韓墩灌區(qū)測(cè)土配沙改良土壤運(yùn)行模式及措施

崔淑芳　孫戰(zhàn)勇　徐愛國　江恩慧

摘要：針對(duì)韓墩引黃灌區(qū)實(shí)施渾水灌溉后大量泥沙入田的現(xiàn)實(shí)情況，為了預(yù)控土壤沙化，實(shí)現(xiàn)田間科學(xué)利用泥沙，精準(zhǔn)改良土壤，研究提出了沙化參數(shù)的概念，以表征引黃灌區(qū)渾水灌溉可能造成土壤沙化的程度；提出了測(cè)土配沙改良土壤運(yùn)行模式及科學(xué)配沙工程技術(shù)措施。其中，科學(xué)配沙工程技術(shù)措施包括兩種：一是為改良砂質(zhì)土壤，增加砂質(zhì)土壤的保水性，利用泥沙沿垂線下粗上細(xì)的分布規(guī)律，設(shè)計(jì)了分層取水取沙的工程技術(shù)措施；二是為有效改善黏質(zhì)土壤的透氣性能，提出了導(dǎo)沙技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：渾水灌溉；測(cè)土配沙；土壤沙化；沙化參數(shù)；韓墩灌區(qū)

韓墩引黃灌區(qū)位于黃河尾閭左岸黃河三角洲腹地。灌區(qū)自1959年起已開灌50余a，累計(jì)引水近120億m3，累計(jì)引沙6 763萬m3。引黃供水為灌區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、群眾生活及城鄉(xiāng)生態(tài)用水提供可靠保障的同時(shí)，也曾造成灌區(qū)嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題。一是韓墩灌區(qū)為灘內(nèi)引水灌區(qū)，在1984年渠首攔沙閘興建之前，引渠產(chǎn)生嚴(yán)重淤積，造成土地沙化；二是受地理?xiàng)l件所限，韓墩灌區(qū)一直沒有設(shè)置沉沙池，1990年以前以總干渠作為沉沙條渠以挖代沉，兩岸清淤棄土形成了較嚴(yán)重的沙化環(huán)境。1990年韓墩灌區(qū)實(shí)施遠(yuǎn)距離輸沙節(jié)水技術(shù)改造，總干渠兩岸的沙化現(xiàn)象才得以遏制。自此灌區(qū)采用遠(yuǎn)距離輸沙并分散于田間的泥沙配置模式，輸送至田間的泥沙大幅增加（見表1）。

為順應(yīng)韓墩生態(tài)灌區(qū)建設(shè)要求，汲取灌區(qū)曾遭受泥沙危害的歷史教訓(xùn)，將黃河泥沙資源利用推進(jìn)到田間，韓墩灌區(qū)組織開展了科學(xué)利用泥沙改良土壤相關(guān)研究，以期實(shí)現(xiàn)灌區(qū)引進(jìn)泥沙的科學(xué)利用和土壤改良，提高灌區(qū)土壤承載能力，推進(jìn)生態(tài)灌區(qū)建設(shè)，促進(jìn)引黃灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

1測(cè)土配沙土壤改良運(yùn)行模式

1.1測(cè)土配沙的含義

測(cè)土配沙是本研究提出的實(shí)現(xiàn)渾水灌溉土壤改良及沙化預(yù)控的方法。對(duì)土壤進(jìn)行沙化預(yù)控并改良，需要對(duì)土壤的現(xiàn)狀類型進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解土壤的砂黏性，是為測(cè)土，這是進(jìn)行科學(xué)配沙的基礎(chǔ)。砂粒含量偏高的砂質(zhì)土壤保水保肥性能差，而黏質(zhì)土壤透氣性差，都對(duì)作物生長(zhǎng)有不利的影響，只有壤質(zhì)土壤是保水保肥及透氣性均佳的優(yōu)質(zhì)土壤。本研究的目標(biāo)就是促進(jìn)灌區(qū)土壤向壤土方向優(yōu)化，并在測(cè)土的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)科學(xué)配沙，是為測(cè)土配沙。通過砂質(zhì)土壤配細(xì)沙、黏質(zhì)土壤配粗沙的測(cè)土配沙方法，實(shí)現(xiàn)渾水灌溉土壤沙化預(yù)控及改良，對(duì)于不同的土壤質(zhì)地，需要不同的技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)科學(xué)配沙。

