節水改造工程對灌區土壤鹽漬化的影響

姚新旺

(新疆塔里木河流域喀什管理局,新疆 庫爾勒 841000)

0 引 言

渠系水滲漏導致地下水位提高、不合理的灌溉方式、劇烈的潛水蒸發等因素,使下層鹽分聚集在表層土壤中,增大了土壤鹽漬化風險,對灌區的生態平衡安全和農業發展造成較大威脅,因此研究鹽漬化灌區內土壤鹽分含量的變化規律十分重要[1-3]。對于鹽漬化灌區,多采取節水改造工程來優化灌溉方式,增強渠道防滲能力,并調整土壤中的鹽分含量[4]。李谷豐等[5]分析了內蒙古河套灌區1986-2019年期間的土壤含鹽量變化規律,為區域內節水改造方案的制定提供了理論依據。劉震[6]分析了高效節水灌溉措施對鹽漬化土體的改善效果。郭軍成等[7]對某灌區鹽漬化離子進行了分析,得出了各土層深度內的主要鹽離子含量和主要危害鹽離子類型,為灌區的治理提供了依據。

基于此,為了研究節水改造措施和改造年限對灌區土壤鹽含量的影響規律,本文通過分析所取土壤樣本中含鹽量的變化,分析土壤中鹽分含量的變化規律,研究結果可為治理灌區鹽漬化提供指導。

1 研究區概況

葉爾羌河灌區是新疆維吾爾自治區境內最大灌區,總面積16 042km2,占流域面積的14.8%,也是位居全國的第四大灌區。灌區東西兩側處在塔克拉瑪干大沙漠與布古里、托格拉克沙漠的挾持之中,呈帶狀分布,寬40～80km,長400km,綠洲內土地資源豐富,利用潛力較大。灌區是農業和農村經濟發展的重要基礎設施,是農產品的重要生產基地,同時還是生態環境保護、建設美麗鄉村、幸福家園的重要區域。自2000年始,葉爾羌河灌區陸續開展塔河近期綜合治理、大型灌區續建配套與節水改造以來,灌區嚴重病險、“卡脖子”工程初步得到改造,骨干工程配套率和設施完好率明顯提高,促進了農業節水增產和農民增收,取得了顯著的經濟、社會和生態效益。

2 樣本采集和研究方法

2.1 樣本采集與測定

按照均勻隨機布點原則,在沙地、耕地、鹽堿地等周圍設置點位,并采取以渠道襯砌為主的節水改造措施,因此在主要骨干渠道周圍設置了大部分點位,共設置土壤鹽分監測點40個。2017、2020年的9、10月份開展了野外取樣工作,通過取土鉆分層取土的方式,取得土壤樣本120份;取土分為3層,分別為0～10cm、10～30cm以及30～50cm。將土壤樣本裝于自封袋,封口后送至實驗室,晾干碾碎后用2mm篩過篩,并制備待測溶液,溶液比例為水:土=5:1,對土壤中鹽分含量進行測試。

2017、2020年降雨量和平水年降雨量接近,因為該區域不進行春灌,大面積灌溉主要在秋季進行。而9月份恰好為秋澆未開始夏灌剛結束時期,土壤鹽分受夏灌影響再次進行分配,夏灌完成后不再變化,在此次期間內收集的土壤樣品可以將灌區土壤鹽分受節水改造措施的影響充分反映出來,同時此期間地下水動態沒有較大波動。此外,根據此期間土壤鹽分相關分析結果,可以對秋澆工作進行針對性的、有效的指導。所以,將節水改造前基準年設為2017年9月與10月,分析截至2020年9、10月份(節水改造后)區域內土壤鹽分的變化規律。

2.2 研究方法

對收集的土壤數據作預處理,去除異常值,通過經典統計法,對土壤鹽分特征變化進行分析。同時,采用K-S法對土壤含鹽量進行檢驗,判斷其是否滿足正態分布。按照節水改造年限的不同,選取A分干渠和B干渠渠首進行對比。其中,2019年3月9日至2019年12月19日為A的節水改造時間;下游,2018年6月19日至2019年11月29日;中游,2017年3月3日至2018年8月25日;上游,2016年1月19日至當年6月19日,為B的節水改造時間。通過對比,分析各改造年限下緩沖區內土壤鹽分的變化趨勢。

3 結果分析

3.1 鹽分分布特征

通過K-S法檢驗土壤含鹽量發現,其呈現為偏態分布。通過對數變換后得出,其峰度和偏度數值較小,比較接近正態分布,具體計算結果見表1。由表1可知,兩年內灌域各土層土壤含鹽量均值范圍1.4～3.44g/kg,表明其灌域類型為中度鹽漬化。在未進行節水改造時,表層土壤在秋澆之前鹽分含量較高,為3.44g/kg,與下部土壤含鹽量有較大差異,且土壤鹽分在垂直方向上有較大變化。各深度土壤含量在經過秋澆后依次減小29%、28.7%、20.9%,表明對土壤鹽分的淋洗起到了很好的效果。

表1 土壤鹽分相關數據

表層土壤經過節水改造后,鹽漬化程度得到改善,降低了5.7%,30～50cm與10～30cm深度土壤鹽分含量分別減小5.38%與10.83%。此外,與2017年相比,2020年灌域地下水水位均值降低0.45m,同時秋澆水量降低8 691m3,上部土壤在秋澆后含鹽量降低幅度較小,30～50cm與10～30cm深度土壤含鹽量降低程度分別為18.71%和9.72%。通過對比發現,整體土壤含鹽量平均值在經過節水改造后減小7.31%,同時秋澆水量降低,土壤在秋澆后淋洗程度降低近9.27%。

