河套灌區(qū)水鹽運(yùn)移狀況分析研究

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簡(jiǎn)介： 內(nèi)蒙古河套灌區(qū)每年由引黃灌溉水中帶入灌區(qū)的鹽分大約為250萬噸，而由各級(jí)排水溝排入烏梁素海的鹽分約為80萬噸，每年積存于灌區(qū)內(nèi)的鹽分為170萬噸，而且逐年累積，按理說河套灌區(qū)應(yīng)該成了一個(gè)大鹽庫(kù)了。但事實(shí)并非如此，河套灌區(qū)的鹽堿化程度并沒有逐年加重，而是呈逐年減輕，目前已達(dá)到穩(wěn)定水平的態(tài)勢(shì)。那么，河套灌區(qū)的鹽分到底去哪里了？沙壕渠試驗(yàn)站與日本崗山大學(xué)、岐阜大學(xué)、地球環(huán)境研究所經(jīng)過十年的合作研究，2004年終于解答了這一問題。
關(guān)鍵字：河套灌區(qū) 水鹽運(yùn)移狀況 分析研究

1、河套灌區(qū)概況

　　內(nèi)蒙古河套灌區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部的巴彥淖爾市境內(nèi)?？偼恋孛娣e1190khm²，現(xiàn)灌溉面積574 khm²。灌區(qū)地處干旱半干旱氣候帶，降水稀少，年降水130~220mm；蒸發(fā)強(qiáng)烈，年蒸發(fā)量為1900~2500mm，干燥多風(fēng)，日溫差大，日照時(shí)間長(zhǎng)。年平均氣溫5.6~7.8℃，全年日照3100~3300小時(shí)。

　　河套灌區(qū)地下水水分運(yùn)移屬“垂直入滲蒸發(fā)型”，地下水的補(bǔ)給主要是灌水入滲，每年約17.7億m³（占總補(bǔ)給量的76.5%）和降水入滲，每年約5.33億m³（占總補(bǔ)給量的23.1%），地下水側(cè)向補(bǔ)給極少，淺層地下水的年蒸發(fā)量約為22.80 億m³，大體與垂直補(bǔ)給量相平衡。

　　河套灌區(qū)土壤質(zhì)地以壤土為主，約占總土地面積的40~60%，灌區(qū)耕地輕度鹽漬化面積約為284 khm²，占耕地總面積49.5%；中度鹽漬化面積92 khm²，占耕地總面積16.04%；重度鹽漬化面積17.9 khm²，占耕地總面積3.11%。

2、河套灌區(qū)鹽分進(jìn)出積累情況

　　河套灌區(qū)每年引黃水量約為50億m³，由黃河水帶入灌區(qū)的鹽分約為250萬噸，而整個(gè)灌區(qū)由各級(jí)排水系統(tǒng)排入烏梁素海的水量約5億m³，隨之排入烏梁素海的鹽分約80萬噸。這樣，每年應(yīng)該有170萬噸的鹽分滯留在灌區(qū)內(nèi)。這部分鹽分是隨水分的運(yùn)動(dòng)做垂直運(yùn)動(dòng)呢，還是滯留在土壤中不動(dòng)呢？灌區(qū)鹽堿地面積又是如何變化的呢？是我們一直關(guān)注的研究?jī)?nèi)容之一。

河套灌區(qū)水鹽進(jìn)出狀況見圖1。

3、河套灌區(qū)鹽堿地變化情況

　　河套灌區(qū)降水少，蒸發(fā)量大，地下水的運(yùn)動(dòng)屬于蒸垂入滲蒸發(fā)型，灌溉水中含鹽量約為0.5g/L，這些因素決定了河套灌區(qū)土壤次生鹽堿化程度較嚴(yán)重。

　　河套灌區(qū)土壤鹽漬化狀況從前到后大體可分為四個(gè)階段：

　　①1950~1957年，灌區(qū)開發(fā)初期。鹽漬化面積占耕地面積的12~14%。

　　②1963~1973年，引黃灌溉大發(fā)展階段，由于排水不配套，土地鹽漬化發(fā)展迅速，鹽漬化面積占耕地面積31~58%。

　?、?978~1983年，鹽漬化初步控制階段。據(jù)1983年調(diào)查，鹽漬化面積占耕地面積47%。其中輕度鹽漬化面積占鹽漬化面積的53%。即有約一半的耕地受鹽漬化影響，但這些耕地中又有一半是輕度鹽漬化。

