河套灌區(qū)水鹽運移狀況分析研究

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簡介： 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)應該成了一個大鹽庫了。但事實并非如此，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，目前已達到穩(wěn)定水平的態(tài)勢。那么，河套灌區(qū)的鹽分到底去哪里了？沙壕渠試驗站與日本崗山大學、岐阜大學、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。
關鍵字：河套灌區(qū) 水鹽運移狀況 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)。總土地面積1190khm²，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)強烈，年蒸發(fā)量為1900~2500mm，干燥多風，日溫差大，日照時間長。年平均氣溫5.6~7.8℃，全年日照3100~3300小時。

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

　　河套灌區(qū)土壤質地以壤土為主，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，而整個灌區(qū)由各級排水系統(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動做垂直運動呢，還是滯留在土壤中不動呢？灌區(qū)鹽堿地面積又是如何變化的呢？是我們一直關注的研究內(nèi)容之一。

河套灌區(qū)水鹽進出狀況見圖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，地下水的運動屬于蒸垂入滲蒸發(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重。

　　河套灌區(qū)土壤鹽漬化狀況從前到后大體可分為四個階段：

　?、?950~1957年，灌區(qū)開發(fā)初期。鹽漬化面積占耕地面積的12~14%。

　?、?963~1973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。

　　④1990年至今，鹽漬化的回落期。由于排水設施逐年配套并發(fā)揮作用，地下水位下降，地下水水質也有所淡化，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)濟社會長足發(fā)展。

4、灌區(qū)鹽分去向分析

　　從前面灌區(qū)鹽分進出情況和灌區(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)管理部門和國內(nèi)外一些專家學者共同關心的問題。沙壕渠試驗站和日本崗山大學、岐阜大學、愛媛大學、地球環(huán)境研究所、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學共同合作，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?、永濟干渠、黃濟干渠、四排干溝、七排干溝、總排干入烏梁素海等處取水樣化驗水質（EC、PH和八大離子）。

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

　?、劬C合分析灌區(qū)內(nèi)進出鹽分、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、分灌域土壤取樣點布置圖見圖2。

　　4.2研究成果

　　4.2.1 灌水渠、排水溝中水質的變化（重點分析Ca離子、Na離子）

　　通過2002、2003、2004年水質分析表明，三盛公總干渠口部、永濟干渠、黃濟干渠灌溉水質差別不大，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差別較大，陽離子總濃度為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、排干水中水質變化見圖3

　　4.2.2 土壤中鹽分組成及變化

　　我們再分析灌區(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出水溶性鹽分與非水溶性鹽分，并比較。

結果見圖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陽離子總含量為1~2meq/100g，而同一土樣，用醋酸銨提取測得0~60cm土層中非水溶性陽離子總量均在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陽離子總含量約為60~80meq/100g（與耕地相近），是水溶性陽離子的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

　　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作用，土壤易于形成利于作物生長的團粒結構，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改善土壤結構,促進作物生長還是有利的。而對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、結論

　　通過以上分析，至少可以得出以下一些結論：

　　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作用，有利于土壤形成團粒結構，有利于改善土壤結構，有利于作物生長發(fā)育。這就是近十年來灌區(qū)雖然每年進出鹽分不平衡（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)。鹽荒地改造的重點是0~20cm土層的水溶性Na鹽、K鹽。