吉林大学精品课>>专门水文地质学>>教材>>专门水文地质学  §13.4盐碱化的防治与评估 一、盐碱化的概念及产生原因 （一）盐碱化的概念 土壤盐渍化（土壤盐碱化）是指盐分不断向土壤表层聚积形成盐渍土的自然地质过程。盐渍土是在一定的气候、地形、土地、水文地质等自然条件下形成的。人类活动、历史上的洪、涝、旱灾害，河道变迁，以及土地利用、农业、水利技术措施等，又对土壤盐渍化的发生、发展产生重大影响。 一般将土壤层0.2 m厚度内可溶盐含量大于0.1%的土壤称为盐渍土。土壤盐渍化分盐化与碱化两种类型，故又称为土壤盐碱化。当土壤表层中的中性盐含量超过0.2%时，称为盐化土（盐土）；以碳酸盐为主的盐渍土，土中代换性钠含量大，通常称为碱化土（碱土）。土壤盐渍化主要发生在干旱与半干旱地区。 若是排水条件不好或缺乏适当的排水措施，灌溉管理不当，过量引水，灌溉水的渗漏引起地下水位升高和强烈蒸发，就可能招致土壤盐渍化。由于灌溉管理不当(人为原因)而产生的土壤盐渍化，称为次生盐演化。由于人为影响产生的生盐渍土称为次生盐渍土。 （二）盐碱化的产生原因 土壤盐碱化形成的因素很多，包括自然因素和人为因素。自然因素包括气候、地质、地貌、水文及水文地质等。气候因素是形成土壤盐碱化的根本因素，如果没有强烈的蒸发作用，土壤表层就不会强烈积盐。地貌因素特别是盆地、洼地等低洼地形有利于水、盐的汇集。地质因素主要反映在土壤母质上。人为因素表现为人类改造自然和适应自然的各种活动。盐渍土形成的主要原因是由于气候干旱，土壤排水不畅，地下水位高，矿化度大等重要条件所制约，以及地形、母质、植被等自然条件综合影响的结合所造成的。 1. 气候 由于季风气候影响，我国四季明显导致盐碱地区土壤盐分状况的季节性变化，夏季降雨集中，土壤产生季节性脱盐，而春秋干旱季节，蒸发大于降水，又引起土壤积盐为主。气候干旱、排水不畅和地下水位过高，使盐分积聚土壤表层的数量多于向下淋洗的数量，结果导致盐渍土的形成，这是引起土壤积盐的重要原因。 2. 地下水位浅、矿化度高 盐渍土中的盐分，是通过水分的运动且主要是由地下水运动带来的，因此在干旱地区，:地下水位的深浅和地下水的矿化度的大小，直接影响着土壤的盐渍化程度。 地下水位埋藏越浅，地下水越容易通过土壤毛管上升至地表，蒸发散失的水量越多，留给表土的盐分就越多，尤其是当地下水矿化度大时，土壤积盐更为严重。 在干旱季节，不致于引起表层土壤积盐的最浅地下水埋藏深度，称为地下水临界深度。临界深度一般3m左右，但并非一个常数，是因具体条件不同而异的，其影响因素主要有气候、土壤、地下水矿化度和人为措施，一般地说，气候越干旱，蒸发量和降水量的比率，地下水矿化度越高，临界深度就越大。 土壤对临界深度的影响，主要取决于土壤的毛管性能、毛管水的上升高度及速度。凡毛管水上升高度大，上升速度快的土壤，一般都易于盐化。土壤结构状况也影响着水盐运衍，土壤的团粒结构，特别是表层土壤具有良好的团粒结构时，能有效地阻碍水盐上升至地表，临界深度可以较小。 地下水位埋深与地表积盐关系密切。地下水位埋深大于临界深度时，地下水位低，地下水沿毛管上升不到地表，不积盐，土壤无盐碱化。地下水位高，地下水沿毛管上升至表土层，表层开始积盐。地下水位很高(小于临界深度)，地下水沿毛管大量上升至地表，表层强烈积盐。 3. 地形 地形起伏影响地面和地下径流，土壤中的盐分也随之发生分移，例如在华北平原、山麓平原坡度较陡，自然排水通畅，土壤不发生盐碱化。冲积平原的缓岗，地形较高，一般没有盐碱化威胁；冲积平原的微斜平地，排水不畅，土壤容易发生盐碱化，但一般程度较轻；而洼地及其边缘的坡地或微倾斜平地，则分布较多盐渍土。在滨海平原，排水条件更差，又受海潮影响，盐分大量聚积程度更重。总之，盐分随地面、地下径流由高处向低处汇集，积盐状况也由高处到低处逐渐加重，从小地形看，在低平地区的局部高起处，由于蒸发快，盐分可由低处移到高处，积盐较重。