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寧夏鹽堿地成因及分區治理措施綜述

來源: 發布時間:2024-08-06

【研究意義】鹽堿地是各種鹽土和堿土以及不同程度鹽化和堿化土壤的總稱,其共同特性為土體中含有過量的鹽堿成分,具有不良的理化性質,造成大多數植物無法正常的生長。如土壤中過量的Na、Mg+2+、Cl離子或過高p H值易破壞土壤結構使得土壤板結或黏稠,影響作物獲取土壤中的養分以及新陳代謝等生理活。我國2021年鹽堿地總面積約為1億hm2,近期具有農業利用前景的鹽堿地總面積近666.67萬hm2,主要分布在寧夏、新疆、河北、內蒙古和吉林等地區。其中,寧夏引黃灌區鹽堿地面積為14.79萬hm2,約占耕地面積的33.54%。大面積的鹽堿地,對作物種植和生態環境都造成了不利影響,是限制寧夏地區農業發展的主要問題之一。尤其是耕地資源短缺的現狀下,改良利用鹽堿地對于解決寧夏地區的三農問題、維持生態環境可持續發展等方面具有重要作用。

【研究進展】針對寧夏地區鹽堿地改良及開發利用中存在的問題,從理論和實踐等方面開展了很多研究。從鹽堿地成因來說,自然環境的限制以及人類活動干擾的結合導致鹽堿化問題。劉學軍等指出寧夏揚黃灌區土壤鹽漬化成因包括氣候因素、高含鹽的土壤母質、障礙土層、局部地勢低洼、常年有灌無排等,治理措施應因地制宜;周華等指出受灌區地形、土壤地質條件、灌排系統等方面因素影響,揚黃灌區局部區域出現鹽漬化面積不斷擴大的現象;范曉旭指出寧夏引黃灌區在開發土地的過程中,出現了很多不當措施,并且在蓄水防旱或引水灌溉的過程中沒有采取完善的配套設施,導致了寧夏引黃灌區土壤鹽堿化加快。從治理措施方面來說,李定洲研究了銀川引黃灌區春小麥鹽化耕地的土壤水鹽動態,并從地下水控制和水鹽調節兩方面對治理措施進行了總結和闡述;孫兆軍在對寧夏銀川平原鹽堿荒地分類型分析的基礎上,篩選出合適的改良劑并且結合培肥、水鹽調控、耐鹽植物品種選擇等試驗研究,提出了鹽堿化、鹽化、堿化3種鹽堿地修復模式,同時指出了高地下水位地區的鹽堿地改良模式;Wang等在西大灘前進農場研究了5種鹽生植物對白僵土的改良作用,得到了種植鹽生植物不只可以改善鹽堿地的理化性質,促進根系變形菌的成長,也對土壤有機質的分解起著至關重要的作用;樊麗琴等在平羅縣鹽堿地開展了春玉米的適宜栽培方式研究,研究不同種植方式對鹽堿地理化性質以及春玉米產量的影響,指出合適的種植方式可以提高玉米產量和改善鹽堿地理化性質;雷曉萍等研究了寧夏銀北地區的土壤鹽堿化問題,指出當前鹽堿地改良治理手段存在措施單一、治標不治本等問題,提出了“以水治鹽、農藝結合、綜合配套”的整體治理措施。實踐方面來說,寧夏農業綜合開發項目實施以來,通過采取水利、農業、林業和科技等綜合治理措施,使項目區鹽漬化耕地面積每年平均以7%的幅度下降,土壤鹽漬化程度明顯減輕,耕地表土平均含鹽量年均降低了6%。這些研究成果對于推動寧夏地區鹽堿地改良起到了重要作用。

【切入點】寧夏鹽堿地改良研究已進行多年,取得了一些明顯的成果。但大多集中于單一片區或無地域特征的改良劑開發利用方法,考慮到寧夏北部有賀蘭山、東部有黃河、中部局部地形低洼等明顯特征,本文通過梳理已有寧夏鹽堿地相關的文獻資料,從寧夏鹽堿地分片區治理的角度出發,對寧夏典型片區鹽堿地成因、現狀治理措施等分析,提出下一步治理研究和實踐建議。【擬解決關鍵問題】梳理出寧夏鹽堿地分區治理的中心技術模式,為寧夏分區分類型鹽堿地治理提供參考,為中低產田產能提升奠定基礎。

1 鹽堿地成因

鹽堿地的形成主要受自然、人為多種因素影響,可溶性鹽分在土壤中進行遷移和轉化并不斷聚集,主要影響因素包括土壤質地、地下水位、氣候條件、灌排條件、地形地貌以及土地利用方式等[1,8,18,19]。我國不同區域鹽堿地形成都有其獨有的特征,濱海平原鹽堿地主要分布在東南沿海地區,地下水受海潮頂托的影響埋深較淺,其鹽分主要來自海水,隨毛管水上升累積到土壤表層,大部分為氯化物硫酸鹽鹽土、局部有蘇打鹽土;松嫩平原鹽堿地主要由冰雪融化水、雨水攜帶山區水溶性鹽類向平原遷移,加上凍融氣候的影響,土壤積鹽十分嚴重,大部分為蘇打鹽土;新疆地區鹽堿地由于氣候干旱少雨且河流多為內流河,土壤鹽分不易排出,大部分為硫酸鹽氯化物鹽土、局部有蘇打鹽土。因此,對于寧夏回族自治區鹽堿地成因來說,不同片區其鹽堿地主要成因也具有獨有特征。

