陕西卤泊滩改排为蓄条件下深层土壤盐分空间格局研究.docx

陕西卤泊滩“改排为蓄”条件下深层土壤盐分空间格局研究 马增辉 马钢摘要目的研究陕西卤泊滩重度盐碱地 “改排为蓄”治理条件下土壤盐分去向。方法根据观测资料，分析卤泊滩不同田块、不同土层深度在不同时期土壤水分、盐分、pH以及离子含量的变化和空间分布格局。结果“改排为蓄”模式下，区域对外不排水，田块土壤水分增加;不同田块的土壤含盐量在垂直方向上均呈递增趋势，耕层盐分有向深层运移趋势;耕层盐分减少量与深层盐分增加量大体一致;治理后的土壤中存在一个过渡层，阻止耕层大量返盐;未改造耕地与已改造耕地土壤含盐量空间分布情况和趋势差异明显，未改造土壤盐分空间分布形式不利于土壤向良性方向发展。结论该研究为土壤水盐运移规律研究提供理论依据。关键词盐碱地;改排为蓄;水盐变化;空间格局S278 A0517-6611（2018）35-0117-03盐分在土壤和地下水中的积累威胁着农业生产及其可持续发展1-2。土壤盐分含量增加，盐化面积增大致使肥沃的土地盐渍化，农作物产量锐减，土地种植的适应性发生变化，甚至区域内出现休耕、休种3-5。土壤盐碱化是目前世界农业面临的一个严重问题6-8。传统盐碱地治理技术主要依靠排水带走盐分，对治理干旱与半干旱区盐碱地在工程投入、运行成本、排碱用水等方面均投入巨大，且对下游水体造成污染9-11。地处陕西省富平县与蒲城县交界的卤泊滩，属古卤阳湖干枯、抽黄河和抽渭河灌区末端的地势四周高中间低的槽形封闭式低洼地，是天然和人工逐步形成的重度盐碱地12。卤泊滩土壤主要由中度盐土和重度盐化潮土组成，另有苏打盐土呈斑状分布于滩内13。据西北农林科技大学测试中心对试区未开发土壤的检测数据显示，土壤有机质平均含量0.70%，全含盐量平均为0.774%，pH平均为9.33。长期以来对这片“绿色禁地”的治理均以失败告终，生态环境退化十分严重。按照传统的以排为主的治理办法，存在排水工程投入大、土地征用难、工程工期长、水资源浪费严重、盐碱水搬家困难等问题14。从问题出发，以生态环境改善为目标，在继承传统模式的基础上，基于盐碱水也是宝贵的水资源这一“朴素思想”，认为在水资源短缺、生态环境脆弱、社会经济发展滞后的盐碱化地区，排水将使区域干旱程度加重，甚至导致荒漠化;水过多则会形成水面，乃至湿地和湖泊。应在两者结合过程中，把水留住，实现水土分离，水地共处，动态平衡。“改排为蓄”盐碱地治理模式有一定的挑战性，早期有学者研究过控制排水条件下的水盐运移，在传统排水基础上有所创新，但尚未发现在蓄水沟大量蓄水的治理方法9，15-17。把这种朴素思想在陕西卤泊滩盐碱地综合治理工程中进行实践尝试，提出并应用“改排为蓄、水地共处、和谐生态”的模式，在项目开发运营近10年过程中，治理逐步见效，取得了显著的经济、社会和生态效益18-21。笔者研究卤泊滩不同田块、不同深度在不同时期土壤水分、盐分、pH以及离子含量等变化，通过分析连续10年2 m以上大田监测数据和6次2 m以下集中试验数据，总结出关键因素的变化规律。1材料与方法1.1试验地概况田间试验地点位于陕西省卤泊滩。10年中，670 hm2的治理区共分4期建成，一期位于治理区中部，二期位于西北部，三期位于西南部，四期位于东部。1.2试验设计试验设置土壤剖面长期观测坑7个，每个观测坑每次取13个土壤样品，取样深度为15、45、75、105、135、165、195、225、255、285、315、345和375 cm。10年期间，不定期取样60余次，测定土壤样品3 360个。6次集中采样重点检测2 m以下区域土壤含盐量，通过田间观测，研究土壤含盐量空间分布，说明水盐运移规律和土壤盐分的去向。通过实地考察和综合分析（选取不同治理开发时间，研究长期治理效果和水盐演变趋势;选取不同地势和边界条件进行关键因素对比研究，分析变化差异），选取A、B、C、D、E、F 和原状土7块农田作为试验控制田，田块情况参见表1，试验具体布置、取样情况见图1。其中，每个观测点取样深度为15、45、75、105、135、165、195、225、255、285、315、345和375 cm，共取含水率、含盐量测量样本91个。含水率测定采用烘干法;含盐量采用电导率法。1.3观测项目与方法土壤全盐量采用电导仪测定土壤浸提液（水土比为51）的电导值，根据质量法律定全盐量-电导率关系，进而换算成全盐量;土壤pH采用酸度计测量土壤悬浊液（水土比为51）;有机质含量采用重铬酸钾法测定;Cl-采用硝酸银容量法测定;SO42-、Ca2+和Mg2+采用EDTA（乙二胺四乙酸ethylene diamine tetraacetic acid）容量法測定;HCO3-采用双指示剂滴定法测定22。2结果与分析2.1土壤含水率不同田块蓄水情况下土壤平均含水率随深度的变化。蓄水可以增加土壤的含水率。采取“改排为蓄”治理盐碱地方式，已开发土地含水率比未开发盐碱地在090 cm土壤深度（特别耕作层含水率增加较大），能够保证作物生长需求。土壤含水率提高改变了区域小环境，使环境向湿润方向发展。2.2土壤全盐量土壤全盐量是评价盐碱地的最重要指标，通过计算不同田块各层含盐量平均值，获得不同剖面深度的变化趋势。