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关键词 盐碱地;成因;改良利用;对策;新疆沙雅
中图分类号 S156.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2013)11-0277-03
由图1可知,渭干河灌区中度以上盐碱化面积占到灌区面积的50.91%;塔河灌区中度以上盐碱化面积占到灌区面积的60.21%。灌区土壤的盐碱化不仅危害作物赖以生存的土壤条件、祸及作物的生长、造成作物缺苗减产或死亡,降低了土地的产出率和农业综合生产能力,而且对该地区的社会和谐稳定、经济可持续发展也产生了不利影响。改良盐碱地和防治土壤次生盐碱化,成为沙雅县农业生产中的一项重要而紧迫的任务。
2 灌区土壤盐碱化成因分析
沙雅县的盐碱土属于内陆盐碱土,分原生盐碱土和次生盐碱土2类。前者伴随土壤长期自然演化过程而形成,后者则因自然条件或人为因素造成积盐,由非盐化土逐步演化为盐化土和盐土。目前,沙雅县灌区土壤原生盐碱土和次生盐碱土并存,以次生盐碱土为主。原生盐碱土与次生盐碱土的形成条件不同,但积盐过程和机理是一致的。灌区土壤盐碱化的影响因素很多,主要与土壤条件、灌溉水水质、气候、地下水水位、地形条件等自然因素和渠系、水库渗漏、灌排设计与管理以及农田林网化程度等人为因素有关。其中,土壤条件和灌溉水水质是盐碱土形成的基础,干旱的气候条件是灌区积盐的动力,地下水水位及地形条件是土壤盐碱化的发展因子,人为因素则是灌区盐碱化的催化剂。
2.1 土壤条件和灌溉水水质影响
沙雅县前山丘陵分布有第三纪杂色含盐泥岩和砂岩,这些母岩风化物和其析出的盐分随径流和地下水搬运至山前倾斜平原,成为平原土壤母质盐分的主要来源。蒸发强烈的干热气候条件下伴随着土壤形成过程使得土壤中残存有相当数量的无机盐类。高山冰川及积雪融化的河水在汇集的过程中溶解并携带了山区及沿程土壤中的可溶盐,通过渗流进入当地的地下水而带入灌区。此外,还有风、降水等天气情况带入的少量盐分。沙雅县的土壤条件和多途径的盐分来源使得灌溉水水质较差、矿化度较高,水中所携带的易溶盐类就会随之进入灌区,这是沙雅县灌区土壤盐碱化的物质基础。
2.2 气候条件影响
沙雅县地处亚欧大陆腹地,降水稀少,蒸发强烈,年降雨量平均仅86.8 mm,而蒸发量达到2 001.3 mm,为年均降雨量的23倍。强烈的蒸发使土壤及地下水中的盐分向土壤表层积聚,特别是地下水埋藏深度不大时,毛细水将地下水源源不断地推向地表,为灌区盐碱土的形成提供不竭的动力。
2.3 地下水水位以及地形条件的影响
渭干河流域平原区内地下水的补给来源主要是渭干河地表水大量渗漏及干渠、支斗渠、农渠等渠道的沿途渗漏补给,其次是有田间入渗补给,少量的降水入渗补给。地形因素影响着地下水动态与土壤母质分布,直接决定盐分的再分配,受灌区地形因素影响,土壤盐分在低洼处易聚与易排,造成土壤含盐量不断增加,形成地表水体沼泽地及盐碱地。
2.4 人为因素的影响
人为因素所产生的不良结果在很大程度上加剧了灌区土壤盐碱化。主要有以下方面:渠系、水库老化,渗漏严重,导致地下水上升,引起次生盐碱化;因量水设施不配套,灌溉管理落后,常采取大水漫灌、串灌、上排下灌等不合理的灌溉方式,造成过量灌溉,使田间渗漏严重,抬高了地下水位,造成土壤盐碱化;重灌轻排,使得现有排水设施缺乏管理维护,存在淤积严重、深度不够、排水沟塌陷,排水不畅等问题,未能起到降低地下水位、排水治盐作用;农田规划不完善,许多耕地没有排水设施,排水不通畅,造成返盐;下游沿河平原区农田林网化程度不高,许多地区有林无网,达不到生物排水治盐效果。
3 灌区土壤盐碱地改良利用对策
尽管沙雅县在长期生产和盐碱地改良实践中也积累了一些有益的经验,但因缺乏统筹安排和科学管理,使得各种措施落实并未完全到位,改良效果不佳,目前灌区土壤盐碱化仅得到初步遏制,地下水多数仍处于高水位状态,对盐碱地利用改良存在较大威胁。因此,需在对全县盐碱地分布现状、成因、中低产田面积及现状以及全面总结以往盐碱地改良的经验教训的基础上,做好盐碱地利用改良规划,制定出符合各区域的社会经济条件、农牧业发展水平以及盐碱地危害程度的利用改良措施,形成盐碱地治理改造良性循环的长效机制。
3.1 总体布局
为实现盐碱地治理改造良性循环的长效机制,必须首先做好总体布局规划。依据“以防为主,防治并重;水利先行、综合治理;统一规划、因地制宜;改良与利用相结合、工程措施与非工程措施相结合;合理开发地下水”的规划原则,经充分论证,提出的工程总体布局为:通过明渠等排水措施,把地下水位降至临界深度以下,以有效排除盐碱、减小潜水蒸发,防止表土再度积盐;通过完善配套排水系统及全面实施节水灌溉措施降低地下水位;采用生物防治措施,完善灌区防护林体系,防风固沙、生物排水,改善农田小气候,减少地面蒸发,抑制土壤返盐;采用农业防治措施,在农区内部合理耕作、科学培肥,改善土壤物理和化学等性质,不断提高土壤肥力,建成稳产、高产田。
3.2 水利改良措施
不合理的排水与灌溉是土壤次盐碱化最主要诱因。水既可以促进盐分积累,也可变成土壤脱盐的媒介,关键在于能否合理控制土壤中的水盐运动。因此,预防及治理土壤盐碱化需水利先行,即通过对地表、地下水的有效控制,来促进土壤的脱盐,并将盐分最终排到灌区之外,为其他措施的实行以及效果的提升奠定坚实的基础。水利改良措施主要包括合理的排水规划、灌溉规划,使之满足水土平衡及水盐平衡要求。
3.2.1 排水规划。排水规划包括排水方案选择、排水工程模数确定以及骨干排水网规划等。降低地下水位通常采用明沟、暗管、竖井等方式,3种方案比选见表1。由表1可知,明沟排水造价最低,施工技术最简单,容易清淤。虽然降深不如竖井、暗排大,效果不如竖井、暗排好,但效果可靠,能满足基本要求。沙雅县排水明沟已初具规模,采用明沟排水与原灌区规划实施情况比较一致,易于与灌区现状结合,可加速灌区治理速度,减少工程投资,故推荐采用明沟排水结合竖井排灌方案。工程排水模数是排水工程规模的重要指标,直接关系到排水治碱的整体效果。包括地下水临界水深、防治盐碱化的排水模数、冲洗改良时的排水模数、设计排水模数、骨干排水沟设计排水流量等参数的选择。其中,设计排水模数在斗排、农排时取和大者;支排取和的加权值;干排采用;总干排水模数采用乘0.5的系数。
骨干排水网规划:渭干河灌区支排已经形成比较完善的排水网络,但缺少统一的布置和规划而显得较为零乱,为减少工程量,同时考虑现有排水系统、灌溉系统及条田布局有着不可分割的内在联系,只能是在尽量利用原有系统的基础上做部分调整和新建。塔河灌区支排布设不够完整系统,支排以下排水渠未建成,因此需在原干排系统的框架基础上,重点对支排进行补充完善。
