高標準農田鹽堿地改良問題探析

從應用SALTMOD模型調控根層土壤鹽分的視角出發，以某高標準農田項目區為例，對率定期和驗證期內土壤鹽分、排水量及排水礦化度等指標的模型值和實測值進行比較，進而從灌溉水礦化度、地下水和河道水混合灌溉、排水深度、渠道襯砌等方面對鹽堿地改良思路展開分析研究。結果表明，SALTMOD模型對于項目區土壤水鹽均衡模擬分析以及根層土壤鹽分調控較為適用；使用低礦化度灌溉水，增大排水深度，改進渠道襯砌而提高灌溉水利用系數，均能起到較好的調控根層土壤鹽分的效果，對改良鹽堿地十分有益。

鹽堿地的形成是氣候條件、生產方式、地形地貌、人類活動綜合作用的結果，具體而言，傳統的大水漫灌灌溉方式、較大的蒸發量、渠系滲漏嚴重是引起我國西北地區農田鹽漬化的主因。春季氣溫回暖后表層土壤解凍，但水分因下層土壤仍然凍結而無法下滲，只能上移。夏季表層土壤水分達到飽和，也使耕種期間土壤鹽分含量持續增大，但因水資源較為充足，土壤鹽漬化得到一定程度緩和。秋冬季節隨著氣溫的降低，土壤內鹽分隨即沉積。如此循環往復，農田土壤鹽漬化便表現出春返、夏脫、秋積、冬藏的明顯趨勢。

鹽堿地改良的關鍵在于根層土壤鹽分調控，而根層土壤鹽分調控的措施較多，包括降低灌溉水礦化度、地下水與河道水混合灌溉、排水深度增大、提高灌溉水利用系數等。相關部門工作人員從以上角度出發，基于根層土壤鹽分調控的視角對高標準農田灌區鹽堿地改良進行分析研究，以期為具體工程提供有益借鑒。

一、項目區概況

某高標準農田項目位于我國西部地區，呈典型的大陸性氣候特征，夏季高溫干燥，冬季嚴寒少雪，年內降水分配不均。項目區內地下水主要為潛水，以渠道滲漏、降水和灌溉水為主要補給來源；潛水蒸發是其主要的消耗方式。項目區主要種植玉米、小麥等糧食作物和蔬果、葵花等經濟作物。項目區地形地勢平緩，主要建設有5條灌溉干渠和15條分干渠。

二、項目區土壤水鹽均衡模擬分析

（一）SALTMOD模型

該模型依托水鹽均衡原理，主要開展項目區地下水埋深、排水量、灌溉水礦化度等取值的模擬和預測。根層水量及鹽分平衡方程見式（1）至式（3）。模型以作物類型、氣候條件、灌溉制度、地下水埋深、地下水開采率、降雨、潛在蒸發、灌溉水利用程度、地表徑流等為輸入參數，以排水量、排水礦化度、土壤鹽分等為輸出參數。

λi+Rr=λ0+Era+Lr+ΔWr" " "（1）

ΔZr4=PpCp+（Ig-I0）Ci+RrCxki-S0（0.2Cr4i+Ci）-LrCL4 （2）

Cr4f=Cr4i+ΔZr4/PtrDr （3）

式（1）至式（3）中，λi為由地表滲入根層的水量，m3；Rr為根層毛管內升高的水量，m3；λ0為由根層運移至地表的水量，m3；Era為根層蒸騰所蒸發的水量，m3；Lr為根層滲漏所漏失的水量，m3；ΔZr為根層田間持水量與飽和含水量間的持水量，m3；ΔZr4為根層鹽分累積值，dS·m-1；Pp為因降雨或灌溉等原因而直接到達地表的水量，m3；Cp為雨水實際含鹽量，dS·m-1；Ig為總灌溉水量，m3；I0為總灌溉水量中的漏失量，m3；Ci為灌溉水含鹽量，dS·m-1；Cxki為上個季節飽和土壤含鹽量，dS·m-1；S0為地表徑流，m3；Cr4i為根層含鹽量初始值，dS·m-1；CL4為根層漏失水含鹽量，dS·m-1；Cr4f為根層實際含鹽量，dS·m-1；Ptr為根層孔隙率；Dr為根層厚度，m。

SALTMOD模型將待研究土壤分成：地表層、根層、過渡層和含水層，各層均對應各自的水量及鹽分均衡方程。若項目區內全部因素均衡分布，則可通過各層水量及鹽分平衡程度開展根層鹽分、地下水位、地下水量等的估算。該模型可展開水管理措施對土壤鹽分、排水礦化度、地下水埋深等影響程度的模擬，也可對項目區土壤鹽漬化處治效果進行長期的預測與評價。

