9 第九讲土壤盐渍化.ppt.ppt

第九讲 土壤盐渍化,陈丽霞中国地质大学（武汉）地空学院地球信息科学与技术系,一、基本概念,二、我国土壤盐渍化的特点,三、土壤盐渍化的机理,四、土壤盐渍化的分级,五、土壤盐渍化的防治,土壤盐渍化,主要内容,一、概念,土壤盐渍化又称土壤盐碱化，是指在自然和人为作用下土壤表层盐分含量不断增加，以至超过某一限度的地质过程和现象。,土壤盐渍化所造成的土地退化是荒漠化的主要类型之一，因而土壤盐渍化被视作一种环境地质问题。,土壤盐渍化是一个世界性的问题，涉及全球100多个国家和地区.研究表明，当土壤含盐量达到干土重的0.3-1%时，即相当于弱盐渍土或中等盐渍土时，农作物的产量仅为正常产量的1/10-1/30。,成因分类：,原生盐渍化,次生盐渍化,由自然环境因素（气候、地质、地貌、水文和土壤条件等）变化引起的土壤盐渍化,人类对土地资源和水资源不合理利用引起的区域水盐失调，所导致的土壤表层不断积盐的过程。,我国是一个农业大国，但因山地、丘陵、高原占全国面积的69%，适宜耕作的土地数量不多。根据统计资料，1950年我国人均耕地为2.7亩，20世纪90年代降至1.5亩，2006年降至1.4亩。在耕地严重不足的条件下，为满足人口急剧增长对植物食品的需求，迫使人们不断扩大耕地规模，由于利用和管理不当，土壤盐渍化问题日益突出，盐渍化土地的面积以每年近700km2的速度扩大。除基本建设和住宅建设平均每年占用耕地2000万亩外，土壤盐渍化的快速发展是可耕地不断减少的原因之一。,发展速度快,二、我国土壤盐渍化的特点,盐渍化在我国分布很广，除滨海半湿润地区盐渍土外，大部分分布在沿淮河秦岭巴颜喀拉山唐古拉山一线以北，即北纬33度以北的干旱半干旱地区。据现有资料，全国18个省区分布有盐渍土，总面积约81.8万km2，占全国面积的8.5%，其中现代盐渍土约占45%（36.93万km2）,残余（历史上形成的）盐渍土约44.87万km2，另外，还有潜在的盐渍土17.33万km2（含盐量较高具备形成条件）。,区域分布广泛,北纬33以北的干旱和半干旱地区,其中分布面积最广的是内蒙古，其次是山东，再次是新疆，第四位是河北。,（一）极端干旱荒漠盐渍土区 塔里木盆地、吐鲁番盆地和柴达木盆地。（二）干旱荒漠和荒漠草原盐渍土区 1、黄河中上游半干旱半荒漠盐渍化区 包括陕西、甘肃、青海、内蒙古的部分和宁夏的大部分地区。区内除现代积盐的硫酸盐氯化物或氯化物硫酸盐盐渍土外，还有部分残余盐渍土。2、甘、蒙、新干旱荒漠盐渍化区 包括甘肃河西走廊、内蒙古西部阿拉善高原和新疆天山以北地区，分布土壤含盐量很高的内陆盐渍土。（三）半干旱和干旱草原盐碱化区 主要分布在内蒙古东部高平原，包括呼伦贝尔高平原和内蒙古草原东部地区。,按自然地理条件、形成过程和盐分组成，可将我国盐渍土划分为7个类型区：,（四）半干旱、半湿润苏打盐渍化区 集中分布在松嫩平原、三江平原和内蒙古东部地区。区内的盐渍化土壤为苏打土，可分为松辽平原半湿润草甸碱化苏打斑状盐渍土和三江平原半湿润草甸沼泽零星苏打盐渍化土。（五）半湿润季风气候盐渍苏打碱化区 我国盐渍化土壤分布面积最大的类型区，主要分布在半干旱半湿润的华北平原、山西汾河流域和陕西泾、渭河流域。