1.1 典型片區選擇

總體上來看,寧夏回族自治區位于黃河中上游地區,為典型的溫帶大陸性氣候,降水少但蒸發多,底層土壤有返鹽現象,灌溉水源大多來自黃河,灌區受人為活動影響強烈,種植的作物主要為水稻、春小麥、玉米、枸杞等。從土壤鹽堿化分布區域來看,主要分布在中部干旱帶的紅寺堡揚水灌區和北部引黃灌區的銀北灌區;從地形地勢上來看,賀蘭山地、鄂爾多斯-黃土高原、洪積沖積平原等區域均存在一定數量鹽堿地,賀蘭縣、紅寺堡區、平羅縣西大灘等地可依次作為上述3種地形的代“表”,此外,靠近黃河的惠農區也會受到黃河河水頂托;從土壤特性來看,寧夏土壤中紅黏土或重粉質壤土容易形成弱透水層、白僵土堿化度高、風沙土加速土壤返鹽和灌淤土中土壤母質含鹽量較高,紅寺堡區、平羅縣西大灘、興慶區和賀蘭縣可依次作為上述土壤特性的代“表”,各區域詳細土壤類型分布情況見圖1(圖中土壤類型數據來源:1∶400萬中國土壤分布式查詢數據庫)。此外,平羅縣渠口鄉還存在因種植作物類型的差別易造成的渠道供水分配存在問題。綜上所述,考慮地形、土壤、種植結構等因素,選取紅寺堡區、平羅縣、惠農區、興慶區和賀蘭縣為寧夏鹽堿地的典型片區,各區域鹽堿地情況見表1。通過梳理不同典型片區的土壤鹽堿化成因,分析寧夏鹽堿地在不同地域不同影響因素作用下的演變過程,可對寧夏分區分類型鹽堿地監測、防治和治理提供參考。


1.2 吳忠市紅寺堡區鹽堿地成因


紅寺堡區屬中溫帶干旱氣候區,主要區域為羅山、煙簡山和牛首山之間的盆地以及苦水河與甜水河所形成的沖積平原,呈現出東南高、西北低的地勢,地面坡度為1/8~1/50。2015年紅寺堡區鹽堿地面積為0.64萬hm2[28],其中次生鹽堿地主要分布在紅寺堡區大河鄉、紅寺堡鎮和沙泉鄉的控灌區內[29],主要土壤類型為草甸栗鈣土、沖積土和淡灰鈣土。


紅寺堡區鹽堿地成因主要如下:從氣候條件來看,紅寺堡灌區多年平均水面蒸發量為2 387 mm,為降水量的9倍,鹽分隨水分蒸發長期累積到表層土壤;從地形條件來看,紅寺堡灌區土地面積的62.7%為緩坡丘陵,海拔為1 240~1 450 m,較大的高差使得鹽分更易匯集至低洼地區,如柳泉鄉、大河鄉等地[31];從土壤特性來看,紅寺堡區次生鹽堿化土壤耕層含鹽量達8~30.7 g/kg,多為紅土母質,土壤質地多為黏土或重粉質壤土,易形成弱透水層,導致區域排水不暢,難以有效進行鹽分淋洗,經過長期灌溉積鹽后,土壤鹽堿程度加重[29,32];從灌排系統角度來看,紅寺堡灌區1998—2014年灌溉普遍采用大水漫灌,灌溉水引入更多鹽分累積,同時由于土壤條件限制灌溉水入滲后不能及時排出[33,34],現有排水系統與土壤條件尚不匹配,也導致地下水位高于其他地區,也使得鹽分在蒸發作用下更易到達土壤表層。


1.3 石嘴山市平羅縣西大灘鹽堿地成因


平羅縣屬溫帶干旱荒漠氣候區,主要區域由鄂爾多斯臺地、黃河沖積平原、西大灘蝶形洼地、賀蘭山東麓洪積扇組成,地勢西南高東北低。平羅縣境內土壤類型主要有灰鈣土、白僵土、草甸鹽土、鹽化潮土、潮灌淤土,鹽堿地主要分布在平羅縣西大灘前進農場、渠口鄉和寶豐鎮等片區[36]。


西大灘鹽堿地成因主要如下:從氣候條件來看,蒸發強度大、降水分布多集中在7—9月,年內分配不均,土壤長期不斷在雨季脫鹽、旱季積鹽,并且土壤鹽分以堿性鈉鹽為主,容易堿化;從地形條件來看,西大灘以前為賀蘭山洪積扇下的大型古湖泊[38],地形普遍平緩低洼,海拔為1 077~1 122 m,地下水側向流動緩慢,年均地下水埋深為1.37 m、礦化度<3 g/L[37],富含堿性鈉鹽的礦質地下水更易隨地下水蒸發不斷向地表匯聚;從土壤特性來看,西大灘土壤類型主要為白僵土、紅黏土和新積土,白僵土土質黏重且堿化程度高,土壤理化性質不良且微生物活動微弱,土壤透水性差導致排水困難,土壤鹽分含量約為2.5~6.5 g/kg,p H值約為8.00~10.40,堿化度約為15%~60%、鹽分類型主要有氯化鈉、硫酸鈉和碳酸鈉[39];從地下水位條件來看,地下水埋深受灌溉洗鹽、地下水明溝和暗管排水工程影響,地下水埋深范圍在1.12~1.75 m,平均地下水埋深在1.5 m左右,土壤水鹽運動緩慢,但整體向表層運移[40];從灌排系統角度來看,田間排水溝大多在1.5~1.8 m,接近地下水位,排水工程中水流攜帶的黏性土壤易導致排水溝淤積,失去排水排鹽效果[41]。


