松嫩平原苏打盐碱地成因、特点及治理措施研究进展
2018-03-29徐子棋许晓鸿吉林省水土保持科学研究院吉林长春130033
徐子棋,许晓鸿(吉林省水土保持科学研究院,吉林 长春 130033)
松嫩平原是世界三大苏打盐碱地分布区之一,也是我国苏打盐碱地分布的主要区域[1]。松嫩平原苏打盐碱地具有水土资源匹配良好、面积巨大、集中连片的特点,且盐碱程度较轻地区具有可耕作性,是东北地区具有极大利用潜力的土地,如果加以合理利用,可很好地缓解东北地区的粮食压力[2]。虽然几十年来以“三北”防护林为核心的生态建设工程对该区域的生态修复起到了一定的作用,但是由于自然因素和人为因素,松嫩平原的苏打盐碱化不断加剧[3]。据统计,1950年松嫩平原的盐碱地约为240.0万hm2,多为轻度盐化的芦苇沼泽,几乎无碱化土,而1990年盐碱地面积达到了320.0万hm2。2016年的数据显示,该区域的盐碱化土地面积已达393.7万hm2 [4]。邹滨等[5]以吉林省西部通榆县为代表,研究了松嫩平原苏打盐碱化的趋势,结果表明,未来的49年内松嫩平原的土地盐碱化面积将不断扩大,盐碱化程度将越来越严重,而盐碱化土地向非盐碱化土地的转化是十分困难的。
然而,目前关于松嫩平原苏打盐碱地成因、特点及治理措施统计的综述文献却鲜有报道。笔者综合分析了促使松嫩平原苏打盐碱地形成、发展的因素,归纳了该区域的植被、土壤特点,对现有的苏打盐碱地改良措施进行总结,并提出了相关建议,以期为促进松嫩平原苏打盐碱地各类改良措施合理配套使用、农村产业结构优化、经济生态可持续发展提供理论支持。
1 松嫩平原苏打盐碱地的成因
松嫩平原苏打盐碱地的成因分自然因素和人为因素。
1.1 自然因素
自然因素主要包括如下几个方面。
(1)气候条件。气候是松嫩平原苏打盐碱地形成的关键性因素[5]。松嫩平原地处半湿润-半干旱中温带大陆性季风气候区,冬季寒冷干燥,夏季高温多雨,降水的季节性变化造成了土壤雨季脱盐和旱季积盐交替变化,加快了土壤盐分表聚的过程。风对本区域土壤盐碱化的促进作用主要体现在风将盐碱化土壤带到了非盐碱化土地或盐碱化程度较轻的土地上和大风促进了土壤水分蒸发致使盐分随水上行[6]。冻融作用影响积盐的机理是:冬季盐分由于毛管作用土壤水产生张力差,盐分随着水分从下层非冻层向表层冻层运动;春季表层土壤水融化,形成滞水层,且水分蒸发,盐分积累在土壤表层;夏季多雨,但该地区地势平坦,水分不易排出,降水淋盐作用很有限[7]。另外,从全新世到第四纪以来,松嫩平原干燥度由1.28增加到3.00以上,剧烈的蒸发将大量盐分带到了土壤表层[8]。同时,由于全球气候变暖,松嫩平原近50年来气温上升了0.6 ℃,降水量减少了17.91%,使得该地区径流量减少、湖泡湿地干涸,进一步促进了盐碱化的发展[9]。
(2)水文条件。水文条件决定了土壤盐分运移的动力[10]。晚更新世松辽分水岭相对抬升,切断了嫩江入海古道,加之该地区地势低平不利于盐分运输,因而盐分大部分沉积下来[8]。而且,松嫩平原具有面积较大的半内流区,河道尾端分布有众多具有河道和湖双重性的泡子,其中:常被无尾河淹没的地方称低河-湖漫滩,进行的是较强的混合型苏打、氯化物和硫酸盐盐碱化;而不常被淹没的高河-湖漫滩、高阶地和正常河流的河漫滩进行的是弱苏打盐碱化[11]。地下水主要是通过潜水埋深、地下水矿化度、径流条件和离子组成几个方面对土壤盐渍化产生影响。潜水埋深决定了地下水通过毛管作用到达地面的难易程度,也决定了积盐的程度。松嫩平原有利于地下水返盐的地势为低平原区。当地下水矿化度在0.5~1.0 g/L时,土壤将发生轻、中度盐碱化;当地下水矿化度大于1.0 g/L时,土壤将发生重度盐碱化[7]。
