黑河流域土壤鹽漬化的分布與特征

黑河流域土壤鹽漬化的分布與特征

0.自然條件惡劣,影響農(nóng)業(yè)的發(fā)展土壤鹽漬是指土壤侵蝕化，如特定氣候、地質(zhì)和土壤條件，以及人工灌溉。土壤鹽漬化作為主要的土地退化形式之一,已成為一個全球性的生態(tài)環(huán)境問題。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計,全世界60%的灌溉土地已不同程度地發(fā)生鹽漬化,它是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要障礙,也是影響綠洲生態(tài)穩(wěn)定的重要因素。黑河流域位于祁連山和河西走廊的中段,南起祁連縣境內(nèi)的祁連山南北分水嶺,北至額濟納旗境內(nèi)的居延海,東西寬390km,南北長510km,總面積12.8萬km2。區(qū)內(nèi)南北地形相差懸殊,致使氣候條件差異較大且具有明顯的分帶性,南部的祁連山區(qū)氣候寒冷而濕潤,降雨量充沛,走廊平原和額濟納平原具有典型的大陸性干旱氣候,降水稀少,降水量在中游走廊平原區(qū)為90～160mm,下游荒漠區(qū)為40～66mm;蒸發(fā)強烈,蒸發(fā)量在中游走廊平原區(qū)為1900～2300mm,下游荒漠區(qū)為2005～5767mm;蒸發(fā)量是降水量的35～77倍。惡劣的自然條件為區(qū)內(nèi)鹽漬化的形成奠定了基礎(chǔ)。尤其是自20世紀50年代以來,隨著人口的增加,耕地面積的不斷擴大和水資源嚴重短缺,鹽漬化問題日益突出,對綠洲農(nóng)業(yè)的發(fā)展已構(gòu)成嚴重威脅。因此,黑河流域的土壤鹽漬化問題在廣大的西北干旱區(qū)具有典型性和代表性,深入研究該地區(qū)土壤鹽漬化的分布與特征,盡早掌握鹽漬化的演變規(guī)律,對于合理利用土地資源,使土壤資源利用高效化并與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)意義重大,也是直接關(guān)系到該地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。1.人工濕地土壤鹽分分布特征鹽漬化在黑河流域中下游平原皆有分布,中游平原主要分布在張掖堿灘、臨澤小屯、高臺宣化—羅城、肅南明化北部和酒泉北部。張掖盆地土壤鹽漬化面積較小為1225km2,且程度較輕,土壤含鹽量0.2%-0.92%,鹽化類型主要為氯化物型,屬于輕度鹽漬化土壤。酒泉盆地土壤鹽漬化面積較大為2595km2,綠洲區(qū)鹽漬化程度較輕,荒漠區(qū)鹽漬化程度十分嚴重,土壤含鹽量為1.58%～42.61%,鹽分化學類型為硫酸鹽型、硫酸鹽-氯化物型。下游平原區(qū)主要分布在金塔北部、額濟納旗古日乃和東、西居延海等地。金塔盆地灌區(qū)內(nèi),由于人類活動的影響表現(xiàn)為綠洲東部以輕鹽漬化為主,含鹽量0.35%～0.94%,鹽分化學類型為硫酸鹽型為主;綠洲西部以重鹽漬化為主,含鹽量1.30%～2.12%,鹽分化學類型為硫酸鹽型;荒漠區(qū)南部鹽漬化為輕鹽土,含鹽量1.58%～3.50%,鹽分化學類型以硫酸鹽-氯化物為主;荒漠區(qū)北部鹽漬化為中鹽土,含鹽量為4.52%～7.35%,鹽分化學類型為硫酸鹽型。額濟納盆地土壤鹽漬化面積較大為2547km2,且鹽化程度很重,由于區(qū)域地下水位下降使部分沼澤退變?yōu)辂}堿地,在湖盆洼地表現(xiàn)尤為明顯,在強烈的蒸發(fā)濃縮作用下,致使地表聚集大量鹽分,形成鹽堿地、鹽殼乃至結(jié)晶鹽殼。在古日乃地區(qū),以重鹽漬化為主,全鹽量達0.27%～10.41%,最高達33%,鹽漬化總面積約1650km2;在西居延海,湖底干涸后形成了厚約0.5m左右的硫酸鹽、氯鹽為主的結(jié)晶鹽殼,面積約253km2,而表層土(地表以下0.10m以內(nèi))土壤平均含鹽量也高達48%～56%,地表以下0.5m以內(nèi)的土壤平均含鹽量達29%～31%,本湖盆的鹽漬化是額濟納旗平原最嚴重的地區(qū);在東居延海,湖濱表土層含鹽量為0.75%～2.92%,并呈現(xiàn)自湖濱至湖心漸增的趨勢,為輕度鹽漬化土壤,在湖底尚末形成鹽殼;在河流沿岸細土帶的鹽漬化程度較湖盆洼地輕,其輕鹽漬化土和重鹽漬土分布面積為543km2,遠離河岸含鹽量則有降低的趨勢。