典型内陆干旱盆地土壤盐渍化特征及成因分析.doc

西北典型内流干旱盆地土壤盐渍化特征及成因分析以黑河流域为例白福1，范高功2(1.甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院, 甘肃 兰州 730020;2.长安大学环境科学与工程学院, 陕西 西安 710054）搞要 黑河流域地处西北干旱区，属于典型的内流盆地，气候干燥，蒸发量是降水量的3577倍，恶劣的自然条件和人为的不合理灌溉导致了严重的土壤盐渍化问题。据调查资料，张掖盆地土壤盐渍化面积为1225km2，且程度较轻，土壤含盐量0.20.92%；酒泉盆地土壤盐渍化面积为2595km2，绿洲区盐渍化程度较轻，荒漠区盐渍化程度十分严重，土壤含盐量为1.5842.61%；额济纳盆地土壤盐渍化面积为2547km2，盐化程度很重，土壤含盐量最高达33%。在垂向上不论是荒漠区还是绿洲区，含盐量在0.000.30cm内最大，30cm以下含盐量急剧减少，属典型的蒸发表层积盐型盐渍化土壤。土壤盐渍化已严重制约着该地区农业生产的发展和土地资源的进一步开发利用。因此，必须建立合理的灌溉制度，进一步完善灌排体系，以便有效防治和减轻盐渍化的发生。关键词 土壤盐渍化; 成因分析; 灌排体系; 内流干旱盆地中图分类号 文献标识码 文章编号 作者简介 白福(1959)，男，甘肃永登县人，高级工程师，主要从事水文地质工程地质勘察和科研工作。E-mail: L TEL:基金项目 国土资源部2000年科技专项计划项目(200010303-02)基金资助1. 引言土壤盐渍化是指在特定气候、地质及土壤质地等自然因素以及人为引水灌溉不当引起的土地质量退化的过程。土壤盐渍化作为主要的土地退化形式之一，已成为一个全球性的生态环境问题。根据联合国粮农组织统计，全世界60%的灌溉土地已不同程度地发生盐渍化,它是制约农业发展的主要障碍，也是影响绿洲生态稳定的重要因素1。黑河流域位于祁连山和河西走廊的中段，南起祁连县境内的祁连山南北分水岭，北至额济纳旗境内的居延海，东西宽390km，南北长510km，总面积12.8万km2。地理坐标：东径960410204，北纬37454240。区内南北地形相差悬殊，致使气候条件差异较大且具有明显的分带性，南部的祁连山区气候寒冷而湿润，降雨量充沛，走廊平原和额济纳平原具有典型的大陆性干旱气候，降水稀少，降水量在中游走廊平原区为90160mm，下游荒漠区为4066mm；蒸发强烈，蒸发量在中游走廊平原区为19002300mm，下游荒漠区为20055767mm；蒸发量是降水量的3577倍。恶劣的自然条件为区内盐渍化的形成奠定了基础。尤其是自20世纪50年代以来，随着人口的增加,耕地面积的不断扩大和水资源严重短缺,盐渍化问题日益突出,对绿洲农业的发展已构成严重威胁。因此，黑河流域的土壤盐渍化问题在广大的西北干旱区具有典型性和代表性，深入研究该地区土壤盐渍化的分布与特征，尽早掌握盐渍化的演变规律，对于合理利用土地资源，使土壤资源利用高效化并与生态环境相协调意义重大，也是直接关系到该地区可持续发展的关键问题之一。2. 盐渍化分布与特征盐渍化在黑河流域中下游平原皆有分布，中游平原主要分布在张掖碱滩、临泽小屯、高台宣化罗城、肃南明化北部和酒泉北部。张掖盆地土壤盐渍化面积较小为1225km2，且程度较轻，土壤含盐量0.20.92%，盐化类型主要为氯化物型，属于轻度盐渍化土壤。酒泉盆地土壤盐渍化面积较大为2595km2，绿洲区盐渍化程度较轻，荒漠区盐渍化程度十分严重，土壤含盐量为1.5842.61%，盐分化学类型为硫酸盐型、硫酸盐氯化物型。下游平原区主要分布在金塔北部、额济纳旗古日乃和东、西居延海等地。金塔盆地灌区内，由于人类活动的影响表现为绿洲东部以轻盐渍化为主，含盐量0.350.94%,盐分化学类型为硫酸盐型为主；绿洲西部以重盐渍化为主，含盐量1.302.12%，盐分化学类型为硫酸盐型；荒漠区南部盐渍化为轻盐土，含盐量1.583.50%,盐分化学类型以硫酸盐氯化物为主；荒漠区北部盐渍化为中盐土，含盐量为4.527.35%,盐分化学类型为硫酸盐型。