海河流域低平原補(bǔ)水鹽漬區(qū)水資源現(xiàn)狀分析

海河流域低平原補(bǔ)水鹽漬區(qū)水資源現(xiàn)狀分析

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)客觀上存在區(qū)域差異。在長期發(fā)展和形成過程中，區(qū)域農(nóng)業(yè)模式形成了具有明顯地理差異特征的區(qū)域農(nóng)業(yè)模式。隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，對(duì)區(qū)域生態(tài)農(nóng)業(yè)的研究越來越重要。1983年,國家將黃淮海平原中低產(chǎn)地區(qū)的綜合治理列入了重大科技項(xiàng)目。南皮試驗(yàn)區(qū)是其中的一部分。1982年以來,依據(jù)農(nóng)業(yè)生態(tài)和區(qū)域農(nóng)業(yè)原理,從多方位出發(fā),利用多學(xué)科知識(shí),采用定位觀測、田間試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合,試驗(yàn)—示范一推廣相結(jié)合的技術(shù)路線和系統(tǒng)工程的方法,形成了近濱海缺水鹽漬區(qū)綜合治理的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式,并在實(shí)踐中取得了較好的效果。1保持資源環(huán)境的協(xié)調(diào)性按系統(tǒng)論(GTS)的觀點(diǎn),農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是以人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)為主導(dǎo)、具有明確的社會(huì)目標(biāo),按社會(huì)需求進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)的植物、動(dòng)物與環(huán)境的有序結(jié)合的有機(jī)整體。這是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)經(jīng)濟(jì)大系統(tǒng),它包括眾多的相互關(guān)聯(lián)的單元(社會(huì)與自然單元,生物與非生物單元),可以分解為若干子系統(tǒng)。但是,不管農(nóng)業(yè)系統(tǒng)多么復(fù)雜,多么龐大,它都具有“生態(tài)系統(tǒng)”所共有的基本特征:(1)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)由兩個(gè)基本組分構(gòu)成:A.生物,包括物種及生命活動(dòng)過程;B.環(huán)境,包括環(huán)境要素及能量、物質(zhì)的交換過程。(2)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)具有嚴(yán)格的層次結(jié)構(gòu)(HS),不同層次之間不是孤立的,而是存在著“包含”、“隸屬”、“支配”、“服從”等關(guān)系,統(tǒng)稱為傳遞關(guān)系。農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境系統(tǒng)是密切相關(guān)的,環(huán)境因子以各種方式影響制約生態(tài)因子,而使農(nóng)業(yè)資源環(huán)境系統(tǒng)綜合成一個(gè)整體。在不同地區(qū),資源的區(qū)域組合特點(diǎn)不同,而且農(nóng)業(yè)資源的組合又隨著時(shí)間變遷表現(xiàn)出節(jié)律變化、定向變化和其他各種變動(dòng)。