7 半干旱的吉林西部地区水文地质环境与土地盐碱化.pdf

第 2 2 卷第 2 期 长 春地 质 学 院 学报 1 9 9 2 年 4 月 J OURNAL OF CHANGCHUN UN I VERS I TY OF EARTH SCI ENCES ； ， ≯ 7 半干旱的吉林西部地区 水文地质环境与土地盐碱化。 王 常明郑 义 I{ 厂 一 f l 皇 摘要水是维系半干早地区农业生态环境的主导话跃的因子。由于半干旱地 区相 对 丰富的水齑菲， 导致了土地 盐碱化等一系科环境问题， 不倪妨碍了农 业生产的发 展． 也破坏 了半 干旱地 区土地 生态系统。 对水齑j 覃的合理开发与利用，将有利于半 干旱区农巫生态环境 的改善 ． 促进农业生产的发展． 本文综合舟析了半干旱的吉林 西都地区水文地厦环境与土地盐碱化的关系． ． 关键词 半干旱 r水文地质环撞水脊薄土刈盐碱化 中圉法分类号S 1 5 1 ．9 ，S l 5 6 、4 、 白城地 区位 于吉林省西部 ．属于松嫩平原西南部 ，包括镇赉 、大安 、乾安 、前 郭 、扶 余、长蛉、通榆 、白城等县 市及洮安市，总面积为 4 3 7 7 9 k m 。 据 1 9 8 5年统计资料 ，全 区共有 盐碱化土地 2 1 5 9 6 0 7 ． 7 亩 ，占全区总土地面积 7 O 5 1 6 6 2 8 亩 的 3 0 ． 6 ， 其 中盐碱化耕地3 5 7 9 0 7 7 亩 ， 占总耕地 2 5 9 5 6 8 9 2亩 的 l 3 ． 7 。 显然 ，大面积盐碱化 土地 的形 成和发 展 ，严重地 阻碍 了农业生产 ．也导致 了草原退化等 一 系列 生态 环境 问题 。因此 ，对土地盐碱化及 其形 成过 程的研 究，将有助 于盐 碱区的综 合整治 ，也必然会给 农业生产 带来巨大收益 ，促进 生态 环境 良性 发展 。 1 气候并不是现阶段半干旱地区土地盐碱化加重 的主要原因 土地盐碱化往往是干旱半干旱气候条件下不可避免的生态 环境问题 。吉林西部 气候 上处 于半湿润到干旱气候的过渡地带 ．因而有相邻两气候带特性。全区春季干燥多风 ，夏季 温热多雨，秋季凉爽温差大，冬季漫长而寒冷，具有显著的四季分 明的大陆性特征。据 5 O 年代到 8 O 年代的气象资料分析 ， 全 区年降水量 4 O O 5 O O m m左右 ， 年蒸发量 自由水 面蒸发量i 1 4 0 1 2 7 0 ra m，是年降水量的 3 倍。5 O 年代降水量平均 5 1 O mm，6 0 年代为 4 4 0 m m，7 0 年代为 4 2 0 ra m， 即 5 O 年代到 7 0 年代降水量呈逐渐减少的趋势 。 而据白城地 区 1 9 5 8 、1 9 8 1 、1 9 8 5年土地利用现状调查 ．全地区 1 9 5 8年共有草原 3 7 9 3 ． 4万亩 ，1 9 8 1 年为 2 5 8 9 ． 8万亩 ， 减少了 1 2 0 3 ． 5万亩 ，1 9 8 5 年为 2 3 3 0 ． 3万亩 ， 不 同盐碱化 程度 的草地 为 4 8 0 ． 5 万 亩。显然盐碱化土地正在逐渐增加 ． 盐碱化过 程在不断地加重 。另一方面 ， 从 各月平均降水量直方图 图 1 可知，1 月份降水量最小 ， 为 1 ． 5 ra m， 7 月份降水最多为 1 3 8 mm．1 1 ～3月各月 降水量不足 1 0 mm。对 同一地点进行实测的结果 是 7月 5日土壤 0地质 行业 基金 赘酗 项 目 第一作者简舟王常田胃2 5 岁水文地质专业礓士 收璃 日期l 9 9 1 1 2 一l 9 维普资讯 长春地质学院学报 表面总盐量为 0 ． 1 4 ． ‘1 0 月 1 3日则为 0 ． 6 3 8 。 显然季节明显影响着盐碱区土壤带盐分 运移规律 ．常常是春秋雨少返盐，盐分向土壤带地表聚积 }夏季雨多脱盐，盐化程度随 之减 轻．随季 节的周期性变 化盐化程度也 呈周期性变化 。 尽管以较长时问尺度上来看半干旱地区土地盐碱化与气候的变迁有关，然而根据竺 可桢教授的研究表明隋唐时期 公元 6 0 0年至 1 0 0 0 年 前经历过三次温湿期以后的历史 年代直到今 日．气候虽有波动，但并没有改变干旱及半干旱地区总的水分状况，尤其是 1 0 0 年的气象资料表明， 干旱及半干旱地区的降水量没有明显的变化 因此近代干旱半干 旱地 区土地盐碱化等生态 环境 问题 的发生 、演化 、发展主要是人为所致 ，是人类不合理 地利用地下水资源导致吉林西部地区大面积盐碱地 的形成 。 