吉林西部河湖連通供水工程覆蓋區域土壤鹽堿化分析

胡 嵐，孫述海

1.江蘇省環境科學研究院，江蘇 南京 210036；2.長春工程學院，吉林 長春 130000

0 引言

吉林西部供水工程旨在合理調配及利用洪水等資源，向工程覆蓋區域的自然保護區，包括濕地、湖泡、水庫等進行補水、蓄水，以達到河流與湖泡間相互補給，水量動態平衡，在恢復和改善區域生態環境方面具有至關重要的作用[1,2]。在吉林西部供水工程實施之前，需要對工程所覆蓋區域的環境水文地質狀況進行勘查分析。

土壤鹽堿化已經發展為全球性問題，它能夠影響土壤生態穩定、限制作物生長，同時也制約了干旱、半干旱地區的農業生產與發展，危害農田生態健康與糧食安全[3-8]。因此，掌握土壤鹽堿化空間分布、程度、類型、動態變化及其影響因素，有助于人們更好地保護土地資源，提高農業生產[9-12]。

近年來，國內外對土壤鹽堿化區域分布及影響因素做了較多研究[13-18]。在國內，北方降雨量少，且大棚菜或果園種植中使用化肥較多，長期大量施用會增加耕層土壤中的鹽分，導致土壤鹽堿化嚴重。

本文結合吉林西部供水工程環境影響評價——地下水環境影響評價，在水文地質勘查的基礎上，結合工程特點及所在區環境水文地質特征，探究了工程補水覆蓋區土壤鹽堿化概況及成因，以期為吉林省西部供水工程環境影響評價論證及今后吉林西部地區鹽漬化土地整治研究提供一定的理論依據及指導意義。

1 工程概況分析

項目覆蓋區內現有莫莫格、向海、查干湖以及波羅湖國家級自然保護區，工程以國家級自然保護區、濕地公園為核心，構筑以莫莫格、向海、查干湖、波羅湖為核心的4個生態板塊，形成莫莫格、向海、查干湖和波羅湖生態區。

根據工程覆蓋區內的哈達山水利樞紐工程、引嫩入白供水工程、大安灌區、松原灌區環境影響評價，哈達山水利樞紐工程、引嫩入白供水工程、大安灌區引水工程對下游水文情勢有一定的影響，但這種影響基本在可接受的范圍內；根據《吉林省哈達山松原灌區環境影響報告書》，松原灌區在項目運行后也并未導致灌區潛水水位持續升高的現象發生。本工程主要利用松花江、嫩江、洮兒河、霍林河等河流洪水期富余水量及灌區的引水和退水對4個生態區的濕地、湖、泡、水庫進行補、蓄水，以達到河流與湖泡間相互補給，水量動態平衡，改善濕地、湖、泡、水庫周邊區域生態環境的目的。

1.1 工程位置

吉林西部供水工程項目覆蓋區主要在嫩江右岸、松花江左岸的西部平原區，包括白城地區的鎮賚縣、大安市、洮南市、通榆縣、洮北區，松原地區的乾安縣、前郭縣、長嶺縣、哈達山示范區，以及長春地區的農安縣西部，共10個縣（市、區），總面積4.46萬km2，占全省面積的23.8%。

1.2 工程布置

吉林西部供水工程引用水源主要為松花江（三岔河口以上）、嫩江、洮兒河、霍林河的洪水資源，以及灌區退水和污水處理廠凈化后的城市再生水。工程連通湖泡共計203個，其中，農安縣境內7個，前郭縣境內16個、乾安縣境內56個，鎮賚縣境內45個，洮北區境內10個，洮南市境內28個，大安市境內25個，通榆縣境內16個。

本工程可利用已建渠道905.026 km，此外，還需對更多渠道進行重建，復建以及改擴建。目前，松原灌區新建渠道107.452 km，其中襯砌渠道453.822 km；新建管線24.954 km；新建方涵1.63km；塌岸治理16.722 km；圍堤加固5.435 km。