發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)必須認(rèn)識(shí)資源環(huán)境。在識(shí)別資源環(huán)境系統(tǒng)時(shí),要遵循其相互關(guān)系的基本規(guī)律,即:(1)最小因子律,(2)等值性或環(huán)境因子不可替代性規(guī)律;(3)環(huán)境整體性;(4)環(huán)境要素間互相聯(lián)系互相依賴性。近濱海缺水鹽漬區(qū)的范圍,按地理、地勢和綜合自然條件,包括石德鐵路以北、滏陽河以東的海河流域黑龍港地區(qū)的16個(gè)縣(市)。總?cè)丝?33萬(占河北省的9.45%),總土地面積1.28萬km2(占全省的6.81%),其中耕地799267公頃(點(diǎn)全省的12.09%)。該區(qū)緊臨濱海平原區(qū),到渤海海岸線的距離為50—175km,海拔5—20m,是濱海和山前平原的過渡地帶。該區(qū)生態(tài)資源環(huán)境的突出特點(diǎn)是:1.1淺埋深行政確定區(qū)5年—水資源貧乏,淺層地下水成為唯一可靠的再生灌溉水資源該區(qū)屬北暖溫帶大陸性半濕潤氣候區(qū),年平均氣溫11.7—12.4℃,無霜期190—210天,光照充足,年降雨量450—580mm,降雨量年際變異大,變幅在200—1300mm之間,且年內(nèi)分配很不均,60—70%降雨集中在七、八、九三個(gè)月,每次次降雨的空間分布差異也很大,常常在數(shù)里之間的次降雨量就相差一倍及至數(shù)倍。多年平均逕流系數(shù)為0.09—0.11,近幾年逐漸減少、當(dāng)?shù)卣舭l(fā)力大(年可能最大蒸散量達(dá)800—850mm),干燥度達(dá)1.5左右。該地歷史上幾乎年年積水成澇,直到解放初期,仍是“春天白茫茫(鹽堿),夏天水汪汪”的春旱夏澇狀態(tài)。六十年代以來,隨著平原區(qū)排澇水利工程的建設(shè)和山區(qū)水庫的興建,該區(qū)地面逕流已經(jīng)變得只是向低洼河渠坑塘集中,河流幾乎全部常年斷流,基本沒有出境入海逕流發(fā)生。該區(qū)地下水資源也極為缺乏。地下自西向東廣泛分布一個(gè)楔形的咸水體,厚度10—180m不等。在部分地段呈帶狀或片狀分布少量小埋深薄層淡水,形成了咸淡水相間分布狀態(tài)。由于工農(nóng)業(yè)用水量急劇增加,消耗大于補(bǔ)給,淺層地下水水位埋深已由一米左右下降至3.5—6m,并且仍在繼續(xù)下降。深層水開采地層深度250—350m(屬更新世地層),為堿性淡水。七十年代以來深機(jī)井急劇增加,由于過量開采,深井的承壓水位年下降速度達(dá)1—1.7m,埋深已降到35—40m以下,并出現(xiàn)大面積漏斗區(qū)。水資源緊缺已成為該區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要限制因素。1.2潮土、高崗地該區(qū)土壤母質(zhì)為沖積和沖積洪積母質(zhì),沙、壤、粘垂直相間,水平交替分布,以耕層質(zhì)地來看,大約沙土面積占7%,粘土占35%,中、輕壤質(zhì)土占58%。由于地下水的影響,形成的土壤主要為潮土或鹽漬化潮土。五十年代鹽土或鹽化潮土面積曾經(jīng)達(dá)到30%,400萬畝左右(鹽荒地150萬畝)。只有少數(shù)高崗地為褐土化潮土。近年來,隨著地下水位下降和人工灌溉增加,出現(xiàn)了明顯的脫鹽脫潮趨勢,由低濕鹽堿轉(zhuǎn)化為旱薄地。但由于心底土中仍然含較多的鹽分,如果地下水位控制不當(dāng),仍然有大面積次生鹽漬化的可能。1.3飼料草能量與飼料飼草能量的關(guān)系農(nóng)業(yè)以糧為主,自給為主,農(nóng)產(chǎn)品的商品率低。而畜牧業(yè)更差。