(3)地貌地质。地貌地质及构造运动不仅决定了成土母质类型及土壤中含盐量的多少,还决定了土壤盐分的运移方向和分布规律[10]。松嫩平原的河流由山区进入低平地区后,大量泥沙向湖底沉积,湖泊日益变浅、变小,因此松嫩平原河湖冲积平原拥有较为平坦的大地势。该地区具有利于积盐的洼地和不利于积盐的岗、坡,不同微地形会对水盐进行重新分配,苏打草甸碱土多分布于地势较高的地貌上,苏打草甸盐土分布在较低处,而苏打盐化沼泽土分布在更低处[12]。
(4)构造运动与环境演变。华力西期岩浆运动使得大兴安岭山地花岗岩岩浆大范围入侵,成为该区域盐分的来源[6,9,12]。喜马拉雅亚旋回抬使得松嫩平原地势东高西低。在大兴安岭分水岭西侧形成的10多条嫩江支流,为盐碱物质的运移提供了通道[13]。新构造运动对松嫩平原的湖泊形成起了决定性作用,松嫩平原湖泊群消失后残留了一些湖泊,其中的风成湖多为矿化度较高的碱水湖,其周围广泛分布着盐碱土。另外,在一些特定的地貌区,如闭流盆地、古河道洼地、风蚀洼地具有残积盐渍化,且这些区域几乎没有水分供给,在持续的蒸发作用下盐分浓缩,形成了盐碱化沼泽[8]。
1.2 人为因素
松嫩平原苏打盐碱化的人为因素主要包括盲目开荒、过度樵采、过度放牧、工程建筑不合理等[8,14-15]。
2 松嫩平原苏打盐碱地的特点
松嫩平原的苏打盐碱地主要分布在该区域的中西部地区,被松花江、嫩江分为北部、南部两部分。北部属于黑龙江省,主要分布于大庆市、齐齐哈尔市和绥化市所属的16个县(市),最集中分布地区包括安达、大庆、杜尔伯特、肇源、长岭、乾安等;南部属于吉林省,包括白城市、松原市和长春市所属的11个县(市),集中分布地区有通榆、大安、镇赉、前郭等[7]。松嫩平原苏打盐碱地的分布具有如下特点:①从气候来看,呈经线分布,处于亚湿润干旱和半干旱地带。②从地貌来看,沿着大兴安岭东路山前和东延平原分布;沿河谷分布,且轻度盐碱化土地分布于低河漫滩,中、重度盐碱化土地分布于高河漫滩;在平原地势低平、不易排水处盐碱地连片分布;古河道为中、重度盐碱地集中分布区;沙丘之间、沙垄之间分布着低洼的甸子地,这些甸子地多为盐碱地;低阶地、洼地、湿地、泡泽、牛轭湖等地形有利于水、盐聚集,因此也是该区域苏打盐碱地的分布区。③从水文条件来看,盐碱地多分布于内陆河附近,且包括霍林河、乌尔吉木仁河、腾格尔郭勒、呼虎尔河、乌纳格其郭勒和乌裕尔河在内的无尾河附近分布得较为集中。④从海拔来看,苏打盐碱地主要分布于海拔150 m以下,密集分布于海拔130~140 m处。⑤从分布性状上来看,该区域中南部沉积中心盐碱土多以湖泊为中心呈同心圆分布、扩散,西南部沙带区的盐碱土主要分布于沙垄的垄间谷地或条带状、串珠状湖泊的周围。⑥从地理走向来看,松嫩平原西部盐碱化土地大致沿大兴安岭呈东北—西南向分布[13-14]。