j 2 特殊的地貌和微地形环境在一定程度上控制 若半干旱地区土地盐碱化 从整个吉林西部的地质环境来看，其地貌明显受到 新构造的控制。由此全区可划分为四个构造地貌区如 图2，即山前斜坡构造地貌区I、月亮泡断陷构造地 貌区 I 、长岭隆褶构造地貌区 Ⅲ 和长春隆褶构造 地貌 区的松拉河间高 台地 Ⅳ 。其 中月亮泡断 陷构造地 貌区主要为冲积湖积低平原 ．位于松嫩盆地中部，占全 区面积的 1 ／ 2 以上 ，地表凹凸不平 ，黄土岗地与湖泡洼 地或沼泽湿地相间分布 ，致使盐碱地的大面积分布 通 愤 治 区 省 团1 因3 囵2 因4 圈 2 地 貌分 区囝 l q g ． 2 Ma p o l g e o I r I e r p h 岫l d M 3 l 0 n I 1 一地貌分E代号I 2 一分水岭l 3 一地貌区界线I 4 一地貌区亚界线 属于 闭流型盆地 的松 辽平原 ，在 气候历史上曾出现过大降水与大干旱 的更替 ，大降水使高地母质母岩中的 可 溶性 盐分 随径 流 汇集于 低平地 区 ， 随着气候变得干旱，经强烈的蒸发作 用 ，盐分逐步上升到地表并聚积于地 表。在 目前半干旱的气候条件下盐碱 化过程 继续处 于发生发 展中 ，并在不 同的地貌上进行再分配。在地势高平 的广阔平原上形成脱盐碱化土成碱 土 }在地势低平的部位形成盐碱化草 甸土}在湖泡边缘形成盐化招泽土和 盐土。从抄岗一微起伏平地一盐碱化 低地 ，盐碱化的程度是 由非盐碱化一 轻 度盐碱化一重度 盐碱化递增 图 3 ，剖面取自通榆县龙山乡西学堂屯 北 。 维普资讯 第 2 期j 叫，郑义t半干旱的吉林西部地区水文地质环境与土地盐碱化 0 5 l 三 胄 占 土 微形地貌的存在导致了局部地表和 地 下径 流的重新分配 ，而土壤 盐分 则以 土壤水为载体，在土体内随水分作纵向 或横向的运 移 。在吉林 西部广 大的河谷 冲积平原 区微地 貌有 小丘 、洼地 。微地 貌的景观不同，土壤盐分运移方式也不 尽相同。经实地的考察研究 ，该地区大 固3 土壤盐碱化与地貌、岩性关系 致分为三种土壤盐分运移模式 图 4 ． ．3 R e l_ H 咖 1 b e t ”e lI _ o ll “ ll n lz a tlo n a n d g e Ⅻ叽 -图 d 上为盐分运移模式 J ，其地表景观 p h o l o g y ．1 l t h o ] o g y 为 由指示性植物碱草、碱蓬到光板地的 过渡，生长碱草处属轻度盐碱化 ，地表 含盐量一般为 0 - 1 ～0 ． 2 ；重度盐碱化 处生长碱 蓬 ，含盐量大 于 0 ． 3 I光 板地 处属极 度盐碱化 ， 土壤盐碱 化并 板结 成块 图 4中为盐分运移模式 2 ， 是一种 四周轻度 盐碱 化而 中心重度盐碱化的类型，地表景观为碱草与光板地相间分布。这两种盐分运移模式均由 于土壤中盐分随水分在蒸发力的作用下不仅向地表运移，而且在地形的微小高差控制下 作 由高到低的横向运动。图 4 下为盐分运移模式 3 ， 地表景观为小丘两侧为洼地 ， 水面和 地面的蒸发能力的差异 ，造成洼地与小丘盐分含量的差异，土壤深处的盐分随土壤水向 地表运移的同时， 在浓度梯度的作甩下， 使 日益浓缩的水中的盐分不断向地表 小丘 进 行 爬坡式 的 迁移 ，使小丘处盐分 不断 地聚积 ，形成 中问重两头轻 的盐碱化 景观。 覃 3 盐碱化与非饱和带土壤理化性质之关系 i _ 谨 煳 包气带岩性质地的差异 组合的不同和结构特点引 十 十 ■ ■～ 起盐分在土壤中的聚积程度不同。一般说来，砂质土壤 由于渗透性较好， 土壤对盐分和水分的吸附能力较弱 ， 故 。 一 砂性土壤脱盐速度快，聚积的盐分相对较步。而对于粘 性 土壤来说 ，颗粒较 细，对水盐吸 附力强 ，因而盐碱化 t 十 十 f 程度往往较砂性土壤重 图 3 ．吉林西部盐碱区大多分 布于第一、第二松花江、嫩江 洮儿河、拉林河等现代 雠 一 啦 河谷的冲积层和湖积层或湖沼沉积层，其包气带岩性主 了， ／ 要为砂粘土、粘砂土或含淤泥质粘砂土，为盐分在土壤 ‘ ’ 。 带的运移聚集创造了极为有利的环境。 