1985年凈初級(jí)生產(chǎn)力模數(shù)達(dá)到53.3萬kg/km2,用于畜牧業(yè)的飼料飼草能量雖然達(dá)到總生物能的48.4%,但是,由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況決定的畜牧結(jié)構(gòu)是以役用畜為主(以標(biāo)準(zhǔn)羊單位計(jì)算得出結(jié)構(gòu)比例是大牲畜占78.6%),畜牧商品生產(chǎn)耗能僅占11.3%,而形成的商品僅占1.8%,每畝農(nóng)業(yè)用地僅平均生產(chǎn)了6.6kg肉蛋奶,仍然屬于農(nóng)牧結(jié)合的初級(jí)階段:即農(nóng)事型家庭畜牧業(yè)階段。2.生態(tài)農(nóng)業(yè)模式區(qū)域綜合治理或國土整治工作的本質(zhì),就是合理利用資源,在維持生態(tài)平衡的同時(shí),提高農(nóng)業(yè)系統(tǒng)持續(xù)性和生產(chǎn)效率,建立高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。因此,必須提高區(qū)域資源環(huán)境因素的“能見度”和“能控度”,尤其是對(duì)本區(qū)的主導(dǎo)因素。2.1地下水流系統(tǒng)的設(shè)置在本區(qū),旱澇堿咸災(zāi)害和農(nóng)業(yè)低產(chǎn)的核心是“水”。水資源的利用和調(diào)控應(yīng)當(dāng)達(dá)到抗旱除澇治堿改咸一體化的生態(tài)目標(biāo)。多年試驗(yàn)研究與定位觀測的結(jié)果表明,以雨水利用為中心,以打井,活化利用淺層地下淡水和微咸水為手段,以淺層水存貯的地層空間作為“四水轉(zhuǎn)化”(降水、地表水、土壤水、地下水)的協(xié)調(diào)庫,調(diào)控地下水埋深在臨界動(dòng)態(tài)內(nèi),最大限度地把降雨逕流轉(zhuǎn)化為可控制的地下水水資源。從而達(dá)到以井抗旱,以灌代排,夏蓄春用,旱澇堿咸綜合治理,并維持水的生態(tài)平衡的效果。運(yùn)行模式如圖:2.1.1澇災(zāi)保持高效益淺層地下水的代謝以垂直交換作用為主。影響地下水變動(dòng)的因素是降雨及蓄水的入滲、蒸發(fā)及開采利用。而開采對(duì)合理調(diào)控地下水埋深,具有決定性的作用。春季大量提取淺層地下水抗旱灌溉,能夠在雨季前騰出地下“庫容”,從而增大降雨入滲,減少了地表逕流,予防漬澇災(zāi)害的發(fā)生。1977年7月23日一次降雨加前期降雨為156mm,雨前地下水埋深1.2m,逕流深達(dá)47mm,發(fā)生了澇災(zāi)。而1987年全縣降雨660—736mm,其中汛期降雨419—509mm,8月26日一次降雨量達(dá)到120—260mm,卻未發(fā)生澇災(zāi)。過去低洼易澇的蓮花池鄉(xiāng),1974年降雨677mm,發(fā)生澇災(zāi),秋季畝產(chǎn)只有32kg;1987年降雨730mm,8月26日一日降雨260mm,由于開發(fā)淺層淡水,在汛前地下水埋深下降到4.5m左右,沒有發(fā)生漬澇災(zāi),秋糧畝產(chǎn)達(dá)到203kg。降雨滲入地下,除補(bǔ)給土壤水以外,大部分轉(zhuǎn)化為地下水,成為可控制利用的水資源。在雨季前地下水埋深2.5—4.5m范圍內(nèi),每降深1m,降雨入滲補(bǔ)給地下水的數(shù)量增加6—22mm。雨季前地下水埋深大于4.5m時(shí),降雨入滲補(bǔ)給土壤水的比重增大,但補(bǔ)給地下水?dāng)?shù)量將隨埋深的增大而減少。雨季蓄水可補(bǔ)充地下水,又為翌年的旱季貯備了水源。春抗旱、夏防澇,實(shí)現(xiàn)了對(duì)降雨分布不均的周年調(diào)節(jié)。2.1.2地下水補(bǔ)給量、開采利用量、年補(bǔ)徑量不足年采量可調(diào)節(jié)資源量不僅是灌溉的基礎(chǔ),也是調(diào)節(jié)旱澇的主要參數(shù)。