史海濱，楊樹青，李瑞平，李仙岳， 李為萍，閆建文，苗慶豐，李 禎

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018； 2.高效節(jié)水技術(shù)裝備與水土環(huán)境效應(yīng)內(nèi)蒙古自治區(qū)工程研究中心，呼和浩特 010018）

關(guān) 鍵 字：河套灌區(qū)；鹽漬化防治；鹽堿地改良；生態(tài)環(huán)境；水鹽運(yùn)移規(guī)律

0 引 言

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)是黃河中上游典型的鹽漬化特大型灌區(qū)，地處內(nèi)陸干旱區(qū)，降雨量少，蒸發(fā)量大，蒸降比在10 以上，無灌溉則無農(nóng)業(yè)[1]。灌區(qū)地形平坦，引黃控制面積116.2 萬hm2，是國家和自治區(qū)重要的商品糧、油生產(chǎn)基地。土壤鹽漬化一直是困擾灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主要問題，20 世紀(jì)60 年代以來，國內(nèi)外學(xué)者圍繞著水鹽運(yùn)移和鹽漬化防治及環(huán)境效應(yīng)開展了大量的科學(xué)研究。引起了國內(nèi)外科研工作者的極大關(guān)注，目前有20 余所高等院校和科研院所在河套灌區(qū)進(jìn)行科學(xué)研究，從工程措施、化學(xué)措施、農(nóng)業(yè)措施和生物措施等入手，開展了鹽堿地治理研究。

利用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和遙感技術(shù)研究了區(qū)域土壤水鹽時(shí)空分布規(guī)律，以及不同地類間水鹽補(bǔ)徑排關(guān)系；基于HYDRUS、SWAP、SHAW、MODFLOW 和SWAT 等模型研究了土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律；并研究了微咸水灌溉對(duì)水土環(huán)境的影響效應(yīng)；開展了鹽漬化土壤防治綜合技術(shù)的研究等。經(jīng)過幾代人的努力，取得了豐碩的成果。

河套灌區(qū)面臨新的形勢(shì)，由于指令性節(jié)水，引水量減少20%以上，用水量將減少到40 億m3。近些年，灌區(qū)土壤和地下水以及生態(tài)環(huán)境發(fā)生了變化，多年來形成的區(qū)域水鹽平衡體系被打破，隨著節(jié)水工程建設(shè)和實(shí)施灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)了許多新的問題，如土壤鹽漬化、地下水位下降、水土環(huán)境污染和濕地萎縮等問題。如何提高灌區(qū)用水效率，摸清灌區(qū)水鹽空間分布特征，掌握劣質(zhì)水灌溉的環(huán)境效應(yīng)，確定灌區(qū)生態(tài)地下水水位及節(jié)水改造強(qiáng)度控制閾值，對(duì)灌區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和水資源優(yōu)化配置具有重要作用。本文總結(jié)2000 年以來灌區(qū)的研究成果，對(duì)灌區(qū)面臨的形勢(shì)與需解決的科學(xué)問題進(jìn)行了展望，旨在為現(xiàn)代灌區(qū)建設(shè)提供參考。

1 區(qū)域土壤水鹽時(shí)空分布規(guī)律

1.1 區(qū)域水鹽空間分布主要分析方法

隨著灌區(qū)節(jié)水改造工程的實(shí)施和高效用水政策的落實(shí)，用水量顯著減少，排水量也必然隨之減少，灌區(qū)每年積鹽達(dá)120～150 萬t。從表觀上看，灌區(qū)的鹽漬化程度卻是降低了，但是“鹽分去哪里了”？因此，摸清鹽漬化灌區(qū)土壤水鹽空間分布特征，準(zhǔn)確把握水鹽時(shí)空動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，對(duì)灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展和水資源優(yōu)化配置具有重要作用[2]。目前，地統(tǒng)計(jì)學(xué)是區(qū)域土壤水鹽空間分布規(guī)律及動(dòng)態(tài)變化分析的重要方法[3]。其中反距離加權(quán)（IDW）、普通克里金（OK）和普通協(xié)克里金（OCK）是較為常用的空間插值方法，由于數(shù)據(jù)變異性、方法本身的特征、抽樣設(shè)計(jì)等因素的影響，空間插值方法的選取成為國內(nèi)外土壤特性空間分析的討論熱點(diǎn)，但相應(yīng)的研究結(jié)果并不明確[4]。普通克里金具有較強(qiáng)的預(yù)測土壤水鹽總體趨勢(shì)的能力，但克里金法容易將局部最值平滑化，為了識(shí)別鹽漬化風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，反距離加權(quán)方法則能夠更精確地預(yù)測土壤水鹽的局部特征，二者的優(yōu)劣尚有爭論[5]。因此，建議在進(jìn)行土壤水鹽定點(diǎn)監(jiān)測前，對(duì)方法本身特性、抽樣設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)變化等因素進(jìn)行綜合考慮，為準(zhǔn)確評(píng)估區(qū)域土壤水鹽空間變異特性奠定基礎(chǔ)。為了避免數(shù)據(jù)本身變異性對(duì)空間變異分析的影響，很多學(xué)者將經(jīng)典統(tǒng)計(jì)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)合分析了區(qū)域水鹽的變異特性[6]，取得了較好的效果。除了經(jīng)典統(tǒng)計(jì)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)以外，還有部分研究運(yùn)用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析區(qū)域水鹽空間變異性。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型不能像地統(tǒng)計(jì)方法那樣定量描述土壤性質(zhì)的空間自相關(guān)性，但該模型能更好地描述土壤水分分布復(fù)雜的非線性特性，是一種反映土壤水分變化與其主要影響因子之間非線性關(guān)系模型的好方法，但具有一定的適用范圍[7]。

區(qū)域鹽漬化是由諸多因素共同導(dǎo)致的，將諸多因素在地理位置上疊加分析是原有地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法無法實(shí)現(xiàn)的。隨著GIS、信息捕捉技術(shù)以及遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，為區(qū)域水鹽空間變異研究提供了更為有效的方法，相關(guān)研究表現(xiàn)出了較為明顯的優(yōu)勢(shì)[8]。伴隨著3S 技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用遙感技術(shù)開展灌區(qū)土壤鹽漬化趨勢(shì)研究也表現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。目前主要是以遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，把地理環(huán)境數(shù)據(jù)、生態(tài)狀況與光譜信息有機(jī)結(jié)合，在算法上以知識(shí)庫為基礎(chǔ)的推理決策樹、分層信息、支持向量機(jī)、對(duì)應(yīng)分析、波段遙感等多種分類方法相繼產(chǎn)生并迅速發(fā)展。相關(guān)學(xué)者基于遙感和GIS技術(shù)，利用LandsatTM/ETM 數(shù)據(jù)，分析了河套灌區(qū)1987—2014 年土地鹽堿化時(shí)空演變，構(gòu)建了河套灌區(qū)土壤水溶性鹽基離子高光譜綜合反演模型[9]。但相關(guān)方法還存在地域性強(qiáng)、通用性差、區(qū)分提取精度低等不足。如何提高精度、數(shù)據(jù)可靠性，使研究成果更加符合實(shí)際成為遙感技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。