松嫩平原苏打盐碱地上常见的植物主要是草本植物,包括羊草、寸草苔、隐子草、五脉山黧豆、箭头唐松草、拂子茅、野古草、牛鞭草、虎尾草、碱蒿、星星草、野大麦、碱蓬、角碱蓬、圆叶碱毛茛、小獐毛、马蔺、海滨天冬等[7]。重度盐碱化草地植被包括碱地肤、角碱蓬、碱蓬、獐毛、虎尾草、马蔺、星星草、圆叶碱毛茛、海滨天冬等[14]。松嫩平原主要植物群落分布规律如下:羊草群丛主要分布在平原起伏地形的上部,土壤类型为盐化草甸土;羊草-虎尾草群丛是典型重度退化草原植被群落,主要分布于起伏地形中部,土壤类型为苏打草甸碱土;碱蓬群丛多分布于重度盐碱化土壤上,微地形为地势低洼处、湖泊周围的盐斑上,土壤类型为苏打草甸盐土;星星草群丛多分布于盐碱化较重区域,如碱化湖泊附近,土壤类型为苏打草甸盐土和苏打草甸碱土复区;芦苇群丛主要分布于河湖滩地、沼泽湿地等有季节性或常年水淹的区域,土壤类型为草甸土[7]。
目前,我国对松嫩平原苏打盐碱地土壤的分类方法并不统一。冯玉杰等[19]根据植被覆盖度、是否出现碱斑及碱斑大小、是否出现白色盐粒等指标,将该区域土壤分为轻度盐碱土、中度盐碱土、重度盐碱土。焦常胜等[20]将该区域盐碱土按照其成分和分布分为盐渍化草甸土、草甸盐土、结皮盐土、沼泽盐土、碱化盐土。杨国荣等[21]将松嫩平原苏打盐碱土分为草甸土、盐土、碱土三大类。刘兴土[7]将该区域的土壤按盐化、碱化的程度分为草甸盐土、草甸碱土、盐碱化土壤。为更好地处理盐土、碱土、盐化和碱化土类的关系,孙广友等[4]在前人研究的基础上将松嫩平原盐碱土划分为盐土(包括草甸盐土、碱化盐土等)、碱土(包括草甸碱土、荒漠碱土等)、盐碱化土(包括草甸盐化土、沼泽盐化土、草甸碱化土、沼泽碱化土等)。
松嫩平原盐碱化土地的利用方式主要分为盐碱化旱田、盐碱化水田、盐碱化草地、盐碱化湿地[14,22]。不同土地利用方式剖面上盐碱的分布特点不同,如:水田、旱田、围栏草原土壤剖面的可溶盐总量、pH值、碱化度分布规律为中部较高,上部和下部较低;而放牧草原的分布规律为由下向上逐渐增高[23]。
3 松嫩平原苏打盐碱地的治理措施
3.1 松嫩平原苏打盐碱地旱田治理措施
松嫩平原苏打盐碱地旱田主要种植作物及其耐盐碱性见表1[7]。其中:玉米经济效益高且易于规模化种植;大豆经济效益高,但难以规模化生产;向日葵耐干旱、易打理,但效益低,消耗地力[24];谷子耐旱、耐贫瘠的能力较强,是松嫩平原苏打盐碱地主要种植的作物之一,“长寿香谷”是抗逆性较强、产量较高的谷子品种[25]。另外,燕麦耐贫瘠、耐干旱、耐盐碱,不仅能够产粮,而且秸秆还能作为饲草,具有较高的经济效益[26]。
表1 松嫩平原盐渍土区主要作物苗期耐盐范围
苏打盐碱地旱田种植作物不仅要选择合适的作物种,还要有合理的轮作制度。有研究证明,松嫩平原在原向日葵田实行大豆、玉米轮作,土壤总碱度明显下降[8]。另外,合理的耕作措施也能明显改良土壤理化性质、提高作物产量。高淑梅等[27-28]认为,深翻和深松能够改善土壤渗透性,促进土壤盐分淋洗和植物根系生长。宫秀杰等[29]利用“土层置换+秸秆阻断”的方法,改善了土壤容重、土壤含水量等物理性质,降低了土壤可溶性盐含量,提高了玉米产量。
3.2 松嫩平原苏打盐碱地水田及湿地治理措施和利用模式