3.2.2 灌溉规划。沙雅县灌溉渠系主要分干、支、斗、农四级,从渠系的布局来看,比较合理,不需要重新规划,但沙雅县渠系水利用系数为0.462,渠道防渗率为14.3%,且现有灌溉渠系网比较混乱,许多斗渠直接输水进入农田,形成大水漫灌的粗放型灌溉。因此,灌溉规划的主要目标是提高渠系灌溉水的利用率,其主要措施时加强渠道防渗。
干支渠防渗渠道主要采用“塑膜+砼板”双防结构,斗渠可采用砼板衬砌防渗,断面采用梯形和“U”形。分近期(2015年)和远期(2020年),对输水渠系进行续建配套、防渗改造和高效节水灌溉、推行标准化、规范化节水灌溉技术及更新配套机井等进行规划。
3.3 盐碱地的生物改良措施
盐碱地的生物改良措施包括林业生物改良措施和农业生物改良措施2个方面。
3.3.1 林业生物改良措施。林带树冠高大,枝叶繁茂,不仅能挡风蔽荫,改变小区气候,而且可降低地下水位,改变了毛细管上升作用,减弱地面和蒸发强度,有效防止返盐。树木强大的根系,因蒸发量大可有效降低地下水位;因穿透作用,可使土壤变得疏松,容重变小,孔隙率增大,提高了土壤通透性,改善了盐碱地物理性状。因此,植树造林,营造纵横成网的防护林带,是盐碱地改良利用的一项重大措施。
造林规划布局应全面规划、合理布局,分期分片实施;应把植树造林纳入灌区规划和灌区农田基本建设计划,使农、林、牧在整体上做到有机结合,统筹安排;应以排灌渠系和道路为基础,实行渠、沟、路、田统一安排;应把不同林种如农田防护林、护岸林、护渠林、护路林、用材林、经济林等要有机结合,做到因地制宜,因害设防,互相补充,形成盐碱地上完整的防护林体系。农田防护林的林带布局需从林带方向、林带结构、林带宽度、林带距离、林带配置、树种选择等方面进行合理规划;此外,还要利用好荒地、弃耕地及零星小片耕地,营造用材片林;利用河滩地、低洼的盐碱地以及含盐较重的弃耕地发展好薪炭林。
3.3.2 农业生物改良措施。农业生物措施包括抗盐育种、牧草轮作,农牧结合等。一是抗盐育种。耐盐作物的培育和合理选择是改良利用盐碱土的有效措施。利用作物具有适应环境的本能,经人为地创造条件,充分发挥这个特性是提高作物耐盐能力,培育抗盐品的基本方法。耐盐作物的选择需做好初期先锋作物选择、因土种植、轮作配置、冲洗排盐以及田间耕作管理等工作。二是轮作倒茬。是用地养地结合、加速盐碱地改良、提高作物产量及培肥地力的有效措施。作物轮作,可增加土壤有机质,改善土壤结构,增强土壤渗水和保水能力;可减少地面蒸发,降低地下水位,抑制土壤返盐;豆科作物的固氮作用,可提高土壤含氮量;可促进农牧结合。不同作物倒茬,可减少单一作物对土壤养分的片面消耗,可通过各种作物的特性和耕作栽培措施对土壤的影响,提高改土效果,有利于消灭杂草和防治病虫害。三是农牧结合。这是农业生产的基本方法,也是盐碱地巩固脱盐、抑制返盐的重要途径。广种苜蓿,逐步实现草田轮作,是改良盐碱土、建立饲料基地、巩固和提高土壤力、增加农作物产量、发展多种经营的重要措施。
3.4 盐碱地的农业改良措施
水利改良措施可有效排盐,但同时也会产生土壤养分大量流失问题,因此必须通过配合农业措施加以解决。脱盐和培肥是盐碱地改良利用的2个重要环节。农业措施除上述的抗盐育种、牧草轮作、农牧结合外,还包括土壤培肥、平整土地、精耕细作等。
3.4.1 土壤培肥。土壤肥力的障碍因素主要有养分贫瘠、盐碱、沙化、干旱、漏沙层、砾石层、侵蚀地、板结层、薄土层等,而沙雅县灌区的主要障碍因素为盐碱、风沙和干旱。因此,在治理灌区土壤盐碱化过程中,不仅要脱盐去碱,而且要改善风沙和干旱状况,从而消除或改善这些主要障碍因素,为培肥土壤提供基础。盐碱地培肥需因土培肥。棕漠土的培肥措施应重点放在改善生态环境,合理灌溉,增加土壤有机质含量,改善养分贫瘠状况,促进耕层熟化;潮土和灌淤土应重点抓排水除盐,耕作熟化,改善地面生态环境,改善气、热,提高氧化过程;风砂土应通过栽种草,防风固沙护土,保持地面覆盖,从而提高土壤黏粒和有机质含量,增加保肥和供肥能力。盐碱地培肥必须采用综合措施,坚持苜蓿、绿肥、农肥、化肥、豆类作物等“五肥”并举的原则,才能收到稳定的培肥增产效果。
3.4.2 平整土地。是改善土地宜植性、提高土地使用效率、提高作物产量、保证精量灌溉的有效措施。盐碱地的土地平整度,直接影响到土壤水分和盐分的重新分配;土壤含盐不均匀,关系到农作物的保苗;灌水以后,土地干湿不均匀,影响到机耕和播种质量。一般要求经过平整的土地应达到适合于机械耕作,最大限度发挥农机具的效能,提高机耕质量;灌水均匀,利于压碱洗盐;节约用水,减少渗漏。
3.4.3 精耕细作。包括合理土壤耕作和合理栽培技术2个方面。通过耕翻、耕地、镇压、中耕等合理土壤耕作,创造良好的土壤表面状态和耕层构造,达到改善土壤渗水性、通气性和温度,促进土壤脱盐,抑制土壤返盐,消灭田间杂草,减少土壤蒸发,调节土壤中水、肥、气、热状况,为作物生育创造良好的土壤环境条件。通过诸如选用耐盐作物和耐盐品种、种子处理、适时播种、避盐栽培及田间管理等合理栽培技术措施,调节土壤中的水盐状况、改善作物的生长环境和改变其生理代谢类型,达到提高耐盐能力,促进保苗和丰产。
3.5 其他改良措施
盐碱地洗盐,是通过灌水的方法,把土壤中过量的可溶性盐分淋洗出去,通过排水系统输送至灌区以外,或者把盐分压至底层,以降低耕层土壤含盐量,达到作物正常生长的要求。采用洗盐的方法,是直接降低土壤含盐量行之有效的措施。洗盐一般包括4种形式:一是洗盐,即在有排水设施条件下进行的土壤冲洗,脱盐效果最好;二是压盐,也叫无排水压盐,只适于地下水埋深大于5 m、地下径流条件好的地区采用;三是管理性洗盐,也叫复洗盐,在排水条件下,为消除耕地土壤年度或季节性积盐进行的冲洗;四是加大灌水定额压盐,盐碱化程度较轻的耕地,无需专门冲洗,只需结合灌溉加大灌水定额压盐,调节耕层盐分。
4 结语
沙雅县灌区中度以上盐碱化面积占到灌区面积的50.91%~60.21%,不仅危害作物赖以生存的土壤条件、祸及作物的生长、造成作物缺苗减产或死亡,降低了土地的产出率和农业综合生产能力,而且对该地区的社会和谐稳定、经济可持续发展也产生了不利影响。
灌区土壤盐碱化诱导因素很多,其中,土壤条件和灌溉水水质是盐碱土形成的基础,干旱的气候条件是灌区积盐的动力,地下水水位及地形条件是土壤盐碱化的发展因子,人为因素则是灌区盐碱化的催化剂。因此,只有统筹安排,在充分调查研究的基础上,因地制宜,做好盐碱地利用改良规划[1-5],并通过科学管理落实好水利、生物、农业、化学等盐碱地利用改良措施,才能确保沙雅县灌区盐碱地的利用改良效果,以产生显著的经济效益、社会效益和生态效益。
5 参考文献
[1] 冯广志.灌区节水改造规划[M].北京:中国水利水电出版社,2004.
[2] 郭元裕.农田水利学[M].3版.北京:中国水利水电出版社,1997.
[3] 张龙德.新疆地区盐碱地的成因及治理措施[J].黑龙江水利科技,2012 (4):193-194.