1.4 石嘴山市平羅縣渠口鄉鹽堿地成因


平羅縣渠口鄉鹽堿地主要分布在六中村和交際村,渠口鄉鹽堿地成因主要如下:從土壤特性來看,渠口鄉土壤類型大部分為鹽化潮土、草甸鹽土和黃綿土,土壤質地多為中壤土,含鹽量高于1.5 g/kg,該區域大多為輕度鹽堿地。此外,受少量黏土影響形成的中重度鹽堿地呈插花狀分布;從地下水位條件來看,區域地下水埋深大部分在1~3 m,局部地下水埋深小于1.8 m鹽堿化控制閾值[42];從灌排系統角度來看,灌溉水主要來自惠農渠,渠道存在斷面偏小、滲漏等問題,局部區域灌溉洗鹽困難,此外,沿五排等周邊區域低洼且大多存在排水溝淤積問題,影響排水排鹽效果;從土地利用方式來看,種植作物類型有差別,呈現插花種植情況,作物需水要求不同,造成了渠道供水不協調,同時渠道滲漏水量差別大,部分區域入滲水量較多,抬升了地下水位,造成鹽堿地分布不均。


1.5 石嘴山市惠農區鹽堿地成因


惠農區屬西北內陸溫帶干旱氣候區,主要區域為賀蘭山丘陵地、洪積傾斜平原、黃河沖積平原。2016年惠農區鹽堿地面積1.59萬hm2,主要分布在燕子墩鄉、禮和鄉和尾閘鎮等片區,區域土壤類型主要為灌淤土、潮土、淡灰鈣土和紅黏土[44]。惠農區鹽堿地成因主要如下:從地形條件來看,該區域地處灌區下游,是上游排水排鹽的匯集區。區域內賀蘭山丘陵地和沿黃河地區相對低洼,水流匯集和排水受阻形成中重度鹽堿地;從土壤特性來看,燕子墩鄉、禮和鄉一帶土壤黏重、滲透性能差,使得地下水側向流動困難,形成了部分堿化土壤。惠農區土壤含鹽量為1.78~5.60g/kg[45],輕度鹽堿化土壤占鹽堿化總面積的62%[43];從地下水位來看,受黃河水頂托影響,地下水礦化度高達2.91~4.72 g/L、地下水埋深范圍為1.32~1.98 m[45],大多小于1.8 m鹽堿化控制閾值,使得該區域普遍存在返鹽現象;從灌排條件來看,由于黃河水斷流或上游耗水量過大導致下游可利用的灌溉水量不能滿足淋洗土壤鹽分的需求,耕地鹽分排出受到影響[46],同時受到黃河水頂托影響,局部區域存在排水不暢問題。


1.6 銀川市興慶區鹽堿地成因


興慶區屬西北內陸溫帶干旱氣候區,主要區域為賀蘭山地、洪積扇前傾斜平原、洪積沖積平原、河谷平原、河漫灘地等。鹽堿地主要分布在通貴鄉、掌政鎮、大新鎮、月牙湖鄉的低洼地帶。興慶區鹽堿地成因主要如下:從土壤特性來看,土壤類型主要為草原風沙土、淡灰鈣土、沖積土和潮土[50],土壤質地偏沙性,土壤持水率薄弱易蒸發;區域中低產田0~20 cm土層平均含鹽量為1.5 g/kg,p H值為8.2,土壤偏堿性、易板結且養分量低,部分區域土壤存在障礙土層,不利于鹽分淋洗;從地下水位來看,興慶區第二和第四排水溝附近的區域,排水條件較好,鹽堿化程度較輕,而沿黃河區域由于受黃河水影響,地下水位偏高,鹽堿化程度較重;從灌排條件來看,流經興慶區的惠農渠灌溉高峰期能滿足灌溉要求的流量為120 m3/s,但近年來比較大引水流量只為90 m3/s[51,52],灌溉淋洗水量嚴重不足導致土壤出現次生鹽堿化問題,同時由于黃河水頂托,部分區域洗鹽排水以及農田地下排水不暢也加劇了土壤的次生鹽堿化。


1.7 銀川市賀蘭縣鹽堿地成因


賀蘭縣屬西北內陸溫帶干旱氣候區,主要區域為黃河沖積平原、山前洪積平原及賀蘭山山脈,東臨黃河、西接賀蘭山。鹽堿地主要分布在賀蘭縣南梁臺子農牧場、立崗鎮和洪廣鎮。賀蘭縣鹽堿地成因主要如下:從地形條件來看,賀蘭縣中部局部及沙湖周邊存在低洼區域,低洼耕地排水不徹底導致鹽分越積越多,形成低洼鹽堿地,此外,賀蘭縣立崗鎮等東部部分區域還會受到黃河水頂托,鹽分不能順暢排出[56]。從土壤特性來看,土壤類型主要為潮灌淤土、濕潮土和草甸灰鈣土,其成土母質主要為洪積物、沖擊物、灌水淤積物、湖積物及風積物,是土壤鹽分的重要來源[57],且中部和東部部分區域存在黏土層或障礙土層,鹽分淋洗困難;從地下水位來看,局部鹽堿化地區平均地下水埋深約為1.52 m,存在蒸發返鹽現象[58];從灌排系統角度來看,伴隨著高效節水灌溉技術的應用,鹽分淋洗不足,次生鹽堿化問題逐漸凸顯[54],此外,部分灌溉渠道滲漏嚴重,如惠農渠、第二農場渠、唐徠渠等,也導致渠道兩側農田鹽堿化加重,各鄉鎮普遍存在排水溝淤積、排水設施不完善等問題,加重了土壤鹽堿化[57]。


