壓砂地微咸水利用現(xiàn)狀及氯離子危害的緩控措施

魏照清 田里 譚軍利 王西娜

摘 要：本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，綜述了壓砂地微咸水利用現(xiàn)狀以及氯離子對土壤、植株和生態(tài)環(huán)境的消極影響，提出農(nóng)藝緩控、離子拮抗、經(jīng)濟政策等措施，來緩控氯離子的危害。

關(guān)鍵詞：壓砂地；微咸水；氯離子；緩控措施

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，也是淡水資源匱乏的國家之一，農(nóng)業(yè)用水壓力逐年攀升，尤其是干旱半干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水更加嚴(yán)峻。早期農(nóng)戶在不斷探索實踐中發(fā)展出壓砂這種獨特的耕作形式，雖在一定程度上緩解了用水壓力，但灌水量的不足始終影響著干旱地作物的產(chǎn)量及品質(zhì)。因此，后期國家大范圍采用地下微咸水進行灌溉，地下水資源得到了開發(fā)利用。隨著灌溉年限的增加，微咸水灌溉所導(dǎo)致的一系列棘手問題日漸突出，目前壓砂地微咸水灌溉主要問題是大量氯離子隨著微咸水的灌溉進入土壤中，導(dǎo)致土壤生產(chǎn)力、農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的下降以及生態(tài)環(huán)境的破壞，嚴(yán)重制約了壓砂地農(nóng)業(yè)的發(fā)展。如何有效緩解氯離子的危害是目前亟待解決的問題。

1 壓砂地微咸水利用現(xiàn)狀

壓砂是將不同粒徑的砂石按一定比例混合，然后覆蓋在土壤表面，厚度為10～15厘米。它是廣大勞動人民在長期適應(yīng)干旱少雨、鹽堿荒地的生產(chǎn)實踐中創(chuàng)造的一種獨特的抗旱栽模式。我國砂田主要分布在寧夏中部、甘肅中部干旱地區(qū)，以及內(nèi)蒙古、青海、新疆的部分地區(qū)。這種獨特的耕作方法已經(jīng)存在了300年。

微咸水是指鹽度為2～5克/升的咸水，大部分以淺層地下水的形式廣泛分布于華北、西北和沿海地區(qū)。我國北方以旱作農(nóng)業(yè)為主。隨著人口的增加和淡水資源的短缺，地下水灌溉被廣泛用于緩解水資源壓力。寧夏作為我國北方干旱地區(qū)之一，咸水利用歷史悠久。與旱地種植相比，微咸水灌溉能顯著提高作物產(chǎn)量。在枸杞、大麥、小麥、西瓜等種植區(qū)，采用微咸水灌溉不僅可以提高作物產(chǎn)量，而且可以改善作物品質(zhì)，大大增加農(nóng)民的經(jīng)濟收入，但常年利用含氯微咸水灌溉對土壤、植株、環(huán)境造成的危害與日俱增。研究發(fā)現(xiàn)，隨著灌溉年限的增加，干旱少雨地區(qū)土壤中氯離子累積量逐年增多，壓砂灌溉區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)氯離子毒害現(xiàn)象，情況愈演愈烈，迫切需要解決微咸水中氯離子對土壤、植株以及生態(tài)環(huán)境的危害。

2 氯離子的危害

2.1 氯離子對土壤理化性質(zhì)的危害

常年使用含氯微咸水灌溉，會導(dǎo)致土壤鹽漬化、硬化、團聚體結(jié)構(gòu)惡化、pH值降低、氯離子含量增加。研究長期施用含氯肥料后土壤化學(xué)性質(zhì)的演變，發(fā)現(xiàn)長期施用含氯肥料導(dǎo)致土壤pH值呈下降趨勢，導(dǎo)致土壤酸化，當(dāng)土壤中有氯離子存在時，pH>6土壤對二價汞離子的吸附能力降低，當(dāng)pH值為4～6時，土壤對二價汞離子的吸附能力增加，氯離子容易與鎘離子等二價重金屬離子形成可溶性絡(luò)合物，高濃度的氯離子也會導(dǎo)致吸附的鎘離子解吸，從而增加溶液中鎘離子的濃度。