變異系數CV能夠反映土壤鹽分含量數據之間的離散度。當CV低于10%時,變異性較弱;當CV為10%～100%時,變異性為中等;當CV大于100%時,變異性較強。由表1中能夠看出,0～10cm、10～30cm以及30～50cm土層深度的變異性,依次為強變異性、中等變異性和中等變異性。

3.2 不同改造年限渠道土壤鹽分含量變化規律

為了對比不同節水改造年限對渠道土壤鹽分含量的影響,分別將B干渠渠首和A分干渠視作長期和短期改造期。其中,長期為3～5年;短期為1～2年。

為了分析灌區土壤鹽分受渠道襯砌的影響,將主要渠道作為研究對象,根據距離主要渠道1.5、1.3、1.0、0.7、0.5、0.3、0.1km的環形緩沖區,對經過改造后土壤含鹽量變化規律進行分析,具體見圖1。

圖1 短期改造區各距離緩沖區不同深度土壤鹽分含量變化趨勢

由圖1能夠看出,未進行節水改造時,緩沖區秋澆前30～50cm與0～30cm土層深度內鹽含量平均值范圍分別為2.06～1.93g/kg和3.66～3.4g/kg,緩沖區內土壤鹽分含量與渠道距離呈線性負相關的關系,即隨著距離的增長,土壤含鹽量逐漸降低。同時發現,1.5km為秋澆前渠道對0～50cm深土層的影響半徑,具體可分成兩個范圍,分別為大于1.0km和小于1.0km。其中,與1.0km以外范圍相比,1.0km以內范圍土壤鹽分含量減小速度更塊。緩沖區內30～50cm和0～30cm深度內土壤的鹽分含量在經歷秋澆后的數值范圍分別為2.31～2.2g/kg和2.99～2.85g/kg。

在進行節水改造后,1.5km范圍內緩沖區秋澆前30～50cm和0～30cm土層深度土壤鹽分含量均值的減小速度每年分別為0.0174 6和0.050 97g/kg。在經歷秋澆后,30～50cm深度內土壤鹽分淋洗效果與之前相比呈上升趨勢;而0～30cm深度內土壤鹽分淋洗效果降低約0.33g/kg,其原因可能是由于2020年一干渠沒有進行秋澆,導致高值區開始逐漸從上游擴散至中游低值區。

由圖2能夠看出,改造區未進行節水改造時,緩沖區秋澆前30～50cm和0～30cm土層深度內鹽分含量平均值分別為2.99～2.83g/kg和5.45～5.20g/kg,土層深度的不同,其內鹽分含量有很大差距。同時,根據緩沖區和渠干距離與土壤鹽分含量的擬合關系能夠發現,改造未秋澆情況下0～50cm土層深度的渠道影響半徑為0.7km,具體可分成兩個范圍,分別為大于0.3km和小于0.3km。其中,與0.3km以外范圍相比,0.3km以內范圍土壤鹽分含量減小速度更快。緩沖區30～50cm和0～30cm深度內土壤的鹽分含量在經歷秋澆后的數值范圍分別為2.44～2.18g/kg和4.24～3.79g/kg。在經歷秋澆后,0～50cm土層深度的渠道影響半徑提高至1.5km。

圖2 長期改造區各距離緩沖區不同深度土壤鹽分含量變化趨勢

在進行節水改造后,0.7km范圍內緩沖區秋澆前30～50cm和0～30cm土層深度土壤鹽分含量均值的減小速度每年分別為0.014 64g/kg和0.018 52g/kg。秋澆完成后,緩沖區各深度土層對含鹽量的解釋能力有一定程度的提高,表明秋澆可以在一定程度上緩解鹽分在土壤中的表聚作用。

綜上所述,各緩沖區對土壤含鹽量有較強的解釋能力。同時,短期改造和長期改造的渠道影響半徑分別為0.7和1.5km;距離增長時,與0～30cm深度土層相比,30～50cm深度土層內鹽分含量減小程度更快。在采取節水改造措施后,短期緩沖區土壤鹽分含量平均值減小速度低于長期改造區。

4 結 論

本文對節水改造措施和改造年限對灌區土壤鹽含量的影響規律進行了研究,分析了所取土壤樣本中含鹽量的變化,結論如下:

1)各深度土壤鹽含量在經過秋澆后依次減小29%、28.7%、20.9%,表明對土壤鹽分的淋洗起到了很好的效果;表層土壤經過節水改造后,鹽漬化程度得到改善,降低5.7%,30～50cm與10～30cm深度土壤鹽分含量分別減小5.38%與10.83。對比發現,整體土壤含鹽量平均值在經過節水改造后減小7.31%,同時秋澆水量降低,土壤在秋澆后鹽分淋洗程度降低近9.27%。

2)各緩沖區對土壤含鹽量有較強的解釋能力,同時0.7和1.5km分別為短期改造和長期改造的渠道影響半徑;距離增長時,與0～30cm深度土層相比,30～50cm深度土層內鹽分含量減小程度更快。在采取節水改造措施后,短期緩沖區土壤鹽分含量平均值減小速度低于長期改造區。