2 分區現狀治理措施總結


2.1 吳忠市紅寺堡區現狀治理措施總結


紅寺堡區部分土壤母質含鹽量高且存在弱透水層或不透水層、耕地區域地形低洼封閉、大水漫灌普遍、排水不暢等因素,造成部分地區土壤次生鹽堿化現象嚴重。現有研究治理措施和研究成果主要圍繞灌排措施、物理調控、化學調理和生物改良等鹽堿地治理措施。


1)灌排措施


黃占城指出適當的噴灌、滴灌、溝灌等節水灌溉技術可以合理調控土壤中的水鹽運動,控制地下水位;劉學軍等[7]也指出推廣高效節水灌溉、實行總量和定額雙控措施是土壤鹽堿化共性治理措施,同時需要合理規劃建設排水工程,如明溝、暗管、機井或明溝暗管結合的工程措施,實現自流或集中提水排水,降低地下水位,防治土壤鹽漬化;此外,還應注意渠道的運行維護以及排水溝的開挖清淤[59]。周華等[8]總結寧夏土壤鹽漬化治理措施中也提到可結合高標準農田項目建設,對灌區排水系統開展有計劃、系統性、規模化的溝道治理工作。對局部低洼排水困難地區,大力推廣暗管排水或“渠灌井排”等技術。同時,通過加強工程建后管護和修復工作,確保灌區排水系統暢通。黃建成等[60]在紅寺堡鎮試驗區采用溝植溝灌+綜合快速培肥施肥+排水孔滲濾作為應對措施,可使試驗區土壤脫鹽率達到40%,枸杞增產28%~40%。


2)其他治理措施


其他治理措施主要包括物理調控、化學調理和生物改良等措施,這些措施大多需配合灌排措施一同開展。


從物理調控角度來看,可采用覆膜處理、隔鹽層法、客土法、深耕等措施改良土壤結構,改變表層土壤質地和鹽分含量,黃建成等發現覆膜加綜合快速培肥措施下紅寺堡鎮試驗區0~20 cm土體鹽分從12.30 g/kg下降到8.75 g/kg,20~40 cm土體鹽分從6.17 g/kg下降到3.65 g/kg。劉學軍等[7]指出3 a深耕1次,耕深40~60 cm,可以有效改善土壤結構,打破犁底層,增加土壤透氣性,提高土壤鹽分的淋洗,此外,連續3~5 a實施秸稈粉碎還田,也可有效改良土壤結構、提高土壤有機質量,對鹽漬化土地的改良與利用具有積極作用。


從化學調理角度來看,施用脫硫廢棄物和腐殖酸類改良劑,通過離子代換和酸堿中和等過程,將鹽離子置換出土壤膠體,隨排水措施排出土壤,可以有效減少土壤鹽分。張俊華等對紅寺堡開發區氯化物-硫酸鹽鹽土施用脫硫廢棄物和腐殖酸類改良劑,土壤孔隙度降低5.61%,土壤p H值和全鹽量均有不同程度降低,0~20 cm土壤中鈉離子量從11.15cmol/kg下降到6.48 cmol/kg,土壤改良劑施用量可維持在11.25 t/hm2左右。


從生物改良角度來看,種植枸杞、葡萄等耐鹽作物可以一定程度上降低土壤鹽分。Zhang等等在紅寺堡區沙漠化較嚴重的鹽堿地種植葡萄,研究發現葡萄種植提高了土壤理化性質和微生物多樣性,并且會吸取土壤鹽分和提升土壤肥力。


2.2 石嘴山市平羅縣西大灘現狀治理措施總結


平羅縣西大灘鹽堿地土壤類型主要為白僵土,區域地下水埋深低且礦化度高,其改良周期較長且困難較大。現有研究治理措施和研究成果如下:


1)灌排措施


除常規灌排治理措施外,針對白僵土質地對灌排措施的影響,治理措施集中于改善土壤對于灌排條件的限制。張體彬等采用滴灌配合作物根區沙穴換土的方法種植枸杞,研究發現滴灌種植3 a后,根區土壤p H值明顯下降,較初始值降低8.32%~15.3%,根區鹽分降低10.4%~68.6%,證明滴灌配合物理改良措施可以有效淋洗根區土壤鹽分,同時滴灌定額越大,淋洗效率越高。王旭等[65]通過布設90~120 cm的暗溝,并回填礫石,通過打破西大灘試驗區60~70 cm處的黏土層,打破毛細管的連續性,增強灌溉水淋洗效率并抑制了平均地下水埋深為1.5 m處的返鹽,試驗結果顯示礫石暗溝能夠有效提高土壤滲透能力,保持脫鹽狀態,暗溝間距3 m、礫石層厚度35 cm處理下0~40 cm土層堿化度可第1年減少32.2%和第2年減少39.6%。黃亞捷等[66]基于模型分析了現狀灌排條件下未來10 a西大灘耕地土壤鹽分變化,指出現狀常規灌溉條件下會導致地下水埋深變小,積鹽程度變高,應在合理范圍內減少灌溉量,但仍需保證洗鹽的灌溉,同時在排水方面,須合理設計排水溝深度,以實現土壤鹽分降低并避免排水溝的干排鹽作用。