地形还影响盐分的分移，由于各种盐分的溶解度不同，溶解度大的盐分可被径流携带较远，而溶解度小的则携带较近，所以，由山麓平原、冲积平原到滨海平原，土壤和地下水的盐分一般是由重碳酸盐、硫酸盐逐渐过渡至氯化物。 4. 母质 母质对盐渍土形成上的影响，一是母质本身含盐，含盐的母质有的是在某个地质历史时期聚积下来的盐分，形成古盐土、含盐地层、盐岩或盐层，在极端干旱的条件下盐分得以残留下来成为目前的残积盐土；二是含盐母质为滨海或盐湖的新沉积物，由于其出露成为陆地，而使土壤含盐。 5. 生物 有些盐碱地植物的耐盐力很强，能在土壤溶液渗透压很高的土地上生长，这些植物根系深长，能从深层土壤或地下水吸取大量的水溶性盐类，植物内积聚的盐分可达植物干重的20~30%，甚至高达40-50%，植物死亡后就把盐分留在土层中，致使土壤盐渍化加强；此外，还有新疆盐渍土上生长的红柳和胡杨木类的植物能够把进入到枯株体内的盐分分泌出来，增加了土壤中的盐分。 由上述原生盐渍土形成机理可以看出，除气候条件外，决定土壤积盐大于脱盐的水盐运动条件是土壤盐渍化得以发生的关键。 （三）次生盐碱化的产生原因 在干旱、半干旱地区，若水资源开发利用创造了与原生盐渍土形成的相同条件时，就会出现土壤次生盐渍化。某些地区利用咸水进行灌溉，也可造成土壤盐渍化。 土壤次生盐渍化属于现代积盐过程，它的形成有几个必要条件：(1)地下水水位过高，高过临界深度以上；(2)地下水中含有较多的可溶性盐类；(3)土壤性质不良(首先易土壤缺乏结构)，(4)气候干旱、土壤蒸发强度大等。可知土壤次生盐演化与地下水有着密切的关系。由于地下水位高过临界深度，毛管水的向上运动和土壤的强烈蒸发，使土壤水中的盐分逐渐在土壤表层积累。地下水离地面愈近，则毛管水向上流动的速率愈大，经由土壤的水分通量愈大，大气蒸发力愈强，聚集在土壤表层的盐类也愈多。土壤水中盐分的来源，是由地下水带来或是由于下层土壤所含盐类溶解的结果。 二、盐碱化的调查 在野外调查研究中，选用质量高的地理基础要素完备的底图，可以提高调查工作成果质量。 目前供野外应用的图类大致有三种，地形图、航片图和影像地图。 地形图是进行野外工作绘制土壤图的底图，也是编制其他图幅的基础图，因此在工作中选用符合要求的地形图及其相应的比例尺，是极其重要的。地形图上有地面上的城镇、乡、材房屋、道路、河流、湖泊、水库、林带等地物，并用等高线定量地表示地形起伏状况和高程。 航片图应用于野外调查日益广泛，由于航片图相当详细地反映了摄影地区的各种地物景象的形状，尤其是具有丰富的地貌与植被轮廓和耕地图形、灌排渠系，甚至盐斑的形状大小等准确的图像。依靠航片判读分析作为基础，并与地面勘查相结合，对于盐渍环境土壤调查不仅可以节省地面调查的时间，而且可以提高工作的质量。在利用航片判读时，可运用地貌条件、水文地质条件、植被与土壤互相依存的关系，运用彩色及红外等不同摄影材料的土壤影像对比分析法，从而区分出各种土壤类型。 通常认为利用航片和卫片鉴别以下地面特征特别有用，例如干旱地区的地貌和河流的演化，泛滥冲积平原地貌、沙丘地貌、地表排水形式和系统、土地利用形式和土地利用范围、天然植被的主要类型、湖泊水体、盐谈化土壤的地表特征等等。尤其是应用不同时期重复航片摄影，研究土壤盐渍化的演比过程，可提供宝贵的研究资料。 利用航片进行盐渍土壤调查制图，以选用1: 50 000~ 1: 100 000的比例尺较好。应该注意，在调查过程中应用航片判读，是一项技术性很强的工作，需要有丰富的经验以及对环境因素相互间的关系具有广泛的了解。即使由有经验的专家来判读肮片图像，亦要有足够的外业工作来进行检查校正。 影像图是由航空像片或卫片经纠正、镶嵌而成像片平面图。在像片平面图上，加绘线划符号和注记而成影像图。其优点是地理景观全貌的缩影，地理信息齐全，形态真实，位置准确，摄影时在自然淘汰法则的影响下，主次分明。