松嫩平原种植水稻既能保证国家粮食安全、促进该地区经济发展,又能够改善当地的生态环境[30-31]。苏打盐碱地稻田的选址十分重要,刘兴土等[7]提出,苏打盐碱地稻田选址要考虑的因素包括灌溉水源、盐碱化程度、地形条件、排水条件和防止土壤次生盐渍化等。高文武等[32]的研究称,苏打盐碱地水稻种植技术包括整地、改土、盐碱淋洗、选择耐盐碱品种、肥料均衡、适当密植、适时收获、水分调控。王艳玲等[33]的研究结果表明,浅—湿间歇灌溉既可以有效防止返盐,又能保证水稻生长用水,且节水效果十分明显。杨帆等[34]的研究结果表明,利用微咸水在冬季结冰期灌溉有利于降低耕作层盐离子浓度,并能提高土壤含水量。另外,膜下滴灌设施也能够促进苏打盐碱地改良,提高产量,且该方法能够节约劳动力,提高水肥利用率。陈栋[35]认为,新疆在纬度和气候上与吉林相似,新疆已成功运用膜下滴灌种稻技术,因此吉林省运用膜下滴灌种稻具有可行性。王志春等[36-37]研究认为,苏打盐碱地种稻技术还包括耐盐高产品种选育,钵育大苗,病、虫、草害的防治,灌排体系建立等。
根据现有研究归纳、总结,松嫩平原苏打盐碱地水田、湿地的综合利用模式主要分为7种,即“苇-稻-鱼”模式和“蒲-稻-鱼”模式、盐碱性小型水库渔业开发模式、沼泽化盐碱性湖泊渔业开发模式、低洼盐碱地“鱼-粮”综合开发模式、低洼盐碱地“田-塘”种养综合开发模式、盐碱性沼泽地“岛式”生态渔业开发模式、退粮还渔的盐碱性湖泊渔业开发模式,这些综合利用模式具有物质循环、能量高效利用的特点[38-39]。
3.3 松嫩平原苏打盐碱地的林草治理措施
植被对于苏打盐碱地的生态环境具有重要的改善作用。植被能够调控土壤水分,保护土壤,降低风速,减少地表蒸发,且植物的根系能够改良土壤的物理性质,枯枝落叶能够增加土壤的有机质[40]。因此,筛选适宜的植物种对松嫩平原植被进行恢复具有重要意义。裘善文等[14]的研究结果表明,轻、中度盐碱化草地通过围栏封育,3~5年基本可恢复;重度盐碱化区域可人工补播,补播时应以当地优良牧草为主,最好利用群落演替规律,补播某一阶段的植物,加速演替,促进植被恢复。综合考虑植物对干旱、严寒、盐碱等逆境的抗性,以及对土壤的改良作用及其经济价值等,适宜用于恢复松嫩平原植被的草本植物包括星星草、碱茅、羊草、虎尾草、芦苇、苜蓿等,其中经济效益较好的草种包括星星草、羊草、苜蓿等[41-45]。
木本植物能够降低地下水位、防止地表积盐,还能够增加地表覆盖、改善小气候并防风固沙。根据相关文献总结,适合在轻度苏打盐碱土种植的树种包括枸杞、甘蒙柽柳、多枝柽柳、甘肃沙枣、白林85-68柳、杞柳、白林85-70柳和甘肃柽柳;适合在中度苏打盐碱地种植的树种包括枸杞、白蜡树、杜梨、沙枣、甘蒙柽柳、榆树、甘肃柽柳、多枝柽柳、齿叶白刺和西伯利亚白刺;能够适应重度苏打盐碱地的树种包括甘蒙柽柳、齿叶白刺、多枝柽柳、甘肃柽柳、西伯利亚白刺、樟子松、杨树、落叶松和榆树[43,46-49]。此外,能够在松嫩平原苏打盐碱地成活的树种还包括小叶杨、黄菠萝[8]、罗布麻[50]、火炬树、班克松、长白松、刺槐、红皮云杉、宁夏枸杞、俄罗斯无刺大果沙棘、银杏、黄海棠、红松[14]等。在苏打盐碱地造林不仅要选取合适的树种,还要配套合理的造林措施及养护管理措施。李长胜等[51]在黑龙江肇州苏打盐碱地上进行了造林试验,其总结出的造林措施体系包括:适地适树,全面整地,及时松土,适当密植,乔灌草结合营造,就地育苗,片、带、伞状结合。
3.4 松嫩平原苏打盐碱地的土壤改良措施及水利措施
3.4.1 肥料施用