2)其他治理措施


從物理調控角度來看,主要采用了地膜秸稈復合覆蓋、平整土地、深耕深松等措施,呂雯等在白僵土中采用地膜秸稈復合覆蓋措施下種植油葵,使得降水利用效率提高了59.05%,水分利用效率提高了32.71%,表明地膜秸稈復合覆蓋條件下可以有效減少土壤毛管水無效蒸發,降低土壤含鹽量,有利于保持良好的耕層土壤結構,且有利于利用降水充分向下淋洗耕層改良過程置換出的鹽分。


從化學調理角度來看,對于西大灘白僵土改良來說,化學改良劑不可或缺。脫硫石膏和糠醛渣等改良劑可用于該地區堿化土壤的改良和治理,主要作用包括置換土壤膠體中的Na和中和土壤中的OH。楊軍等+-[68]采用脫硫石膏、糠醛渣和淋洗結合的措施來改良白僵土可以有效降低土壤鹽分提高作物產量,研究發現在淋洗水量4 500 m3/hm2和施用糠醛渣22.5 t/hm2的條件下土壤0~20 cm的p H值由9.65降至7.6,堿化度、總堿度和全鹽量分別降低60.2%、39.2%和69.1%。


從生物改良角度來看,應篩選出耐鹽抗逆性能較好的作物,在白僵土中進行適應性種植。Li等于白僵土中種植枸杞、油葵和苜蓿等耐鹽堿作物,研究發現種植苜蓿1 a后白僵土中的p H值、鹽分量和土壤體積質量分別降低了0.6、0.5 g/kg和100 kg/cm3,指出了耐鹽堿作物通過直接吸收根部土壤中的某些鹽分離子或通過釋放根部分泌物來增加微生物群落組成和酶活性間接改善土壤理化性質。


2.3 石嘴山市平羅縣渠口鄉現狀治理措施總結


平羅縣渠口鄉“插花種植”使得灌溉不均勻、地下水運動以及土壤鹽分運移復雜,現有研究治理措施和研究成果如下:


1)灌排措施


平羅縣實施農業綜合開發項目以來,鹽堿地改良主要以排水為主,通過修建渠系、明溝和暗管等灌排工程形成了基本的灌排體系,針對呈插花狀分布的中重度鹽堿化區域,實施集水井抽水、井渠結合灌溉、溝蓄回用、虹吸管輔助排水等措施,有效提升太陽能暗管排水的抽水能力,可彌補現有灌溉排水工程不完善的問題[70]。王少麗等[71]基于渠口鄉暗管排水排鹽研究指出現有的太陽能暗管排水系統排水率小于等于0.49 mm/d,遠小于控制鹽堿化要求的1.5 mm/d。針對夜間太陽能不工作的情況,增加了虹吸管輔助排水,提高暗管排水效率。張凱[72]研究了渠口鄉高標準農田建設前后的土壤鹽分和耕地質量變化,得到了項目區土壤全鹽量范圍從0.41~6.46 g/kg降低為0.45~2.82g/kg,0~20 cm和20~40 cm土層p H值范圍分別從7.93~9.74和8.18~9.42降低為7.92~8.49和8.12~9.38,耕地質量提高了0.3個等級。


2)其他治理措施


從物理調控和化學調理角度來看,采用平田整地縮小畦田面積,消除局部洼地積鹽,提高灌水均勻度和灌溉水利用率,從而防止土壤斑塊鹽堿化;通過增施有機肥,提高土壤有機質量,種植綠肥,增加覆蓋,減少蒸發和抑制鹽分遷移;同時合理進行耕作,破除板結,改善土壤透氣性;還通過施用腐殖酸類改良劑、抑鹽劑等減少鹽分積累。根據平羅縣渠口鄉采用苗床帶狀旋耕施肥播種技術、留茬免耕播種技術以及麥茬粉碎還田免耕播種技術等3種保護性耕作技術模式與傳統模式耕作效果分析,發現通過合理的耕作、建立覆蓋條件,可以使土壤含水率增加1%~4%,土壤微生物量增加25%,同時抑制了水分蒸發[73]。


從生物改良來看,通過種植耐鹽作物實現鹽堿地改良,包括苜蓿、聚合草、食用甜菜、枸杞等作物,班乃榮等的試驗研究表明,通過種植耐鹽作物可以有效抑制土壤鹽分,種植第1年后土壤0~20 cm鹽分下降37%~45%。


通過綜合措施手段,尹志榮等提出溝灌、覆黑膜保墑壓草、優化施肥技術調鹽控鹽集成技術下種植枸杞,結果顯示該模式可以有效緩解及預防次生鹽漬化,水分利用率提升1.5倍、土壤鹽分下降12%~16%,土壤有機質增加17.5%,與不覆膜和傳統施肥條件相比,產量提升68%。


2.4 石嘴山市惠農區現狀治理措施總結


惠農區地處引黃灌區下游,受黃河水情影響嚴重,地下水因受黃河水頂托,平均埋深較小,在治理措施中較為注重排水措施,同時兼顧其他治理措施,現有研究治理措施和研究成果如下:


