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1、1 河套灌区地下水临界深度的确定及其意义探讨统计(1996)，全世界 60%的灌溉土地已不同程度地盐渍化1。大面积开荒、 兴修水利和引用地表水灌溉、 以及采用浪费水资源的大面积漫灌方式，改变了干旱、半干旱区的盐分循环规律，加之排灌系统不配套，引起灌区地下水位升高，土壤发生了大规模的次生盐渍化2。干旱、半干旱地区农业灌溉引起的土壤次生盐渍化已成为制约干旱、半干旱地区农业发展的主要障碍。即使已取得治理土壤盐渍化巨大成就的黄淮海平原，也仍然存在潜在的土壤盐渍化和盐害3。因此，需进一步加强干旱、半干旱区农业灌溉引起的土壤次生盐渍化研究，以保证我国干旱、半干旱地区灌溉农业的可持续发展。土地盐渍化又称土壤
2、盐碱化， 是指土壤层中可溶盐含量向增高的方向发展成为盐渍土地过程。 一般将土壤层 0.2m 厚度内可溶盐含量 0.1%的土壤称为盐渍土4。天然条件下， 土地盐渍化主要有两种形成模式：雨中盐分造成的土壤积盐；潜水埋深小于潜水临界埋深的细土平原5。自从原苏联土壤学家B.B 波勒诺夫于 1931 年提出“地下水临界深度”概念以来，国内外许多学者对其进行了试验研究。但地下水临界深度至今仍没有一个统一的定义， 有的学者定义为 “在一定的自然条件和农业技术措施条件下，为了保证土壤不产生盐渍化和作物不受盐害所要求保持的地下水最小埋藏深度”6，有的学者定义为“保证作物根层土壤不发生盐渍化所要求的地下水最小埋藏
3、深度”7，也有学者定义为“在干旱季节，根层土壤积盐不致危害作物生长的最浅的地下水埋藏深度”8。尽管各种定义的字面表达不完全一致，但它们有一个共同点，这就是“不引起土壤严重积盐、且不危害作物生长的最小地下水埋深”。郭占荣，刘花台利用昌吉地下水均衡试验场的轻粘土潜水蒸发试验和土壤水势观测试验资料，应用零通量面（ZFP ）方法计算的潜水蒸发极限深度为4.66m，即潜水埋深大于 4.66m，潜水蒸发量为零，此时潜水不会引起土壤表层积盐9。可见潜水蒸发极限深度要比地下水临界深度大。2 临界深度的确定2.1 临界深度的理论计算值2 在潜水浅埋深条件下，潜水和土壤水分强烈蒸发作用， 使表层盐分不断积累。较大
4、量的降水和灌溉， 使包气带土壤水分下渗， 盐分向下运移， 部分盐分进入潜水，这样包气带就获得了一段时间脱盐过程。其后，土壤水分运动又转向蒸发，使包气带和表层土壤逐渐积累盐。上述水盐运动的规律的启示是： 在土壤盐渍化地区，地下水位不宜过深也不宜过浅， 以零通量面最大发育深度加上毛细上升高度为宜。一般砂性土为 3m左右，黏性土为 5m左右11。造成土壤盐渍化的直接原因是地下水位埋深浅，蒸发强烈，浓缩作用使潜水矿化度升高， 毛细作用将潜水中的盐分带到包气带上部，盐分在土壤表层积聚而形成。研究表明11，西北地区潜水位埋深小于2.0m 时，就会出现明显的土壤盐渍化现象。维持一个适合的地下水位埋深， 是防
5、治土壤盐类渍化的关键。 这一水位埋深称为地下水最佳生态环境埋深，它是一区间值。 当地下水位在此区间内， 生态环境良好，反之，生态环境将遭破坏。一般情况下，水位埋深小于2m 时，蒸发量大，地下水矿化度高，容易发生盐渍化土壤。地下水位大于5时，土壤含水量很小，以致于植物无法得到维持其正常生长所需的水分，造成旱生植物开始凋萎，同时发生土壤沙化。 崔亚莉，邵景力提出西北干旱地区地下水最佳生态环境埋深为2-5m。中国工程院院士张蔚榛教授也提出了地下水临界深度的取值范围12，(见表2)。A.A Bodtani (2004)13给出的有代表性地下水临界深度数值为 ：砂(粗砂细砂 )：Hk=50-75cm；壤
6、质砂，砂壤土： Hk=100-150cm；细砂壤，粉砂壤土： Hk=150-200cm；壤土，黏壤土，黏土： Hk=100-150cm。郭占荣，刘花台通过研究9，提出西北内陆灌区地下水临界深度的取值范围。(见表3) 表2 地下水的临界深度(m) Table2 Cretical depths of groundwater 土壤质地地下水矿化度（ g/l）10 砂壤，轻壤1.8-2.1 2.1-2.3 2.3-2.6 2.6-2.8 中壤1.5-1.7 1.7-1.9 1.8-2.0 2.0-2.2 重壤，黏土1.0-1.2 1.1-1.3 1.2-1.4 1.3-1.5 3 关于临界深度的确定方