在盐碱地施有机肥能够改善土壤物理结构,改善土壤水分、通气状况,增强土壤微生物运动,增加土壤可溶性养分含量,而且有机肥分解时能释放酸性物质,从而降低土壤pH值[27]。苏打盐碱地合理施用有机肥或无机肥不仅能够降低土壤pH值、土壤Na+含量,提高作物产量[52-53],还能够促进植被恢复[54]。
3.4.2 改良剂施用
3.4.3 客土措施
3.4.4 整地措施
进行苏打盐碱土改良时还应合理整地,因为整地不仅能减少径流、提高洗盐效果,而且能防止高处返盐、低洼处积水,从而防止碱斑的形成[63]。
3.4.5 水利措施
暗管排盐技术既可在灌溉淋洗后将盐分排走,又可以防止高矿化度地下水上移,能够防止次生盐碱化[64-65]。王洪义等[66]的研究结果表明,暗管的间距越小、埋深越浅,土壤排水率越高,脱盐效果越好,大庆区苏打盐碱地暗管最合适的布设方式为间距5 m、埋深0.8 m。微咸水淋洗是目前改善大面积盐碱化旱田生境最有效的措施之一[3]。吴乐知等[67]的研究结果显示,微咸水淋洗能够明显降低土壤容重,提高土壤渗透率,且淋洗量越大土壤物理性质的改善就越明显。
4 结论与建议
4.1 结 论
(1)松嫩平原苏打盐碱地的成因主要包括自然因素和人为因素,自然因素包括气候、水文、地质地貌和构造运动等,人为因素包括盲目开荒、过度樵采、过度放牧、工程建筑不合理等。自然因素是松嫩平原西部土地盐碱化的根本原因,人为因素是主要驱动因子。
(2)松嫩平原苏打盐碱土pH值较高,所含盐分主要是Na2CO3和NaHCO3,具有胶结性强、透水性差、结构不良等特征,不利于耕作。植被主要是羊草、碱蓬、虎尾草、星星草等耐盐碱、耐踩踏的草类。主要土地利用类型为盐碱化旱田、盐碱化水田、盐碱化草地和盐碱化湿地。
(3)松嫩平原苏打盐碱地旱田主要作物及其耐盐碱性为:小麦、大豆、玉米耐轻度盐碱,苜蓿、草木樨、稻、谷子、沙打旺耐中度盐碱,高粱、向日葵、棉花、糜子耐重度盐碱。
(4)松嫩平原苏打盐碱地水田种稻的技术体系包括选址、整地、改土、盐碱淋洗、选择耐盐碱品种、肥料均衡、适当密植、适时收获、水分调控、合理灌排等。
(5)松嫩平原苏打盐碱地水田湿地综合利用模式包括“苇-稻-鱼”、“蒲-稻-鱼”、盐碱性小型水库渔业开发、沼泽化盐碱性湖泊渔业开发、低洼盐碱地“鱼-粮”综合开发、低洼盐碱地“田-塘”种养综合开发、盐碱性沼泽地“岛式”生态渔业开发和退粮还渔的盐碱性湖泊渔业开发等模式。
(6)适合松嫩平原苏打盐碱地种植的草类植物包括星星草、碱茅、羊草、虎尾草、芦苇、苜蓿等;适合该区域种植的乔、灌木包括枸杞、西伯利亚白刺、罗布麻、沙枣等。
(7)松嫩平原苏打盐碱地的土壤改良措施主要包括施肥、施改良剂和利用客土等措施。其中,常用的改良剂主要包括石膏类物质、硫酸或酸性盐和有机质三大类。
4.2 研究建议
(1)应加强松嫩平原苏打盐碱地发育过程的影响因素研究。
(2)松嫩平原苏打盐碱地土壤的分类方法尚需统一,以更有针对性地研究各类土壤的特点及治理措施。
(3)加强对各种措施作用机理进行进一步研究,从而确定合适的措施组合。
(4)木本植物耗水量较大,因此,应确定合适的林草比例、树木品种配置。
(5)松嫩平原苏打盐碱地内各部分土壤的含盐量、pH值不同,应根据不同盐碱度量化各种措施。
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