额济纳盆地土壤盐渍化面积较大为2547km2，且盐化程度很重，由于区域地下水位下降使部分沼泽退变为盐碱地，在湖盆洼地表现尤为明显，在强烈的蒸发浓缩作用下，致使地表聚集大量盐分，形成盐碱地、盐壳乃至结晶盐壳。在古日乃地区，以重盐渍化为主，全盐量达0.2710.41%,最高达33%，盐渍化总面积约1650km2；在西居延海，湖底干涸后形成了厚约0.5m左右的硫酸盐、氯盐为主的结晶盐壳，面积约253km2，而表层土（地表以下0.10m以内）土壤平均含盐量也高达48%56%，地表以下0.5m以内的土壤平均含盐量达2931%，本湖盆的盐渍化是额济纳旗平原最严重的地区；在东居延海，湖滨表土层含盐量为0.75%2.92%，并呈现自湖滨至湖心渐增的趋势，为轻度盐渍化土壤，在湖底尚末形成盐壳；在河流沿岸细土带的盐渍化程度较湖盆洼地轻，其轻盐渍化土和重盐渍土分布面积为543km2，远离河岸含盐量则有降低的趋势2-4。全流域盐渍化程度变化总的趋势是：在水平方向自中游向下游盐渍化程度和分布范围逐步增大，在垂向上不论是荒漠区还是绿洲区，含盐量在0.000.30cm内最大，30cm以下含盐量急剧减少，属典型的蒸发表层积盐型盐渍化土壤（图1）。3盐渍化成因分析3.1 气候因素黑河流域平原区气候干燥,蒸发量为降水量的3577倍，最高气温达40。在夏季酷热的环境中，地下水浅藏地段，地下水中的盐分随地下水中的蒸发而源源不断地向地表迁移聚集，形成地表盐壳；在寒冷的冬季，最低气温达-30，在低温条件下，水溶液中的盐分随温度降低而溶解度降低，饱和结晶析出，同时温度降低，在地层中形成地温梯度，相应的形成盐分浓度梯度，促使盐分运移，使更多的盐分结晶析出；在初春解冻季节，上部冻结层先于下部冻结层解冻，由于下部冻结层的存在，使春融水不能下渗，阻止了盐分的向下运移，并在蒸发的条件下盐分积于地表，最终导致盐渍化。气候因素对盐渍化的形成的影响还表现在地质时期地层含盐量上。河西走廊自中新世以来，已变成陆相沉积，在干旱气候条件下，沉积了富含方解石、石膏、芒硝等矿物的高盐分地层，这些矿物经过生物、物理、化学风化作用盐化成土母质，并释放出钙、镁、钾、钠等基离子，盐基离子随水分搬运到沼泽、盆地、湖泊等低洼地带，随着水分的蒸发，盐基离子浓缩形成了盐土，成为盐渍化形成的物质基础。3.2 土壤质地及结构因素土壤质地结构对盐渍化的影响主要表现在对水分运移的影响,具体由毛细作用的上升速度和高度,降水和灌溉水的入渗来决定。砂性土毛细作用的上升速度快但高度小；粘性土毛细作用的上升速度慢但高度大；砂性土的降水和灌溉入渗系数大；粘性土入渗透系数小；在相同条件下，砂性土积盐速度快但脱盐速度也快；粘性土积盐速度慢脱盐速度也慢，在土壤盐渍化形成和发展中，长期周而复始，积于粘性土中的盐量大于砂性土中的盐量，最终使粘性土易发生盐渍化。另外，包气带下部粘土层的存在，可阻止盐分向下运移。黑河流域平原区地层成因主要为冲积和洪积层，其间分布有较厚的粘土层，成为盐分积累的场所。3.3 水文地质因素对于黑河流域而言,气候和土壤质地结构仅是盐渍化形成的基本条件,具有相对稳定性,对盐渍化形成与发展的作用相对是缓慢的,而水文地质因素是盐渍化形成和发展的决定性条件,它的作用是突变的,具体表现在地下水位升降和矿化度高低控制了土壤盐渍化的分布。黑河流域中下游细土平原区北部，一般地下水位埋深较浅、矿化度较高，是形成盐渍化的先决条件。在地下水位埋深相同条件下，地下水矿化度高的地区盐渍化程度较重；在地下水位埋深不同条件下,水位埋深越浅,地下水矿化度越高,盐渍化程度越重3.4 水资源的不合理利用因素水资源的不合理利用对盐渍化的影响主要表现在对地下水的不合理开采和灌溉制度的不合理5。黑河流域中下游平原区北部地下水位埋深浅，径流滞缓，水质为上咸下淡型分异体系，在地表水贫乏的条件下，地下水成为发展工农业生产的主要水源。目前农业灌溉主要开采浅层高矿化水灌溉，从而使浅层水进入以开采入渗蒸发开采为主的循环状态，盐份不断累积，地下水矿化度逐渐升高，土壤含盐量增大。同时，现行的大水漫灌、块灌等灌溉体制，即造成了水资源的极大浪费，又导致了地下水位上升，特别是在土壤母质含盐量较高的地区，促使深层渗漏加剧和蒸发量增大，从而为次生盐渍化的产生提供了条件，使耕地不同程度地产生了次生盐渍化6。3.5 地貌因素黑河流域内各盆地微地貌对盐渍化的形成与发展有着不容忽视的作用。