全流域鹽漬化程度變化總的趨勢是:在水平方向自中游向下游鹽漬化程度和分布范圍逐步增大,在垂向上不論是荒漠區(qū)還是綠洲區(qū),含鹽量在0.00～0.30cm內(nèi)最大,30cm以下含鹽量急劇減少,屬典型的蒸發(fā)表層積鹽型鹽漬化土壤(圖1)。2.鹽處理的原因2.1凍結(jié)層中鹽分的運移導致鹽分鹽漬化黑河流域平原區(qū)氣候干燥,蒸發(fā)量為降水量的35～77倍,最高氣溫達40℃。在夏季酷熱的環(huán)境中,地下水淺藏地段,地下水中的鹽分隨地下水中的蒸發(fā)而源源不斷地向地表遷移聚集,形成地表鹽殼;在寒冷的冬季,最低氣溫達-30℃,在低溫條件下,水溶液中的鹽分隨溫度降低而溶解度降低,飽和結(jié)晶析出,同時溫度降低,在地層中形成地溫梯度,相應的形成鹽分濃度梯度,促使鹽分運移,使更多的鹽分結(jié)晶析出;在初春解凍季節(jié),上部凍結(jié)層先于下部凍結(jié)層解凍,由于下部凍結(jié)層的存在,使春融水不能下滲,阻止了鹽分的向下運移,并在蒸發(fā)的條件下鹽分積于地表,最終導致鹽漬化。氣候因素對鹽漬化的形成的影響還表現(xiàn)在地質(zhì)時期地層含鹽量上。河西走廊自中新世以來,已變成陸相沉積,在干旱氣候條件下,沉積了富含方解石、石膏、芒硝等礦物的高鹽分地層,這些礦物經(jīng)過生物、物理、化學風化作用鹽化成土母質(zhì),并釋放出鈣、鎂、鉀、鈉等基離子,鹽基離子隨水分搬運到沼澤、盆地、湖泊等低洼地帶,隨著水分的蒸發(fā),鹽基離子濃縮形成了鹽土,成為鹽漬化形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。2.2砂性土中鹽分的分布土壤質(zhì)地結(jié)構(gòu)對鹽漬化的影響主要表現(xiàn)在對水分運移的影響,具體由毛細作用的上升速度和高度,降水和灌溉水的入滲來決定。砂性土毛細作用的上升速度快但高度小;黏性土毛細作用的上升速度慢但高度大;砂性土的降水和灌溉入滲系數(shù)大;黏性土入滲系數(shù)小;在相同條件下,砂性土積鹽速度快但脫鹽速度也快;黏性土積鹽速度慢脫鹽速度也慢,在土壤鹽漬化形成和發(fā)展中,長期周而復始,積于黏性土中的鹽量大于砂性土中的鹽量,最終使黏性土易發(fā)生鹽漬化。另外,包氣帶下部粘土層的存在,可阻止鹽分向下運移。黑河流域平原區(qū)地層成因主要為沖積和洪積層,其間分布有較厚的黏土層,成為鹽分積累的場所。2.3地下水位變化及礦化度對土壤鹽分含量的影響對于黑河流域而言,氣候和土壤質(zhì)地結(jié)構(gòu)僅是鹽漬化形成的基本條件,具有相對穩(wěn)定性,對鹽漬化形成與發(fā)展的作用相對是緩慢的,而水文地質(zhì)因素是鹽漬化形成和發(fā)展的決定性條件,它的作用是突變的,具體表現(xiàn)在地下水位升降和礦化度高低控制了土壤鹽漬化的分布。黑河流域中下游細土平原區(qū)北部,一般地下水位埋深較淺、礦化度較高,是形成鹽漬化的先決條件。在地下水位埋深相同條件下,地下水礦化度高的地區(qū)鹽漬化程度較重;在地下水位埋深不同條件下,水位埋深越淺,地下水礦化度越高,鹽漬化程度越重2.4地下水開發(fā)量過大,礦化度不斷上升水資源的不合理利用對鹽漬化的影響主要表現(xiàn)在對地下水的不合理開采和灌溉制度的不合理。黑河流域中下游平原區(qū)北部地下水位埋深淺,徑流滯緩,水質(zhì)為上咸下淡型分異體系,在地表水貧乏的條件下,地下水成為發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要水源。目前農(nóng)業(yè)灌溉主要開采淺層高礦化水灌溉,從而使淺層水進入以開采—入滲—蒸發(fā)—開采為主的循環(huán)狀態(tài),鹽份不斷累積,地下水礦化度逐漸升高,土壤含鹽量增大。同時,現(xiàn)行的大水漫灌、塊灌等灌溉體制,即造成了水資源的極大浪費,又導致了地下水位上升,特別是在土壤母質(zhì)含鹽量較高的地區(qū),促使深層滲漏加劇和蒸發(fā)量增大,從而為次生鹽漬化的產(chǎn)生提供了條件,使耕地不同程度地產(chǎn)生了次生鹽漬化。2.5地下水位高、土壤重黑河流域內(nèi)各盆地微地貌對鹽漬化的形成與發(fā)展有著不容忽視的作用。南盆地北部和北盆地大部分地區(qū),星羅棋布地分布著大量的小面積洼地,這些洼地因地下水位埋深較周圍淺,蒸發(fā)強烈,地下水中的鹽分因蒸發(fā)而大量積于表面。