不同水文地質(zhì)情況下,可調(diào)節(jié)資源量雖然有些不同,但是,起調(diào)水位埋深2.5—3m時(shí),多年平均資源量介於6.3—8.3萬m3/km2之間。不同水文年,地下水補(bǔ)給量和開采利用量也不同。偏豐年補(bǔ)給模數(shù)可達(dá)10.0—15萬m3/km2,灌溉開采量只有5—6.06萬m3/km2,可以增加貯備水資源。旱年、偏旱年,補(bǔ)給模數(shù)只有2—4萬m3/km2,而開采模數(shù)為8—10萬m3/km2,造成超采。多年運(yùn)行結(jié)果表明,豐水年多補(bǔ),干旱年多采,可以做到多年調(diào)節(jié),以豐補(bǔ)欠。2.1.3地下水的水量、水質(zhì)指標(biāo)。在旱季的2年生淺層地下水的活化利用和代謝改變了土壤鹽分的聚積方向和速度,在底土層形成了鹽分緩沖庫,集聚了自耕層淋洗出的鹽分。觀測還表明,淺層水開發(fā)區(qū)的淡水層礦化度在旱季有上升現(xiàn)象,但變化不劇烈,雨季后仍可恢復(fù);而相鄰的微咸水和咸水區(qū)水質(zhì)明顯淡化,淡水區(qū)面積增大,咸水區(qū)面積縮小,地下水水質(zhì)趨向均一,趨向淡化。開采利用強(qiáng)度越大,越明顯。2.1.4地下水超采試驗(yàn)以水資源為中心的生態(tài)調(diào)控的關(guān)鍵在于控制地下水埋深在防災(zāi)的合理狀態(tài)。一般應(yīng)控制在2.5—7m。淺層地下水能不能連續(xù)超采?試驗(yàn)表明地下水埋深不宜超過7m。因?yàn)樗宦裆钤酱?可采水層越薄,集水速度越慢,灌溉能耗越大,也不能保證水資源的永續(xù)性。2.2降雨對(duì)土層鹽分分布的影響當(dāng)?shù)叵滤裆钤谕寥婪蝶}臨界水位附近變化時(shí),土壤鹽分呈春季蒸發(fā)、積鹽、雨季淋溶、脫鹽的周期性變化。當(dāng)井灌利用淺層地下水,地上水埋深常年維持在2.5—3m以下時(shí),土壤鹽分動(dòng)態(tài)也發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變,淋溶-脫鹽強(qiáng)度超過蒸發(fā)-積鹽強(qiáng)度,土壤耕層迅速脫鹽。土壤鹽分分布由表聚型而趨向均衡,在底土層的包氣帶形成鹽分貯存庫(如圖1)。降低地下水位后,降雨可以使大面積鹽堿地脫鹽。據(jù)實(shí)際觀測,汛前(地下水埋深為4—5m),一次降雨量25、76、159mm時(shí),0—40cm土層脫鹽率分別為30、35、45%,0—10cm土層脫鹽率分別為38、62、88%。在一次降雨150mm時(shí),土層脫鹽深度可達(dá)到1m。降雨量越大,排鹽量也越大。原來雨澇漬鹽的不利因素,變成洗鹽排鹽的積極因素。2.2.2適當(dāng)加大灌溉旱季灌溉,水量超過田間持水量的10—30%,可以增加重力水下滲,起到淋鹽作用,排除根層土壤鹽分,把鹽漬度降到作物耐鹽極限以下。對(duì)輕、中鹽堿地要適當(dāng)加大灌溉定額。在根層原始土壤含鹽量0.2%左右的鹽堿地上,一次灌水750—825m3/ha,可使0—30cm土層脫鹽33—56%,30—100cm土層脫鹽23—32%,100—200cm土層脫鹽也可達(dá)12—32%,地下水礦化度淡化6—11%。2.2.32.2.4土壤鹽分的分布種植苜蓿可以加速鹽土改良。苜蓿在一米土體含鹽量0.2—0.3%種植時(shí),每年帶走的鹽分只有50—70g/m2,僅僅是全鹽的2—5%,還不能消除次生鹽漬化的威脅。但土壤鹽分的剖面分布與種類變化很大。氯離子與鈉鉀離子數(shù)量同步減少,而且向下層移動(dòng);硫酸根離子與鈣鎂離子以非常相近的數(shù)量同步移積在犁底層和心土層。2.3水適應(yīng)性差、化肥差潮土是試區(qū)的主要土壤,其物理性狀不好,水適應(yīng)性差、肥力尤其是供肥能力偏低。