国外对盐碱地的研究始于20世纪初,期间对盐碱地的地理分布、形成过程及机理进行了初步研究。30年代形成了以水利措施为中心的灌排、防渗等进行盐碱地改良的基本理论。二战结束后,又提出了盐碱地的化学改良和植物改良措施。近年来逐步转向耕作土壤的综合治理研究。目前国外主要侧重于大型灌区土壤次生盐碱化的预报防治和休养生息的保育方式等。在节约用水与采用物理化学方法、土壤耕作与施肥、利用土壤改良剂、高矿化水应用以及选育耐盐品种提高作物抗盐力方面取得很大进展。
国内对盐碱地治理利用经历了单项措施到农林水综合措施,从小范围利用到大面积综合治理阶段。20世纪50年代主要以农业生物措施改良为主,60年代为水改阶段,70年代至今开始全面治理工作。吉林省“六五”期间,利用筛选到的耐盐碱性强的碱茅草改良盐碱地获得成功;“七五”期间碱茅草改良盐碱地适应区域试验取得了可喜成果,为改良我国内陆盐碱地探索了一条新路;“八五”、“九五”期间开展更广泛试验;“十五”期间生态省建设开始启动,成功选育创建了耐盐碱品种――羊草人工移栽新技术快速恢复顶级优势植被的新方法,这是生物改良盐碱地又一重大技术突破。
通过近几年来的理论研究和吉林省生态省建设规划的实施及西部治碱工程的开展,我们对盐碱地综合整治与开发利用方面有了一些新的想法和认识。
一、盐碱地资源论,即盐碱地是一种可开发利用的土地资源
盐碱地是盐类集积的一个种类,是指土壤里面所含的盐分影响到作物的正常生长,根据联合国教科文组织和粮农组织不完全统计,全世界盐碱地的面积为143.157亿亩,其中我国为148695万亩。盐碱地在利用过程当中,可以分为轻度、中度和重度3种。
以往不少人认为,盐碱地寸草不生,种什么也不长,是不可利用的土地,甚至是废弃的土地。治理盐碱地也只是为了改善生态环境。
随着科学技术的发展,不应该只看到盐碱地不利的一面,更应该把它看成是很珍贵的土地资源,因为有许多生物包括植物、微生物,都可以适应这一环境。
1、盐碱地是珍贵的后备土地资源。根据1996年吉林省遥感数据资料显示,吉林省西部盐碱地面积96.9万公顷,其中轻度盐碱地6.1万公顷,中度盐碱地46.41万公顷,重度盐碱地面积44.4万公顷。如果这些盐碱地都能够得到合理开发和利用就可扩大人均西部面积1886.7平方米,扩大人均全省面积353.3平方米,扩大人均全国面积6.7平方米。除此之外,盐碱地还是发展草业经济,扩大建设用地的重要资源。安排建设用地,增加对盐碱地的覆盖面积,可以防止土壤风蚀和沙化的发展,有利于改善生态环境。
2、盐碱地是具有潜在开发价值的土地资源和可以利用的再生资源。第一,可以利用盐碱地发展生态经济,变废为宝,使“寸草不生的盐碱地”变成可以利用的再生资源;第二,可以利用碱地生物资源,开发碱食品,包括天然碱性大米,天然碱性蔬菜,碱性畜产品(肉,蛋,奶),碱性饮料以及其他保健食品;第三,可以综合利用盐碱地,延长产业链。利用盐碱地植物和植物副产物,生产保健用食品、功能性食品以及各种药物,构建产业链条,实现产业化。
3、盐碱地资源有多种利用途径。吉林省盐碱地区域,干旱风大,气温昼夜温差大,天气炎热,光照时间长,有利于蛋白质和糖分的积累。这些都是难得的资源,利用这些资源可以进行风能、太阳能的开发利用,生物质能的利用,多样性动植物保育等。
4、盐碱地改良后可循环利用。通过生物技术研发和新技术创新,依靠技术扶持、产业拉动,不断开发适合盐碱地栽培的新品种、新技术,延长产业链,实现循环经济。如:草牧经济链、新能源产业链、功能产品产业链、土地
轮耕休闲产业链等等。
二、盐碱地“双健康”理论是开发利用盐碱地新理念的理论基础
目前我国的膳食结构以酸性食物为主,酸性比例远远大于碱性比例,这对人的健康存在潜在的威胁。提高碱性食品比例,利用盐碱地资源生产碱食品来改善食品结构,这不仅能改善人们的身体状况,还能保护生态环境,可谓一举两得。这就是“双健康”理论。
所谓的“双健康”就是通过对盐碱地进行综合治理,使盐碱地植被恢复,实现土地资源健康;通过对盐碱草地、盐碱耕地和盐碱泡沼资源开发利用,发展盐碱地农牧业,进行深加工,开发碱性动、植物食品,改变人们的酸性食品结构,增加碱性食品,实现人们的身体健康。
“双健康”理论的具体内容包括以下两个方面:
第一,通过生物工程技术和其他措施,恢复盐碱地植被,实现土地资源健康。目前,吉林省在盐碱地治理与植被恢复过程中主要采取工程、生物、化学和管理措施。
工程措施就是建设工程围栏、浅翻、深松和挖沟。对水资源较好的地方,采取修建水利工程、引地表水或打井进行节水灌溉的办法。
生物措施则是根据盐碱地的类型,采取对轻、中度退化的盐碱地建设围栏和适当补播耐盐碱的各种草种,对重度退化的盐碱地则采取人工种植耐盐碱植被等办法。
化学措施就是针对不同的地块,不同的土壤类型和不同的退化程度,采用石膏、石灰石,工业废弃的酸渣、酸液及生化制剂等,进行少量探索式的试验治理。
管理措施是采取 “统一管理,集约经营,权属不变,群众受益”的原则,公司化、集约化强化管理,采取围栏、禁牧等措施。
第二,通过发展碱地农牧业和相关加工业,开发碱食品,实现人们的身体健康。所谓碱性食物就是含有钙、钠、钾、镁等碱性元素的总量较高、在体内氧化后的最终产物呈碱性的食物。正常人血液PH值在7.35-7.45之间,但这部分碱性体质者只占少数,大多数人为酸性体质。与碱性体质者相比,酸性体质者常会感到身体疲乏、记忆力衰退、注意力不集中、腰酸腿痛等,如不注意改善,就会继续发展成疾病。英国一位病理学家经过长期研究指出:只有“体液呈弱碱性,才能保持人体健康”。
近几年来,科学家们经过大量的调查和研究,发现碱性食品对于提高智力,缓解疲劳、增强机体免疫力等方面有很好的功效。由于人体血液的酸碱性可以通过饮食来调节,因而科学家建议改善饮食结构,多吃碱性食品。如今,已经有越来越多的人意识到了这一点,因此开发碱食品具有潜在的市场价值。
碱化土壤具有许多独特的物理特性与化学成分特征,可以挖掘碱地环境生长植物所具有的特殊功能,利用盐碱地生物资源,开发具有保健、药用、日用化妆、美容、环境美化等功能的天然绿色植物产品;开发碱食品,包括天然碱性大米,天然碱性蔬菜,碱性畜产品(肉,蛋,奶),碱性饮料以及其他保健食品,构建产业链。
进行盐碱地的开发与整治说到底就是要达到土地资源健康和人们身体健康的目的。因此,盐碱地的治理就要以“双健康 ”理论为基础,围绕“双健康”任务,开展一系列的工作,包括开展重大跨学科的综合研究,研发生态治理关键技术和碱地生物资源与机能高效利用途径,推进碱地特色生态经济产业化,探索碱地区域生态建设与可持续发展模式;大力发展碱地生态经济,充分发挥碱地生态经济产业的引领和拉动作用,紧紧依靠碱地生态科技进步,培育碱地优势特色产业,推动产业集聚,形成新的产业集群,促进具有循环经济特征的特色碱地生态经济发展。
三、盐碱地生态经济论,是盐碱地发展生态经济“双健康”理论的实践活动
发展盐碱地生态经济,简单的说就是要把盐碱地作为一种土地资源,在治理的同时加以利用。这正符合“双健康”理论中“对盐碱地进行综合治理和开发利用盐碱地资源”的两层含义,是对“双健康”理论的具体实践。