1)灌排措施


通過農田水利建設項目、銀北百萬畝鹽堿地改良工程實施,區域灌排條件得到明顯改善,形成了多元灌溉體系,同時也形成了明溝、暗管相結合,自流、強排相配套的排水體系。黃愉研究了惠農區廟臺鄉暗管排水運行2 a后對鹽堿地地下水埋深和礦化度的影響,其中項目區全年地下水埋深平均在1 m左右,暗管鋪設埋深范圍為1.4~1.8 m、間距為50 cm,結果表明鋪設暗管的油葵處理區平均地下水埋深較未作處理區增長了6.4%,也使得地下水礦化度降低了0.36 g/L,降低9.0%。此外,豎井排水和生物排水措施也在惠農區局部區域運用[77]。


2)其他治理措施


從物理調控角度來看,經過多年土地平整建設,現有耕地土地平整度已基本滿足要求,但新開墾耕地土地平整度較差,在進行平田整地的同時采取了機械翻耕、秸稈還田和施用有機肥措施,翻耕深度為30 cm,改善了土壤結構和增加了有機質量[78]。朱建祥等[45]也指出惠農區土地平整建設過程中,應注意一次切削深度不超過10~15 cm,田間坡面應與灌溉方法相適應,畦灌的田間坡面應為0.005~0.050;溝灌的田面坡度應為0.01~0.05。


從化學調理角度來看,惠農區在2010年和2011年施行測土施肥項目和土壤有機質提升項目中施用施脫硫廢棄物、腐殖酸類改良劑和土壤保墑增溫抑鹽劑,其中平均施用脫硫廢棄物7.5~10.5 t/hm2,有效降低了土壤堿化程度、提高地溫和抑制土壤返鹽[43]。孫兆軍[6]針對惠農區鹽分含量在10.5 g/kg以上的鹽化沼澤土運用改良劑+有機肥+復合肥結合灌水洗鹽,經過2 a改良,結果顯示鹽化沼澤土的全鹽、堿化度和p H值分別減少21.90%、24.11%和9.12%。另外,在鹽化灌淤土中施用酵素菌肥料7 500 kg/hm2摻施50%化肥置換出土壤中的鹽離子,淋洗排鹽后相比于正常施肥土壤鹽分可降低41.95%[79]。


從生物改良角度來看,通過選擇合適的耐鹽植物和種植方式開展治理,雷金銀等研究發現,于惠農區永屏村種植紅柳、葦狀羊茅、油葵3種耐鹽植物3 a后,相較空白對照表層(0~20 cm)土壤體積質量分別降低了24.16%、27.53%和24.72%,土壤含水率明顯增加,尤其是紅柳自身需水量大且根系發達,對深層土壤含水率影響明顯,有明顯生物排水的作用,有效抑制鹽分。郭永玲等[81]于惠農區燕子墩鄉、禮和鄉和尾閘鎮鹽堿地研究枸杞分別和小麥、玉米和油葵進行輪作種植,發現小麥、玉米和油葵在沒有種植枸杞的地塊產量分別為11.98、260、240.5 kg/hm2,在種植枸杞多年后的地塊產量增加為449.8、804.3、310.8kg/hm2,表明合理的種植方式可明顯增加鹽堿地中作物產量。


綜合措施方面,劉曉琳進行了土地整理項目后評價研究,指出通過平整土地將田、土、坎進行機械化集中種植,配套相應的農田灌排系統,結合土壤貧瘠、鹽堿化程度重等特點施用土壤改良劑和種植耐鹽作物,復墾宜農荒地,結果顯示研究區耕地面積從328.78 hm2增加到637.86 hm2,鹽堿地面積從562.42hm2降低為169.11 hm2,耕地質量提高了1個等級。


2.5 銀川市興慶區現狀治理措施總結


興慶區鹽堿地主要成因包括沙化土壤分布廣、土壤母質含鹽量高、灌水量不足、排水不暢等,現有研究治理措施和研究成果如下:


1)灌排措施


通過分析興慶區中低產農田,指出加快完善灌排體系,適當通過大水漫灌、伏翻曬地等方式,使土壤中鹽分短期內溶于水中,并隨暗管排水等措施排出,可緩解沙質土壤蒸發強烈導致的返鹽速度快以及鹽分淋洗效率低的情況。劉嘉斌[83]通過在興慶區月牙湖鄉開展不同暗管外包濾料型式對鹽堿地土壤的控鹽效果影響的研究,發現土壤平均初始鹽分為5.15 g/kg,經灌水期排水洗鹽結束后,3種型式暗管排水處理0~40 cm土層的全鹽量范圍為0.60~3.85g/kg,使得原來的重度鹽堿地轉化為輕、中度鹽堿地,同時指出采用細砂粒和細碎石(1∶2混合)以及細碎石濾料方案下可以有效改善0~60 cm土壤理化性質,增強暗管排鹽能力。


2)其他治理措施


從物理調控來看,主要開展了秸稈還田、耕地覆膜和深松深翻等治理措施,通過分析興慶區中低產農田,指出秸稈還田可用于改良沙化耕地和鹽堿耕地。馬伏貴等分析了興慶區月牙湖鄉覆膜栽培和深松深翻對向日葵耕地的改良效果,結果表明采用覆膜栽培和深松深翻可聚集雨水、抑制蒸騰,同時使地下水埋深降低5~8 cm,灌后2 d土壤0~30 cm脫鹽率超過50%,是具有良好經濟、生態、社會效益的次生鹽堿地改良措施。