　?、?990年至今，鹽漬化的回落期。由于排水設(shè)施逐年配套并發(fā)揮作用，地下水位下降，地下水水質(zhì)也有所淡化，中重度鹽漬化土壤的面積大幅下降。在灌區(qū)上游由29%降至14.5%，灌區(qū)中游由40.4%降至26.4%，下游由43.6%降至31.1%。但輕度鹽漬化土壤仍占耕地面積（574 khm²）的49.5%，而且灌區(qū)內(nèi)仍有209 khm²的鹽荒地尚未開發(fā)利用。

　　由以上各階段情況看，河套灌區(qū)土壤鹽漬化在1990年至今呈明顯的回落，灌區(qū)耕地面積不斷擴(kuò)大，鹽荒地面積逐年減少，土壤鹽漬化程度在逐年減輕。產(chǎn)量明顯提高，灌區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)長(zhǎng)足發(fā)展。

4、灌區(qū)鹽分去向分析

　　從前面灌區(qū)鹽分進(jìn)出情況和灌區(qū)歷年鹽堿地變化情況可以看出，雖然灌區(qū)內(nèi)每年都在積鹽，但灌區(qū)鹽漬化土壤面積在近10年來卻并未發(fā)生大的變化。那么，每年由灌溉水帶入并滯留在灌區(qū)內(nèi)的大量鹽分（約170萬噸）到底去了哪里？為什么沒有引起灌區(qū)鹽漬化面積和程度的急劇增加呢？這也是灌區(qū)管理部門和國(guó)內(nèi)外一些專家學(xué)者共同關(guān)心的問題。沙壕渠試驗(yàn)站和日本崗山大學(xué)、岐阜大學(xué)、愛媛大學(xué)、地球環(huán)境研究所、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)共同合作，經(jīng)過10年的研究探索，初步找到了問題的答案。

　　4.1 研究方法

　?、僭谌⒐偢汕撞?、永濟(jì)干渠、黃濟(jì)干渠、四排干溝、七排干溝、總排干入烏梁素海等處取水樣化驗(yàn)水質(zhì)（EC、PH和八大離子）。

　?、谠诮夥砰l灌域、永濟(jì)灌域、義長(zhǎng)灌域、烏拉特灌域等地取土樣和地下水水樣，測(cè)定土壤含鹽量及各離子組成。其中土樣不僅測(cè)定水溶性鹽，而且用醋酸銨溶液法測(cè)定土壤中的非水溶性鹽。

　　③綜合分析灌區(qū)內(nèi)進(jìn)出鹽分、積累鹽分、鹽分成分變化、土壤中水溶性鹽與非水溶性鹽數(shù)量、成分的變化，做鹽分平衡分析。

灌水渠、排水溝、分灌域土壤取樣點(diǎn)布置圖見圖2。

　　4.2研究成果

　　4.2.1 灌水渠、排水溝中水質(zhì)的變化（重點(diǎn)分析Ca離子、Na離子）

　　通過2002、2003、2004年水質(zhì)分析表明，三盛公總干渠口部、永濟(jì)干渠、黃濟(jì)干渠灌溉水質(zhì)差別不大，Na離子含量為72.9%，Ca離子含量為6.2%，而四排干、七排干、總排干各處、總排干排入烏梁素海入口等處水質(zhì)差別較大，陽(yáng)離子總濃度為20~160meq/L，以烏梁素海入口處最大，為160 meq/L，Na離子含量為84.6%，Ca離子含量為1.7%，由此可見，排干水中Na離子顯著增加，Ca離子顯著減少。也就是說，灌溉水帶入灌區(qū)的鹽與排干水排出的鹽成分有了顯著變化，由各級(jí)排干溝排出的鹽分主要以Na離子為主，且鹽分組成上Na離子顯著增多，增加約12%，Ca離子明顯減少，減少約4.5%。

灌溉水、地下水、排干水中水質(zhì)變化見圖3

　　4.2.2 土壤中鹽分組成及變化

　　我們?cè)俜治龉鄥^(qū)內(nèi)各分灌域土壤中鹽分含量及組成情況，同一土樣用水溶解和醋酸銨溶解兩方法分別測(cè)出水溶性鹽分與非水溶性鹽分，并比較。

結(jié)果見圖4。

　　4.2.2.1 耕地鹽分分布

　　耕地中0~60cm土層中水溶性K、Na、Ca、Mg陽(yáng)離子總含量為1~2meq/100g，而同一土樣，用醋酸銨提取測(cè)得0~60cm土層中非水溶性陽(yáng)離子總量均在60~80 meq/100g，且以Ca離子含量占絕大多數(shù)，占陽(yáng)離子總量的80%以上。也就是說，耕地0~60cm土層中含有大量非水溶性Ca鹽，是該層中水溶性鹽的30~40倍。