為使土壤在脫鹽之后,迅速向高產(chǎn)土壤發(fā)展,必須加強(qiáng)土壤供肥能力的調(diào)控。2.3.1施肥與土壤速度型潮土肥力低下,不僅表現(xiàn)在有機(jī)質(zhì)含量不高,更重要的是嚴(yán)重缺乏速效氮磷養(yǎng)分。由于土壤速效養(yǎng)分不能滿足作物生長需要,生物產(chǎn)量不高,培肥地力缺少物質(zhì)基礎(chǔ),形成地力日下惡性循環(huán)。因此增加土壤速效養(yǎng)分已成為提高潮土肥力和作物產(chǎn)量的核心問題。據(jù)試驗(yàn):在施入氮量接近的情況下化肥當(dāng)季增產(chǎn)效應(yīng)大約是有機(jī)肥料的三倍,有機(jī)肥平均每公斤氮素增產(chǎn)糧食11.3kg,而化肥平均每公斤氮素卻可以增產(chǎn)34.7kg。當(dāng)前,人們談起“生態(tài)”,越來越重視“有機(jī)”。但是,不可忽視的是我們處在低產(chǎn)水平,首先要靠增加無機(jī)投入,才能推動(dòng)土壤進(jìn)入有機(jī)農(nóng)業(yè)的良性循環(huán)。2.3.2調(diào)控潛在基肥提高潮土潛在肥力關(guān)鍵而艱巨的環(huán)節(jié)是提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。它不但是多種養(yǎng)分的供應(yīng)源泉,而且是提高土壤緩沖性、保水、保肥、改善物理性狀的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。調(diào)控潛在肥力關(guān)鍵在于增加有機(jī)質(zhì)投入。據(jù)不同有機(jī)質(zhì)還田試驗(yàn),每年每畝壓入干物質(zhì)500kg,8年后測定:玉米秸處理的土壤有機(jī)質(zhì)由試驗(yàn)前的0.79%增加到1.241%,增加0.451%,每年遞增0.0564%;田菁加玉米秸處理的土壤有機(jī)質(zhì)達(dá)到1.200%,純?cè)?.41%,每年遞增0.0513%,按投入氮量計(jì)算,單位有機(jī)氮增加有機(jī)質(zhì)的作用是化肥氮的2.22—6.90倍。2.3.3對(duì)土壤各養(yǎng)分含量的影響使用氮素化肥能增加土壤全氮含量,單施氮素化肥時(shí),每公斤肥料氮可以增加土壤氮0.11kg;氮磷平衡有利于土壤氮的積累,氮磷配合施用時(shí),可以增加0.175kg。施用磷素化肥能迅速增加土壤速效磷含量,施用一年后,每公斤肥料磷可增加土壤速效磷1.01—1.68mg/kg,而施用有機(jī)肥料磷每公斤(五氧化二磷)僅能增加土壤速效磷0.37—0.41mg/kg。但是,單獨(dú)使用氮素化肥會(huì)使速效磷下降。增施有機(jī)肥,有機(jī)無機(jī)配合也是增加有機(jī)質(zhì)的有效途徑。高碳的植物殘?bào)w與氮肥一起使用,能產(chǎn)生更多的腐殖質(zhì),因而有利于土壤有機(jī)質(zhì)的增加。對(duì)比試驗(yàn)四年后的測定結(jié)果可以看出:單施有機(jī)肥培肥,土壤有機(jī)質(zhì)絕對(duì)值則增加0.14—0.28%。2.3.4過灌溉影響化肥肥效土壤水分的缺乏對(duì)土壤供肥能力影響很大,采用補(bǔ)給水分與保蓄水分相結(jié)合的方法,維持水肥最佳配合是必要的。灌溉定額與化肥肥效關(guān)系密切。過量灌溉,使土壤N素殘留深度增大,在土壤中N素迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殇@態(tài),而被土壤吸附,不能向耕層移動(dòng),使肥料利用率下降。澆水1050m3/ha,N肥回收率為85.4%,增大或減少灌溉量,都使損失率增加(600m3/ha或1500m3/ha時(shí),損失率達(dá)19.0—20.2%)。