南盆地北部和北盆地大部分地区，星罗棋布地分布着大量的小面积洼地，这些洼地因地下水位埋深较周围浅，蒸发强烈，地下水中的盐分因蒸发而大量积于表面。同时，分布于绿洲内的低洼荒地，在灌溉期间，由于灌溉水入渗引起局部地下水位上升，低洼区成为相对的排水区，盐分亦随之迁移于该处而积累，形成盐渍化土壤，甚至盐土。相对而言，耕地附近的洼地是耕地的排盐区，但其有限的积盐空间又可引起周围耕地盐渍化加重。3.6土地弃耕耕作土地因缺水灌溉或其他原因被迫弃耕后因无灌溉淋滤作用和耕作措施,在强烈的蒸发作用下盐分迅速聚集地表,土壤即刻成为盐渍土。另外，在农业生产活动中，兴修水利工程在很大程度上影响着土壤盐渍化的形成和发展，如平原水库的兴建，使库区周围地下水位上升，从而产生次生盐渍化或使盐渍化程度加重。4. 盐渍化的危害盐渍化的危害主要表现在土壤中含有大量的可溶盐，过量的氯离子可使作物体内的叶绿素含量降低，影响光合作用，减少淀粉的形成，尤其是纳离子含量增加，抑制了作物对水分的吸收；使土壤结构发生变化，透气透水性能变差，保水保肥能力降低；抑制了土壤内微生物的繁殖，使土壤内植物必须的矿物质养分缺乏；盐渍化土壤Ph值较高，对植物根系有腐烂作用。凡此种种，盐渍化影响作物生长，甚至导致作物枯死，严重制约着农业生产的发展和土地资源的进一步开发利用，并最终导致土地劣化，功能丧失，破坏生态平衡，环境质量下降。据研究资料,土壤盐渍化对小麦产量的影响,由轻盐渍化中盐渍化重盐渍化发展，盐渍化程度每增加一级，则小麦亩产降低30%，其对经济作物的影响则更大7。在干旱荒漠区，确切地说，土壤盐渍化是土地沙漠化的一个阶段，盐渍化过程通常与荒漠化过程相伴生，同步发展，甚至相互促进相互转化，其最终的发展结果是沙漠化。因为土壤发生盐渍化后，导致地表植物死亡，失去植被保护的土地在风蚀作用下最终沦为沙漠8。5. 盐渍化防治对策通过对黑河流域土壤盐渍化形成因素分析表明，该地区土壤盐渍化的形成是由自然因素和人类活动综合作用的结果，其自然因素的影响是缓变的，无法改变的，而人为因素的影响是突变的，也是可以防治的。因此，主要应采取以下措施：5.1 加强规划和科学研究黑河流域地处干旱地区，生态环境十分脆弱，水不仅是流域经济发展的主要条件，而且又是主宰环境质量的主导因素，俗话说“有水是绿洲，无水是沙漠，多水是盐渍化”。因此，对有限的水资源要合理配置并优化利用9，应加强盐渍化的研究工作，并制定出有效的防治对策和措施，在保证农业生产的基础上，尽可能地减少盐渍化的形成和发生。5.2 灌排结合过去，农业灌溉习惯上用大水漫灌的方式，致使灌溉尾水大量渗入地下，造成地下水位上升，在强烈的蒸发作用下盐分上聚形成盐渍化10。今后要在灌区内因地制宜采取井排、渠排、生物排水等相应措施，或井灌、渠灌相结合，人为调节地下水的补、排条件，有效控制地下水位，使其处在最佳状态，防止盐渍化的发生。干旱区蒸发量大，降水稀少，土壤的自然淋溶作用微弱，如果地下水位埋深在13m，很容易形成土壤的盐渍化，若地下水埋深大于10m，尽管气候干旱，土壤也不会发生盐渍化，所以，降低地下水位是改良土壤盐渍化的首要措施。尤其是在黑河沿岸一带（地下水位埋深小于3m地段），要增加开采井，以开采井作为新排泄点，可加速水的径流和循环，有利于水中盐分随水排出地表，同时可增加灌溉水量，袭夺无效蒸发量，改良盐碱地。据计算，黑河中游北部灌区地下水位埋深小于3m的面积2391km2，蒸发量3.32108m3/a 2。5.3 强化行政管理干旱区特定的自然条件下,形成土壤盐渍化的因素很多,但不合理的人为活动是造成盐渍化的主要原因之一11。因此，为保证人类生产活动的科学化和规范化，减少土壤盐渍化的发生，必须从长期可持续发展的战略高度出发，采取技术措施和管理措施双管齐下的防治对策，实现生态功能的良性循环，达到“人口资源环境社会”四位一体的有机统一。参 考 文 献1 土壤盐渍化与地下水动态特征关系研究J .水土保持通报, 1999,19(6); 11-15.2 黎志恒,白福,杨俊仓. 西北典型内流盆地水资源系统分析与宏观调控方案研究报告R, 兰州,甘肃地质灾害防治工程勘查设计院,2003.12.3 周兴智,白生福,康文泰等. 甘蒙西部黑河中下游两水转化及水资源综合开发利用R, 张掖,甘肃省地矿局第二水文地质工程地质队,1990,3. 