因此，微咸水灌溉帶來的氯離子對土壤造成極大的危害，會導(dǎo)致一些金屬離子的釋放，進而危害作物的生理功能，甚至人體健康。

2.2 氯離子對植株的毒害作用

研究結(jié)果表明，氯在植物生長發(fā)育中起著重要作用，但過高的氯離子會對作物造成嚴(yán)重的毒害，如生長緩慢、植株矮小、葉片少、葉面積小、葉色發(fā)黃、老葉死亡、根尖死亡等。究其原因，過量的氯會增加土壤水分的滲透壓，使種子難以吸水，發(fā)芽率降低，破壞植物葉片中的線粒體基質(zhì)和嵴結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為細(xì)胞質(zhì)網(wǎng)狀變化，細(xì)胞質(zhì)局部集中，出現(xiàn)顆粒狀毒素，大多數(shù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)崩塌和嚴(yán)重?fù)p傷，細(xì)胞壁基質(zhì)質(zhì)地不均勻，出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象。

2.3 氯離子對生態(tài)環(huán)境的影響

含氯微咸水不合理灌溉是土壤鹽漬化的主要誘因之一。它不僅破壞了土壤的生產(chǎn)力，而且導(dǎo)致人類和動植物生存條件惡化，植物生長受到抑制，產(chǎn)量、品質(zhì)下降，甚至危及人畜健康。由于后期改良成本高，生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的道路較長，因此，要遏制這些持續(xù)發(fā)酵的不利影響，必須加強微咸水氯害的防治措施。

3 含氯微咸水危害的緩控措施

3.1 農(nóng)藝緩控措施

為減輕氯離子的危害，首先應(yīng)改進耕作措施，在覆砂的基礎(chǔ)上，采取壟作、地膜覆蓋等水土保持方式，施用有機肥提高土壤肥力。其次，改進傳統(tǒng)微咸水灌溉方式，采用滴灌與咸淡水交替灌溉。最后應(yīng)當(dāng)管控灌水頻次，按照植株的生理需求進行灌水，有學(xué)者設(shè)計了四種間歇時間和三種咸淡水組合比例，進行了咸淡水間歇組合灌溉，結(jié)果表明，間歇組合灌溉，土壤脫鹽率顯著高于微咸水直接灌溉，且不同間歇時間、組合比例對土壤脫鹽的影響均達到顯著水平。

3.2 離子拮抗措施

氮與氯元素之間存在拮抗作用。當(dāng)土壤中的氯離子含量較高時，會抑制作物對硝酸根中氮的吸收，而當(dāng)硝酸根濃度較高時，會抑制作物對氯離子的吸收，緩解氯離子的毒害作用，促進植株的生長，提高產(chǎn)量及品質(zhì)。原因是氯離子和硝酸根具有相似的大小和相同的電荷，陰離子通道對硝酸根的選擇性比氯離子強，表現(xiàn)出拮抗關(guān)系。

因此，在用含氯微咸水灌溉后，針對過量氯離子產(chǎn)生的危害，可以通過施用硝態(tài)氮肥來緩解這一問題。

3.3 經(jīng)濟政策措施

政府應(yīng)組織農(nóng)戶合理灌溉知識培訓(xùn)，避免盲目灌溉造成的危害。其次，加大農(nóng)業(yè)灌溉投入，建設(shè)水利工程，推進揚黃灌溉，修建水庫蓄水，確保可實施咸淡水混灌。最后，政府將對各地安裝大型凈水設(shè)備提供補貼，從而減少土壤中的氯離子累積，緩解苦咸水中氯離子的危害。

4 含氯微咸水危害的緩控措施展望

現(xiàn)有的緩控技術(shù)在一定程度上雖然可以緩解微咸水中氯離子的危害，但其實施仍有較大難度，壓砂地地勢不平坦，千溝萬壑，水利工程的修建難度大、成本高，所以必須開發(fā)一些新型的措施，利用科技手段，從根本上解決問題。

一是研究開發(fā)新型廉價、便捷的凈化設(shè)備，降低微咸水中氯離子含量。二是開發(fā)土壤改良劑，鈍化土壤中常年灌溉積累的氯離子。三是開發(fā)能轉(zhuǎn)化和利用氯離子的功能性微生物。

■作者簡介：魏照清（1994-），男，碩士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)資源高效利用。

■基金項目：國家自然基金（31860590，31460546）；寧夏自然科學(xué)基金（2020AAC03090）；寧夏高等學(xué)校科學(xué)研究項目（NGY2018020）。

*通訊作者：王西娜（1978-），女，副教授，博士學(xué)歷，研究方向：植物營養(yǎng)高效利用與調(diào)控。