可分为黄淮河草甸盐渍土亚区和汾渭河谷半干旱氯化物硫酸斑状盐渍土亚区。（六）半湿润和湿润季风气候滨海盐渍化区 主要分布在我国东部滨海低平原和各大河三角洲。由于长期受海水侵袭，土壤和地下水含盐量很高。（七）高寒荒漠湖盆盐渍土区 主要指昆仑山以南、横断山以西的青藏高原。该高原的众多短而分散的内流河汇成许多孤立的湖泊，湖水含盐蒸发形成。,黄河三角洲的土壤盐渍化分布,1997年,2000年,据内蒙河套平原的统计资料，许多渍区每年因盐渍化而死亡的作物占播种面积的10-20%，甚至达到30%以上。黄淮海平原仅轻度、中轻度盐渍土就造成农作物减产10-50%，重度的则颗粒无收。山东因此造成的经济损失就达15-20亿元，宁夏平均每年减产4000多万kg，新疆则达1亿kg。,危害严重,（一）危害农业和畜牧业,（二）危害交通电力等基础设施安全,盐渍土具有腐蚀性，对建筑物基础产生一定危害。如在盐渍土地段埋设的混凝土电线杆，会发生电线杆被腐蚀和局部裂缝现象，严重危及送电线路的安全，盐渍土对铁路路轨的腐蚀性也不容忽视。,（三）导致生态环境恶化,重度盐渍化地区，地表返盐严重，形成大片盐碱地或光板地，盐结皮普遍，无植物生长或仅局部可见低矮、稀疏的红柳和盐蒿，生态环境严重恶化，再进一步发展即造成盐漠化。,三、土壤盐渍化的机理,在50年代，苏联学者认为，潜水积极参加土壤的成壤过程乃是土壤盐渍化最普遍和最根本的原因。这种说法并不全面。例：我国西北荒漠地区，罗布泊、河西走廊。长江三角洲地区、江汉平原。,所以，有必要从盐渍土的形成条件和土壤中盐分的运移机理两方面来讨论。,地形条件盐渍土的分布往往与地形条件有密切的关系，现有的盐渍土和潜在的盐渍化地区都集中在各种大小的低地和洼地。大者如山间盆地（柴达木盆地）、山前平原（河北平原、松嫩平原）、河流下游的冲积平原三角洲地区、滨海、滨湖平原低地以及干旱的大型的风蚀洼地等地区。,外部条件,1、形成条件,地势低洼处多是地下水的排泄区。地下水从补给区到排泄区的径流过程中，随蒸发浓缩和水岩相互作用，盐分不断积聚，矿化度不断增高，为土壤盐渍化的发育提供了充足的盐分来源；低地和洼地通常也是地表水的汇区，地表径流将盐分从周边地势较高处携带到此，也为土壤的盐渍化提供了盐分来源；低地或洼地处的潜水埋藏深度相对较浅，水分蒸发散失在大气中，而盐分则留在土壤中，不断在地表积累。此外，微地形的变化也会引起土壤盐分的再分配。,外部条件地形条件,气候条件是影响土壤盐渍化的另一重要因素。我国大部分盐渍土分布在北方干旱、半干旱区和滨海地区，其分布特征与气候条件的分布相一致。（1）降雨与蒸发 关于降水和蒸发与土壤积盐的关系，考斯加柯夫提出了水盐均衡系数的概念：A=/v式中：A水盐均衡系数（无量纲）；为降水入渗系数（%）；为大气降水量（mm/a）；v为土壤水分蒸发量（mm/a）。A1的地区，土壤朝脱盐方向发展。,外部条件气候条件,（2）风的作用,风在盐渍土壤形成中的作用主要表现在两方面：一是在内陆盐矿体、盐沼泽、盐池或盐漠附近，盐分呈固体粉末被风力侵蚀、搬运，在沉降区聚集形成盐渍土，或者在滨海地区或内陆盐湖附近，海水或咸水随风飘洒，降落在地表促进土壤的盐渍化；二是风力作用可增强土壤蒸发强度，促进土壤的积盐过程。