1.2土壤沙化概念及土壤沙化參數(shù)

一直以來，土壤沙化的概念過于籠統(tǒng)，對(duì)于土壤及泥沙的顆粒級(jí)配沒有一個(gè)合適的指標(biāo)要求，土壤改良的目標(biāo)不明確，也就難以實(shí)現(xiàn)科學(xué)配沙。為便于土壤改良及沙化量化控制，有必要對(duì)灌區(qū)土壤沙化的概念進(jìn)行界定，選定一個(gè)符合生態(tài)文明及生態(tài)灌區(qū)建設(shè)要求的土壤沙化量化參數(shù)，使土壤改良有明確的目標(biāo)。

為此，筆者以土壤砂粒含量與土壤黏粒和粉粒含量之和的比值作為衡量土壤沙化的參數(shù)，稱之為沙化參數(shù)：

沙化參數(shù)=土壤砂粒含量/（土壤粉粒含量+土壤黏粒含量）

2016年10月9-10日，研究人員從韓墩灌區(qū)總干渠左岸的二分干渠、三分干渠、五分干渠和過徒干渠所控制的渾水灌溉區(qū)域的27個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行土壤采樣監(jiān)測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些點(diǎn)位耕層（0-20 cm）土壤質(zhì)地均為砂質(zhì)壤土，砂粒含量均在60%以上。根據(jù)沙化參數(shù)計(jì)算公式計(jì)算的沙化參數(shù)見表2。

從表2可看出，用沙化參數(shù)能更靈敏、直觀地表達(dá)土壤沙化的程度。當(dāng)土壤砂粒含量為50%時(shí)，沙化參數(shù)為1，按照國際土壤分類標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)土壤質(zhì)地為最利于作物生長(zhǎng)的保水保肥、透氣性能好的壤土。因此，筆者以沙化參數(shù)為1的壤土作為土壤改良的目標(biāo)。按該標(biāo)準(zhǔn)衡量，表2中的采樣點(diǎn)土壤均屬于沙化土壤，可根據(jù)沙化參數(shù)的大小劃分為輕度、中度和重度沙化土壤，以此界定土壤沙化程度。其中，沙化參數(shù)為1-3時(shí)為輕度沙化土壤，為3-6時(shí)為中度沙化土壤，大于6時(shí)為重度沙化土壤。由此可見，引入了沙化參數(shù)這一概念，通過土樣監(jiān)測(cè)就很容易將沙化土壤劃分出來，便于有針對(duì)性地預(yù)控土壤沙化及改良土壤。

1.3韓墩灌區(qū)測(cè)土配沙改良土壤運(yùn)行模式

一是通過灌區(qū)典型調(diào)查和土壤采樣監(jiān)測(cè)，了解韓墩灌區(qū)現(xiàn)狀土壤質(zhì)地及其分布情況。研究人員于2016年10月9-10日和2017年3月24-25日對(duì)韓墩灌區(qū)土壤進(jìn)行了兩次采樣，采樣點(diǎn)基本覆蓋全灌區(qū)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析情況，進(jìn)行必要的加測(cè)和補(bǔ)測(cè)，掌握灌區(qū)現(xiàn)狀土壤質(zhì)地及其分布情況，為科學(xué)配沙提供依據(jù)。

二是進(jìn)行灌水水沙監(jiān)測(cè)，了解灌水含沙量及引進(jìn)泥沙的顆粒級(jí)配情況。利用引進(jìn)泥沙改良土壤，除對(duì)土壤進(jìn)行監(jiān)測(cè)外，還必須加強(qiáng)對(duì)灌區(qū)引進(jìn)泥沙的監(jiān)測(cè)。韓墩灌區(qū)有部分泥沙監(jiān)測(cè)歷史資料，開展該課題研究需進(jìn)一步加強(qiáng)水沙監(jiān)測(cè)，進(jìn)行不同時(shí)空灌水含沙量和泥沙級(jí)配監(jiān)測(cè)，分析不同季節(jié)來沙對(duì)不同質(zhì)地土壤改良的利用價(jià)值。近年來，非汛期和非調(diào)水調(diào)沙期，韓墩灌區(qū)引水含沙量小，可加密汛期和調(diào)水調(diào)沙期的水沙監(jiān)測(cè)，考慮汛期和調(diào)水調(diào)沙期來沙的利用價(jià)值。