（二）基礎資料

將該高標準農田項目區1年劃分成生育期（5—9月）、冬灌期（10—11月）、非生育期（12月至翌年4月）等階段；各個階段氣象條件、灌溉水量、土壤鹽分、灌溉水礦化度、地下水埋深等數據均選取實際觀測值。結合地勘資料，將項目區垂向厚度劃分為3個層次，由上至下依次為1.0 m厚的根系層、2.0 m厚的過渡層及60 m厚的含水層。其中，根系層和過渡層總孔隙率為0.48，有效孔隙率為0.07；含水層總孔隙率和有效孔隙率分別為0.40和0.10。2020—2022年項目區包括引水量、年降水量、排水量等在內的參數取值情況見表1。其中，通過土壤飽和浸提液電導率表征項目區內根層土壤鹽分水平。以2020—2021年的數據資料進行SALTMOD模型率定，各時期氣象條件、灌溉水量、土壤鹽分、礦化度等數據均為實際觀測值。以2022年的資料進行模型驗證。

（三）模擬結果驗證

將該高標準農田項目區率定期和驗證期內土壤鹽分、排水量及排水礦化度等指標代入公式（1）至式（3），可以得出模擬結果，其與實測值的比較見表2。據此看出，各項指標實測值和模擬值的相對誤差均不超出10%，表明擬合效果較好，SALTMOD模型對于項目區土壤水鹽均衡模擬分析以及根層土壤鹽分調控較為適用。

三、根層土壤鹽分調控結果分析

（一）灌溉水礦化度

在項目區現行灌溉制度下，不同的灌溉水礦化度對應的土壤根層鹽分運移趨勢見圖1。由此可以看出，不同礦化度的土壤鹽分均隨時間推移而增大，經排水過程釋放出的鹽分明顯低于灌溉水帶入鹽分，這種鹽分的累積趨勢隨礦化度的增大而愈發明顯。

（二）混合灌溉比

根據對項目區灌溉水源的調查，區域內地下水礦化度達到2.19 g·L-1，河道水礦化度僅為0.62 g·L-1，如果按照3：2、1：1、1：2、0：1等比例展開混合灌溉，則混合水對應的礦化度分別為1.58、1.40、1.12和0.62 g·L-1。在灌區灌溉制度保持不變的情況下，展開混合灌溉對項目區土壤根層鹽分運移影響的分析，結果見下頁圖2。由此看出，不同混合灌溉比例的土壤鹽分均隨時間推移而增大；地下水與河道水按1：2的比例混合灌溉時根層土壤鹽分增速最快，按0：1的比例混合灌溉時增速最慢。通過分析原因看出，灌溉水中地下水使用量增大后，地下水位有所降低，潛水蒸發引起的鹽分遷移減緩，使根層土壤鹽分呈降低趨勢。但項目區地下水開采受到嚴格限定與保護，為實現地下水資源的合理利用，應采用1：1的地下水與河道水混合灌溉比例。在保證根層土壤鹽分含量穩定的同時減少地下水開采量，有助于控制地下水埋深，實現灌區農業可持續發展。

（三）排水深度

結合項目區既有灌溉制度，將地下水和河道水灌溉比例控制為1∶1。依次對1.3、1.5、2.0、2.5 m的排水深度下土壤根層鹽分運移趨勢展開分析，結果見圖3。由此看出，項目區根系土壤鹽分均隨排水深度的增大而降低，這種趨勢隨時間的推移愈發明顯。表明通過排水深度的適當增大，能起到提升根系土壤排鹽能力的作用，對根系土壤鹽分堆積起到抑制效果，取得較好的鹽堿地改良作用。排水深度的增大涉及排水渠道改造，項目區應綜合考慮排水渠道改造成本和土壤脫鹽效果，盡可能增大渠道深度。

（四）渠道襯砌

在該高標準農田現狀灌溉制度且灌域內灌溉水礦化度取0.6 g·L-1的情況下，不同的渠道襯砌形式對應的灌溉水利用系數不盡相同。結合灌區內現有的渠道襯砌形式，將灌溉水利用系數依次取0.65、0.70、0.75和0.80，并展開土壤根層鹽分運移趨勢分析。具體見圖4。由此看出，隨著渠道襯砌質量的提高，灌溉水利用系數取值增大，根層土壤鹽分堆積得到明顯緩解，土壤內鹽分含量降低，鹽堿地得到一定程度改良。這種改良效果隨時間的推移而愈發明顯。由此可知，渠道襯砌水平的提升既能減輕渠道滲漏、提高灌溉水利用率，又能起到較好的鹽堿地改良效果。

四、結語

綜上所述，農田鹽堿地及土壤鹽漬化是傳統灌溉方式、氣候條件、渠系滲漏等綜合作用的結果。項目區內土壤鹽漬化表現出明顯的春返、夏脫、秋積、冬藏特征。分析結果表明，在使用0.6 g·L-1的低礦化度灌溉水，按照1：1的比例確定地下水與河道水混合灌溉比例，增大排水渠道深度，提高灌溉渠道襯砌質量等措施實施后，該灌區根層土壤含鹽量累積情況得到較好緩解，取得了較好的土壤快速脫鹽及鹽堿地改良效果。

作者簡介：蘇桐（1992—），女，四川西充人，本科 ，工程師 ，主要從事水工建筑物、渠道及滴灌設計工作。