1.2 河套灌區(qū)水鹽空間分布規(guī)律

自1998 年實(shí)施節(jié)水改造以來，灌區(qū)水循環(huán)和地下水埋深發(fā)生了較大變化，造成區(qū)域土壤水鹽及垂直剖面上的重分布。因此，在區(qū)域、空間和時(shí)間尺度上灌區(qū)節(jié)水改造后土壤水鹽分布規(guī)律研究十分必要[10]。史海濱等[6]、步懷亮[11]和李彬[12]分別在點(diǎn)尺度和面尺度上分析了節(jié)水改造后土壤水鹽的變化規(guī)律。節(jié)水改造后土壤鹽漬化程度減輕，作物生長安全區(qū)面積增加，表聚作用弱化，秋澆水量減少，土壤鹽分淋洗效果減弱，土壤環(huán)境有所改善。以上研究均是對(duì)河套灌區(qū)不同尺度、不同時(shí)期、節(jié)水改造等因素的區(qū)域水鹽運(yùn)移規(guī)律的研究，但還不能回答“鹽分去哪了”這個(gè)問題。

由于灌區(qū)面積較大，很難在全灌區(qū)開展高精度的監(jiān)測研究，因此尺度轉(zhuǎn)化就成了保證區(qū)域研究精度保證的一個(gè)重要手段。徐英等[13]開展了中小尺度水鹽空間變異轉(zhuǎn)化問題的研究。研究發(fā)現(xiàn)，一維條件下，土壤水鹽變化性在hr=25～100 m 采樣尺度下，可以用100 m 的觀測網(wǎng)模擬25 m 觀測網(wǎng)的含水率和含鹽量，在同一級(jí)結(jié)構(gòu)中大尺度的變化性才包含較小尺度。馬璐瑤等[14]采用空間插值的方法對(duì)灌域與田間2 個(gè)尺度開展了水鹽空間變異研究，表明相同深度下大尺度的土壤水鹽變異性大于點(diǎn)尺度。管孝艷等[15]運(yùn)用多重分形理論分析了不同尺度水鹽空間變異性，但由于河套灌區(qū)土壤、氣候、灌溉等因素差異，相關(guān)研究的適用范圍還有一定局限性。

河套灌區(qū)地下水埋深較淺，年內(nèi)周期變幅大的原因，致使區(qū)域土壤與地下水水鹽交互頻繁，灌區(qū)很容易產(chǎn)生次生鹽漬化。馬金慧等[16]利用灰色關(guān)聯(lián)分析、指示克里金等方法和對(duì)不同地下水埋深條件下的土壤含水量、含鹽量、地下水埋深和地下水礦化度進(jìn)行了交叉綜合排序提出相同礦化度條件下，地下水埋深淺是導(dǎo)致土壤鹽漬化的直接原因。然而若想控制春灌前地下水礦化度，控制前1 年秋澆水量則是關(guān)鍵因素。由于灌區(qū)秋澆水量占總引水量的1/2 左右，灌水量巨大，是影響灌區(qū)春灌前土壤墑情和鹽漬化程度的主要因素。毛威等[17]研究表明河套灌區(qū)地下水礦化度與秋澆頻率有較大關(guān)系。對(duì)于井灌區(qū)，建議采用黃河水2 年1 次進(jìn)行秋澆壓鹽，可以長期將土壤全鹽維持在3 g/kg 以下，以滿足作物生長需求。李瑞平等[18]運(yùn)用SHAW 模型確定了不同鹽漬化土壤合理的秋澆節(jié)水灌溉制度。還有研究表明[19]早秋澆可使0～20 cm 土層脫鹽率提高0.4%，0～100 cm 土層脫鹽率提高9.7%；可節(jié)水300～1 500 m3/hm2。以上相關(guān)研究對(duì)灌區(qū)引水量調(diào)配和土壤鹽漬化防控都有著重要的指導(dǎo)意義。

河套灌區(qū)另一個(gè)特點(diǎn)是尚有占灌區(qū)總土地面積 48.7%的插花分布的非耕地（包括低洼濕地和水域）[20]，夏季河套灌區(qū)單個(gè)面積大于3.33 hm2的淖爾數(shù)量在321～494 個(gè)（不包含烏梁素海）[21]，研究表明[22]灌區(qū)荒地和低洼濕地有排水積鹽作用，耕地每年平均有28.1%的灌溉水滲入荒地,荒地每年積鹽0.27 kg/m2，為灌溉水鹽分的38.3%。岳衛(wèi)峰等[23]指出進(jìn)入義長灌域的鹽分多于排出灌域的鹽分，灌域處于積鹽狀態(tài)。因此滯留在灌區(qū)內(nèi)的鹽分只能在灌區(qū)內(nèi)部進(jìn)行再分配。李亮等[24]利用HYDRUS-1D 模型對(duì)荒地土壤水鹽的遷移規(guī)律進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明，5 cm 土層EC值上升了66.10%，20 cm 土層EC 值上升了63.89%，荒地在作物生育期是積鹽的過程。任東陽等[25]通過對(duì)整個(gè)觀測區(qū)及其內(nèi)部的不同作物田塊分別建立水平衡方程，揭示了典型灌排單元農(nóng)田水量和鹽量轉(zhuǎn)化關(guān)系，結(jié)果表明，農(nóng)田積累了總引入鹽分的39%，荒地承納了總引入鹽分的40%。岳衛(wèi)峰等[23]通過建立非農(nóng)區(qū)-農(nóng)區(qū)-水域的水鹽運(yùn)移及均衡模型，對(duì)水鹽的遷移進(jìn)行了定量分析。結(jié)果顯示，農(nóng)區(qū)脫鹽量的75%隨地下水遷移到了非農(nóng)區(qū)。Mao 等[26]利用SaltMod 模型，研究了井渠雙灌的地下水和鹽分的遷移變化過程，結(jié)果表明，鹽分將在井灌區(qū)的根系處積累，但不影響作物的產(chǎn)量，渠灌區(qū)根系有輕微脫鹽趨勢(shì)，鹽分主要在井渠雙灌的含水層積累，且含水層的鹽分將會(huì)從渠灌區(qū)向井灌區(qū)遷移。由于氣候干旱，降雨補(bǔ)給十分有限，灌區(qū)內(nèi)的海子（小湖泊）主要依靠灌溉回歸水補(bǔ)給，耕地—荒地—海子間存在著密切的水力聯(lián)系，王國帥等[27]通過對(duì)耕地—荒地—海子系統(tǒng)分別構(gòu)建水量和鹽量平衡模型，揭示了耕地—荒地—海子系統(tǒng)間水分和鹽分運(yùn)移關(guān)系，結(jié)果表明，在灌溉條件下，耕地地下水鹽分平均增加861.45 kg/（hm2·a），耕地地下水遷移給荒地的平均鹽量為3 231.90 kg/（hm2·a），荒地地下水遷移給海子的平均鹽量為3 139.7 kg/（hm2·a）。部分回答“鹽分去哪了”這個(gè)問題，但是由于觀測手段以及土壤、作物差異，研究區(qū)域是否具有代表性還需要進(jìn)一步深入研究。