工程布置分布4個生態區，包括“莫莫格生態區”，范圍為鎮賚縣全部、洮北區東部、大安市東部和北部，利用嫩江、洮兒河洪水資源，以及白沙灘、哈吐氣、五家子灌區的退水進行補給，主要依托引嫩入白供水工程，通過引嫩總干渠及附屬支渠溝通連接周邊57個湖泡；“向海生態區”，范圍為洮北區西部、洮南市、通榆縣西部，利用洮兒河、霍林河洪水資源進行補給，主要依托引洮分洪入向工程，通過引洮分洪入向總干渠及眾多支渠溝通連接周邊的48個湖泡；“查干湖生態區”，范圍為大安市西部和南部、前郭縣北部、乾安縣大部、洮南市東部，利用松花江、洮兒河、霍林河洪水資源，以及松原灌區、大安灌區退水進行補給，主要依托哈達山水利樞紐工程、松原灌區、大安灌區工程，通過哈達山輸水總干渠、大安灌區輸水總干渠等支渠溝通連接周邊的91個湖泡；以及“波羅湖生態區”，范圍為通榆縣東部、乾安縣西南部、農安縣西北部，以松花江為主要水源，溝通連接沿途的7個湖泡。

2 補水覆蓋區域鹽堿化現狀調查

土壤鹽堿化程度分為非鹽堿化、輕微鹽堿化、中度鹽堿化和重度鹽堿化。吉林西部地區是世界三大蘇打鹽堿土分布區之一，也是我國土地鹽堿化最嚴重的區域之一。通過對莫莫格生態區、查干湖生態區、波羅泡生態區和向海生態區的13個鹽堿化調查點進行鹽堿化狀況調查（其點位信息調查統計見表1），各生態區內鹽堿化指標統計于表2。

從表2可以看出，補水工程覆蓋區內查干湖生態區內土壤鹽堿化面積最大，其次為莫莫格生態區、波羅泡生態區，土壤鹽堿化面積最小的為向海生態區。在莫莫格生態區和查干湖生態區內，重度鹽堿化的土壤面積占比最大，尤其是查干湖生態區，重度鹽堿化面積占比達到50%以上，也就是說在這兩個生態區內土壤鹽堿化最嚴重，而在波羅泡生態區和向海生態區內輕微鹽堿化的土壤面積占比最大，則說明與莫莫格生態區和查干湖生態區相比，以上兩個生態區的土壤鹽堿化程度較輕。

3 補水覆蓋區域鹽堿化影響因素及成因分析

自20世紀30～40年代以來，國內外學者先后開展了土壤鹽堿化成因的研究，認為土壤鹽堿化的形成與包氣帶巖性、地下水位埋深、地下水礦化度、微地形地貌、氣候、植被、人類活動等因素有關。我國北方降雨量少，主要土壤呈堿性土壤，由于大棚菜或果園使用化肥較多，鹽漬化較嚴重，氯化銨含氯較高，長期大量施用可增加耕層土壤中的鹽分，使土壤酸化板結。不論土壤呈堿性（pH值大于7），或呈酸性（pH值4～6），都會影響作物的根系發育和生長。因此，土壤鹽堿化嚴重的土壤，要盡量少使用氯化銨、氯化鉀類肥料，此外，土壤呈酸性的，也要減少或控制硫酸銨或硫酸鉀含酸性的肥料[19]。

表1 工程受水區鹽堿化調查點位狀況統計表Table 1 the saline alkaline degree of investigation points in the water imported areas of the project

表2 不同覆蓋區域內鹽堿化程度面積統計表Table 2 the degree and area of salinization in different water imported areas of the project

為了探究補水工程覆蓋區內土壤鹽堿化的影響因素，根據區域土壤鹽堿化的現狀分布，本文擬在項目覆蓋區內布置鉆孔，鉆探孔數15個，孔深8.0～10.0 m，進行水文地質補充勘察，鉆孔結果數據列于表3。

根據水文地質補充勘察及鉆孔所得數據分析得知，區內土壤鹽堿化的形成主要與包氣帶巖性、地下水位埋深以及礦化度、氣候條件因素有關。

3.1 補水覆蓋區域包氣帶巖性

包氣帶是水中鹽分運移的通道，是地下水中鹽分垂直向上運移的空間必經之處[20-22]。包氣帶巖性條件決定毛細水上升高度和鹽分運移量，而毛細水上升高度又主要取決于巖土空隙大小，空隙越小，毛細水上升高度越大。根據表3現場鉆孔數據可知，本文所涉及的評價區包氣帶巖性主要為粉質粘土（褐黃色或灰褐色，稍濕，可塑，稍有光澤，厚度為1.9 m～10.0 m）；粉土（褐黃色，稍濕，稍密，無光澤，厚度為1.6 m～2.4 m）；粉砂（灰褐色，稍濕，中密，厚度為0.7 m～2.9 m）。粉質黏土、粉土以及粉砂的空隙均較小，地下水沿毛細管上升高度和運移量均較大，地下水和土壤中的鹽分易到達地表累積，形成土壤鹽堿化。

