辽河三角洲盐渍土综合技术体系研究

辽河三角洲盐渍土综合技术体系研究

1该地区盐渍土的发生和生态特征1.1潮滩地区盐渍化过程汾河三角洲的地质构造属于华北地台中部的渤海凹陷带。第四纪海入侵和海退对该地区盐渍土的形成有很大影响。据考证,本区第四纪曾发生过三次海侵。最后一次海退后,浅海相沉积即被海陆过渡相沉积所替代,下辽河平原则成为海退露出的滨海平原,水下淤泥逐渐演变成为潮滩盐土及滨海盐土(图1)。在南部距海较近地区,地下水埋藏浅、矿化度高,在土壤蒸发作用的影响下,地表积盐过程显著,地表含盐量超过海渍淤泥的含盐量,耐盐性极强的翅碱蓬等高等植物可在其中生长,滨海盐土的成土过程逐渐发生。在北部距海较远区域内,其地势较高地区,地下水埋藏较深、矿化度较低,生长有草甸植被,滨海盐土逐渐演化为草甸盐土;其地势低洼地区,地表呈季节性积水或常年积水状态,且排水不良,地面生长蒲草、藨草、芦苇等水生及半水生耐盐性植物,土壤在盐渍化过程的同时,还有沼泽化过程的参与,滨海盐土逐渐演化为沼泽盐土。随着人们兴修水利及种稻活动的开展,草甸盐土、盐化草甸土、沼泽盐土、盐化沼泽土经水耕熟化,逐渐演变为盐渍型水稻土;草甸盐土及盐化草甸土经旱耕熟化,逐渐演变为盐化耕种草甸土(图2)。1.2滨海盐渍土区区域内地势低平,地面向渤海湾一侧倾斜,坡降平缓,海拔高程一般在2~10m。1米土体平均含盐量为0.4%~1.0%,含盐量的高低基本上与距海岸的距离成反比。已垦农田含盐量约为0.1%~0.3%,近海土体可高达2.0%~3.0%。在平面上,全盐量与盐分组成相对均衡;在剖面上,盐分呈非典型“T”型分布。区域内地下水水位高,雨季时可升达地表。地下水径流缓慢,承泄条件不良,出流不畅,以垂直蒸发占主导地位。地下水矿化度高,一般地区为10~20g/L,河流两侧为1~5g/L,近海地区可达30g/L以上。地下水的水化学类型为氯-钠型。区域的气候属半湿润温带季风气候区,年降雨量450~550mm,且多集中在7、8两月,年蒸发量1500~2000mm,蒸发量最大期为4、5月间,蒸降比3~4。伴随着年内地表蒸发量的变化规律,表层土体的含盐量也呈一定的规律变化。春季土体化通前,大地封冻,土壤含盐量变化不大;4、5月份间,风大,气候干燥,蒸发量大,地表进入强烈积盐阶段;随后,随着降水量的增加或田间的灌溉,地表进入脱盐阶段;在秋季,由于降水量的减少或田间灌溉的停止,地表进入短暂积盐阶段;进入冬季后,水盐动态又进入一个相对稳定的时期。同一采样点冬季的含盐量如果高于春季,则说明该点处于总体积盐过程;反之,则处于总体脱盐过程(图3)。区域内自然植被有草甸植物、半沼泽植物及沼泽植物。植物种类随土壤含盐量的变化而不同。从裸滩到耕地,标志性植物依次有翅碱蓬、盐吸、碱茅、柽柳、三棱草、蒲草、芦苇等。伴随着盐渍土区的脱盐过程和滩涂的淤涨过程,滨海盐渍土区在逐年向海洋推进。据观测,辽河(含双台子河、大凌河)三角洲地区,每年入海泥沙3500万t,每年造陆15平方公里。逐年淤高的鸳鸯沟滩已于2013年被正式命名为“鸳鸯岛”,列入国家海岛名录,成为我国最年轻的岛屿。2该区域盐渍土的类型和剖面特征2.1土壤的持续积盐过程潮滩盐土分布于周期性海潮淹没带,地面高程在1.0m左右,常处于水分饱和状态。土壤盐分含量很高,并以表层为最高,然后向深层逐渐降低,这说明土体处于持续积盐过程。阴离子中以氯离子占绝对多数,阳离子中以钠离子占绝对多数(图4)。pH值多在7.5~8.0。土壤一般呈浅灰色,结构不明显,表层泥糊状,向下逐渐紧实。土壤有机质含量一般在0.3%~0.6%。多为无植被的裸滩或生有少量翅碱蓬。2.2土壤剖面含盐量h滨海盐土分布于受海水顶托的沿海地带,地面高程在2.0~3.0m,地下水位在0.5~1.0m,矿化度最高可达35.0g/L。土壤剖面各层含盐量的变化小于潮滩盐土,且剖面中部含盐量最低,表明土体在积盐的总体过程中,也伴有轻度的脱盐过程。土壤剖面各离子占比与潮滩盐土相同(图5)。pH值也多在7.5~8.0。