,外部条件地表径流,地表径流对土壤盐渍化的影响主要有两种：一是直接影响，即通过河流泛滥或灌溉将盐分直接带入土壤中，使土壤含盐量升高，发生土壤盐渍化；二是间接作用，即由于河流和灌溉对地下水的补给作用，使得地下水位提高甚至上升至地表，在蒸发作用下将盐分带入土壤中。,外部条件土壤冻融,在高纬度或高海拔地区，土壤在一年中有较长时间的冻结期，土壤水盐运动与土壤的冻融有密切关系。春季时土壤表层温度高，水分在表层汽化较多，溶解在水分中的盐分也随之向地表运动，形成春季积盐期。秋季气温高，土壤冻土层全部解冻，土壤水分以上行为主，成为秋季积盐期。冻结期冻土层和地下水埋深仍存在着一定的水力学关系，上层土壤冻结后，冻土层与其下部的土层存在着一定的温度差，此时土壤水分会从下部较温暖湿润的土层中向冻土层运动，并将溶解在水分中的盐分带入冻土层，形成一种隐蔽性积盐过程。,土壤次生盐渍化（1）将盐份带入，如灌溉、施肥、喷洒农药和废物排放。（2）改变区域水文循环模式或地下水的神流程。如水力工程建设或采排地下水。引水蓄水工程改变了地下水的循环，将深部高矿化水带到地表，或使地下水潜水位增高，使潜水或土壤水的蒸发水量变大，加速了土壤的积盐过程。例如，酝酿多年的南水北调工程。有人曾做过估计，按年调水300亿m3计，调入区每年增加的盐份就达600多万吨。,外部条件人为活动,影响土壤积盐的内部条件主要是地下水和介质条件两个方面。地下水条件：主要指潜水的埋藏深度和矿化度；介质条件：指包气带的岩性结构和潜水含水层的透水性。这四个要素通过影响水分和盐分在地下水包气带中的迁移转化过程，从而影响土壤的积盐和脱盐过程。,内部条件,潜水的埋藏深度 潜水的埋藏深度较小时，蒸发作用明显。临界深度分析土壤盐渍化成因的一项重要指标“不会引起作物根系活动层产生盐渍化的潜水面所处的最小深度”“临界深度的大小”是支持毛细的最大上升高度与作物根系活动层厚度之和。不同作物根系活动层厚度不一，一般取0.6-1.0m，最大毛细上升高度与包气带岩性有关。所以，在不同地区是个可变值。在我国河北平原，“临界深度”约为3.5-3.8m，在河南豫北引黄灌区，约为2m。,内部条件潜水的埋藏深度,内部条件潜水的矿化度,潜水的矿化度 潜水的矿化度反映了潜水中含盐量的多少。在潜水埋藏深度小于“临界深度”的条件下，矿化度越高，潜水供给土壤的盐分就越高，土壤盐渍化的可能性就越大。在潜水埋深小于“临界深度”条件下，如果抽取潜水进行灌溉，潜水的矿化度越高，土壤获得水量的同时，也会获得更多的盐分。,构成土壤包气带的颗粒较细，毛细上升的最大高度越大，“临界深度就越大”。在潜水埋深相同的不同地段若包气带有细颗粒组成，潜水的蒸发作用越明显，土壤积盐越显著。除此之外，毛细上升高度还与包气带的岩性组合有关。,内部条件包气带岩性结构,潜水含水层透水性好坏，往往决定地下水交替的快慢。如果透水性好，来自包气带的淋洗水进入透水性好的含水层，可及时被带走，有利于土壤的脱盐。另外，由于径流条件，如地下水交替积极，往往潜水矿化度也相对较低。,内部条件潜水含水层的透水性,2、包气带与外部环境间的盐分交换,包气带是一个典型的开放系统，与外界环境间不断地进行着水分和盐分的交换。