隨著引黃水量的減少、種植結(jié)構(gòu)的改變、節(jié)水改造工程以及鹽堿地改良工程的大量實(shí)施，灌區(qū)水鹽分布規(guī)律將產(chǎn)生新的變化，需在前人研究的基礎(chǔ)上，開展變化環(huán)境下水鹽響應(yīng)機(jī)理、不同地類間水鹽補(bǔ)徑排關(guān)系以及灌區(qū)鹽分演化機(jī)制及評(píng)價(jià)等區(qū)域水鹽規(guī)律研究。改進(jìn)現(xiàn)有插值方法，充分運(yùn)用遙感反演技術(shù)，提高區(qū)域水鹽分析精度。排水是灌區(qū)功能的重要組成部分，隨著排水工程的完善，需開展灌排結(jié)合的區(qū)域水鹽研究。在區(qū)域尺度，將地下水、土壤水與灌溉、排水等系統(tǒng)結(jié)合起來，結(jié)合灌區(qū)排水工程及地下水位控制需要，開展地下排水模擬預(yù)測與區(qū)域水鹽變化規(guī)律的評(píng)價(jià)。提出灌排結(jié)合綜合管理措施，為灌區(qū)鹽堿地改良提供科學(xué)依據(jù)。

2 土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律

2.1 土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律研究進(jìn)展

土壤水鹽運(yùn)移機(jī)理是河套灌區(qū)鹽漬化研究的核心問題。加強(qiáng)土壤水鹽系統(tǒng)研究，了解土壤中鹽溶質(zhì)運(yùn)移機(jī)理及變化規(guī)律，并以適宜的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行定量化的數(shù)值模擬，可為河套灌區(qū)土壤鹽漬化的監(jiān)測、評(píng)價(jià)、治理夯實(shí)基礎(chǔ)[28]。

在田間試驗(yàn)基礎(chǔ)上，開展了某一單因素或多種因素同時(shí)存在情況下對(duì)土壤水鹽運(yùn)移的影響研究，探討了不同覆蓋和耕作條件對(duì)土壤水鹽運(yùn)移的影響。設(shè)置不同秸稈隔層材料[29]，分析秸稈隔層處理抑制土壤鹽分的機(jī)理，研究表明秸稈隔層增強(qiáng)了鹽分淋洗效果；設(shè)置不同覆膜方式[30]，全膜覆蓋處理保水抑蒸效果明顯，起到了較好的壓鹽效果；設(shè)置不同灌溉制度[31]，研究不同滴灌制度下土壤剖面水分、鹽分分布規(guī)律，得到鹽分均由膜內(nèi)向膜外地表裸露區(qū)定向遷移，趨于膜外地表積累。孫貫芳等[31]利用黃河水灌溉控制灌水下限為-10 kPa 可有效淋洗0～100 cm 土壤鹽分，而李金剛等[32]利用微咸水灌溉控制灌水下限為-30 kPa，既能較充分淋洗膜內(nèi)表層土壤鹽分，又不會(huì)造成微咸水中的鹽分積累；溝灌和常規(guī)畦灌下玉米根系區(qū)灌前各土層含水率均呈“S”形變化規(guī)律，低水分條件下溝灌較常規(guī)畦灌有更好的壓鹽效果[33]。

前人開展了在某一種或多種特定條件下土壤水鹽運(yùn)移的規(guī)律特征研究。如針對(duì)某一單種作物條件下[31]，獲得了溝灌條件下，玉米土壤含鹽量呈現(xiàn)近“倒V”形變化規(guī)律[33]；某一灌溉水質(zhì)條件下[32]與某一灌溉方式條件下（多為膜下滴灌），滴頭下方30 cm 附近形成主要脫鹽區(qū)，鹽分逐漸向濕潤區(qū)外緣積累[30]；多人探討了間作或套種條件下[34-35]土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律，指出間作模式下根系在土壤空間的疊加利用效應(yīng)可以使小麥帶降低的土壤EC 均值0.2%～1.5%，使玉米帶降低的土壤EC 均值2.7%～3.1%；針對(duì)特有的季節(jié)性土壤（多為凍融期）[36-37]研究表明，凍融期土壤鹽分濃度變化的主控鹽分類型是氯化鈉和硫酸鈉；凍結(jié)期非凍結(jié)區(qū)水分向凍結(jié)區(qū)運(yùn)移使得凍結(jié)區(qū)土壤含水率增加，消融期上層土壤反漿導(dǎo)致土壤表層反鹽[38]；針對(duì)某一土地利用類型（特指荒地）[24]條件下，秋澆63%的補(bǔ)給水分用來淋洗鹽分，荒地中1 m 深土壤含鹽量減少0.26 kg/m2。

田間試驗(yàn)進(jìn)行常規(guī)觀測耗時(shí)、費(fèi)力、干擾因素多，且研究周期長，研究對(duì)象及影響因素單一，對(duì)于河套灌區(qū)大尺度、復(fù)雜土壤類型、土地利用及種植結(jié)構(gòu)條件下難以全面的剖析土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律的時(shí)空變異特征，在今后的研究中需要更多的結(jié)合數(shù)學(xué)物理等模型進(jìn)行模擬。