3.2 補水覆蓋區域地下水位埋深

不同包氣帶巖性形成鹽堿化的地下水位閾值如表4所示，當地下水位埋深在2.2～3.0 m之間時，形成輕微鹽堿化；在1.7～2.2 m之間時，形成中度鹽堿化；小于1.7 m時，形成重度鹽堿化；水位埋深大于3.0 m時，不易形成鹽堿化。總而言之，地下水位埋深越淺，含鹽地下水越容易通過毛細管上升至地表，水分蒸發后，鹽分便遺留在土壤表層，引起土壤鹽堿化[23-25]。

表3 鉆孔資料整理統計表Table 3 The statistics of drilling data

表4 不同土壤鹽堿化的地下水位閾值Table 4 Groundwater level threshold of salinization in different soil

根據現場水文地質勘察結果顯示，評價區地下水位埋深在0.3 m～3.6 m之間，平均值為2.62 m，地下水位埋深較淺，含鹽地下水在土壤的毛細作用下較容易被運至表層，水分蒸發后，鹽分遺留在土壤表層，容易形成土壤鹽堿化，因此，地下水位埋深是項目覆蓋區內土壤鹽堿化形成的主要影響因素。

3.3 補水覆蓋區域地下水礦化度

臨界礦化度是指開始引起土壤積鹽的地下水礦化度，只有地下水礦化度大于臨界礦化度，并在一定條件下，才可能使土壤鹽堿化，否則地下水位抬升只能形成濕地或沼澤[26]。地下水礦化度對土壤鹽堿化的影響主要體現在地下水礦化度（或含鹽量）越高，在土壤的毛細作用下隨地下水向表層土壤聚集的鹽分越多，越容易造成土壤鹽堿化。形成不同鹽堿化程度的地下水礦化度值見表5，當潛水礦化度小于0.5 g/L時，土壤基本無鹽堿化；當潛水礦化度為0.5～1.0 g/L時，土壤多呈輕、中度鹽堿化；當潛水礦化度大于1.0 g/L時，土壤多呈重度鹽堿化。

根據本文地下水水質監測結果，評價區內地下水礦化度（溶解性總固體）含量為0.248 g/L～3.579 g/L。大部分點位地下水礦化度含量超過0.5 g/L，局部點位地下水礦化度含量甚至超過1.0 g/L，可見地下水礦化度也是造成項目覆蓋區土壤鹽堿化的因素之一。

3.4 補水覆蓋區域氣候條件

氣候對評價區鹽堿地的影響主要體現在蒸發量大于降雨量。由于蒸發作用，由于土壤毛細作用，地下水上升，鹽分被帶至地表，蒸發量越大，鹽分在表層的積累量越大，越容易形成鹽堿化。

本文項目涉及鎮賚、大安、洮北、洮南、通榆、前郭、乾安、農安等8個市縣區的多年平均年降水量、多年平均年蒸發量見表6。

從表6中可以看出，評價區內8個市縣區年降水量為354.4～516.9 mm，而年蒸發量為859.4～1 134.9 mm，區內蒸發作用相對較強烈，強烈的蒸發作用使土壤水分迅速蒸發，表層土壤大量積鹽。在強烈蒸發作用下，地下水中的鹽分不斷地運積地表，形成土壤鹽堿化。

表5 不同鹽堿化程度的地下水位閾值Table 5 Groundwater level threshold of different salinization

表6 工程覆蓋區相關地區年降雨量與蒸發量Table 6 Annual rainfall and evaporation in relevant areas ofwater imported areas of the project

4 結論

綜合分析吉林西部供水工程項目覆蓋區土壤鹽堿化的現狀及成因發現，區內降雨量少，蒸發強烈，土地經常受到鹽堿化的威脅，土壤生態系統脆弱。項目覆蓋區內自然保護區土地鹽堿化面積大、程度嚴重。結合吉林省西部現狀分布，預計吉林西部供水工程項目實施后，在新形成的湖泡水域周邊一定范圍內會加重現狀土壤鹽堿化狀況，但總體來說，由于“以水壓堿”作用所導致的鹽堿化分布面積總體呈減少趨勢。為了及時了解影響土壤環境的變化趨勢，應加強對補水工程覆蓋區內水鹽動態的監測，采取一系列的土壤鹽堿化防治措施，以抑制或減少土壤鹽漬化分布面積。此外，包氣帶巖性、地下水位埋深、地下水礦化度以及氣候條件均與土壤鹽堿化有關，其中地下水位埋深是最主要的影響因素。