微咸水灌溉的應用進展概述

葉勝蘭

(1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司,陜西 西安 710075;2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司,陜西 西安 710075;3.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室,陜西 西安 710075;4.陜西省土地整治工程技術研究中心,陜西 西安 710075)

1 微咸水灌溉的背景

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，而水資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及糧食安全的關鍵因素。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展及人口增多，由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)擴大帶來的對農(nóng)業(yè)灌溉水的需求量急劇升高。目前，在我國農(nóng)業(yè)灌溉用水量大約占總供給水量的62%。盡管不斷推出節(jié)水灌溉、高效用水等措施減少用水，但這遠遠無法滿足我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)擴大對水的需求。淡水資源將面臨日趨嚴重的供需矛盾，這不僅對我國未來的經(jīng)濟和發(fā)展造成嚴重的制約，同時糧食生產(chǎn)的安全也得不到保障。在這種情況下，如何改善淡水資源匱乏這一現(xiàn)象，將有著非常重要的意義。而尋找替代水源(如微咸水)，將有效緩解淡水資源的過度消耗。一般意義上的微咸水是指水的礦化度在2～5 g/L的含鹽水。在我國有關微咸水的分布范圍較為廣泛，且在華北、西北這些易發(fā)生干旱的地區(qū)更為明顯。已有資料顯示，我國地下微咸水大約在200億m3/年，而可以開采利用的大約有130億m3/年，這些地下水的位置大概在10～100 m，方便開采利用[1]。

現(xiàn)今，合理利用微咸水進行農(nóng)業(yè)灌溉已有了一定的研究[2，3]。在一定的條件，如何利用微咸水這一水資源代替淡水資源進行灌溉，不但能預防淡水資源的過度開采使用、有效改善已有地下水的質(zhì)量，還對作物的產(chǎn)量、品質(zhì)等方面起到促進作用。但在大規(guī)模的開采利用這些咸水資源的同時，還要及時提升開采手段和利用方式，預防微咸水的過度澆灌導致土壤發(fā)生鹽漬化等不良后果。

2 微咸水灌溉制度研究情況

2.1 微咸水灌溉技術研究進展

由于淡水資源量的限制及供需矛盾，開采新的水資源來代替淡水資源已勢在必行。微咸水這一廣泛存在的水源可有效替代農(nóng)業(yè)灌溉用水。而對微咸水資源的利用在國內(nèi)外都已有相當?shù)臍v史。尤其在國外對微咸水的研究利用已有100多年的歷史。目前，微咸水灌溉的基本技術與淡水灌溉一致，主要包括地面灌溉、地下灌溉及噴灌等技術。而已有的研究表明，結合微咸水的自身特性及對土壤理化性質(zhì)、作物生長發(fā)育多方面因素的影響，微咸水這一資源相較地面灌溉更適合與地下滲灌。R.M.Patel[4]利用地下滲灌這一技術，將電導率在1～9 dS/m的咸水用于土豆生長中的灌溉。研究結果發(fā)現(xiàn)，盡管咸水的濃度差異較大，但各處理間土豆的最終產(chǎn)量差異不明顯。國外學者在美國東部進行了相關的微咸水灌溉試驗，結果發(fā)現(xiàn)：微咸水灌溉對農(nóng)作物棉花、甜菜、苜蓿等能有效的保持與淡水灌溉相當?shù)漠a(chǎn)量，且在合理改善灌溉方式時，還能有效提高這些作物的產(chǎn)量[5，6]。有研究者在美國德州利用溝灌技術進行研究，發(fā)現(xiàn)將灌水技術與適合的農(nóng)藝措施相互結合，更有利于作物的生長。目前已有的灌水與農(nóng)藝相結合的優(yōu)異措施包括以下方面：第一，鎘溝灌溉技術，這是利用溝道將微咸水中的鹽分隔離到靠近沒有作物的溝道的一邊就；第二，去除表明結晶的鹽分，主要是在作物出苗之前利用硬質(zhì)棒棍在田地的表明刮一遍，以去除土壤表明的鹽分；第三，將作物種植在近溝的地處，因為鹽分容易在苗床的高出累積，而在溝道的地處鹽分含量相對較少，利于作物的生長。同時，利用微咸水進行灌溉的時間也有重要影響。如在炎熱且干旱的夏季，在上午10點到下午4點進行灌溉極易發(fā)生作物燒苗現(xiàn)象，因此在黃昏以后進行灌溉能達到更好的效果。總之，微咸水灌溉不僅要結合先進的灌溉技術，也要合理總結農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中的經(jīng)驗，以更好的利用微咸水資源。

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2.2 微咸水灌溉不同方式研究進展

目前，為了更好地利用微咸水這一水資源，很多專家學者已經(jīng)研究了微咸水灌溉方式上的差異。包括直接利用微咸水灌溉，與淡水混合灌溉以及兩者輪灌。

輪灌是根據(jù)種植作物對鹽分耐受程度及相同作物不同生長階段耐鹽程度進行輪換灌溉，因此作物灌溉的時間、灌溉量等都隨著微咸水的礦化度、作物種植的種類方式以及當?shù)禺敃r的灌溉條件的改變而有所不同[10]。如在干旱缺水的下降，一般采用微咸水灌溉，而在降雨后會蓄積一定量的雨水，則可換成淡水(雨水)進行灌溉。而對不同作物套種時，應根據(jù)作物的耐鹽程度不同選擇不同的水進行灌溉，如強耐鹽作物棉花，可采用微咸水灌溉；而玉米、小麥等對鹽分耐受相對較弱，尤其在作物的苗期應該選擇淡水灌溉，在作物生長旺盛期可適當進行微咸水灌溉[7]。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不管選用哪種灌溉技術、灌溉方式，都應該與當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際、水資源的利用狀況、作物耐鹽程度以及長久累積下來的農(nóng)藝耕作經(jīng)驗等相結合，才能更好的利用各類資源提高作物的產(chǎn)量，促進經(jīng)濟效益及社會效益的積極發(fā)展。

