鹽運(yùn)移規(guī)律上開(kāi)展了大量研究。

2.1“改排為蓄”鹽堿地治理效果

韓霽昌等人分析了鹵泊灘不同地塊、不同深度、在不同時(shí)期土壤水分、鹽分、pH值以及離子含量的變化情況。結(jié)果表明“改排為蓄”模式下，鹵泊灘鹽堿地治理的效果顯著[6-7]。葉校飛等人通過(guò)10年定期不定期觀測(cè)地下水位及土壤含鹽量，驗(yàn)證了“改排為蓄”模式的可行性，在該模式下鹵泊灘地區(qū)呈脫鹽狀態(tài)，土壤含鹽量適合棉花生長(zhǎng)[8]。潘延鑫等人為了查明鹽堿地排水溝蓄水條件下農(nóng)田與排水溝之間的水鹽交換，基于兩年現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了農(nóng)田與排水溝的水位響應(yīng)以及電導(dǎo)率變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)排水溝蓄水條件下，相鄰排水溝水位與農(nóng)田地下水位變化基本一致，作物生長(zhǎng)期較為強(qiáng)烈的蒸發(fā)蒸騰作用進(jìn)一步降低了田間地下水位；排水溝水位變化可以直接或間接地影響周圍農(nóng)田的地下水位和水質(zhì)狀況，在無(wú)外界來(lái)水干擾的情況下，農(nóng)田地下水和排水溝水樣的電導(dǎo)率變化趨勢(shì)一致，當(dāng)排水溝受到外來(lái)淡水補(bǔ)給時(shí)，溝內(nèi)濃縮的鹽分得到稀釋，電導(dǎo)率明顯低于農(nóng)田地下水[9]。

2.2鹽分運(yùn)移規(guī)律研究

在鹽分運(yùn)移規(guī)律方面，韓霽昌、孫博等人自制實(shí)驗(yàn)裝置模擬水體與土壤之間鹽分運(yùn)移實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)蓄水水位高低的循環(huán)變化，研究不同土層鹽分的運(yùn)移規(guī)律。結(jié)果表明：蓄水水位的循環(huán)變化對(duì)土壤鹽分遷移起著至關(guān)重要的作用，當(dāng)蓄水位70 cm→40 cm→ 20 cm 的循環(huán)變化時(shí)，表層0 ～65 cm 土壤的鹽分逐漸擴(kuò)散至水體，鹽分再由水體中逐漸向底層 65 ～100 cm 土壤遷移，改變鹽分在垂直方向的分布，逐漸向下壓鹽[10-11]。李娟等人為檢驗(yàn)蓄水和排水處理下鹽堿地土壤鹽分的變化及鹽分運(yùn)移規(guī)律，分析了兩種處理下0-160cm土層土壤中鹽分的運(yùn)移規(guī)律。結(jié)果表明蓄水處理下0-160cm土層的平均土壤濕度較排水處理高，能夠有效提高土壤中含水量，滿足作物生長(zhǎng)需求[12]。

2.3鹽分運(yùn)移模型

針對(duì)研究對(duì)象，建立鹽分運(yùn)移數(shù)學(xué)模型，采用 Hydrus-2D 軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，經(jīng)分析比較，不同土層鹽分運(yùn)移數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)值基本一致，模擬效果較好。潘延鑫等人基于鹵泊灘2009—2013年田間水鹽監(jiān)測(cè)資料，應(yīng)用飽和-非飽和土壤水分及溶質(zhì)運(yùn)移理論，利用 HYDRUS-1D數(shù)值模型對(duì)當(dāng)?shù)赝寥浪帧Ⅺ}分運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了鹽堿地的水鹽變化狀況，確定合理的田間灌水定額。結(jié)果表明：農(nóng)田灌水定額為500 m 3·hm-2 時(shí)有利于控制土壤鹽分的累積[13]。解建倉(cāng)等人采用室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬，研究了蓄水和蒸發(fā)條件下土壤過(guò)渡層中水鹽運(yùn)移規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)土壤埋深在 60～80cm 的非飽和層和飽和層之間存在一個(gè) 10～20cm 的過(guò)渡層。由于過(guò)渡層的存在，蒸發(fā)條件下，土壤毛管的水分蒸發(fā)作用影響到的最低范圍就在過(guò)渡層內(nèi)。過(guò)渡層及以上的非飽和層的鹽分由于毛細(xì)以及蒸發(fā)作用隨水分上升，過(guò)渡層鹽分減少，表層鹽分增多；過(guò)渡層有隔離下層鹽分作用，飽和層鹽分含量相對(duì)穩(wěn)定。鹽堿地綜合治理過(guò)程中，通過(guò)蓄水溝系科學(xué)蓄水，控制地下水位并發(fā)揮過(guò)渡層作用，會(huì)防止鹽堿地反復(fù)返堿，并實(shí)現(xiàn)了耕作層土壤的逐漸改良[14]。馬增輝等人采用HYDRUS 3D軟件，利用新模式下水鹽運(yùn)移建模、系統(tǒng)仿真和數(shù)值模擬方法達(dá)到了實(shí)時(shí)模擬、動(dòng)態(tài)控制、縮短試驗(yàn)周期和節(jié)約成本的目的，為新模式及機(jī)理研究提供了新的有效途徑[15]。

3結(jié)論

結(jié)合“蓄水”模式已有的實(shí)驗(yàn)和初步理論分析，發(fā)現(xiàn)在鹽堿地在以“蓄水”模式為主的治理過(guò)程中，通過(guò)蓄水溝水位高低和水體中鹽分濃度大小，影響土壤中鹽分的運(yùn)動(dòng)，改善表層土壤鹽分，達(dá)到作物生長(zhǎng)要求。“改排為蓄”的鹽堿地治理方法對(duì)干旱、半干旱地區(qū)鹽堿地預(yù)防與治理，節(jié)約水資源、降低外界調(diào)控成本以及土地開(kāi)發(fā)工程成本上，具有不可比擬的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和重大戰(zhàn)略意義。

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基金項(xiàng)目：

陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（面上項(xiàng)目）（2018JM4023）

作者簡(jiǎn)介：

程杰（1986-），女，重慶萬(wàn)州人，博士研究生。主要從事水資源系統(tǒng)工程、土地整理復(fù)墾、土地工程和項(xiàng)目管理等相關(guān)的研究工作。