從化學調理來看,針對土壤肥力較低的月牙湖等地區,開展測土配方施肥,針對性的補充土壤有機質量,提升耕地質量。田超通過研究粉煤灰、氣化細渣與牛糞配施對風沙土持水保肥能力的影響,發現不同處理多可將土壤體積質量降低11.49%、孔隙度增加14.56%,其中單施牛糞對有機質量提升比較高為5.51 g/kg,施入粉煤灰、氣化細渣后有機質有所下降,但依舊比無措施條件增幅明顯。秦淑芳[86]分析了小麥、玉米、水稻測土配方施肥相比習慣施肥可分別增產55.5、454.5、414.0 kg/hm2,既提升了作物產量又防止施肥不當導致土壤鹽堿化程度的增加。


從生物改良來看,吳娟等分析了興慶區2015—2020年土地利用變化,發現鹽堿化嚴重的荒草地減少了0.14萬hm2、林地增加了0.14萬hm2,指出可通過種植耐鹽堿的樹種,對鹽堿地進行生態修復。趙逸雪等[88]通過進行不同植被覆蓋度下土壤水分入滲研究,發現裸沙、中等植被和高等植被覆蓋度的穩滲速率分別為10.89、7.42、7.04 mm/min,可有效提高土壤的持水保肥能力和抑制水分蒸發,從而減弱鹽分的表聚。


2.6 銀川市賀蘭縣現狀治理措施總結


賀蘭縣西部賀蘭山地、洪積山地及高階地等地形高的地區土壤中的鹽分和堿化度較高、東部低洼地區的排水排鹽問題均為賀蘭縣土壤鹽堿化治理的重點。


1)灌排措施


灌區節水灌溉已實施多年,截至2019年高效節水灌溉面積已達0.93萬hm2,主要技術為噴灌和滴灌,有利于低洼地區調控地下水位,防止次生鹽堿化。馬廣福等[指出在建設第二排水溝、第三排水溝、第四排水溝、銀新干溝、四二干溝等各級排水溝道后,需定期進行維護和清淤,同時也因地制宜選用井渠結合、渠灌井排、渠灌溝排、暗管排水等灌溉排水措施。


2)其他治理措施


從物理調控角度來看,李冬瑞等研究發現,秸稈、尿素與濕沙土混合后撒入地表,結合秋耕深翻30 cm以上,可有效提高耕地質量和抑制鹽分上行。包長征等指出施加有機肥過程中,應注意土壤質地,如在砂質土壤肥料分配應將基肥控制在30%~40%,可提高施肥次數,但每次施肥不易過多。


從化學調理角度來看,馬雪蓮等研究發現,在農藝措施基礎上,施用不同量的脫硫廢棄物會降低全鹽量、p H值和提升油葵產量,其中比較優施用量為3.0 kg/m2,土壤全鹽量和p H值分別從6.11 g/kg和8.66下降到4.8 g/kg和7.94。此外,通過賀蘭縣測土配方施肥項目的實施,基本摸清了土壤養分狀況,并針對不同作物、不同土壤的養分狀況,提出了主要作物施肥配方19類,為優化施肥結構及避免發生二次污染提供了參考[93]。


從生物改良來看,低洼地區可結合地形種植水稻等作物,并修建池塘養殖魚、蟹等水生生物,推廣稻田養漁、蟹等模式。石偉等于賀蘭縣常信鄉開展低洼鹽堿地稻漁共作試驗,研究發現從出苗期到齊穗期,稻漁共作模式比單作水稻土壤的p H值降低0.14、作物產量提高6.1%。馬秀玲[97]也指出稻漁種養模式可充分利用稻田資源,效益明顯。


3 分區現狀治理措施存在的限制及建議


根據對紅寺堡區、平羅縣西大灘、平羅縣渠口鄉、惠農區、興慶區以及賀蘭縣等6個典型區的分析,可以總結各個區域的鹽堿地特殊成因或特色,治理重點和迫切方向主要包括紅寺堡區障礙土層鹽堿地排水排鹽和產能提升、西大灘堿化鹽堿地治堿控鹽和產能提升、平羅縣插花鹽漬地節水抑鹽和精“準”種植、惠農河水頂托次生鹽漬地排水控鹽和產能提升、興慶區沙質鹽堿地保水保肥控鹽和產能提升以及賀蘭縣低洼內排鹽漬地和河水頂托鹽漬地治理。


3.1 吳忠市紅寺堡區障礙土層鹽堿地破土排鹽


近年來,隨著紅寺堡區揚黃灌溉工程的修建,次生鹽堿地出現并逐漸加重,現有治理措施大多集中在灌溉管理,其他措施較少,同時現有灌排工程的設計忽略了紅寺堡區障礙土層的影響,導致許多工程發揮不了應有作用,提出了以下研究和治理建議:


從灌排管理角度來看,為應對灌區水資源不足、缺少足夠的水量來淋洗鹽分的局面,確定合理的灌溉定額和閾值并通過灌排調控來實現節水抑鹽是重點和難點。此外,紅寺堡區部分鹽堿地1 m以上土層中含有紅膠泥或其他障礙土層,抑制鹽分下滲、影響根系有機質和微生物活動,存在排水不暢、無法洗鹽的問題,排水不暢農田區目前仍缺乏土壤結構、土壤鹽分量等資料,現有治理措施對于解決該問題仍具有很大的局限性,進一步分析排水不暢農田區土壤不透水層分布狀況及其水鹽運移規律,提出適于復雜土壤結構的農田排水模式對于解決類似鹽堿地問題具有重要作用。同時目前對于物理化學改良以及生物改良措施的區域限制性分析不足,且治理措施或研究內容較分散且都在小區域范圍內進行,治理措施的推廣性有待提升。