土地盐碱化是吉林省西部重大的生态环境问题之一。西部现有草地面积133.3万公顷,50%以上的草地盐碱化问题相当严重,还有相当数量的耕地,甚至林地也不同程度的存在盐碱化问题,并有发展扩大的趋势。土地盐碱化给西部经济和社会发展带来极大障碍,主要表现在:第一,土地盐碱化加剧了贫困程度。西部是吉林省贫困面较大、贫困发生率较高的地区,全省10个贫困县有5个在西部。由于盐碱化加剧了生态环境恶化,每年都有一部分人口重新返贫;第二,土地盐碱化加重了经济和社会发展的压力。土地盐碱化的加剧,使草地资源锐减,生产能力不足,耕地资源质量下降,土壤中水的涵蓄量减少;第三,土地盐碱化加剧了自然灾害的发生。由于西部盐碱地面积加大,程度加重,土壤内生物菌群减少,土壤团粒被破坏,毛细现象增强,水分大量散失,土地板结,植被不能正常生长,导致风沙四起,干旱频繁,洪涝灾害也时有发生。这不仅给当地的农牧业生产、人民生活和社会发展带来压力,长此下去,对吉林省乃至东北地区的可持续发展也将构成严重威胁。因此,综合治理西部盐碱地,恢复其生态环境已成为吉林省实施生态省战略和实现可持续发展的当务之急。
发展盐碱地生态经济,通过生物技术研发和应用,不断开发适合盐碱地栽培的新品种、新技术,对碱地各种饲料植物、功能植物进行加工、利用,重点发展草业和草地畜牧业、生态种植业和碱水养殖业,以及生态产品加工,构建盐碱地生态经济产业链,建设高水平的产业化基地。推进科技成果产业化、运行机制企业化、发展方向市场化,推行“政府引导+科研单位+企业”模式,依靠政府扶持、技术创新、产业拉动,使不毛的盐碱荒地变废为宝,实现社会、经济、生态协调可持续发展。这是确保我国食物安全、生态安全和实现东北老工业基地全面振兴的重要途径之一,对改善吉林省西部生态环境,促进吉林省国民经济发展具有重大战略意义。
关键词 盐碱地;成因;改良措施;新疆玛纳斯;新湖灌区
中图分类号 S156.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2013)03-0270-02
盐碱地是指土壤中含有较多的可溶性盐类,且盐分的浓度较高,对植物的生长直接造成抑制或危害的土地[1-4],新疆由于受地理环境和气候因素的影响,土壤盐碱化程度较高,据中国科学院新疆生态与地理研究所2006年新疆灌区土壤盐渍化遥感调查结果,新疆灌区总耕地面积为398.78万hm2,其中盐渍化耕地面积为127.9万hm2,约占总耕地面积总数的32.07%。
玛纳斯新湖灌区自20世纪80年代开始就对盐碱地进行改良,经过30多年的实践,已改良盐碱地面积逾1.33万hm2,现将其盐碱地改良治理措施的应用情况介绍如下,以供参考。
1 灌区基本概况
玛纳斯新湖灌区位于天山北麓准噶尔盆地南缘,玛纳斯河流域冲积平原下游。行政区划隶属新疆昌吉回族自治州玛纳斯县。灌区内仅有新湖农场1个单位,下辖6个农业分场,44个农业连队。地理坐标为东经86°5′54″~86°30′0″,北纬44°19′16″~44°57′9″。土地总面积9.81万hm2,规划大田轮作面积4.80万hm2,已开垦耕地3.79万hm2,年实际种植面积3.03万hm2。灌区总人口为36 801人,农业种植结构以经济作物棉花、番茄、油葵和玉米为主,是兵团和农六师的重要的粮、棉、油生产基地。
灌区处于玛纳斯河、塔西河冲洪积平原下游,地势东南高,西北低,地形平缓,地形自然坡降平均1‰,海拔高程361.0~434.3 m。
灌区属中温带大陆性干旱荒漠半荒漠气候,据新湖农场气象站资料,年平均气温6.8 ℃,历史极端最高气温42.3 ℃;历史极端最低气温-39.5 ℃;年平均降水量145.7 mm,平均蒸发量1 479.6 mm。
灌区地表水资源主要来玛纳斯河、塔西河水系。近10年来,新湖灌区从玛纳斯河和塔西河年引地表水15 195万m3,其中玛纳斯河13 589万m3,塔西河1 606万m3。
2 灌区盐碱地情况
由于灌区地处玛纳斯河、塔西河洪积—冲积扇下游,地势较低,加之气候干旱少雨,蒸发量大,以及大水漫灌和上游水库的影响,灌区内土壤盐碱化比较严重,尤其在南部地区的四分场、六分场和七分场较为严重。据新湖农场土壤普查资料,新湖灌区总耕地面积为3.79万hm2,其中盐渍化的土地面积2.60万hm2,占总土地面积的68.62%。在耕地面积中0~100 cm土层盐化面积占49.4%,其中中强度盐化面积占26.1%。
3 灌区盐碱地成因分析
3.1 自然因素
一是地质条件。灌区处于山前冲洪积平原区下游,成土母质由第三系泥岩、砂岩组成,成土母质含盐量高,并随河水、暴雨洪水进入灌区。灌区土壤以黏土为主,占耕地面积的48.42%,壤土占耕地面积的41.59%,砂土占耕地面积的9.99 %。灌区内地下水位埋深一般1~5 m,在强烈的蒸发作用下,表层地下水的矿化度增大。在非灌溉期,带有盐分的土壤水分沿着毛细管上升到地表,水分被蒸发后,盐分留在地面,形成土壤盐碱化。二是气候因素。灌区属中温带大陆性干旱荒漠半荒漠气候,气候干燥,降水稀少,蒸发量大,土壤中的毛细水垂直运动强烈,将土壤下部盐分带至土壤表层,形成土壤盐碱化。三是水文地质因素。灌区处在低洼的冲积平原,地下水径流缓慢,排水不畅,土壤中水分运动以上升为主,当地下水位上升到临界深度以上,水分通过土壤毛细作用上升至地表,水分蒸发散失后,将盐分滞留于土壤表层,形成土壤盐碱化。
3.2 人为因素
一是灌溉系统不配套,排水不畅,只灌不排或重灌轻排,使大量灌溉水补给了地下水。致使地下水位居高不下,造成灌区土壤盐渍化程度加重。二是渠道渗漏严重,长期引水后,渠道两侧地下水位升高。新湖灌区现有干、支、斗渠261条,全长逾950 km2,由于渠道老化,防渗率低,渗漏十分严重。三是排水系统不完善,排水渠道淤积,芦苇杂草丛生,排水出路不畅,致使地下水位上升。
3.3 水库影响
由于灌区南部地区分布有大、中、小水库9座,水库都是平原注入式水库,这些水库对灌区地下水的补给有很大影响,使沿水库周边下游地区的地下水位抬升,坝后水位一般均在0.6~1.2 m。
4 盐碱地改良的方法
4.1 水利改良措施
一是渠道防渗。渠道防渗是为了减少灌溉水渗漏,预防地下水位上升和土壤次生盐渍化的重要措施,也是改良盐碱地的手段之一,新湖灌区经过近50年建设,已建成干、支、斗渠道逾950 km2,渠道防渗率达58%。经防渗处理的渠道两旁地下水位明显下降,0~100 cm土层含盐量最多减少达65.9%。二是修建排水系统。20世纪80年代初,新湖灌区就提出“盐碱不除,挖排不止”的口号,通过挖排碱沟进行排水,降低地下水位。截至2010年底,共计建成排水干、支、斗沟17条,总长度118.23 km2。在靠近水库较近的南部灌区,地下水含水层埋藏浅,富水性强,水质较好,能用于灌溉,对于新湖南部灌区(主要在六分场鸭洼沟水库附近、七分场水源地)采取竖井排灌,集中抽取地下水,用于灌溉,取得良好的效果,使这类地区地下水下降十分明显。冲洗淋盐即在盐碱地上采取较大定额灌水,溶解盐碱地土壤中的盐分,再通过排水沟将盐碱地上的灌水排出灌区,反复几次,即可使土壤中盐分降低。该办法是在20世纪90年代以前结合排水系统的主要治碱措施,90年后,由于扩大种植面积,水源相对紧张,一般仅用在少许开荒地和盐碱特别严重的地块中。三是滴灌措施。自2000年以来,农场进行田间滴灌节水工程技术改造,改变过去的沟、畦等淹灌方式为滴灌方式,不仅可节约用水,提高作物单产,而且对减少地面水的田间入渗、降低地下水位、减少土壤次生盐渍化起到很好的效果,截至2010年新湖灌区已建成滴灌面积2.28万hm2。
4.2 农业改良措施
一是造林治碱。通过农田林网化建设,灌区广植农田防护林、道路林、片林,改善了生态环境,有效地降低了地下水位,控制了土壤盐渍化发展,对土壤起到一定的改良作用。二是增施有机肥,推广秸秆还田。灌区重视种养结合,每年将作物秸秆打碎,深翻到土壤中。此外将油渣、人畜粪等有机肥施入土壤中,增加有机质和各种养分含量,改善土壤结构和理化性状,增加土壤生物活性,极大地减轻了盐碱对土壤的危害。三是平整土地,精耕细作。通过大面积的深耕、耙地、中耕等田间作业,创造良好的土壤表面状态和耕层构造,达到促进土壤脱盐和抑制土壤返盐的目的,调节了土壤中水、肥、气、热状况,也为作物高产创造了良好的土壤环境条件。四是拉沙改土。将风积沙拉运到盐碱化严重的黏土地块,通过耕翻使黏土与风积沙进行掺合,改良土壤的通透性,改善土壤的理化性质,对土壤盐渍化改良能起到良好的促进作用,新湖灌区通过拉沙改土面积在2 000 hm2以上。