它还具有比普通线划地图内容完备、直观性强、立体效应好等优点。 在盐渍环境土壤调查工作中，研究水文地质条件与土壤盐渍化的关系，是调查内容的重要组成部分。主要包括研究地下水的化学成分、矿化度、埋藏深度及其在自然的和人为的因素影响下，在空间和时间上所发生的变化。大量事实证明，在我国干旱、半干旱地区，地下水中的化学成分、含盐浓度，是土壤盐渍化的重要盐分来源。现代土壤盐渍化的发生原因，普遍与地下水位高有直接的联系。为了发展强概农业和防治土壤盐渍化，必须查明区域的水文地质条件。一方面掌握是否有可能利用地下水作为灌溉水源；另一方面根据所掌握的水文地质条件，预测发展灌溉以后，水文地质状况可能发生的变化，能否引起土壤盐渍化的问题，从而制定相应的改善水文地质条件的措施。 在野外工作时，必须注意搜集有关地下水和影响地下水的地表水资料，并加以分衍研究，作为盐该环境土壤调查的主要对象——以地表以下出现的最表层潜水为主。一般要求掌握的主要内容有： (1) 地下水埋深(地下水位)：包括旱季的、雨季的或者灌溉前和灌溉后的动态变化； (2) 地下水矿化度和化学性质类型； (3) 地下水状况的分布规律； (4) 地下水的补给和排泄条件。 完成这些工作也为编制地下水的有关图幅准备基础资料，为阐明土壤盐渍化与地下水的关系，为土壤改良分区、综合治理提供基本的地下水资料。 在盐渍环境土壤调查中，根据剖面的作用，大致可分为以下几种， （1）主要剖面：布置在代表面积大的土壤类型上，或者即使面积不大，但土壤类型是最为典型的，亦应布置主要剖面，故又称为典型剖面。研究主要剖面的目的在于全面地研究土壤和母质，了解土壤的发育程度和演变过程以及理化性质，从而评价土壤改良的难易。在平原地区，挖掘主要剖面，应该挖到地下水，同时采集土样、水样(样品)，并测量水位。将土水结合起来研究，是研究盐渍土成因不可缺少的手段。 （2）对照剖面：研究目的是对照主要剖面中最重要性质的稳定性或变化的程度，同时为了确定土壤分布的边界。对照剖面的挖掘深度，可比主要剖面浅些，但必须能够看到与主要剖面的最主要的土壤特征的程度。 在盐渍环境土壤调查研究中，采集一定数量的样品，目的是通过化学分桥的方法以了解盐分的组成、含量和分布特点，因为它是制图分类的基本数据。同时，也是为评价土壤资源、质量和确定采取相应的改良措施提供依据。 三、盐碱化的评估 （一）盐碱化的等级划分 根据盐碱化的类型、土壤含盐量、盐渍化土地所占面积比（%）、不易排水区地下潜水位埋深（m）和土地生物产量下降率（%）等指标进行等级划分（表13-6）。 表13-6 盐渍化分类分级及其参考指征表 分 级 土壤含盐量(%) 盐渍化土地所占面积比(%) 不易排水区地下潜水位埋深(m) 土地生物产量下降率(%)  等级 名 称 半干旱、半湿润区 干旱区     终极 盐 土 >1.5 >2.0 >50 — —  Ⅲ 重度盐渍化 1.0~1.5 1.5~2.0 30~50 0.5~1.0 >50  Ⅱ 中度盐渍化 0.5~1.0 1.0~1.5 10~30 1.0~1.5 20~50  Ⅰ 轻度盐渍化 0.2~0.5 0.5~1.0 <10 1.5~2.0 <20  0 非盐渍化 <0.2 <0.5 — >2.0 —  据王岷、岳乐平、李智佩等“对荒漠化综合研究中一些基本问题的初步探讨”，西北地质，2002年。 （二）盐碱化的一般判断 研究表明，地下水位或埋深是衡量土壤次生盐渍化发生的主要指标。 判别盐渍化发生区域和盐渍化程度的依据主要是地下水埋深和土壤状况。一般而言，地下水埋深小于l m为重度盐渍化区，埋深1~2m为中度盐渍化区，埋深2~3m为轻度盐渍化可能发生的区域，再结合土壤状况划分潜在盐渍化区域。 （三）盐碱化预测模型 1. 断面预测法 输水渠道对两侧地下水的影响多采用断面预测方法。