4 程国栋,王根绪. 黑河流域水资源合理利用与社会经济和生态环境协调发展研究报告R, 兰州,中国科学院冰川冻土研究所,1999.3. 5 罗先香,杨建强.中国西北干旱区水资源可持续利用对策研究J, 地域研究与开发,2003,22（1）; 73-75.6 尉元明,朱丽霞,乔艳君.河西走廊农灌区耕作土壤次生盐渍化成因与防治对策J, 干旱气象,2004,22（1）; 22-257 吴玮江,王武衡,冯学才等. 干旱区农业灌溉引起的地质灾害及防治对策J，中国地质灾害与防治学报，1999,10（4）; 61-66.8 唐灿,孟晖. 河西走廊地区土地荒漠化问题分析J, 中国地质灾害与防治学报,1999,10（4）; 47-55.9 魏余广,白福,张太岭. 黑河流域水资源及现阶段合理开发利用J,冰川冻土,2006,28(4); 485-489.8 刘金荣、谢晓蓉、金自学等. 河西走廊干旱荒漠区盐碱化土地修复与调控研究J, 中国地质灾害与防治学报,2005,16（3）; 79-81.10 易秀,李侠. 西北地区土壤资源特征及其开发利用与保护J, 地球科学与环境学报,2004,26（4）; 86-89.11 刘金荣、谢晓蓉、金自学等. 河西走廊干旱荒漠区盐碱化土地修复与调控研究J, 中国地质灾害与防治学报,2005,16（3）; 79-81.Features and genesis analysis of soil salinization of typical inland river arid basins in Northwest of ChinaJust make Heihe River Area as a exampleBai Fu Fan Gao-gong( 1 The Second Prospecting Institute of Geology and Mineral Resources of the Gansu Bureau of Geology and Mineral Resources; Lanzhou:730010 China: 2 Water Resources and Environmental Engineering Department; Changan University; Xian; Shaanxi; 710054;China: )AbstractHeihe River Area located in the arid basins in the Northwest of China, which climate is desiccation. The rate of water evaporation there is about 35 to 77 times larger than the rate of water precipitation. So there is the typical inland river arid basin. Abominable natural conditions and peoples unreasonable irrigation make the problem of soil salinization more terrible. According to the survey materials, the area of soil that be salinized is 1225km2 in Zhangye basin, the Salt Content in the Soil is 02.-0.92%, the degree is relatively light. . hile In Jiuquan Basin the numbers are 2595km2 and 1.5842.61%. But it differently from Zhangye Bsain that the salinization degree is light in the oasis district and heavy in the desert district. While in Ejinaqi Basin the area of so