土壤有机质含量一般在0.6%~1.0%。植被有翅碱蓬、海枣及芦苇等,植被的种类、数量及单株生长量均多于潮滩盐土。2.3矿化度及总盐分的测定草甸盐土分布在距海较远的地区,地势较高,地面高程在3.0~4.0m,地下水位在1.0m左右,矿化度一般在5.0~10.0g/L。土体剖面的总盐量在下降,但盐分的表聚作用强,而且表层的盐分主要集中在0~3cm的表层中(图6)。pH值在8.0左右。土壤有机质含量一般在0.3%~1.4%。地面生长碱蓬、芦苇及柽柳等耐盐植物。2.4土壤盐分含量盐化草甸土处于地势稍高于草甸盐土的区域内,常与草甸盐土相伴而生。土壤在进行草甸化过程的同时,还伴随着盐渍化过程。从土壤剖面上看,存在脱盐与积盐交替进行的过程(图7)。pH值也在8.0左右。土壤有机质含量一般在1.0%~1.6%。自然植被有碱草、狼尾草、马绊草等。2.5指标和矿化度盐化沼泽土分布于距海较远而盐分较轻的低洼地区,或灌排较方便的近海地区,地面高程在1.3~4.0m。地下水位在0.5m左右,矿化度一般在5.0~18.0g/L。从剖面上看,总体含盐量较低,并以脱盐过程为主导,各阴离子占比相近(图8)。pH值7.5~8.0。土壤有机质含量在2.0%~3.0%。自然植被以芦苇为主,伴生三棱草、蒲草等水生植物。2.6盐分的离子组成盐渍土种稻后,在灌淡排咸的洗盐作用下,土体呈迅速脱盐状态。在含盐量急剧下降的同时,盐分的离子组成也在发生变化。特别是在土体的中上部,氯离子被大量淋溶,其占比大大下降;硫酸根、碳酸根及重碳酸根离子有所增高(图9)。土壤有机质含量在1.0%~1.5%。2.7土壤中离子组成的变化盐渍土经长期种稻后,土壤盐分状态渐趋稳定,在全盐量持续缓慢降低的同时,离子组成继续发生着变化。在土体的中上部,氯离子含量明显降低,碳酸根及重碳酸根含量明显增加(图10)。土壤pH值有增高的趋势。3水稻育种和盐处理技术的进步和经验3.1灌排、脱盐、调湿风基种植水稻是盐渍土区水土资源综合利用的经典的、高效的利用方式,是寓利用于改良的有效模式。实施种稻利用盐渍土必须具有充足的淡水供应和良好的灌排工程这两个条件作为保障。盐渍土地区往往都不具备淡水水源条件,都需要远距离引进淡水。同时,要想改变土壤的盐渍属性,就必须将盐分彻底排出区外,这一切都有赖于工程措施,所以,无论改良还是种稻,灌排工程都是最根本的手段。在盐渍土上种植水稻,其脱盐效果十分显著。据观测,重度盐渍化土壤,种稻一年,耕层全盐由2.0%降到0.23%,脱盐率88.5%;一米土层全盐由0.577%降到0.246%,脱盐率57.4%。中度盐渍化土壤,种稻三年一米土层全盐由0.496%降到0.199%,脱盐率59.8%;潜水矿化度由15.08g/L降到1.97g/L,脱盐率86.9%。3.2纵向布置的排盐工程体系田间灌排工程是引淡排咸,淋溶盐分,加速脱盐的重要保障,同时也是控制地下水位,抑制返盐、积盐的主要手段。田间工程的结构形式,在很大程度上决定了脱盐速度与控盐效果。在辽河三角洲的开垦初期,参照前苏联的经验,田间以干、支、斗、农四级灌排渠道为网络,构建成了田间灌排体系(图11)。这一体系提高了工程标准,统一了工程结构,但田格面积大,灌排效率低,脱盐缓慢。从1959年开始,学习芦台农场的经验,在农渠下增设临时横向排水毛渠,缩小田格面积,以沟代埝(图12)。这一工程体系下的田格三面排水,提高了脱盐率,但缺点是每年都要平埝挖沟,费工费时,而且不利于机械作业。从二十世纪60年代初开始,在试验研究的基础上,逐渐将横向毛渠改为纵向布置的固定渠道,形成末级渠道纵向相间布置、排盐沟控制灌溉地段的条田模式(图13)。这一体系下的田间工程,从根本上解决了前两种工程形式存在的问题,不仅灌排效率高,利于脱盐,而且利于机械作业,提高了机械效率。同时,这一工程体系综合考虑了田间路网和农田防护林网建设的需要,形成了滨海盐渍土区水田渠、沟、路、林、田一体化的标准化田间工程模式(表1)。