即对一定长度的输水渠道，选取几个典型断面进行一维预测，利用顶测结果来推断整个研究区的基本情况。 2. 盐分平衡计算 根据土壤盐分的变化情况，进行盐碱化程度的趋势分析。盐分平衡计算，可利用下列盐分平衡方程式： ?S = Se - Sb = Sg - Sd + Si -Sv + Sp + Sf (13-12) 式中?S ——平衡层中，盐分贮量的变化； Sb ——平衡开始期盐分总贮量； Se ——平衡末期盐分总贮量； Sg一一由地下水补给加入的盐分； Sd ——由排水及地下水携走的盐分； Si ——随灌溉水加入的盐分； Sv ——随收获物据走的盐分； Sp——随降水加入的盐分； Sf ——随肥料进入的盐分。 关于盐分平衡结果表示方法，柯夫达以1 m2、深达地下水或1~3~5 m深度的柱状土体内含盐量表示，单位以kg/m2或t/hm2来表示。 3. 系统模拟预测法 根据实际情况，建立数学模型，采用相应方法求解，可以进行预测。 土壤次生盐渍化的预测也可以采用上述方法。 四、盐碱化的防治措施 盐渍土防治与改良的主要措施，归纳起来大致是四个方面： 1. 水利改良措施 主要包括排水、灌溉洗盐、引洪放淤，其中排水是一项带根本性的措施，应结合各地不同自然条件和地形部位的特点，建立起切实可行的排灌系统，有利于灌溉使土壤中盐分溶解于水中，通过在土壤中渗透，自上而下地把表土层中的可榕性盐碱洗出去，然后由排水沟排除。所谓放淤是把含有泥沙的水通过渠系引入事先筑好的畦埂和进、退水口建筑物的地块，用减缓水流的办法使泥沙沉降下来，淤地造田，由于增加新的淡土层，使地下水位相对降低，抑制土壤返盐，且含丰富的养分，有别于作物的生育。 2. 农业技术改良措施 主要包括种稻、平整土地、耕作客土、施肥等。有人说“叫地生放，无沟种稻”，因为种稻的田间要经常保持水层，这样就能使土壤中的盐分不断遭到淋洗，随着种稻年限的延长，土壤脱盐程度不断增加，据黄淮各地经验，即使含盐量达0.6~1.0%的盐碱土，种植水稻二年以后，1m土层中的盐分即可降低到0.1~0.3%。同时结合平整土地，合理耕作，增施有机肥料等措施，可以加速土壤淋盐，防止表土返盐。 3. 物土壤改良措施 主要是植树造林、种植牧草、绿肥等，植树造林对改良盐土有良好的作用，林带可以改善农田小气候，减低风速，增加空气温度，从而减少地表蒸发，抑制返盐。林木根系不断自生壤深层吸收水分复消耗于叶面的蒸腾作用，据测定，5~6年生的柳树，每年每亩的蒸腾量可达1360m3，此林带就象竖排水作用的抽水井那样进行生物排水，可以显著降低地下水位。 绿肥牧草种植，具有培肥改土的作用，尤其是它们都有茂密的茎叶覆盖地面，可减弱地面水分蒸发，抑制土壤返盐。据疆地区测定，种植紫花苜蓿三年，地下水位下降0.9m，土壤脱盐率也大大提高。 4. 化学改良措施 采取施用石膏及其它化学改良物可收到较好效果。如碱化土壤或碱土中含有大量苏打及代换性钠，致使土壤分散，呈强碱性，引起土攘物理性状不良，改良这类土壤除了消除多余的盐分外，主要应降低和消除土壤胶体过多的代换性钠和强碱性，在国外多有施用大量的石膏、硫酸亚铁(黑矾)、硫酸、硫磺等，可收到降低土壤碱性，协调和改善土壤理化性状的作用；在我国盐碱土地区也曾以石膏为主的改良剂进行了试验，石膏在土攘中的化学反应如下： Na2CO3+CaSO4 → CaCO3↓+Na2SO4 2NaHCO3+CaSO4 → Ca(HCO3)2+Na2SO4 土壤Na+ CaSO4 →土壤Ca+ Na2SO4 由上面反应可以看出土壤中游离Na2CO3和NaHCO3与石膏作用产生了CaCO3沉淀、Ca(HCO3)2和中性盐Na2SO4；土壤的吸附性2Na+被Ca2+取代也形成了Na2SO4。而Na2SO4又易于淋洗，从而消除了游离碱和代换性钠，降低了碱度，改善了物理性质。据河南、江苏等省在碱地上，吉林省在苏打盐土上试验，对稻、棉、大豆、玉米等作物均有不同的增产。