5 取得的成效及存在的问题
近年来,新湖灌区比较重视中、低产田改造工作,针对灌区产生次生盐碱化的原因,坚持“以工程措施为中心,结合农业技术措施和生物措施进行治理”的原则,取得了一定的效果,共改良盐碱地逾1.33万hm2,作物产量显著提高,仅棉花皮棉单产就从1990年的1 155 kg/hm2,提高到2010年的1 857 kg/hm2。通过这些排碱措施的应用,对降低地下水位、改善土壤条件、增加土壤有机质和养分含量都起到了积极的作用,但是还存在很多问题,一是排水系统还很不完善,一些排渠建筑物尚未配套。二是针对水库附近盐碱地较重,地下水位较高,进行竖井排灌尚未形成规模,致使地下水位升高较快。三是排碱沟开挖占地面积大,又是沟两边堆土,未修建清淤道路,造成维护清淤困难。四是排渠无运行管理费用,后续管理跟不上。针对以上存在的问题,新湖灌区将进一步改进和完善这些改良措施,改善灌区的生态环境,减轻灌区土壤盐碱化程度,提高灌区的经济效益、社会效益和生态效益。
6 参考文献
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关键词 盐碱地;土壤类型;特征;利用建议;吉林省西部
中图分类号 S156.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2011)21-0299-01
吉林省西部地区主要包括松原市、白城市和四平市的双辽及梨树等地。位于松嫩平原的西南部,西辽河平原的北部,是发展草地畜牧业的基地,在这里先后选育出草原红牛、东北细毛羊等许多优良家畜品种。多年来,由于草原利用过度、开垦及旱涝等因素的影响,盐碱地面积不断扩大,据统计,吉林省西部盐碱化土地面积为15 326.66 km2,占西部土地总面积的28.2%。盐碱化土地面积每年扩大1.4%~2.5%,其中,重度盐碱化土地面积已达6 114.67 km2,已严重影响当地农牧业生产的发展和生态环境的改善。
吉林省西部气候为温带半湿润半干旱大陆性季风气候,冬季土壤冻结,土壤水盐运动基本处于停滞状态;春季干旱少雨,年降水量350~450 mm,蒸发量大,年蒸发量1 200~1 400 mm,土壤表层积盐强烈,常形成盐结皮或盐霜;夏季降水量大而集中,土壤脱盐;秋季降水减少,蒸发稍强,地表易出现积盐现象。
1 吉林省西部盐碱地土壤类型及特征
1.1 草甸碱土
草甸碱土典型的剖面特征:全剖面呈强石灰性反应;碱化层位于表下层,相对黏化,柱状结构,为暗灰色,pH值9~10,碱化度在30%以上,高者可达80%~90%;表层土轻质化,为片状结构的淋溶层,含盐量
1.2 草甸盐土
草甸盐土典型剖面特征:全剖面呈强石灰性反应;表层含盐量介于1.0%~2.0%,一般在0.7%以上,pH值9.0~10.5,春季盐霜或盐结皮积于地表,碱化度(ESP)在29%以上,苏打在盐分组成中的比例超过90%。草甸盐土区地下水位一般1.5~2.0 m,地形低平,生长碱蒿、碱蓬等盐生植物,或者地表成光板地,通常在大面积盐碱化草甸土中,呈斑状复区分布(称为碱斑),雨季地表常有临时性浅层积水。
1.3 盐碱化土壤
盐碱化土壤有不同程度,一般土壤碱化度在29%以上,土壤含盐量在0.6%以内。主要类型有盐碱化沼泽土、盐碱化草甸土、盐碱化水稻土、盐碱化冲积土等,其中盐碱化草甸土面积最大。按土壤表层含盐量划分:表层含盐量0.5%~0.6%为强度苏打盐碱化土壤;表层含盐量0.25%~0.50%为中度苏打盐碱化土壤;表层含盐量0.10%~0.25%为轻度苏打盐碱化土壤。
2 盐碱地利用的建议
2.1 将盐碱地长期承包或出售给农牧民
吉林西部盐碱地主要是由于多年来人类不合理地利用草原,超载过牧,开垦草原,气候干旱,蒸发量大等多种因素所致。其中,盲目开垦、利用过度是主要原因。我国草原是国家所有、集体使用,没有像耕地和林地一样承包给农牧民,这样就造成了“大锅饭”式的掠夺利用。应该把草原像耕地和林地一样长期(30~50年)承包或出售给农牧民,把国家用于生态环境建设和退耕还草的建设资金直接拨付给承包户,制定出台相应的种草补贴政策,验收后按等级和面积兑现补贴款。调动承包户保护草原和建设草原的积极性,改良盐碱地和退化草场,恢复盐碱地植被,发展草地畜牧业,增加农牧民收入。
2.2 轻度和中度盐碱化土壤种植优良牧草,建立高产人工草地
要将开垦的草地实行退耕还草,多年来,开垦的草地广种薄收,土壤越种越薄,盐碱越来越重。对轻度和中度盐碱地,可种植苜蓿、羊草、野大麦等优良牧草。苜蓿为优良豆科牧草,具有改良土壤、提供蜜源、保护环境等多种功效,可实行粮草轮作。苜蓿根系发达,主根入土深度可达2 m以上,播种当年鲜根产量8.8 t/hm2,翌年产量达22.34 t/hm2,第3年22.36 t/hm2,第4年32.00 t/hm2,第5年为37.00 t/hm2。苜蓿的根系中具有根瘤,根瘤能固定空气中的氮素,根系分解腐烂后,可提高土壤肥力,改良土壤,使后茬作物增产。羊草又名碱草,为禾本科多年生优良牧草,具有非常发达的地下横走根茎,主要分布在20 cm以上土层中,根茎上具有根茎芽,有很强的无性繁殖更新能力。其耐寒、耐旱、耐碱性较强,既可分布在地带性的草甸草原和典型草原中,又可群生于非地带性的盐碱地以及低洼地段上,是吉林省西部草原的优势种和建群种,也是我国主要的出口牧草。野大麦又名莱麦草、大麦草、野黑麦等,为多年生疏丛型禾本科牧草,适宜生长在半湿润、半干旱的气候。耐干旱,耐寒冷,在东北地区能安全越冬,适于微碱性土壤,耐盐碱性中等,分蘖力很强,耐践踏,适宜放牧。
2.3 重盐碱地种植耐盐碱牧草
在重盐碱地可种植耐盐碱牧草,如朝鲜碱茅、星星草、虎尾草等,此类牧草在pH值9.0以上的地段可以正常生长。朝鲜碱茅为多年生禾本科植物,别名羊胡墩子、毛边碱茅。一般生长在湿润的盐碱地上,有时可形成大面积的纯群落。耐盐碱程度高于星星草,有时与星星草混生,构成盐化草甸。朝鲜碱茅分蘖力很强,播种第2年就可形成基部直径4~7 cm的草丛。是耐盐碱能力较强的牧草,适口性强,马牛羊均喜食,其营养价值和经济价值接近羊草[6-11]。星星草是典型的盐生植物,可用于割草和放牧,又名小花碱茅,干草含粗蛋白9.9%~12.3%,是盐碱化草地上的优良牧草。星星草地下的须根系可增加土壤腐殖质,改善土壤的物理结构,分蘖力强,翌年种植盖度可达60%~80%,分蘖数可超过50个。降低0~10 cm土层的盐碱化程度,经试验,种植3年,使土壤pH值由10.78降至8.75。因此,星星草是改良盐碱地的先锋植物,为恢复羊草植被创造了条件。虎尾草是速生性一年生禾草,草质柔软,营养丰富,干草含粗蛋白7.22%~11.13%,适口性好,属于良等牧草,耐盐碱性很强,也是改良盐碱地的先锋植物,其根系发达,入土深度可达1 m以上,可在土壤中可积累大量有机质,改善土壤理化性状,使pH值由9.9下降至9.1。分蘖多,可达2 500株/m2,干草产量可达1 t/hm2。经过多年种植虎尾草的地块,土壤环境会逐渐得到改善,营养繁殖快的根茎植物羊草即可逐渐侵入,数量由少到多逐渐演替成群落,可采用补播羊草措施,加快草场植被的恢复[12-14]。
3 参考文献