纵向布置工程体系中的排盐沟作用非常重要,一是在水稻生长季节,可确保田面水及土壤水向下淋溶;二是在非生长季,控制地下水位,抑制返盐;三是降低土壤含水量,满足机耕、机收要求(图14)。3.3暗管排水工程设计科学试验与生产实践都证明,在盐渍土区实施暗管排水具有增加土壤水向下运行的占比,淋盐效果好(表2),节省土地,利于田间机械作业,利于改善土壤通透性,提高Eh,抑制还原性物质积累,工程维护费用低等优势。但同时也存在一次投资大,挖破犁底层,改变了老稻田土壤水渗排形态等不足。暗管排水工程结构形式有深稀式、浅密式、双层式及明暗结合式多种。管材有砖管、瓦管、塑料波纹管、砼管、灰土管、鼠道等。包裹材料有稻壳、稻草、芦苇、玻璃纤维布、无纺布等。3.4脱盐率及水资源量天然灌溉水经磁场处理后则称为磁化水。用磁化水灌溉可对作物根际环境产生物理及生物磁效应。在盐渍土区利用磁化水灌溉,可提高土壤脱盐率,节省灌溉用水量。试验表明,利用磁化水泡田洗盐与普通水相比,一米土体脱盐率增加5.3%~7.7%;70~100cm土体脱盐率增加10.3%~15.2%,节省冲洗水量18.0%。试验也表明,在磁化水影响脱盐的诸因素中:磁场强度作用最明显,田间淋洗次数次之,水经磁场的切割次数列最后。磁化水灌溉的水稻栽培试验还表示出,利用磁化水灌溉具有增强种子发芽势,提高秧苗素质,促进分蘖等作用。4盐碱土区水土资源综合利用的发展方向4.1资源潜力已近一百年来,辽河三角洲地区有三次开垦盐碱荒地的高潮,分别处于“伪满”时期,“大跃进”时期和“文革”期间。三次大开发都以引水排盐、开田种稻为手段;三次大开发也都在一定程度上提升了土地的生产力,推动了经济的发展。然而,随着社会进步和生产的发展,土地利用率不断提高,大规模开垦盐荒地种植水稻的过程已成为历史。其原因有四,一是区域内后备土地(滩涂)资源有限,规模小;二是随着灌区改造、回归水利用及田间节水灌溉等各项开源节流措施的不断开发与应用,已将现有淡水与土地资源的利用率提高到了相当高的水平,近期已无进一步提升的空间;三是自然湿地资源的价值已为人们所重视,保护湿地也就是利用湿地的观念已为人们所接受;四是保护生态,自然资源的原生态开发是最高效的、可持续的开发等观念已深入人心。所以在新历史阶段,辽河三角洲盐渍土区水土资源综合利用的主要任务应该是发展盐土经济和防止土壤次生盐渍化。4.2区域水土资源高效利用的途径人类社会已经进入二十一世纪,对自然资源的利用已经走出了粗暴掠夺式利用阶段。发展盐土经济,立足河口三角洲地区水土资源的本底属性,遵循原生态的自有平衡原则与内在规律,使自然资源与生态环境在得到保护的前提下加以利用,使经济效益、生态效益与社会效益在更高层次上获得统一,是区域内水土资源综合利用的必由之路。发展盐土经济,就是要在三角洲盐渍土区水土资源自然秉赋的基础上,围绕“盐”、“湿(水)”两字作文章,开展盐湿种植业、盐湿养殖业、盐湿园艺业、盐湿农牧渔产品加工业及滨海盐碱湿地旅游业等,形成独具盐土特色的产业格局及经济结构。盐湿种植业就是要围绕具有较高经济价值、耐盐抗涝、生物产量高的盐生植物,开展种植研究与产品开发。盐湿养殖业就是要围绕河蟹、河刀、河豚等特色水产品种及野鸭与家鸭杂交等特色禽鸟类品种,开展养殖研究与产品开发。盐湿园艺业就是要围绕抗涝耐低温的盐生植物品种,开展高效种植及原生态绿化美化研究,彻底解决盐渍土地区先换土台田,然后才能植树种草的绿化现状,提高成活率和绿化效果,降低绿化成本。4.3防止耕地立地条件原始的盐渍土是在宏观的地理条件、气候条件及水文地质条件下,历经千百年而逐渐形成的,与此相比,人为的淡化改良只是局部的、暂时的,人为改良后所形成的新的土壤生态环境是脆弱的、不稳定的。对于辽河三角洲的现有水田来说,尽管经长期的种稻改良,耕层土壤的全盐量大部分已降至0.2%以下,但这里地表海拔高程低、地表水与地下水出流不畅、地下水位高且矿化度高等盐渍土生成的基本条件并没有改变,如稍有不慎,就会出现返盐、积盐及次生盐渍化现象,所以防止耕地次生盐渍化及土壤苏打化是辽河