固4 盐分运移模式1 、 2 、 3 箭头 我们对盐碱化典型 区深度为 O 3 0 c m和 3 0 6 0 c m 示盐分运移方向 处的土层取样并且进行了扫描电镜微形态观察 ①不同 F 4 T r - n r H m o e l 0 I 越 】 In 深度的碱化层微形态结构是相似的，都为相对致密的粒 N o -l ， 2 ，3 状结构，颗粒间无规则堆积，颗粒表面有不同程度的风 化现象 ，颗粒 间及 其表 面吸附有 细小 粉粒及粘粒物质 。②对碎屑成分 以及 吸附物的分析 表 明 ，两种 深度范 围 内的土壤 s i 含量普遍偏高，而且多 胶态形式存 在}在吸附物 成分 中的 C a 、 N a K、 F e 等散布比较均匀，只有在颗粒边缘或孔隙部位， c a 显示局部聚集的 维普资讯 长春地质学院学报 趋势 ，并且 吸附物多以胶态存在 。 颗粒无规则的堆积，形成了孔径不均而又相互连通的孔隙结构 ，这对毛细管作用十 分有利。孔隙狭窄处被颗粒表 面吸附 的粘性 物质 ，尤其是胶体物质 如 S J 胶体所堵塞 ， 对水分在土体中的运移起到阻隔作用。而这种胶体又具有胶结作用 ，是一种很好的连结 粒状物质粘接荆 ，尤其是在土壤处于干燥状态时，这种胶体物质更显示出强烈的粘结作 用，致使土壤颗粒不易错动I而湿润时，胶体物质吸水膨胀 ，若在外力的作用下颗粒能 发生 错动，因而盐碱化土壤在宏观上表现出干 燥坚硬而湿润泥泞 。观 泓结 果证 明了两点 事实。孔隙不规则而连通性好能使地下水及其盐分在毛细力的作用下上升到离地表较近 的土 壤层 {胶体物质 的大量存在致 使 0 、 № 等吸附物 的吸附而增加 土壤 的含 盐量 ， 并使 土 壤具 有较 高的碱性 。 4 土地 盐碱化与地下水 丰富的地下水资源是吉林西部地区土地 盐碱化的主要原 因。 松嫩平原是一个 向北开 口的蓄水盆地 ，隔水底板绝大部分为 白垩系泥页岩 ，而新 第三 系弱 胶结 的砂岩 、砂砾岩 和第 四系砂 、砂砾 石层都是 良好 的含 水层 ， 为汇集和储存地下水创造 了极 为有 利的条件。 另外 由于松 嫩盆地 内新生代地 层为多旋 回沉积 ，所 以盆地 内大部分地 区具有上下 叠置 的 多 层含 水层结构 。 由此本地 区形成相 对丰富的地下水资源 的同时 ，也导致 了大面积的盐 碱 区的形 成。 ．1 浅埋深的地下水使土地盐碱化 地下 水埋藏深度 对土壤 盐碱化 的形成 与演化起到极为重要的作用 吉林西部地 区浅 层地下水都贮 存于第 四纪松散沉积物 中 ， 地下水 埋深一般在 2 m左右甚至更 浅 。 我们实际 调查研究表明，地下水埋深在 2 ． 5 ～3 ． 5 m以内盐碱化过程最为活跃，最为强烈。由于受 到强烈的蒸发作用，在此埋深以下的浅层地下水及其盐分很容易沿毛细管上升到耕作层 或土壤表面， 水分被蒸发掉 ， 而盐分则滞留下来。 在潜水埋深大于2 ． 5 ～3 ． 5 m的地区， 几 乎常年不受蒸发浓缩作用的影响或影响微弱， 因而一般无盐碱化现象或盐碱化过程微弱。 研 究表 明土壤盐碱化程度一般随潜水埋深的变浅而加重。从图 5可知地下水埋 深浅处的 土壤垒盐 量远远高 于地下水埋深大处 的土壤全盐量 ， 尤 其是在土壤表 面这种差距更 突出。 4 ． 2 浅 层地 下水是土 壤盐 碱化的盐 分直 接来 源 吉林西部地 区土壤盐碱化类型明显受到地下水化学类型的影响 。综合分析浅层地下 水水化学资料 ，可以看 出盐碱化地 区地 下水矿化度一般都大 于 l g l l ，局部地区大 于 3 g ／ i 以至 5 g l t ， 其盐分组分主要为苏打， 氯化物和硫酸盐相对较少 。 对本地区的土壤化学资料 的研究表明， 土壤中的苏打占明显优势， 并随土壤全盐量的增大而呈直线增加 如图 6 ， ． 这 说明浅层地卞水的水化学 类型决定 了土壤盐碱化的类型 本区地下水类型主要为 H C O s N a 水， 也决定了本区盐碱土类型以苏打盐碱土为主。 同时， 地下水中大量的代换性 钠 的存在 ，不断地与被土 壤吸 附性 复合体 土壤 中小于 0 ． 0 0 1 ram的土壤粘 粒 吸附的 C a 、Mg 发生置换 反应 ，致 使盐 渍土具有较高 的碱化度 。 维普资讯 第 2 期 王常明． 郁义一半干旱的吉林西部地区水文地质环境与土地盐碱化 2 0 7 葵 圉 8 地下水埋深与土壤全盐量关系 F 嘻5 Re J a t ／ o r s b 押 e e n S r o u n d wa t e r b u r a l d e p t h a nd t o ial罩 B I h小 y 0I s oi l 5 结论 垒盐量 图 6 盐碱土离子含量与全盐量的关系 F ． 6 Re l a t l o mhl p e e n ta r po n c ont e nt a nd t o t a l m a l i ． 1 竹 o f s a l ide - a l k n l i s o b 】 吉林西部地区盐碱化土地的形成固然受到气候的影响， 但在目前气候波动不大 总的水分不变的状况下，盐碱化过程的发生、演化及其发展主要受到水文地质环境的控 制，尤其是浅层地下水的埋藏深度及其水化学特性 ，决定着土壤盐碱化的程度和类型。 2 半干 旱地 区水分及盐分的运移以垂向为主 ， 但 由于受到地形及微地貌 的控 制， 也 存在着水平运动，在小丘与洼地星罗棋布的地区表现出上述三种不同的盐分运移模式。 3 土壤盐碱化类型及其发育程度严重地受到浅层地下水的控制。因此要治理盐碱 地 ，必须降低地下水位于不致土壤盐碱化的临界水位之下，并对半干旱地区水资源进行 合理 的开发 、利 用和 管理 。 参考文献 l 俞仁培等．土壤碱化及其防治．北京 农业出版社，1 9 8 4 2 王占 等．白城地区地下水及第四纪地质．北京 。地质出版社．1 9 8 5 HYDROGEOLOGI CAL ENⅥ RONM ENT AND LAND SAU NI ZATI ONI N S EM I ARI D REGI ON OF W ES T J I LI N W a n g C ha ng r n i n g Zh e n g Yi 脚 1 ．。 ， 叩咖ro u t ， A b s t r a c t W a t e r由 a n a d o mina n t a n d a c t i v e f a c t o r l o t ma i n t a i n i n g g e c e- n v J f o o me n t o f婶删l u f e s e mi ar i d r e g i o n． B* ． ．ao s e of r l a fivi t y a bu nd a nt wa t e r r e s o ur c e．i t 1 e a 血t o a 3 e q u咖 。 e 0 ／en vi r on m e nt a l p r ob l e r m s u c h且s hn d s a niz a t inn． I t n o t 0 n hi n de r s t h e d e v e l op me nt 0f ag r i c u l t ur e， b u t a l s o d e s t r oy s l a nd e c o l 0 g跏s y s t e m o f s * ml o ．r l d删。 n ．De v e l o p i n g a n d U S i n g r e a ． n a fa l y wa e r T e s o u r c ． wil l b e z t e I R t o i mp r o v e e o n l 0 B 删e ． v i r o n me n t 0f a gr i c ul t ur ei n s e mi ar i d r e g i on． an dl e adt o a g r e at d e v e l op me nt o fag r i c u l t ur e- Thi sl p e r虹 b a s e do f t e o mpr e b e n一 ve a na l ys L s o f hyd r o g v o l og i c e nv i r on me n t t o d i s c u s s t he r e l a t i on s be 。 e n wa t e r r 嚣叭l r ∞ a nd l an d s a l i ni t i on i n 钟 m l ar r e gi o n． Ke y wo r d s s e mi a r i d r e s l o n， wa t e r r u r c e ， k y d r v o g o l o g l c e n v i r o n me n t ， l a n d s a l i n i t fio n 维普资讯