一般在淡水資源極度緊缺的地區(qū)或時間段內(nèi)，可以在保障該地區(qū)土壤中含鹽量在作物耐受范圍內(nèi)而進行合理的微咸水灌溉[7]。王洪彬[8]通過研究玉米、小麥及棉花在生長旺盛期內(nèi)，澆灌礦化度為3～5 g/L的微咸水，作物的產(chǎn)量與淡水灌溉間差異不明顯。同時，由于作物在幼苗的時候更為脆弱，因此在利用微咸水進行灌溉的時候應該避開作物的幼苗期。在直接利用微咸水的時應關注幾個方面：澆灌地要有地下水，且保持鹽分在臨界濃度一下；在作物關鍵需水時期進行灌溉，不要過度澆灌；利用降雨等沖洗土壤鹽分；合理施用有機肥，以避免土壤理化性質(zhì)的破壞；科學管理，合理利用灌溉技術等。

新時期做好濕地自然保護區(qū)的建設工作，需要從我國濕地保護的現(xiàn)實情況出發(fā)，完善濕地保護管理機制，創(chuàng)新濕地保護策略，著力提高濕地自然保護區(qū)的穩(wěn)定性與科學化水平，在加大技術與資金投入基礎上開展?jié)竦乇Ｗo工作。

3 微咸水灌溉對土壤水鹽運移情況的影響

國內(nèi)外已有大量研究表明，微咸水灌溉相較旱作有不同程度的增產(chǎn)作用[11,12]。利用微咸水進行灌溉勢必引起土壤中鹽分的增加，在進行微咸水灌溉時，應考慮土壤作物根層對鹽分的耐受極限濃度，在滿足作物對水分需求的同時，滿足作物的生理需求。由于季節(jié)氣候等原因，在進行微咸水灌溉的時候容易引起鹽分的累積及轉移。而且微咸水中不僅存在所熟知的鹽分離子，還存在大量的其他化學元素。在微咸水進入土壤后，將與土壤中的固體顆粒、自身溶液等產(chǎn)生物理化學作用，引起土壤結構的改變，土壤的顆粒組分、孔隙度等都將發(fā)生改變，從而導致土壤的能量和導水性能變化，也對土壤中化學元素的平衡造成破壞，最終對土壤中鹽分的運移產(chǎn)生影響。肖振華等[13]通過對非鹽漬化土壤進行微咸水灌溉試驗。結果發(fā)現(xiàn)通過灌溉微咸水而在土壤中累積的鹽分與土壤的淋洗交替作用，即當降雨等對土壤的鹽分淋洗量與灌溉累積鹽分量一致時，土壤中將不產(chǎn)生鹽分累積，且在雨水豐沛的年份，還將會對土壤進行一定量的脫鹽作用[1]。在降雨量達到300 mm以上時，能有效淋洗去除土壤根層的鹽分。張余良等通過微咸水灌溉試驗表明，長期進行微咸水灌溉將導致土壤產(chǎn)生鹽分的積累，影響土壤自身的結構平衡，土壤出現(xiàn)入滲率逐漸下降的現(xiàn)象[14]。而另有研究發(fā)現(xiàn)，長期進行微咸水灌溉，土壤中微生物的數(shù)量明顯下降，土壤發(fā)生板結現(xiàn)象，土壤中的營養(yǎng)元素如有機質(zhì)、碳、氮等顯著降低，阻礙了農(nóng)田的長期可持續(xù)利用[15]。同時，長期澆灌微咸水而不采取相應改善措施，土壤將發(fā)生次生鹽堿化現(xiàn)象[16]。

在這直觀的示意圖中，學生們運用學到的數(shù)學知識來解決新的數(shù)學問題，不僅降低了學生的學習難度，而且學生們可以真切地感受到數(shù)學知識之間的聯(lián)系，促進了學生數(shù)學學習質(zhì)量的提升。

4 結語

由于淡水資源的過度利用開采，已出現(xiàn)了嚴重的供需矛盾。目前對新的水資源的開采利用已迫在眉睫，世界各國逐漸將微咸水的開采利用作為關注焦點。而如何高效安全的利用微咸水已進行了大量的探索研究，且取得了一定的成果。但由于地區(qū)差異、氣候差異、微咸水本身的理化性質(zhì)差異以及種植不同作物的耐鹽差異等，導致很多研究結果只適用于某地或某種植物，而不能大面積的推廣應用。結合這種現(xiàn)狀和生產(chǎn)實際，應在以后的工作中重點開展以下方面的研究：加強微咸水對土壤理化性質(zhì)改變的內(nèi)在機理研究；強化微咸水灌溉對作物質(zhì)量及產(chǎn)量的影響研究；強化土壤中水鹽運移模型研究，實現(xiàn)其尺度轉化和長期預測。