2.2 河套灌區(qū)土壤水鹽運(yùn)移模型研究進(jìn)展

在田間試驗(yàn)的基礎(chǔ)上， 眾多學(xué)者利用HYRDRUS[24,39-41]、SWAP[42,47-50]、SHAW[51]等模型模擬了河套灌區(qū)土壤水鹽運(yùn)移分布規(guī)律，且具有較好的仿真度，但這些模型多為點(diǎn)模型，很難用于田間實(shí)際土壤的預(yù)測模擬。其次，由于實(shí)際問題的復(fù)雜性，常常需要對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行改進(jìn)及耦合處理，以克服模型應(yīng)用中的不足。同時(shí)將點(diǎn)尺度模型擴(kuò)展到區(qū)域尺度上進(jìn)行應(yīng)用也是研究的熱點(diǎn)，例如Ren等[39-40]采用HYDRUS-dualKc耦合模型提升了HYDRUS的蒸散發(fā)精度，并彌補(bǔ)了雙作物系數(shù)法中缺少鹽分運(yùn)移模塊的缺陷；郝遠(yuǎn)遠(yuǎn)等[41]、Xu等[42]將HYDRUS、SWAP水鹽模型和EPIC作物生長模型進(jìn)行耦合，彌補(bǔ)了HYDRUS-1D中缺少作物生長模擬模塊的缺陷和修正SWAP對(duì)根系吸水的模擬。李瑞平等[43]利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型充分考慮了水鹽耦合效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了凍融土壤水鹽動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)的統(tǒng)一?；粼倭值萚44]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型正確表達(dá)了油葵的相對(duì)產(chǎn)量和各個(gè)生育階段土壤溶液相對(duì)濃度之間的關(guān)系。喬冬梅等[45-46]利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型展示了不同淺地下水埋深條件下作物生育期內(nèi)土壤水鹽動(dòng)態(tài)規(guī)律，并基于作物根系吸水項(xiàng)的垂向一維土壤水運(yùn)動(dòng)方程，成功地將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入根系吸水模型的建立中，結(jié)果表明吸水層集中在0～50 cm之間，最大吸水峰值在20～40 cm之間運(yùn)移。

將HYDRUS、SWAP 水鹽模型和MODFLOW 地下水流動(dòng)模型耦合，以解決在地表水與地下水交互作用下、特定灌溉條件下、特定種植作物下、不同灌溉制度下的土壤水鹽運(yùn)動(dòng)及其各要素的轉(zhuǎn)化關(guān)系[47-49]，構(gòu)建可以應(yīng)用于區(qū)域尺度的農(nóng)田水鹽動(dòng)態(tài)模擬GSWAP 模型，利用GIS 高效處理分析模型數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)可視化顯示和空間分析，開展了區(qū)域農(nóng)田水鹽動(dòng)態(tài)模擬[50]；修正后的水熱鹽耦合過程的機(jī)理性模型SHAW 模型具有精度高、真實(shí)可靠的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了季節(jié)性凍融土壤鹽漬化的精細(xì)模擬[51]。根據(jù)區(qū)域的需要，應(yīng)用改進(jìn)的分布式SWAT 模型對(duì)灌區(qū)的非點(diǎn)源污染進(jìn)行評(píng)價(jià)[52]，建立引發(fā)土壤鹽漬化的修正區(qū)域飽和—非飽和水流運(yùn)動(dòng)和溶質(zhì)運(yùn)移擬三維數(shù)學(xué)模型，并將其應(yīng)用于大區(qū)域水鹽運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬[53]。但在區(qū)域動(dòng)態(tài)預(yù)測中均存在一定的限制，而多過程耦合模型又容易存在參數(shù)率定驗(yàn)證困難、模型耦合結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。近年來，GIS、高光譜影像、DEM 等數(shù)據(jù)在區(qū)域土壤水鹽運(yùn)移監(jiān)測、時(shí)空模擬方面的研究逐漸成為熱點(diǎn)。因此，結(jié)合GIS 技術(shù)將土壤水鹽運(yùn)移模擬研究從田間擴(kuò)展到區(qū)域尺度，是未來河套灌區(qū)土壤水鹽運(yùn)移模型的研究方向。各類模型都有其特定的適用性及側(cè)重研究的問題，耦合模型可以多個(gè)過程同時(shí)模擬，充分考慮不同過程之間的相互作用，但在考慮更多子過程的同時(shí)也囊括了更多的參數(shù)，造成模型率定時(shí)容易出現(xiàn)“異參同效”現(xiàn)象，從而造成模型在實(shí)際應(yīng)用中的困難。在應(yīng)用時(shí)需要針對(duì)具體的研究區(qū)域和擬解決的問題進(jìn)行合理修正，以提升模型的適用性。

3 微咸水灌溉農(nóng)田-作物效應(yīng)

3.1 微咸水灌溉土壤環(huán)境效應(yīng)

微咸水灌溉區(qū)域，土壤環(huán)境效應(yīng)研究具有重要意義[54]。微咸水鹽分濃度過大，將使土地質(zhì)量存在潛在惡化的趨勢(shì)[55]。微咸水濃度達(dá)到某一臨界值時(shí)，鹽分在某一深度土層明顯集聚[56]。葉志剛等[57]研究表明，微咸水不同的灌溉組合也將緩解微咸水負(fù)效應(yīng)。田彤等[58]研究發(fā)現(xiàn)微咸水在玉米拔節(jié)期淋洗能降低土壤次生鹽堿化的風(fēng)險(xiǎn)。雖然微咸水灌溉易引起土壤積鹽，但在適宜的灌溉水平和鹽分質(zhì)量濃度下，結(jié)合合理的鹽分淋洗制度，這種環(huán)境負(fù)效應(yīng)會(huì)得到有效緩解。由于影響微咸水灌溉的因素眾多，目前的成果還很有局限性，如大面積推廣應(yīng)用尚有許多問題需要進(jìn)一步研究。