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由于近几十年人为因素的干扰,盐碱地面积增加,盐碱化程度加剧,重度盐碱化土地面积以每年1.4%的速度扩展,生态环境恶化,成为制约区域农业发展的重要因素。我省西部地区地处自然生态环境脆弱带,不利的和有利的农业生产条件同时存在。大部分地区气候资源丰富,地势平坦,有一定的水资源开发潜力,相对人少地多,农业生态潜力大,一旦消除了盐碱化这一主导制约因素后农业生态系统将发挥巨大潜力。因此,我们不应该把盐碱地看成负担,应该看成经改良后可持续利用的巨大自然资源。据此,盐碱土的改良与持续利用是我省西部地区二十一世纪持续农业发展的一项重要工作。
为改良我省盐碱土,现提出以下几点建议:
进一步推广种稻脱盐技术。通过种植水稻,灌水冲洗盐碱,是边利用边改良盐碱地的一项有效措施。在前郭灌区引第二松花江水种稻改碱,梨树灌区引东辽河水种稻改碱,多年来盐碱地不断得到改良,水稻单产逐年提高。土壤明显脱盐脱碱,表土脱盐率可达65%,这些工作不但在盐碱土形成过程的理论上取得重要进展,而且在“多途径脱盐”技术上获得突破,成为具有中国特色的盐碱土治理技术体系。
推广覆盖(物理)改良技术。依据盐碱地水盐运动“盐随水来,盐随水去”的特点,只要控制水分蒸发就可以减轻盐分表聚,达到改良的目的。研究显示在盐碱地上覆盖作物秸杆后可明显减少水分蒸发,抑制盐分表聚,阻止水分与大气间直接交流,对土表水分上行起到阻隔作用,同时还增加光的反射率和热量传递,降低土表温度,从而降低蒸发耗水。运用秸杆覆盖既可节水,又可培肥改土,不仅对土壤水盐环境产生影响,而且也是对土壤生态环境的综合利用。
推广化学改良技术。前郭县套浩太乡碱巴拉村利用草炭改碱,即在苏打碱斑上平铺6-7cm的草炭,用锹把草炭与碱斑表土混拌,改变了碱斑耕层的理化性质,玉米产量超过了200kg/亩,又有褐煤粉,风化煤粉,硝基腐殖酸铵,按0.5kg/m2施入碱斑地,也获得了增产的效果。此外,有关研究表明:石膏、脱硫石膏对改良苏打盐碱土有明显的效果;铝离子对苏打盐碱土有明显的改良作用;新型改良剂在吉林省通榆县明月村重度盐碱土上进行了田间试验,效果很好。
推广生态改良技术。在盐碱土地区营造防风林和农田防护林,可以减小风速,改善农田小气候,减少地面蒸发,抑制返碱,树林的蒸腾作用起着生物排水作用,可使地下水位降低,有利于土壤脱盐。通榆县顾家窝堡村3年生林带区的调查结果显示:林带内土壤脱盐率达50%左右,林带内比林带外地下水位低30cm。乾安县大师乡,在明碱地上大面积栽种了灌木柽柳,长势良好,不少地方种植比较耐盐碱的药用灌木枸杞,取得良好的效果。
此外,有专家针对吉林省西部地区盐碱荒漠化现状及成因,提出通过实施季节性禁牧和封原育草工程,实施舍饲优质羊工程,建设人工优质牧草――紫花苜蓿的种植基地,制定有利于牧业与生态协调发展的宏观经济政策及改革和完善草场经营机制等措施,以达到防止松嫩草地继续盐碱荒漠化、维护松嫩草地生态平衡的目的。
关键词 农田排水;排水工程;农业生产
中图分类号 S2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363(2017)11-0111-02
在我国农业生产中,不正确的灌溉和排水方式会导致农耕地水土资源的性质变化,盐碱化就是其中之一,而盐碱化直接导致土壤肥力下降,农业产出降低,进而导致土地的耕种价值降低,最终不再适合农业生产。而在农业生产中,与土地盐碱化速率直接相关的因素就是灌溉与排水作业。
1 北方农田排水现状
农田排水是土壤盐碱化预防和治理的主要措施,北方农田中常见的排水形式有两种,一种是水平排水,另一种是垂直排水。
垂直排水是通过竖井抽水的方式来直接降低地下水的水位,这种排水方法相对便捷,工程建设也相对简单,成本损耗较低。而水平排水则是通过暗管或明沟的方式来减少灌溉过程中地下水的补充量,从而降低地下水水位,这种排水方法在机械化作业中有良好的适用性,但相应的投入成本较高,操作也相对复杂。
就不同的排水方式来说,其利弊也不同。例如从某一方面来讲明沟排水较暗管排水更容易管理、投入成本也相对较低;竖井排水较水平排水来说,不能作为灌溉时的直接排水手段使用等。对排水工程的问题研究和分析,将有利于地区盐碱化土地改良。
2 农田排水工程中存在的问题
2.1 排水工程的淤积问题
排水工程和其他农田工程不同,一般我国农田的排水工程不进行额外费用的收取,同时很多地区排水工程建设完成后政府部门不再进行资金投入,因此在后期维护中,排水工程普遍存在维护资金短缺的问题,然而,排水工程与其他农业生产相关的工程一样需要进行定期养护和维修,资金上的短缺导致养护和维修的不足,是排水工程的设施在老化后无法得到有效更新,在这种非良性循环的影响下,很多地区的排水工程出现了严重的淤积问题。
2.2 对排水工程重视不够
在过去长期农业生产实践中,很多地区的农业生产者和农业生产设施管理者形成了较僵化的思维,认为水利工程中的灌溉设施是决定农业生产的最重要的要素,而忽略了灌溉和排水的关系,也因此对排水工程的重视程度不足,甚至有些地区还存在严重的轻视排水工程的现象,这种情况对排水工程的正常作业是极为不利的情况。
通过考察和研究发现,我国很多地区的农业发展地区水利灌溉设施相对完善,而排水工程的现状令人担忧。虽然很多新农业区在建设过程中对排水工程给予了足够的重视,但旧灌溉区的排水工程基本处于废弃或功能缺失的状态,在旧灌溉区排水工程重视程度不足的问题更加突出。
2.3 管理责任不明确
从某种意义上硭担农业排水系统的覆盖范围较大,甚至有些地区的排水工程同时覆盖水域的上流区域和下流区域,这就导致管理责任分配不明确问题,例如上流区域归一人管理,下流区域归另一人管理,中间交接的部分管理责任如何分配;如果采取一人同时管理上流区域和下流区域虽然能够避免责任分配问题但工作量又相对较大,可行性较低。
2.4 服务支撑体系建设不完善
从根本上来说,排水工程属于地区盐碱地改良工程,但与排水工程的治理相关的行政文件、法律规范、治理条例等文件或文献并没有正式出台,即使是从宏观角度来说,排水工程的建设和管理仍缺少一些必要的措施。反映在现实中就是很多地区的排水工程治理仅仅处于一种规划阶段,没有真正地应用于现实中。加上相关的技术研究进程缓慢,管理部门重视程度不足,资金短缺等问题,最终导致排水工程的建设进程缓慢,且无服务体系进行支撑,已建成的排水工程也得不到良好的
维护。
3 农田排水工程的合理建议
3.1 加强对农田排水工程的重视程度
政府和管理部门对农田排水的重视程度直接影响到排水工程建设和运行过程中的资金投入、技术投入和政策倾斜,因此,要解决农田排水工程方面问题,需要与农田水利相关的行政部门予以足够的重视,间农田排水工程的管理工作作为其日常工作来处理,同时重视各要素向排水工程的流动,主要是技术要素、资金要素的流入,这是解决排水工程问题的前提条件。
同时,水利部门也应当注意到地区间排水工程的差距,明确排水工程在农业生产中的地位和作用,积极深入了解灌溉和排水之间的联系,主动获取排水和治理盐碱化的科学方法,组织专业人员进行实地考察和研究,在结合土壤性质的基础上统筹多方力量,进行排水工程建设,合理改造农田排水工程,使土地资源和水资源在农业生产中被充分利用。
3.2 完善农田排水系统
在解决农田排水工程问题的同时进行农田排水系统的完善,根据区域农业生产的发展趋势,分析农田排水系统的更新和升级趋势,综合考虑区域内土壤盐碱化问题的同时,对水资源要素、土地资源要素、技术要素、资金要素进行全方位考虑,合理规划农田排水工程建设部署,使新的排水工程和旧灌溉区的农田排水工程构成相对完备的农田排水系统,这是农田排水系统的建设
系统。