同時,分布于綠洲內(nèi)的低洼荒地,在灌溉期間,由于灌溉水入滲引起局部地下水位上升,低洼區(qū)成為相對的排水區(qū),鹽分亦隨之遷移于該處而積累,形成鹽漬化土壤,甚至鹽土。相對而言,耕地附近的洼地是耕地的排鹽區(qū),但其有限的積鹽空間又可引起周圍耕地鹽漬化加重。2.6鹽漬土的蒸發(fā)耕作土地因缺水灌溉或其他原因被迫棄耕后因無灌溉淋濾作用和耕作措施,在強烈的蒸發(fā)作用下鹽分迅速聚集地表,土壤即刻成為鹽漬土。另外,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中,興修水利工程在很大程度上影響著土壤鹽漬化的形成和發(fā)展,如平原水庫的興建,使庫區(qū)周圍地下水位上升,從而產(chǎn)生次生鹽漬化或使鹽漬化程度加重。3.土壤鹽漬化影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境質(zhì)量鹽漬化的危害主要表現(xiàn)在土壤中含有大量的可溶鹽,過量的氯離子可使作物體內(nèi)的葉綠素含量降低,影響光合作用,減少淀粉的形成,尤其是納離子含量增加,抑制了作物對水分的吸收;使土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,透氣透水性能變差,保水保肥能力降低;抑制了土壤內(nèi)微生物的繁殖,使土壤內(nèi)植物必須的礦物質(zhì)養(yǎng)分缺乏;鹽漬化土壤pH值較高,對植物根系有腐爛作用。凡此種種,鹽漬化影響作物生長,甚至導致作物枯死,嚴重制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和土地資源的進一步開發(fā)利用,并最終導致土地劣化,功能喪失,破壞生態(tài)平衡,環(huán)境質(zhì)量下降。據(jù)研究資料,土壤鹽漬化對小麥產(chǎn)量的影響,由輕鹽漬化—中鹽漬化—重鹽漬化發(fā)展,鹽漬化程度每增加一級,則小麥畝產(chǎn)降低30%,其對經(jīng)濟作物的影響則更大。在干旱荒漠區(qū),確切地說,土壤鹽漬化是土地沙漠化的一個階段,鹽漬化過程通常與荒漠化過程相伴生,同步發(fā)展,甚至相互促進相互轉(zhuǎn)化,其最終的發(fā)展結(jié)果是沙漠化。因為土壤發(fā)生鹽漬化后,導致地表植物死亡,失去植被保護的土地在風蝕作用下最終淪為沙漠。4.鹽漬化的成因通過對黑河流域土壤鹽漬化形成因素分析表明,該地區(qū)土壤鹽漬化的形成是由自然因素和人類活動綜合作用的結(jié)果,其自然因素的影響是緩變的,無法改變的,而人為因素的影響是突變的,也是可以防治的。因此,主要應采取以下措施:4.1水與水是主導環(huán)境質(zhì)量的主要因素黑河流域地處干旱地區(qū),生態(tài)環(huán)境十分脆弱,水不僅是流域經(jīng)濟發(fā)展的主要條件,而且又是主宰環(huán)境質(zhì)量的主導因素,俗話說“有水是綠洲,無水是沙漠,多水是鹽漬化”。因此,對有限的水資源要合理配置并優(yōu)化利用,應加強鹽漬化的研究工作,并制定出有效的防治對策和措施,在保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,盡可能地減少鹽漬化的形成和發(fā)生。4.2降低地下水位,增加開采井過去,農(nóng)業(yè)灌溉習慣上用大水漫灌的方式,致使灌溉尾水大量滲入地下,造成地下水位上升,在強烈的蒸發(fā)作用下鹽分上聚形成鹽漬化。今后要在灌區(qū)內(nèi)因地制宜采取井排、渠排、生物排水等相應措施,或井灌、渠灌相結(jié)合,人為調(diào)節(jié)地下水的補、排條件,有效控制地下水位,使其處在最佳狀態(tài),防止鹽漬化的發(fā)生。干旱區(qū)蒸發(fā)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1～3m,很容易形成土壤的鹽漬化,若地下水埋深大于10m,盡管氣候干旱,土壤也不會發(fā)生鹽漬化,所以,降低地下水位是改良土壤鹽漬化的首要措施。尤其是在黑河沿岸一帶(地下水位埋深小于3m地段),要增加開采井,以開采井作為新排泄點,可加速水的徑流和循環(huán),有利于水中鹽分隨水排出地表,同時可增加灌溉