微咸水灌溉土壤水鹽運(yùn)移過程復(fù)雜，田間試驗(yàn)有局限性，許多研究學(xué)者開展了土壤水鹽運(yùn)移模擬研究，如基于HYDRUS 模型得出河套灌區(qū)優(yōu)化微咸水利用模式、灌溉方式等[57]。微咸水灌溉土壤次生鹽漬化潛在威脅加大，控制地下水位更為重要，郝遠(yuǎn)遠(yuǎn)等[41]基于HYDRUS-EPIC 模型模擬生育期內(nèi)根區(qū)土壤作物耗水需求，得出宜將淺埋區(qū)地下水平均埋深控制在1.3 m 以下。咸淡水輪灌模式對(duì)土壤水鹽運(yùn)移影響顯著，楊樹青等[56]運(yùn)用SWAP 模型預(yù)測了向日葵土壤表層（5 cm）和耕作層（100 cm）的土壤含鹽量。唐秀楠等[59]模擬了枸杞咸淡水輪灌模式，推薦“淡咸咸”為最佳輪灌模式。河套灌區(qū)微咸水灌溉的模型研究多針對(duì)農(nóng)田尺度，但此時(shí)的土壤水鹽運(yùn)移還受到周邊諸多環(huán)境因子的影響，研究還需加強(qiáng)。微咸水中的鹽分必然會(huì)影響到深層地下水及研究區(qū)以外的水環(huán)境，如何從河套灌區(qū)尺度上建立有效的數(shù)值模型，評(píng)價(jià)微咸水灌溉的水土環(huán)境效應(yīng)，是維持灌區(qū)鹽分補(bǔ)排平衡及環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。此外，咸水資源總量、可開采量、水質(zhì)、埋藏條件、時(shí)空分布狀況等是進(jìn)行微咸水灌溉決策的重要依據(jù)。有待構(gòu)建適宜河套灌區(qū)微咸水資源的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)體系。

3.2 微咸水優(yōu)化灌溉模式研究

在適宜的鹽分濃度和合理的灌水量、輪灌模式下，微咸水灌溉不會(huì)導(dǎo)致土壤次生鹽漬化[60]。當(dāng)采用黃河水（淡水）與咸水交替灌溉時(shí)，可對(duì)土壤環(huán)境影響最小，且作物相對(duì)產(chǎn)量在84%以上[56]。咸水灌溉量對(duì)土壤鹽分淋洗具有重要影響[62]，咸水灌溉后，土壤鹽分有一定的積累，但在灌溉淋洗（如秋澆）條件下，能實(shí)現(xiàn)土壤水鹽平衡[63]。而抽取地下微咸水灌溉后，灌區(qū)地下水位略有下降，可達(dá)到鹽分平衡[49]。針對(duì)微咸水灌溉模式的研究主要圍繞微咸水輪灌措施、礦化度、淋洗等方面進(jìn)行，這些成果已為河套灌區(qū)微咸水灌溉的推廣提供了有力支撐。但這些研究大多針對(duì)微咸水如何“灌”，然而要維持河套灌區(qū)的鹽分平衡，進(jìn)入?yún)^(qū)域的鹽分必須能有效排出區(qū)域外。所以，適宜的微咸水灌溉排鹽模式有待進(jìn)一步提出。

3.3 微咸水灌溉的作物效應(yīng)

針對(duì)不同灌溉定額對(duì)作物生長、水分利用效率、產(chǎn)量、糖分的影響研究報(bào)道較多。李金剛[64]提出玉米和葵花非生育期每2 年在4 月中旬淡水春灌1 次，灌水定額2 250 m3/hm2，生育期微咸水滴灌分別為3 300 m3/hm2和2 745 m3/hm2，。田彤等[58]推薦玉米全生育期滴灌8 次，每次225 m3/hm2，拔節(jié)期淋洗定額為1 050 m3/ hm2，均有利于作物生長。郭夢(mèng)吉等[65]得到微咸水對(duì)根系的影響主要集中體現(xiàn)在直徑<2 mm 的根系上。雷廷武等[66]研究發(fā)現(xiàn)咸水滴灌使河套灌區(qū)蜜瓜產(chǎn)量提高到39%～89%?？梢?，目前針對(duì)河套灌區(qū)幾種典型作物，均有優(yōu)化的微咸水灌溉制度和合理的微咸水礦化度研究成果，為保證微咸水灌溉下的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值奠定良好基礎(chǔ)。利用生物工程培育適合河套灌區(qū)微咸水水質(zhì)和土壤特質(zhì)的特色耐鹽作物有待進(jìn)一步深入。此外，從微咸水本身出發(fā)，提出適宜河套灌區(qū)微咸水水質(zhì)的低成本大規(guī)模咸水淡化技術(shù)以及相應(yīng)的咸水淡化設(shè)備的研制，將是微咸水灌溉條件下保證作物正常生長的關(guān)鍵。

總之，河套灌區(qū)微咸水利用潛力較大，隨著高效節(jié)水技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)作物的種植，這種需求更加迫切。但微咸水灌溉對(duì)作物、農(nóng)田水土環(huán)境的影響還有待進(jìn)一步研究。另外，磁化水具有促進(jìn)種子萌發(fā)、幼苗生長、提高產(chǎn)量、品質(zhì)和加快土壤鹽分淋洗的作用，對(duì)鹽堿地具有一定的改良作用[67-69]。今后的研究中，應(yīng)探討磁化水灌溉技術(shù)的適用性，提高灌區(qū)微咸水利用效率，針對(duì)不同作物的最佳磁化處理?xiàng)l件是今后的研究重點(diǎn)。

4 鹽堿地改良與土壤結(jié)構(gòu)改善

鹽堿地是重要的土地資源之一，我國鹽堿地面積約為3 600 萬hm2，占全國可利用土地面積的4.88%。其主要分布在北方和西北地區(qū)[70]。由于這些地區(qū)蒸降比大，形成了“無灌溉無農(nóng)業(yè)”的生產(chǎn)模式。具有農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ柠}堿地占中國耕地總面積10%以上。我國鹽堿地呈整體惡化、面積增加的趨勢(shì)，已成為影響我國區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)恢復(fù)建設(shè)的重要因素之一，因此鹽堿地改良成為一種有效增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的方式[71]。鹽堿地改良實(shí)際上就是通過適當(dāng)措施降低土壤鹽分、治理鹽堿化土壤，同時(shí)改善土壤板結(jié)的問題。近年來，在河套灌區(qū)開展了許多因地制宜的鹽堿地改良技術(shù)研究。

4.1 鹽堿地農(nóng)業(yè)改良綜合技術(shù)

土壤鹽堿化是易溶性鹽分在土壤表層積累的現(xiàn)象或過程，鹽分的累積會(huì)影響土壤的理化性質(zhì)，危害作物生長[72]。從降低鹽分量，增加土壤有機(jī)質(zhì)量，減少土壤表層蒸發(fā)等鹽漬化土壤產(chǎn)生的原因以及遏制鹽漬化程度再度惡化方面著手[73]，鹽堿地的治理措施有：生物措施[74]如調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、合理布局作物、種植耐鹽品種等；工程措施[75]如灌溉洗鹽、明溝或暗管排水工程；農(nóng)業(yè)措施如土地平整、深耕深翻、客土壓鹽、壓砂改良等；化學(xué)措施如施用土壤改良劑。各種鹽堿地改良措施各有優(yōu)缺點(diǎn)，從簡單的一種方法治理到多種方法并用，在河套灌區(qū)都有應(yīng)用[76]。由于水資源緊缺等原因，灌溉洗鹽等水利措施的應(yīng)用受到限制[77]，耐鹽作物在重度鹽堿地上的生物改良方法也有局限性，不同成分，不同品種的改良劑的涌現(xiàn)，使應(yīng)用化學(xué)改良劑進(jìn)行土壤改良邁上新臺(tái)階。粉煤灰、脫硫石膏、雙元改良劑綜合運(yùn)用可顯著降低鹽漬化土壤pH 值、電導(dǎo)率，起到控制土壤鹽分、促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成與穩(wěn)定，改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)作物生長的作用[78]。

針對(duì)河套灌區(qū)蒸降比較大的特點(diǎn)，開展了地表覆蓋抑鹽[79-80]、秸稈深埋阻鹽[81-82]、水肥鹽調(diào)控技術(shù)[83-84]和耕作控鹽技術(shù)[85-89]等集成模式研究。研究表明[90-91]構(gòu)建了西北沿黃灌區(qū)鹽堿地改良與利用的技術(shù)體系。秸稈還田在土壤保墑、出苗率、保苗率和增產(chǎn)方面均占優(yōu)勢(shì)，激光平地、秸稈還田的控抑鹽效果優(yōu)于傳統(tǒng)耕作。并得到河套灌區(qū)鹽堿地各技術(shù)效果優(yōu)先順序?yàn)椋核墅}調(diào)控技術(shù)>耐鹽作物與品種篩選技術(shù)>土壤耕作控鹽技術(shù)>土壤調(diào)理劑應(yīng)用技術(shù)。王凡[92]、董蕓雷等[93]提出了適宜該地區(qū)推廣應(yīng)用的耐鹽植物品種、耕作控鹽、秸稈深埋隔鹽、地表覆蓋蒸發(fā)控抑鹽、肥鹽調(diào)控、灌排控鹽、鹽堿地土壤調(diào)理制劑、作物抗鹽增產(chǎn)栽培等技術(shù)與優(yōu)化集成技術(shù)模式。脫硫石膏、有機(jī)肥的結(jié)合使用可明顯脫堿脫鹽，提高作物出苗率，增加作物產(chǎn)量[93-94]。生物炭、石膏、有機(jī)肥結(jié)合使用，以及秸稈還田、地膜覆蓋，秸稈覆蓋與有機(jī)肥結(jié)合運(yùn)用等措施可有效降低土壤含鹽量，增加有機(jī)質(zhì)，減少土壤蒸發(fā)[95]。鹽堿土施用保水劑，既能提高土壤持水能力又能抑制土壤氮肥和鉀肥的淋溶損失[96]。生物炭與木醋液復(fù)配，對(duì)土壤理化性質(zhì)具有良好的改善，有效抑制表層鹽分積聚[91]。綜合改良技術(shù)結(jié)合改良劑的應(yīng)用在灌區(qū)還是一個(gè)新的課題，許多機(jī)理和實(shí)際應(yīng)用技術(shù)尚在探索中。由于河套灌區(qū)政策性引黃水量減少等原因，傳統(tǒng)的水利改良措施的應(yīng)用受到限制，鹽堿地治理綜合技術(shù)的應(yīng)用更加重要，迫切地需要理論支撐。

4.2 PAM、SAP 對(duì)土壤理化性質(zhì)改良與土壤結(jié)構(gòu)改善的影響

表土結(jié)構(gòu)改良劑聚丙烯酰胺（PAM）是一種高分子聚合物[97]，主要是通過改變土壤體積質(zhì)量、孔隙度、毛管孔隙度、團(tuán)聚體數(shù)量等土壤物理性狀來絮凝細(xì)小土粒，穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)[98]。土壤保水劑（SAP）是一種人工合成的具有很強(qiáng)吸水能力的高分子樹脂[99]。通過改善土壤結(jié)構(gòu)、減少滲漏，抑制土面水分蒸發(fā)，改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤抗蝕性，起到水土保持、增加土壤持水性的作用[100]。針對(duì)河套灌區(qū)土壤類型復(fù)雜，鹽堿地面積大，蒸發(fā)強(qiáng)烈的問題，PAM 和SAP 的并用，可有效改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤水分入滲，減少土面水分蒸發(fā)量，減少徑流養(yǎng)分流失，增加土壤持水保肥能力，從而有利于植物對(duì)土壤中水分及養(yǎng)分的吸收，為植物生長創(chuàng)造較為適宜的物理環(huán)境[101-103]。PAM 可有效減少土面蒸發(fā)量，降低土壤飽和導(dǎo)水率，緩解土壤鹽漬化問題[97,104-106]。PAM 和SAP 可緩解土壤鹽漬化，同時(shí)增加土壤持水保肥能力，但是，對(duì)鹽漬化程度高的土壤，其改良效果甚微。土壤改良劑的應(yīng)用，對(duì)干旱地區(qū)作物增產(chǎn)效果明顯，但在鹽漬化土壤的應(yīng)用效果需進(jìn)一步深入研究。

4.3 土壤改良劑在灌區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的作用

鹽堿地已成為制約河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要障礙，為提高灌區(qū)糧食產(chǎn)量、促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，治理鹽堿地改良勢(shì)在必行[107]。土壤改良劑能有效降低土壤中交換性Na+的量，達(dá)到鹽堿土改良效果[108]。添加改良劑可以提高作物出苗率、增加產(chǎn)量，降低土壤pH 值、體積質(zhì)量和提高孔隙率[109-110]。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤改良劑的研究較多，且主要集中在改良劑對(duì)土壤的理化性質(zhì)、土壤中營養(yǎng)元素量、微生物量、作物生長等方面[111-113]。河套灌區(qū)鹽漬化土壤面積較大且鹽漬化程度不同，需研究適合灌區(qū)不同程度鹽漬化土壤改良劑，并揭示其機(jī)理至關(guān)重要。