7、法，国内外有许多研究，其中以毛细管上升高度法应用较广。根据中国水利水电科学研究院介绍的方法14，临界深度可由下式确定：Hk=Hr+.(1)式中， Hk地下水临界深度（ m） ；Hr毛细管上升高度（ m） ；安全超高。安全超高多采用经验值：当地下水矿化度较高（大于10g/L）时，则采用容根层 0.50.6m；当地下水矿化度小于10g/L，则可采用耕作层0.2m15。2.1 临界深度的计算值讨论郭占荣，刘花台根据在西北地区的研究成果9，提出地下水临界深度不能一成不变，应该针对不同时段土壤积盐的特点，采用“地下水动态临界深度”。因为在一年当中， 气象条件和下垫面条件是不断变化的，气象条件的变化包括气
8、温的变化、蒸发度的变化、风速的变化等，下垫面的变化包括作物覆盖有否、田间灌溉有否、土壤表层冻土层形成有否、地表积雪有否等。显然，随着气象条件和下垫面条件的变化， 地下水临界深度也应该是变化的，在年内采用地下水动态临界深度，这就意味着在年内不同阶段要控制不同地下水埋深，增大了地下水的调控力度。采用地下水动态临界深度， 一方面可以避免非灌溉期严重积盐，保持土地可持续发展， 另一方面可以联合利用地表水和地下水，相互调剂余缺， 对水资源持续利用和生态环境保护都是有利的。3 确定临界深度的意义3.1 改变水循环条件，防治土壤盐渍化确定了临界深度后， 在地下水开采过程中， 由于地下水埋深大于毛细带强烈上升
9、高度，可以切断水盐沿毛管上升的通道，从而可以有效地防止返盐和土壤积盐。同时，由于水位埋深加大，腾出了调节库容，可以容纳灌水和降水的入渗，随着井灌井排的进一步完善，地下水由灌溉-蒸发型动态逐步过渡到灌溉-蒸发-表3 新疆南疆平原区和北疆平原区的地下水临界深度（m）Table 3 Cretical depths of groundwater in the Southen Plain and the Northern Plani of Tiang Mountain(m) 土壤质地粉砂壤土中壤土黏质土平均地下水矿化度 /g.L-1 3 1.82.0 1.5 2.3 613 22.4 1.21.5 0.
10、51.0 1.7 6 2 1.01.4 0.30.8 1.5 5 部的冰冻层，从而对控制春季土壤返盐和减缓道路翻浆以及由于水位过高对建筑物的损坏等也有意义。4 结语本文通过实测资料参考前人研究成果，论了临界深度的确定对于防治土壤盐渍化、合理利用水资源和提高农作物产量的实际意义。由于资料和时间所限， 本次研究工作未能按岩性和时段给出不同地区、不同时段的临界深度， 有待今后继续补充这方面的研究工作。参考文献 : 1 甘师俊 .可持续发展 -跨世纪的抉择M. 广州 :广东科技出版社,1997.297300. 2 魏由庆 .从黄淮海平原水盐均衡谈土壤盐渍化的现状和未来J.土壤学进展 ,1995,23(
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12、:2327. 9 郭占荣 ,刘花台 .西北内陆灌区土壤次生盐渍化与地下水动态调控J.农业环境保护.2002,21(1):45 48. 10 内蒙古农业大学农水系.关于巴盟河套灌区防治盐碱基本途径的探讨R.2003.18 25. 11 崔亚莉 ,邵景力 ,韩双平 . 西北地区地下水的地质生态环境调节作用研究J.地学前缘 ,2001,8(1):191 195. 12张蔚榛 ,张瑜芳 .对灌区水盐平衡和控制土壤盐渍化的认识J.中国水利 ,2003,8（16）:2326.13 A.A Bodtani GH.Savaghebi. The Investigation of Effect of Cultur
13、e History on Potassium 6 in Soils under Sugarcane Crop in Khuzestan Province of Iran. Collection of Extent Abstracts of 2004 CIGR International Conference 2004,1(6):25 30. 14 羊錦忠 ,李凤岭 ,郝孝文等 .土壤积盐与地下水的关系J.水利学报 ,1965,6(2):7480. 15 王葆芳 ,杨晓晖 ,江泽平 .引黄灌区水资源利用与土壤盐渍化防治J.干旱区研究 ,2004,21(2):139 143. 16 内蒙古水文地质观测总站河套水文地质分站.河套平原后套黄河灌区19781979年潜水动态研究报告R.1980:23 27. 17 内蒙古水文地质观测总站三湖河水文地质站.三湖河灌区 19601964年潜水动态研究报告 R.1965:52 55. 18 内蒙古水文地质队.内蒙古自治区地下水资源评价R.2002:50 53.