在蓄水条件下，不同田块的土壤含盐量从垂直方向上看呈递增趋势。土壤耕层盐分有向深层运移趋势，土壤中大部分盐分集中在270400 cm土层，使盐分压于底层，减少了耕层大面积返盐的可能性。蓄水条件下，浅层与深层含盐量变化均呈“双曲线”模式，且双曲线曲率大小相近，说明耕层盐分减少量与深层盐分增加量大体一致，且120210 cm土层变化不大， 3060 cm土层变化较为特殊，耕层返盐时该层盐分减少，从另一个侧面进一步说明存在这样一个过渡层，阻止耕层大量返盐。原状土与改造后土壤空间分布情况和趋势差异明显。未改造土壤，盐分主要分布在90210 cm土层处，受蒸发条件影响，该层盐分极易返盐至耕层，使土壤耕层不利于作物生长;而底层盐分变化趋势在2 m以下呈递减趋势，该种形式的土壤垂直分布极不利于土壤向良性方向发展。3结论与讨论该研究结果表明，在排碱沟中蓄水，田块土壤中水分含量增加，不但能够保证作物生长需水量，而且有利于环境从干旱半干旱向湿润方向发展，能改变区域小环境;在蓄水条件下，不同田块的土壤含盐量从垂直方向上看均呈递增趋势，土壤耕层盐分有向深层运移趋势，土壤大部分盐分集中在270400 cm土层，盐分被压于底层，减少了耕层大面积返盐的可能性;在蓄水条件下，浅层与深层含盐量变化呈“双曲线”模式，且双曲线曲率大小相近，说明耕层盐分减少量与深层盐分增加量大体一致;治理后的土壤中存在一个过渡层，阻止耕层大量返盐;未改造耕地与已开发耕地土壤含盐量空间分布情况和趋势差异明显，未改造土壤，盐分主要分布在90210 cm土层，受蒸发条件影响，该层盐分极易返盐至耕层，使土壤耕层不利于作物生长，在2 m以下的土壤含盐量呈递减趋势，该分布形式极不利于土壤向良性方向发展。对“改排为蓄”综合治理的生态和谐模式的研究还有待深入，该试验研究了以往未涉及的2 m以下深层土壤的水盐变化规律，是对“改排为蓄”盐碱地治理新模式机理研究的补充。46卷35期马增辉等陕西卤泊滩“改排为蓄”条件下深层土壤盐分空间格局研究参考文献1 SCHOUPS G，HOPMANS J W，YONG C A，et al.Sustainability of irrigated agriculture in the San Joaquin Valley，CaliforniaJ.PNAS，2005，102（43）： 15352-15356.2 孙兆军.银川平原盐碱荒地改良模式研究D.北京：北京林业大学，2011.3 ROZEMA J，FLOWERS T.Crops for a salinized worldJ.Science，2008，322（5907）： 1478-1480.4 周在明.環渤海低平原土壤盐分空间变异性及影响机制研究D.北京：中国地质科学院，2012.5 王向辉.西北地区环境变迁与农业可持续发展研究D.杨凌：西北农林科技大学，2012.6 张玉文.秸秆还田对滨海盐碱棉田物理性状的改良研究D.泰安：山东农业大学，2016.7 叶校飞.蓄水条件下蓄水沟水体与相邻土壤的盐分运移规律研究D.西安：西安理工大学，2010.8 李彬，王志春，孙志高，等.中国盐碱地资源与可持续利用研究J.干旱地区农业研究，2005，23（2）：154-158.9 刘建刚，罗纨，贾忠华，等.从水盐平衡的角度分析控制排水在银南灌区实施的可行性J.农业工程学报，2005，21（4）：43-46.10 岳卫峰，杨金忠，童菊秀，等.干旱地区灌区水盐运移及平衡分析J.水利学报，2008，39（5）：623-626，632.11 李山.灌区控制排水条件下水盐调控及农田湿地盐分动态研究D.西安：西安理工大学，2017.12 韩霁昌.卤泊滩土地开发利用及评价体系研究D.西安：西安理工大学，2004.13 韩霁昌.陕西卤泊滩盐碱地综合治理模式及机理研究D.西安：西安理工大学，2009.14 韩霁昌，解建仓，朱记伟，等.陕西卤泊滩盐碱地综合治理模式的研究J.水利学报，2009，40（3）：372-377.15 罗纨，贾忠华，方树星，等.灌区稻田控制排水对排水量及盐分影响的试验研究J.水利学报，2006，37（5）：608-612，618.16 田世英，罗纨，贾忠华，等.控制排水对宁夏银南灌区水稻田盐分分布影响的试验研究C/中国农业工程学会.农业工程科技创新与建设现代农业-2005年中国农业工程学会学术年会论文集 第二分册.北京：中国农业工程学会，2005：5.17 刘建刚.宁夏银南灌区采用控制排水后水盐平衡分析研究D.西安：西安理工大学，2005.18 叶校飞，解建仓，秦涛，等.“改排为蓄”盐碱地治理模式的可行性研究J.水资源与水工程学报，2009，20（3）：48-50，53.19 韩霁昌，解建仓，王涛，等.陕西卤泊滩盐碱地“改排为蓄”后盐碱指标试验观测J.农业工程学报，2009，25（6）：59-65.20 吴晔，张亚莉.陕西盐碱地整理新模式达国际先进水平N.中国国土资源报，2008-10-15（001）.21 韩霁昌，李晓明，孙剑虹，等.卤泊滩典型田块土壤盐分三维空间分布研究J.自然资源学报，2014，29（5）：847-854.22 王秋长，赵鸿喜，张守民，等.基础化学实验M.北京：科学出版社，2003. -全文完-