生物炭在土壤保水保肥、改善土壤微觀結(jié)構(gòu)、增加有機(jī)碳量、促進(jìn)作物生長和增產(chǎn)及固碳減排等方面具有積極的作用[114]，其改良效果對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、土壤改良及生態(tài)修復(fù)等都具有重要意義[115-116]。目前生物炭多用于改良酸性土壤，而灌區(qū)鹽漬化土壤基本呈堿性，不恰當(dāng)?shù)氖┤肷锾靠赡軙?huì)產(chǎn)生土壤次生鹽漬化。因此，針對(duì)灌區(qū)不同鹽堿地應(yīng)施入適量生物炭，同時(shí)可以考慮施用復(fù)配型的改良劑，以提高改良土壤的效率。

5 凍融條件下土壤水鹽運(yùn)移與秋澆制度

5.1 河套灌區(qū)凍融土壤水熱鹽運(yùn)移規(guī)律與機(jī)制

河套灌區(qū)除了作物生長期蒸發(fā)積鹽外，還有凍融作用導(dǎo)致的春季地表二次積鹽[117]。國內(nèi)外眾多學(xué)者圍繞內(nèi)蒙古河套灌區(qū)特殊的地理、氣候、土壤、水文地質(zhì)、生產(chǎn)實(shí)際等條件下的凍融土壤水熱鹽運(yùn)移開展了大量研究。秋澆是河套灌區(qū)傳統(tǒng)的秋后淋鹽、春季保墑的一種特殊灌水制度，且秋澆后土壤經(jīng)過凍、融2 個(gè)過程，形成復(fù)雜的水鹽再分配，土壤水熱鹽具有強(qiáng)烈的耦合作用[118-120]。土壤凍結(jié)過程中，溫度梯度驅(qū)動(dòng)液態(tài)水的運(yùn)移，液態(tài)水凍結(jié)使得土壤負(fù)壓梯度增大，進(jìn)而導(dǎo)致液態(tài)水由溫度高處向溫度低處運(yùn)移[121]；鹽分在對(duì)流作用下隨水分運(yùn)移，導(dǎo)致凍結(jié)層積鹽[43,117,112]，河套灌區(qū)凍融期土壤主控鹽分類型為氯化鈉和硫酸鈉，當(dāng)凍結(jié)前土壤溶液濃度梯度為正時(shí)，凍結(jié)層易積鹽，反之凍結(jié)層主要表現(xiàn)為脫鹽[123]。氣溫的降低引起了地溫的滯后降低，且鹽分運(yùn)移機(jī)制比水分運(yùn)移機(jī)制更加復(fù)雜[43]。土壤凍結(jié)過程中存在完全凍結(jié)及部分凍結(jié)土層，且不同鹽分水平下2 種土層的分界線所對(duì)應(yīng)的溫度也有差別[124]。為了調(diào)控氣溫對(duì)土壤溫度的影響，秋澆前采用秸稈覆蓋秋澆農(nóng)藝措施，研究表明秸稈覆蓋改變了土壤溫度對(duì)氣溫變化的響應(yīng)關(guān)系，影響了水分、鹽分在土壤剖面的重新分配，提高了翌年春季水分可利用量，抑制了表層及耕作層春季返鹽，秸稈適宜覆蓋量0.6～0.9 kg/m2為宜[125-126]。近年來河套灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)改變、秋澆引水量減少，導(dǎo)致秋澆預(yù)留干地逐年增加，局部秋澆導(dǎo)致灌溉區(qū)地下水位迅速回落，可以達(dá)到很好的洗鹽效果，而非灌溉區(qū)地下水位和地下水含鹽量都顯著升高[127]。秋澆地的比例及其分布將會(huì)影響凍融期間秋澆地與預(yù)留干地的土壤水鹽運(yùn)動(dòng)，其水熱鹽協(xié)同調(diào)控機(jī)制有待深入研究。

5.2 河套灌區(qū)凍融土壤水熱鹽模型

伴隨著土壤凍融機(jī)理的研究，眾多學(xué)者也針對(duì)河套灌區(qū)開展了凍融土壤水熱鹽運(yùn)移模型的研究，定量描述該地區(qū)特殊條件下凍融土壤水熱耦合運(yùn)移[128-129]，均取得了較好的效果。在揭示季節(jié)性凍融地區(qū)土壤水熱鹽遷移規(guī)律和鹽漬化形成機(jī)制的基礎(chǔ)上，引入SHAW 模型建立了秋澆灌溉下水熱鹽耦合過程機(jī)理性模擬模型[51]，實(shí)現(xiàn)了季節(jié)性凍融土壤鹽漬化的精細(xì)模擬[130]，得出了適宜的秋澆前秸稈覆蓋量[131]?？紤]鹽分對(duì)土壤凍結(jié)點(diǎn)的影響改進(jìn)了土壤水熱鹽模擬CoupModel 模型，提出了減少凍融土壤水熱鹽運(yùn)移模擬不確定性的可行方法[37]與灌溉日期提前、灌溉周期延長和灌溉水量減少的決策[132]。但是，在凍融土壤水熱鹽運(yùn)移模型中（如CoupModel，SHAW 等），由于過程復(fù)雜、參數(shù)較多，導(dǎo)致模型存在高度的非線性。同時(shí)，凍融土壤參數(shù)難以通過試驗(yàn)獲得。而且，即使參數(shù)可以通過試驗(yàn)進(jìn)行測定，由于模擬環(huán)境的不確定性，參數(shù)在不同模擬條件下取值并非固定。另外，模型對(duì)于凍融過程描述的簡化也對(duì)模擬結(jié)果造成了不確定性，這些問題均有待深入研究。為了克服非線性、不確定性的弱點(diǎn)，凍融土壤水鹽運(yùn)動(dòng)的人工智能BP 網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型充分考慮了影響水鹽的多因素，實(shí)現(xiàn)了凍融土壤水鹽動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)的統(tǒng)一[36]。