同时,完善农田排水系统的管理系统,明确管理责任划分的基础上,对各个区域内的农田排水工程特点进行归纳总结,分析不同区域内不同类型排水系统的优势和劣势的基础上建立统一的专家小组,负责指导各区域管理人员日常工作的展开,配合各区域管理人员定期对排水工程进行养护和维修,更新设施、清理淤积等,进而使排水工程在农业生产中的积极作用得以充分
发挥。
3.3 加大资金投入
以往排水工程属于管理的一个重要原因就是资金的不足,由于排水工程管理基本上属于职责管理,没有奖惩的激励下,管理人员工作的积极性偏低,这是导致排水工程疏于管理的一个重要因素,因此可以利用资金投入建立合理的责任奖惩激励机制,提高管理人员的工作积极性;另一方面通过资金投入,能够对排水工程的设施进行周期性更新和维护,同时利用这些流入的资金引进更加科学合理的灌溉设备,使用喷灌、滴灌等更加学科合理、节水的灌溉手段取代传统的大水漫灌,降低排水工程的压力,在解决排水工程问题的同时有利于将对传统农业进行节水农业、精准农业改造,从而形成节水灌溉的农业生产的良性循环,进而促进地区整体农业生产的更好更快发展,甚至带动我国农业生产事业的
革命。
3.4 加强技术指导
农田排水工程是一种盐碱化治理手段,其本质上是通过改变地下水的相关要素,来延缓盐碱化的速度,因此,需要一定的科学技术进行引导,如果过量排水可能导致地层变化,排水量不足又可能使盐碱化趋势加重,排水工程的建设和使用都需要在科学理论的指导下进行。通过加强技术因素的投入来提高地区排水工程的合理性和科学性,同时引导农业生产者和工程管理人员使用科学发展的观念来应对农业生产的相关问题,这将有利于我国农业生产水平、生产效率进一步提高。
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通过计算得出晋江市的地下水开采潜力指数为0.96。开采潜力小于1,说明现状开采量已经稍微的超出允许开采量。这样的结果引起了地下水水位的持续下降,植被衰退,严重破坏了生态平衡。另外,内陆地区如北京、河北省等地,深层承压水开采后自然补给均很困难,水位下降非常迅速。1.2地面沉降
地下水开采过度将造成大面积区域性地下水下降的漏斗现象,从而改变了地下水压力、开采含水层和含水层上下滞水层的应力状况。而地面沉降将会使铁路路基、建筑物基础下降,公路桥梁开裂等。1.3地下水污染
中国的大多数城市地下水水质指标已经严重超标。这其中主要是矿化度、硝酸盐、亚硝酸盐、铁、锰、氯化物、氟化物、硫酸盐以及PH值的变化。1.4灌溉地区的土壤次生盐碱化
河水灌溉区的土壤次生盐碱化的根本原因是灌溉用水量过多。地表水对于地下水的供给远远超过了地下水的排泄量,地下水水位上升至地表,潜水蒸发加剧了表土积盐,造成土壤的次生盐碱化。2地下水开发引起环境问题的治理对策2.1回补地下水面对区域性地下水水位持续下降这一问题,我们目前切实可行地解决措施便是回补地下水,尽快平衡区域性地下水的水位,通过地下水水位的平衡恢复对周围的生态环境产生积极影响。具体说来,沿海地区进行地下水回补的工作难度相对较小,反而是北京、河北等内陆地区,要想进行地下水回补,需要充分利用所在地区的地势地形和水文等特点,具体问题具体分析,有针对性地进行水位平衡工作。举例而言,对于河北省来说,可以选择通过平原上的水田进行蓄水渗水来进行地下水回补,还可以利用附近的黄河开展引黄工程,在降水量较少的时节进行水位平衡,减少施工难度和时间的同时提高了回补地下水的效率和水量,起到了事半功倍的效果。2.2建立健全政策法规体系另外,要想有效提高回补地下水的工作效率,规范回补地下水工程的施工秩序,政府的相关部门要不断建立健全地下水开发方面的政策及法规体系,使开发、利用和回补地下水工作都能够有序进行、科学管理。具体包括以下几点:第一点,相关部门及单位要对各项资源进行整合优化,并做好整体的工作规划和建设目标;第二点,相关部门及单位要对地下水开发引发的环境问题中出现的污染源进行研究和治理,并制定相关的规定减少各单位进行污染物排放,提高污染净化和治理技术;第三点,相关单位在进行地下水开发时要从源头上做好合理开采,预防和避免地下水水位不平衡現象产生;第四点,政府相关部门要完善现有的地下水开发规范,推动有偿用水政策的实施,提高人们的节约用水意识。2.3加强地下水资源的监测工作
在容易出现地表下沉的地区建立起长期动态观测地下水的工作站。对地下水开采量相对较高的地区进行严格监测工作,实时掌握当地地下水水质、水量和开发利用量,从而根据测得的结果综合分析未来地下水的变化趋势。2.4地下水污染的净化图1为地下水净化系统的示意图。通过抽取污水,到地面进行水的净化,再将净化后的水送入地下水中。在地下水流中利用隔水的粘土渣分隔开污染的地下水和净化的地下水。
2.5开发地下微盐水发展灌溉
1.灌区简介
五家子灌区总面积56.82万亩。区内地势东南以岗地为主,高程在138~139m之间,西北部地势低平,高程在136~137m之间,以甸地为主。该区为半干旱温带气候,全年平均气温4.4℃,最热为7月份,日平均气温为23.5℃,最冷为1月份,日平均气温为-17.4℃,日照时数为2933.1小时, 平均降水量377.1mm,夏季4~9月间的降水量占年降水量的93.2%左右,≥八级的大风年平均14.6次,最多的年份32次,最少年份4次。区内大部分土地为旱田,少部为甸地,其植被组成有羊草、小叶樟,地榆、三棱草、马皮草、蒿类等,植被生长茂盛,表层有机质大多在1.1%以上。在土壤含盐量较高的区内,可见盐性草原类植物,并与湿草原型植物混合分布,构成该区的主要植物有:羊草、碱草、芦苇、虎尾草、三棱草、碱蓬等,在盐斑多的区域常见不生草的光板地和碱蓬。
五家子灌区岗地多为林网控制下的规则旱田,低平甸子地多为草地,间夹有少量零散旱田。纵观全灌区,低平甸子地上的草地及盐碱化草地面积为17.70万亩,占总面积的31.16%,盐渍化较轻或被人工围拦的草地草被长势较好,而多数未被围拦的开放草地因土壤盐渍化或过度放牧,草被长势不良。旱田耕地面积为33.34万亩,占总面积的58.68%,多分布于微高平坦岗地上,且无盐化危害,具有较高的农业利用价值。
2.灌区各盐渍土复区现状
2.1非盐渍土复区 本区面积为34.85万亩,大部分为旱田,少部分为林地及草地,土壤类型以栗钙土、淡黑钙土、草甸淡黑钙土等非盐化土壤为主。土壤可溶盐含量大多在0.1%以下,该区分地势相对高,分布面积较大。
2.2微度盐渍土复区 本区面积为1.17万亩,面积较小,分布零散,大部分为旱田,少部分为草地和林地,土壤可溶盐含量大多在0.1%以上,轻盐化土壤居数,地势相对低,是可开发水田的区域。
2.3轻度盐渍土复区 本区面积为6.40万亩,分布于灌区西部,盐碱土与盐化草甸土交错分布,盐碱土占2%~15%左右,盐化草甸土占多数。主要植被构成有羊草,杂有萎菱、蒲公英、刷头草等,局部稍低的盐斑上稀有盐蒿及碱蓬。旱田穿插于盐化程度较轻地段。
2.4中度盐渍土复区 本区面积为10.06万亩,主要分布于灌区北部,地势低平,植被构成为羊草及刷头并杂有狗尾草和盐蒿及碱蓬。
3.各盐渍土复区种植水稻适宜程度
决定水稻正常生长发育的土壤条件是土壤可溶盐的含量。区内非盐渍土复区和微度盐渍土复区均适宜水稻种植与正常生长发育。土壤含盐量在0.3%的情况下,水稻生长不良。土壤含盐量在0.2%以下,水稻正常生长。在研究土壤含盐量与水稻正常生长发育关系的同时,根据灌区盐渍土与非盐渍土以不同比例关系呈复区分布的特点,将灌区具有盐渍特征的土壤划分出若干复区,并测算出不同复区适宜种植水稻的面积比例。