三是試驗(yàn)?zāi)M和推廣應(yīng)用。利用實(shí)地采集的土樣做成土柱，配以相應(yīng)不同含沙量及泥沙顆粒級(jí)配組合的渾水進(jìn)行灌水試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)分析土壤質(zhì)地性狀的變化。在測(cè)土壤、測(cè)水沙和模擬試驗(yàn)取得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)地示范推廣，適時(shí)適地實(shí)施科學(xué)配沙改良土壤。

2科學(xué)配沙的工程技術(shù)措施

2.1分層取水取沙改良砂質(zhì)土壤的工程技術(shù)

目前灌溉分水閘靠單一閘門控制分水流量，一般將表層水沙阻擋在外，將底層粗沙引入下級(jí)渠道或農(nóng)田，有造成土壤沙化的趨向。為了克服單一閘門引底沙、阻擋表沙的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了高、低閘門聯(lián)合運(yùn)用的灌溉分水閘（見圖1），這是根據(jù)泥沙沿垂線方向下粗上細(xì)的分布規(guī)律設(shè)計(jì)、可實(shí)現(xiàn)分層取水取沙的分水閘。

該分水閘包括位于前端的高閘門1、位于后端的低閘門組2以及用于控制高閘門1和低閘門組2的啟閉設(shè)備3。前端是指靠近上游4的位置，后端是指靠近下游5的位置。啟閉設(shè)備3能夠獨(dú)立對(duì)高閘門1或低閘門組2的每一塊閘板靈活啟閉。在非灌溉期，低閘門組2處于非工作狀態(tài)。灌溉時(shí)，低閘門組2與高閘門1聯(lián)合運(yùn)用實(shí)現(xiàn)分層取水取沙：先提起高閘門1，一般將高閘門1提至水面以上，然后選擇低閘門組2中的一塊閘板攔擋下部水層泥沙，將低閘門組2中的其他閘板提起至水面以上。選擇低閘門組2中的哪一塊閘板落下?lián)醯讓铀?，要根?jù)灌溉地塊土壤質(zhì)地和灌水泥沙沿垂線的級(jí)配監(jiān)測(cè)結(jié)果計(jì)算應(yīng)取水沙的水層高度決定。該工程技術(shù)主要用于改良砂質(zhì)土壤，砂質(zhì)土壤的沙化參數(shù)大于1，應(yīng)取沙化參數(shù)小于1的泥沙所在的水層進(jìn)行灌溉。

2.2利用底沙改良黏性土壤的工程技術(shù)

不論何種質(zhì)地的土壤，都是朝著沙化參數(shù)為1的方向?qū)嵤└牧?。?duì)于沙化參數(shù)小于1的黏性土壤，需要配送沙化參數(shù)大于1的泥沙來改良。具體可根據(jù)土壤的沙化參數(shù)或黏重程度，配送過水?dāng)嗝嫫撞克畬拥哪嗌持翑M改良的土壤中。配送偏底部水層的泥沙，可采用傳統(tǒng)的單一閘門控制，實(shí)現(xiàn)引偏底層水沙：如果需要配送最底部推移質(zhì)泥沙，可采用建導(dǎo)沙坎的工程技術(shù)措施，導(dǎo)上級(jí)渠道底沙至下級(jí)渠道中。導(dǎo)沙坎的設(shè)計(jì)高度和角度應(yīng)根據(jù)上下級(jí)渠道的實(shí)際設(shè)計(jì)情況而定。

3結(jié)語

為實(shí)現(xiàn)對(duì)引黃灌區(qū)渾水灌溉土壤的精準(zhǔn)改良，提出了測(cè)土配沙改良土壤運(yùn)行模式，并在韓墩灌區(qū)實(shí)施。測(cè)土配沙改良土壤運(yùn)行模式即在對(duì)灌區(qū)土壤質(zhì)地和灌水水沙監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過相應(yīng)工程技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)灌水泥沙的科學(xué)配送，使土壤朝著沙化參數(shù)為1的壤土方向精準(zhǔn)改良。本研究界定了引黃灌區(qū)土壤沙化及沙化參數(shù)的概念，設(shè)計(jì)了可實(shí)現(xiàn)分層取水取沙的高、低閘門聯(lián)合運(yùn)用的灌溉分水閘，提出了可實(shí)現(xiàn)輸送最底部推移質(zhì)粗沙的導(dǎo)沙工程技術(shù)。