5.3 河套灌區(qū)秋澆灌溉制度

自20 世紀(jì)80 年代以來，河套灌區(qū)的秋澆灌溉制度就受到了當(dāng)?shù)卣蛯W(xué)者的高度重視，但是土壤凍融過程中復(fù)雜的水熱鹽耦合關(guān)系對(duì)秋澆制度的研究帶來了一定的困難。如僅從多年秋澆實(shí)測資料分析，應(yīng)避免10 月進(jìn)行大量秋澆，而是把秋澆時(shí)間提前到9 月或是推遲到11 月的建議[132]，也有認(rèn)為早秋澆（白露前后）更能夠達(dá)到秋澆的理想效果[19,133]?；趯?shí)測水、熱、鹽數(shù)據(jù)，在SHAW 模型模擬河套灌區(qū)沙壕渠試驗(yàn)站秋澆后的水熱鹽運(yùn)移的基礎(chǔ)上，利用春小麥播種前的水分與鹽分，確定了輕度、中度、重度鹽漬化土壤的秋澆時(shí)間和秋澆定額分別為9 月28 日—10 月23 日和142～183 mm、10 月14—18 日和180～200、200～225 mm[18]。該結(jié)論與通過分析秋澆灌溉量與土壤含水率、地下水位、土壤含鹽量以及土壤溫度的關(guān)系得出的秋澆灌溉量為150～195mm[134]的結(jié)論接近。另外在作物生長過程的SWAP 模型基礎(chǔ)上，建立了SWAP-SHAW 耦合模型，針對(duì)季節(jié)性凍土區(qū)進(jìn)行長時(shí)間序列連續(xù)模擬，分析了不同排水條件對(duì)小麥生長發(fā)育的影響和不同鹽堿化土壤在不同秋澆定額下的鹽分動(dòng)態(tài)以及翌年小麥的生長發(fā)育情況，得出不同鹽漬化土壤的秋澆定額[135]。但是，以上田間試驗(yàn)研究和模型模擬研究均是點(diǎn)尺度研究，由于秋澆水量大、范圍廣，應(yīng)該從區(qū)域尺度上且考慮地下水位的動(dòng)態(tài)變化，結(jié)合當(dāng)?shù)胤N植結(jié)構(gòu)與引水量減少來深入探討秋澆灌溉制度。

6 河套灌區(qū)暗管排水

暗管排水措施能有效控制地下水位和防治土壤鹽漬化，改善土壤結(jié)構(gòu)和通透性，是保障鹽漬化灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)[136-137]。該技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，起初用于濱海鹽堿地[138]，學(xué)者們通過多年試驗(yàn)研究，提出了系列排澇降漬的暗管合理布局[139-141]。近年來，西北干旱半干旱地區(qū)開始嘗試?yán)冒倒芘潘畢f(xié)同灌溉進(jìn)行鹽漬化土壤治理，針對(duì)土壤水分、土壤鹽分、土壤理化性質(zhì)、以及氮素循環(huán)和作物產(chǎn)量等進(jìn)行了大量的田間試驗(yàn)[142-145]。由于暗管排水技術(shù)引進(jìn)時(shí)間晚，導(dǎo)致試驗(yàn)具有局限性，對(duì)于改良鹽漬化土壤的暗管布局研究相對(duì)較少[146]，尚未對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)性研究。對(duì)于暗管排水的數(shù)值模擬也進(jìn)行了大量研究，但也大多是在濱海地區(qū)與南方地區(qū)，其中多為DRAINMOD 模型，該模型能夠較好的模擬農(nóng)田排水過程[147-149]。同時(shí)也有利用HYDRUS 模型模擬暗管排水過程土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律，大多集中在干旱半干旱地區(qū)[144-146]。Cox 等[150]的研究表明DRAINMOD 模型同樣適用于干旱區(qū)，因此利用模型模擬干旱區(qū)農(nóng)田排水過程，研究改良鹽漬化土壤的暗管合理布局，將有待進(jìn)一步加強(qiáng)研究和推廣。

灌區(qū)通過暗管排水淋洗出鹽分，達(dá)到改良鹽漬化土壤目的，同時(shí)實(shí)施暗管排水將面臨的挑戰(zhàn)是如何維持土壤水鹽平衡，如何能夠保持控鹽與保墑之間的平衡，在排水過程中如何兼顧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及環(huán)境保護(hù)的影響，同時(shí)灌區(qū)長期大規(guī)模使用暗管排水肯定還會(huì)導(dǎo)致一些新的農(nóng)業(yè)環(huán)境問題，需要進(jìn)一步深入研究。

7 結(jié)論與展望

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)是我國重要的農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)和商品糧、油基地，是引黃河水灌溉形成的荒漠綠洲，在綠色發(fā)展的理念下，灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境也需要重新認(rèn)識(shí)。隨著引水量的減少、種植結(jié)構(gòu)的改變、節(jié)水改造工程以及鹽堿地改良工程的大量實(shí)施，灌區(qū)農(nóng)田水土環(huán)境和生態(tài)環(huán)境都發(fā)生了新的變化，問題更加復(fù)雜，需要多學(xué)科交叉開展研究。如何緩解灌區(qū)用水矛盾、摸清灌區(qū)水鹽空間分布特征，保障灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康是灌區(qū)發(fā)展的首要前提?；谝延械难芯砍晒?，今后應(yīng)在以下方面加強(qiáng)研究:

1）基于灌區(qū)生態(tài)安全的土壤水鹽運(yùn)移研究

結(jié)合生態(tài)需求，綜合考慮灌區(qū)水土環(huán)境、植被影響以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，將改進(jìn)的插值方法，遙感反演技術(shù)和生態(tài)水文模型相互結(jié)合，綜合分析灌區(qū)不同尺度耗水和水鹽動(dòng)態(tài)對(duì)不同用水管理措施的響應(yīng)規(guī)律；確定適用于該地區(qū)的模型；對(duì)比分析不同節(jié)水、排水、生態(tài)補(bǔ)水方案情況下的用水管理策略。為灌區(qū)合理利用水土資源提供有效的技術(shù)支持。

2）基于多種方法對(duì)鹽堿地改良的研究

傳統(tǒng)鹽堿地改良方法的應(yīng)用受到限制，且治理重度鹽堿地的效果甚微，耐鹽作物種植是微咸水灌溉和鹽堿地改良經(jīng)濟(jì)有效的途徑之一，利用生物工程培育適合河套灌區(qū)微咸水水質(zhì)和土壤特質(zhì)的特色耐鹽作物，結(jié)合磁化水來提高耕作區(qū)微咸水利用效率，并通過結(jié)合施用改良劑等多種鹽堿地改良方法有待進(jìn)一步深入研究。隨著技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，暗管排水技術(shù)近年開始在河套灌區(qū)改良鹽漬化土壤中應(yīng)用，但如何能夠保持控鹽與保墑之間的平衡，充分利用有限的水資源，在排水過程中如何兼顧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及環(huán)境保護(hù)的影響，需要進(jìn)一步深入研究。

致謝：感謝王國帥、吳迪、王維剛、張文聰、婁帥、孫偉、郭珈瑋、周利穎、竇旭等在文獻(xiàn)查閱中給予的大力幫助。