3.1 灌溉适宜利用区 本区面积为41.43万亩,多为旱田及草场,分布于灌区的岗地、低平地。其土壤类型构成为淡黑钙土、草甸土、盐化草甸土、盐碱土,盐斑较少,中度以上盐渍土面积在15%以下,区内植被长势尚好,适宜开垦水田的面积在75%以上,大部分为轻盐化土壤和非盐化土壤,适宜灌溉利用。
3.2洗盐利用区 本区面积为11.05万亩。主要为荒草地,分布于灌区西北部地势低平的冲积平原上。其土壤类型构成为草甸土,盐化草甸土及一定数量的盐碱土,大部分为轻盐化土壤,盐斑占15%~40%,土壤质地多为中壤,部分区域土壤为中壤或重壤,植被生长较差,适宜开垦水田的面积占50%~70%左右,采取改良措施,以水洗盐,开发水田。其中盐化土壤1.0m 深度内,种植水稻4年后,pH值由10.0降至7.5。在轻度以上盐渍土分布地段,土壤可溶盐含量经过3年以上的自流灌溉冲洗,可降至水稻正常生长发育程度。研究表明,轻度和中度盐渍土在灌溉及结合施用有机肥种稻确可降低土壤含盐量。
关键词:地下水;开发;环境问题;治理措施
中图分类号:TV文献标识码: A
1 前言
随着人类社会的不断发展和进步,人们对于水资源的需求也越来越高。灌溉需要用水,人们的工作和生活需要用水,工业和城市需要用水等等。然而,目前水资源紧缺,用水十分浪费。为此,世界许多国家都将眼球转向了地下水资源这片沃土。地下水资源虽然非常丰富,但是其开发利用的过程中极易导致出现环境问题。例如,晋江市地下水资源开发利用过程中出现区域性地下水水位持续下降、地面沉陷和塌陷、海水入侵以及地下水污染等现象。这些都是自然界给人类的警示:不能过度开发地下水。为了谋求经济发展与环境保护之间的平衡,深入研究地下水开发引起的环境问题和治理措施非常必要。本文正是根据研究国内多个城市地下水资源的开发利用过程中引起的环境问题,研究这些环境问题相应的治理措施,以保障人类在开发地下水资源的同时保护好环境。
2 地下水开发引起的环境问题
地下水资源是我国宝贵的水资源组成部分。特别是在干旱和半干旱的地区,地下水成为保证人们起居生活的不可或缺的物质基础。同时,地下水在社会经济发展和生态环境平衡中也起着不可替代的作用。然而,根据全国最新地下水资源分省评估报告显示,因为不合理的开发利用地下水资源,目前我国地下水资源面临着供需紧张、污染严重和地质灾害影响等问题。具体说来如下。
2.1 区域性地下水位持续下降
以福建省晋江市为例说明。晋江市出于福建省东南沿海地区,晋江市的地下水资源统计主要是根据晋江市19个镇(街道办事处)共同设立的60个检测点和500多个取水普查点共同检测得出的。调查结果如表1所示。
天然供给量 天然径流量 允许开采量 现状开采量
7460.9m3/a 6177.2 m3/a 6086.6 m3/a 7119.7 m3/a
根据如下公式可以计算出城市地下水开采的潜力。
地下水开采潜力指数=地下水允许开采量/地下水已开采量
进过计算得出晋江市的地下水开采潜力指数为0.96。而晋江市的地下水现状开采量与允许开采量的比值为1.17。现状开采量占天然供给量的95.4%,总体上算是平衡的。但开采潜力小于1,说明现状开采量已经稍微的超出允许开采量。这样的结果是引起了地下水水位的持续下降,植被衰退,严重破坏了生态平衡。
以上为沿海地区的地下水开发造成的地下水位下降。内陆地区,如北京、河南省和河北省等地,深层承压水开采后自然补给均很困难,水位下降迅速。例如,沧州市深层地下水漏斗中心水位埋深93.73m,年平均地下水水位下降速率达到2.86m/a。按此速率下去,不倒十五年,第三含水组(顶板150m)将被疏干。
2.2 地面沉降
地下水开采过度将造成大面积区域性地下水下降的漏斗现象,从而改变了地下水压力、开采含水层和含水层上下滞水层的应力状况。我国已经发现的地面沉降的城镇多达36座。例如,河北省东部平原地区的雷击沉降量超过100mm的面积多达33900平方千米。山东中南部地区还发生地面塌陷,深度为3米至10米,长度为几米到几百米不等。而地面沉降将会使铁路路基、建筑物基础下降,公路桥梁开裂,地下管道裂缝等等。
2.3 地下水污染
由于人类的活动使得地下水受到了不同程度的污染。据统计,中国的大多数城市地下水遭受了一定的污染,部分地区的地下水水质指标已经严重超标。这其中主要是矿化度、硝酸盐、亚硝酸盐、铁、锰、氯化物、氟化物、硫酸盐以及PH值的变化。从今天我国各个地区的水流、河流可以看到,许多地区的水流和河流已经受到了严重的污染,有的地区水甚至像墨一样黑。
2.4 灌溉地区的土壤次生盐碱化
因为地下水而造成土壤的次生盐碱化主要发生在我国西北地区。新疆生产建设兵团主要引用河水灌溉。三十多年来,新疆地区因为灌溉发生土壤盐碱化而弃耕的土地几乎相当于新垦改良的土地。河水灌溉区的土壤次生盐碱化的根本原因是灌溉用水量过多。地表水对于地下水的供给远远超过了地下水的排泄量,地下水水位上升至地表,潜水蒸发加剧了表土积盐,造成土壤的次生盐碱化。
3 地下水开发引起环境问题的治理对策
3.1回补地下水,建立健全政策法规体系
对于北京、河北、河南等地下水水位下降较为严重的区域,可以通过采用田面蓄水入渗、沟网拦蓄径流的方式方法来增补地下水。例如,为了给海河东部平原补充水源,利用位山――临清引黄工程,从1994年起于11月到来年2月非灌溉季节引水。1994―1995年河北实收引水量4亿m3,部分直接用于冬灌,大部蓄存沟渠坑塘回补地下水。
此外,为了能够科学合理的保证地下水的水位平衡,还需要从科学管理的角度入手防止地下水水质恶化现象产生。这就要求做到以下三点。第一,对城市的发展和水源地的建设作出科学的统筹规划。第二,清除污染源,建立减少污染物排放的环保工程,合理开采地下水,保障地下水水循环的平衡。第三,建立科学的政策法规体系,实行有偿用水制度,以促进节约用水。
3.2 加强地下水资源的监测工作,加强节水措施
在容易出现地表下沉的地区建立起长期动态观测地下水的工作站。对地下水开采量相对较高的地区进行严格监测工作,实时掌握当地地下水水质、水量和开发利用量,从而根据测得的结果综合分析未来地下水的变化趋势。同时,综合考虑当地经济社会发展的规模和形式,切实制定出可行的综合治理措施。当然,为了由于地表下沉的原因多数是因为地下水的开采过渡,因而还要加强社会人员的节水意识。根据“开源与节流并重、以节水为主”的战略方针,通过在生活、农业和工业等方面的用水采取节水措施,可以较为实际的减少地下水的开采量,缓解水资源供需的矛盾,也能够在一定程度上改善地表的沉降趋势。
3.3 地下水污染的防治策略
首先,定点净化。针对特定的污染物实施,对于无机污染物,可以使用固着化的方法,在污染地区开井,注入化学物质使得有毒物质沉淀,从而保持稳定状态。或者使用生物分解的方法对许多有机物进行分解,从而加速生物净化过程。当然,这种方法并不能清除所有有机物。其次,空气离析法。这种方法是将有机污染物都散发到大气中,从而将其从水中分离出来。最后,离子交换法。通过先进的离子交换技术使得硬水软化、脱碱软化以及咸水淡化。图1为地下水净化系统的示意图。通过抽取污水,到地面进行水的净化,再将净化后的水送入地下水中。在地下水流中利用隔水的粘土渣分隔开污染的地下水和净化的地下水。
图1 地下水净化系统示意图
3.4 开发地下微盐水发展灌溉
咸水灌溉增加了土壤盐分,在有排水条件下,能够经过汛期降雨或淡水灌溉淋洗排出,使根层不发生盐分积累,达到周年或多年的盐分平衡。
4 结论
综上所述,当前地下水的开发引起了众多的环境问题,而这些环境问题给人们的生产生活带来极大的危害。该领域的研究成为环境保护的热点。本文结合国内城市地下水的开况详细总结了引起的环境问题分类,并针对具体的问题提出了科学有效的解决策略,具有一定的参考价值。
参考文献: