在我国北方引黄灌溉区，尤其是盆地地形和一些排水不利的地区，大水漫灌不仅浪费大量的水资源，还会带来次生盐渍化问题。在国家自然科学基金的支持下，中国海洋大学环境科学与工程学院教授刘贯群课题组刚刚完成的基金项目“引黄灌溉对干旱区深埋潜水的补给及环境效应”研究，不仅对内蒙古孪井盆地的灌溉渗漏进行了系统研究，还利用数值模拟技术，模拟了主要作物在现有灌溉条件下的最优灌溉量，提出了春小麦和夏玉米的节水灌溉模式，节约灌溉水量30%以上。

 

 

“只要是从别的地方引水（非抽取地下水）灌溉，都会发生次生盐渍化的问题。”刘贯群说，“只不过，不同的灌溉量、不同的土壤结构和土质、种植不同的作物等条件不同，会导致灌溉后向地下水的渗漏量不同，发生次生盐渍化的程度也不一样。”

 

农田灌溉水量过大，就会向下渗漏，浅层土壤中的水分就和深层水分连在一起。北方灌区气候较干旱，蒸发量大、很快，深层土壤中的盐分又会随着水分蒸发而上升到表层土壤，形成次生盐渍化。“尤其是一些盆地或排水不利的地方，情况更为突出。比如我们的研究区——孪井盆地，就容易出现这种情况。”刘贯群说。

 

孪井盆地位于内蒙古阿拉善盟南部，西部紧连腾格里沙漠，地形为四面隆起中心偏东的闭流盆地。该地区为内陆水系，降水稀少，蒸发强烈。为提高腾格里沙漠及其他边缘贫困地区的游牧民生活水平，1994年底，当地政府设立孪井灌区，正式引黄河水灌溉，灌区规划面积14567.3公顷。

 

灌区建成后，灌溉入渗补给成了地下水的主要补给来源。根据以往经验，引黄灌溉会引起地下水位上升，有可能使灌区下游土壤发生次生盐碱化。以往的灌区如内蒙古的河套灌区、宁夏同心扬黄灌区等就深受水盐之害。孪井灌区的地理和灌溉特点引起了刘贯群的注意。

 

“孪井灌区主要以漫灌方式种植小麦、玉米、谷物、经济作物等。该地区土壤包气带地层渗透性强，灌溉渗漏严重，极易引起下游土壤次生盐渍化。”刘贯群说，“但该地区地下水位埋深较大，地下水补给过程及其时空变化十分复杂，地下水补给量的确定存在很大的不定因素，所以选择可信度高的评价方法，评价天然状态下和灌溉条件下地下水补给量，弄清按现在的灌溉方式，会渗漏到下游多少，多长时间会渗漏到下游，以及产生问题怎么解决等就非常重要。”

 

刘贯群说：“该项目的研究目的，就是弄清引黄灌溉对干旱区深埋潜水的补给机制和对地下水环境的影响及对盆地中心带来的环境和生态问题，为该类区域的水资源可持续利用和土壤盐渍化防治提供科学依据。”

 

为系统掌握孪井灌区的水文地质条件和土壤包气带水文地质特征，刘贯群课题组在孪井灌区设置了4个典型地点作为土壤水盐均衡的试验观测点，其中包括9个地下水监测点，2个大气降水和1个渠道水观测点。

 

经过多年的观测和数据积累，以及对不同作物进行的大量野外灌溉入渗试验，课题组确定了灌溉渗漏量和入渗率，同时，利用氯剖面法估算了灌溉对地下水的补给。在利用地下水的数值模拟模型分析了现状、规划和下游排水3种条件下地下水的变化趋势后，研究人员发现，随着灌溉面积的扩大，地下水位上升迅速，灌区下游将随之发生土壤次生盐渍化。

 

“因此，灌区必须采取治理措施。但这里面还存在一个问题。”刘贯群说，“对灌区农民来说，最简单直接的灌溉方式就是漫灌。浇得少了不顶事，浇一次也挺麻烦，所以农民要浇就浇个透。”

 

刘贯群认为，以灌区现在的灌溉方式预测，灌区中地势低的地方，很快就会出现其他引黄灌溉区曾出现过的次生盐渍化问题。

 

“我们也研究了一些应对办法，比如在地势低的地方种树，因为树的根较深，可以用来降低地下水水位。或者挖沟排水，只要将水排出就会减轻盐渍化。不过最好的方法是从源头上采取措施，适量灌溉，让水分不渗漏或少渗漏到地下水中。这样不但不会发生次生盐渍化，还避免了农田中的化肥等进入地下水系统，同时，也节省了灌溉费用。但浇多少合适，农民只好凭经验把握了。”刘贯群说。

 

为此，课题组用了3年时间，进行了土壤水盐的均衡试验，观测了玉米、西瓜、油葵和花葵4种主要作物在不同地层结构下的土壤水分、土壤水的化学组分；通过研究该地区土壤渗漏量的影响因素，以及不同作物在不同地层结构下的渗漏率，他们计算了参考作物潜在蒸发量和作物系数的关系，对几种主要作物的用水量进行了分析。“作物需要多少水就灌溉多少，既能满足作物需要又不产生或少产生渗漏。”

 

 

“我们的研究就是想通过一些观测和试验，积累些基础数据，用数值模拟的方式，建立预测模型，一是预测以现在的灌溉方式，研究多久会产生盐渍化的问题，提前作好应对措施；二是在减少灌溉渗漏上下功夫，弄清灌区主要作物的需水量，计算出最优灌溉量。同时对种植结构进行优化，在不同土质结构的土壤中，种植不同的作物，以减少渗漏。”刘贯群说。

 

20世纪90年代以后，由于水污染和水危机的加剧，传统的以供水量和经济效益最大化为目标的水资源优化配置模式已不能满足需要，国外开始在水资源优化配置中注重水质约束、水资源环境效益以及水资源可持续利用的研究，对不同水质的水量使用问题进行优化。在国内，由于灌区水源和用水结构相对简单，影响和制约因素相对较少，如何实现灌区的有限水资源量的最大效益，成为学者较早关注的问题之一。

 

根据研究，课题组提出了在现状灌溉条件下，满足作物生长时春小麦和夏玉米的节水灌溉模式。即：春小麦冬灌水量以150毫米为宜，在分蘖时灌溉97. 5毫米，拔节、挑穗、灌浆、黄熟阶段灌水间隔相对较短，灌水量以75毫米为宜。夏玉米生长期间的需水量高于春小麦的需水量，第一次灌水量约150毫米，拔节水是关键，以127. 5毫米为宜，以后几次的灌水量不宜过多，应在70～90毫米之间。以上模式和传统的漫灌相比，节约水量30%以上。

 

同时，在农民收入不减的前提下，课题组以灌溉入渗补给量最小为目标，对灌区种植结构及分布进行了优化，弃种了种植复杂且收益不大的籽瓜，建议灌溉渗漏量较大的小麦、玉米、苜蓿主要种植在多层结构地层上，而西瓜、油葵等渗漏量小且收益较大作物扩大种植面积。

 

“尽管采取一系列措施后，灌区下游地下水水位上升幅度明显降低，减缓了土壤次生盐渍化的发展进度，但该地区仍然存在土壤次生盐渍化趋势，因此，必须改变现行灌水方式，或者采取适宜工程措施加以防治。”刘贯群说，“另外，由于该区地下水位埋藏深度大、同位素测试的周期长等原因，还需要继续收集该区降水量、灌溉水量、土壤和作物种植等资料，进行实验室间的校核，这方面还有很多工作需要进一步搞清。”

 

《科学时报》 (2009-2-16 A4 科学基金)