3適水型農(nóng)牧結(jié)構(gòu)農(nóng)業(yè)模式水最佳生態(tài)農(nóng)業(yè)模式應(yīng)當(dāng)是立足本地水土資源,在提高糧棉產(chǎn)量的同時(shí),注意發(fā)揮土地資源優(yōu)勢,促進(jìn)農(nóng)林牧綜合發(fā)展;在不斷改善環(huán)境條件的同時(shí),提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的區(qū)域綜合生產(chǎn)力。針對(duì)上述水肥鹽的資源狀況和可控性,為了農(nóng)業(yè)發(fā)展,為了農(nóng)村繁榮,為了農(nóng)民富裕,在南皮試區(qū)十年實(shí)踐結(jié)果表明:以“水肥鹽綜合調(diào)控,糧棉草適水種植,林果棗生態(tài)配置,牛羊雞規(guī)模經(jīng)營”為核心內(nèi)容的適水型農(nóng)牧結(jié)合生態(tài)農(nóng)業(yè)模式是可行的。水肥鹽綜合調(diào)控是指通過農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的改良,防治旱澇堿,為提高土地生產(chǎn)力創(chuàng)造條件;糧棉草適水種植是指從農(nóng)業(yè)綜合發(fā)展出發(fā)的、以水為限制條件的最佳土地利用結(jié)構(gòu);林果棗生態(tài)配置是指建立“雙效益”的混林農(nóng)業(yè)生態(tài)景觀,提高農(nóng)田抗災(zāi)能力;牛羊雞規(guī)模飼養(yǎng)是指以草食畜為主的農(nóng)牧結(jié)構(gòu)。簡稱為:“水肥鹽、糧棉草、林果棗、牛羊雞”。在調(diào)控水肥鹽三項(xiàng)主導(dǎo)的資源環(huán)境條件的基礎(chǔ)上,建設(shè)適水型生態(tài)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)還有三條:3.1保糧促商型以社會(huì)需求為背景,以水資源為限制條件的水土氣生資源配置方法很多。以雨水利用為中心,淺層地下水利用為手段的平均灌溉水資源量僅有80mm,即灌溉水模數(shù)為8萬m3/km2·a。以此為條件,利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃遞推原理,推得保糧促商的適水種植結(jié)構(gòu)是:A.穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)糧田以小麥—玉米為主。每年補(bǔ)澆200—300mm,全年畝產(chǎn)可以達(dá)到560—700kg。保證農(nóng)民自耗和畜牧用糧,適當(dāng)發(fā)展商品糧,應(yīng)保證糧田種植面積模數(shù)為22—28ha/km2,灌溉需水量為5.6—6.6萬m3/km2。B.抗旱地首先保證棉花生產(chǎn)。按糧外水資源余額1.4—2.4萬m3/km2,僅可種植棉花14—16ha/km2。另外,利用13.3—16.7ha/km2發(fā)展棗糧間作和梨園。C.仍然有無灌溉條件的旱作雨養(yǎng)地30.7—22.7ha/km2,適宜種植耐旱的雜糧、經(jīng)濟(jì)作物與牧草。這樣既可以維持水資源平衡,又可以獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。群眾稱為:“一畝糧田保吃飯,一畝梨棗奔小康”。3.2綠化改造技術(shù)林木是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的必要成分,也是缺水鹽漬區(qū)景觀生態(tài)系統(tǒng)的主體。但是,缺水鹽漬區(qū)惡劣的生態(tài)條件不僅影響農(nóng)作物,也限制了林