3.2 石嘴山市平羅縣西大灘堿化鹽堿地治堿控鹽


西大灘白僵土治理是一項長期、復雜的工程,其水鹽時空變異性大且反復出現。從灌排管理角度來看,西大灘白僵土土壤滲透性極差,使得滴灌、暗管等措施改良周期變長,但目前試驗區滴灌、暗管等試驗周期多為1~5 a,仍需長期觀測,形成長期灌排治理效果的評價;從物理化學改良來看,需考慮脫硫石膏等改良劑的施用量在改善白僵土堿化程度的同時,如何防止施用量過大造成全鹽量增加,加強化學改良對于土壤環境影響的評價;此外,目前關于白僵土地下水埋深和礦化度年際變化規律的研究較少,無法精“準”的為水鹽調控提供數據支撐,現有研究多集中于單一措施,應進一步開展融合性鹽堿地治理措施研究,深入開展堿化土壤治理和優化土地利用方式,運用適宜的脫硫石膏、平田整地、暗管排鹽等降堿技術,結合生態治理和種養結合等觀念,有效調控土壤堿化度。


3.3 石嘴山市平羅縣渠口鄉插花鹽漬地精“準”種植


渠口鄉現有治理措施主要集中在示范區及高標準農田建設項目區,改良范圍有限。渠口鄉鹽堿地呈現插花分布,如何在水資源嚴控條件下合理調整區域的種植結構是改良的重點;從灌排管理角度來看,摸清鹽堿地時空演變規律,配套相應的灌溉淋洗水量,探索灌排協同精“準”控鹽技術;從物理化學改良來看,配合灌排管理措施,針對鹽堿地空間變異及時調整土壤翻耕深度、化學改良劑施用量等方案。


3.4 石嘴山市惠農區河水頂托次生鹽堿地強排控鹽


惠農區主要受河水頂托排水溝排水和地下水2個方面影響,現有治理措施通過完善灌排體系、平田整地等措施可有效調控地下水埋深,但也存在鹽堿化反復出現等問題。地下水受黃河水頂托影響造成的鹽堿化反復出現是治理的重點和難點。從灌排管理角度來看,黃河水量年際變化較大,灌溉淋洗水量保障不足,且地下水頂托的問題極為復雜,排水出口大多需要強排,現有研究對于該區域鹽堿地治理的系統性措施分析不足,如何結合區域排水措施調控地下水埋深仍需進一步研究,提出黃河水頂托形成的次生鹽堿地高效淋洗排鹽優化模式。此外,開展排水回用及廉價鹽水淡化研究對解決該區域水資源問題具有重要意義;從物理化學改良來看,惠農區平均地下水埋深在1 m左右和返鹽速度快,單獨施用改良劑會造成鹽堿化反復出現,需要采取融合性的鹽堿地改良措施;從生物改良來看,惠農區目前研究大多關注優“質”抗鹽堿微生物篩選,研制微生物增強植物耐鹽性機理仍待研究。


3.5 銀川市興慶區沙質鹽堿地地力提升抑鹽


興慶區受土壤沙化嚴重、月牙湖鄉等區域地勢低洼等影響,土壤保水保肥能力弱且返鹽嚴重。現有治理措施多關注沙化土壤的改良,對土壤鹽分以及保水保肥關注較少。未來需進行進一步分析。


從灌排管理角度來看,研究分析沙質鹽堿地水分涵養和基礎地力提升的量化措施,優化供水格局、調控地下水位,提升沙質鹽堿地持水保肥能力是未來研究的重點;從物理化學改良來看,目前多采用客土法等物理措施來治理土壤鹽堿化,需進一步開展避免沙質鹽堿地強烈返鹽方面分析;從生物改良來看,種植耐鹽作物可有效提升土壤質量和吸收土壤鹽分,未來可隨著基因工程的發展培育改土聚鹽作物。


3.6 銀川市賀蘭縣排水不暢鹽堿地種養循環抑鹽


賀蘭縣東部地區受地勢低洼和河水頂托影響,多為中重度鹽堿地,中部地區中重度鹽堿地較少主要在零星分布的洼地及沙湖周邊。現有治理措施多集中在低洼地區的中重度鹽堿地,存在改良效果不明顯和周期長等問題,基于現有措施提出了以下建議:


從灌排管理角度來看,賀蘭縣推廣高效節水灌溉的同時,需分析滿足農田洗鹽所需的灌溉水量及灌溉通道以及節水灌溉下土壤環境變化,治理措施應考慮更多對土壤環境長遠的影響,通過合理的調控實現節水抑鹽的目標;從物理化學改良來看,脫硫廢棄物等改良劑是否改善土壤的物理性質及如何根據農田鹽堿化程度施用適量改良劑促進作物的產量,需要進一步研究;從生物改良來看,低洼地區鹽堿地利用稻漁種養等模式開發鹽堿地的短期內效果很好,如受到外界環境影響,其水環境影響以及長期作用效果尚未可知,應加強稻漁種養模式的長期評價。


4 結論與展望

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