　　4.2.2.2 鹽荒地鹽分分布

　　鹽荒地0~60cm土層中水溶性K、Na、Ca、Mg陽(yáng)離子總量約為4~5meq/100g，且以0~10cm土層最為集中，為耕地的一倍或更多。而同一土層中非水溶性K、Na、Ca、Mg陽(yáng)離子總含量約為60~80meq/100g（與耕地相近），是水溶性陽(yáng)離子的15~20倍，而且以Ca離子為主，占到總量的80%以上。(與耕地相近)

　　從以上分析結(jié)果表明，鹽荒地和耕地0~60cm土層中都含有大量非水溶性Ca鹽，而且含量相差不大，均在60~80meq/100g。鹽荒地與耕地區(qū)別在于， 0~60cm土層中水溶性鹽的含量鹽荒地明顯增高。

　　4.2.2.3 成果小結(jié)

　　每年由灌溉水挾帶并滯留在灌區(qū)內(nèi)的的鹽分（每年約170萬噸）多數(shù)以對(duì)作物危害不大的非水溶性Ca鹽（碳酸鈣和硫酸鈣）積累于土壤中（包括耕地與鹽堿地）。由碳酸鈣和硫酸鈣的凝聚和粘結(jié)作用，土壤易于形成利于作物生長(zhǎng)的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，所以一定程度講灌區(qū)內(nèi)每年沉積的大量非水溶性鈣鹽對(duì)改善土壤結(jié)構(gòu),促進(jìn)作物生長(zhǎng)還是有利的。而對(duì)作物危害較大的水溶性Na鹽（NaCL、NaHCO₃、Na₂CO₃）、K鹽（KCL、KHCO₃、K₂CO₃）多數(shù)隨著各級(jí)排水溝排入烏梁素海，因此，灌區(qū)內(nèi)的鹽漬化程度并未因每年灌溉水挾帶并大量滯留的鹽分累積而加劇。鹽漬化土地面積也并未因此而逐年增大。

5、結(jié)論

　　通過以上分析，至少可以得出以下一些結(jié)論：

　　①河套灌區(qū)每年由引黃灌溉水帶入灌區(qū)的鹽分約250萬噸，成分以Na鹽為主（約72.9%），也含有一定程度的Ca鹽（約為6.2%），而由各級(jí)排水系統(tǒng)最后排入烏梁素海的鹽分約為80萬噸，成分以Na鹽為主并有所增加（約為84.6%），但Ca鹽明顯減少（約為1.7%）。每年積存在灌區(qū)內(nèi)部的鹽分約為170萬噸，但這些鹽分多以非水溶性的Ca鹽（如碳酸鈣、硫酸鈣）存在于0~60cm土層中，由于這些非水溶性鈣鹽的凝聚和粘結(jié)作用，有利于土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，有利于改善土壤結(jié)構(gòu)，有利于作物生長(zhǎng)發(fā)育。這就是近十年來灌區(qū)雖然每年進(jìn)出鹽分不平衡（每年積鹽170萬噸）但土地鹽漬化面積和程度并未明顯加劇的主要原因。

　?、诠鄥^(qū)排水系統(tǒng)雖然每年僅排出80萬噸的鹽分，但這些排出的鹽分卻是以對(duì)作物危害較大的Na鹽為主。灌區(qū)近十年鹽堿化程度逐年降低，排水系統(tǒng)發(fā)揮了十分重要的作用。

　?、蹚母嘏c鹽荒地的對(duì)比分析看，兩者的區(qū)別主要在于鹽荒地0~20cm土層,特別是0~5cm土層中含有大量水溶性Na鹽、K鹽。20cm以下鹽荒地與耕地水溶性鹽Na鹽與非水溶性Ca鹽差別不大。

　　可見，河套灌區(qū)的鹽荒地絕大多數(shù)是可以通過灌溉沖洗排鹽的方法改造的。但要有與之配套的排水系統(tǒng)。鹽荒地改造的重點(diǎn)是0~20cm土層的水溶性Na鹽、K鹽。