从总体上看，可将它与环境间的盐分传输关系分为两大类：一是来自环境中的盐分在包气带内积聚，即盐分从环境向包气带内输入；二是包气带内的盐分排向外部环境，即盐分从包气带向环境输出。当来自环境的盐分输入与系统向环境的盐分输出大致相同时，包气带处于宏观稳定状态；当盐分输入持续高于盐分输出时，包气带内以积盐作用为主，土壤发生盐渍化；当盐分输入长期低于盐分输出时，包气带内以脱盐作用为主，土壤中的盐分含量呈减少趋势。,土壤中可溶性盐分的输入和排泄主要受土壤与其环境间水分传输规律的控制。,外部环境向包气带补给的水分有两类：降水、灌溉水、地表水（如河水、湖水）等下渗形成的水分；潜水提供的向上运移的毛细水。,土壤水向外部环境的排泄方式也可分为两种：通过蒸发和蒸腾作用，由下向上排入大气；在重力作用下，由上向下排入潜水含水层或侧向地表水体。,3、盐渍土形成的基本模式,根据上述包气带与外部环境间的盐分交换关系，可以将盐渍土的成因归纳为两种模式。,（一）盐分单向输入的土壤盐渍化模式,（二）盐分双向输入的土壤盐渍化模式,盐分单向输入的土壤积盐模式,在潜水埋藏深度较大，毛细上升高度远低于植物根系主功能区的地段，潜水既不能为土壤层和植物供给水分，也不会供给盐分。土壤盐分主要来自地表，由风尘、大气降水、灌溉水或暂时性地表径流所携带的盐分提供，形成由上而下的盐分输入方式。,对于这种成因的盐渍土，人们常用刮去盐结皮的办法，将盐碱地改造成可垦植的土地。,广泛分布于我国内蒙古、青海、新疆等地。,这种盐渍土形成模式大多发生在毛细上升高度接近或高于植物根系主功能区的地下水浅埋藏地段。,盐分双向输入的土壤积盐模式,干旱半干旱地区，农田、平原水库周边、渠道两侧和地形局部低洼处,这种条件下，土壤包气带的盐分输入来自两个方向：一是大气中飘浮的盐粉的沉降以及降水和灌溉水携带的盐分随入渗水进入土壤，构成自地表向土壤层的盐分输入过程；二是地下潜水或上层滞水通过毛细管吸水，自下而上地向土壤包气带输入盐分。在强烈的蒸发作用下，土壤包气带中水分不断耗散，致使水去盐留过程不断持续，最终形成盐渍土.,盐化土盐化主要是指含有较多的NaCl和Na2SO4的盐渍土。因土壤中粘粒组成份多，当形成吸附复合体后（吸附复合体由所有小于0.001mm的土壤胶体粘粒组成），可以表现出一定的交替吸附功能，它通常能吸附Ca2+、Mg2+、Na+、H+等。碱化土又称苏打土，主要指含有较多Na2CO3（苏打）、NaHCO3（小苏打）的盐渍土。若土壤中含有大量的Na2CO3、NaHCO3遇水时会水解，形成强碱NaOH对作物根部起腐蚀作用。另一方面，在高浓度条件下，土壤中的Na+可有相当部分被土壤吸附复合体吸附，从而使土壤胶体具较强的亲水性，分散性。,1、盐渍土的分类,四、土壤盐渍化的分级,2、盐渍土的分级,按土壤全盐量及作物产量因盐渍化而降低的程度，前苏联学者对盐土进行了分级,（按土壤盐分的总含量及类型拟定的适用于作物的土壤盐渍化分级）,我国目前普遍采用的土壤盐渍化分级标准是在此基础上制定的。该分类主要按地区和盐分类型大体归纳为两种含盐量系列,我国的土壤盐渍化分级指标,土壤盐分的组成不同，其危害程度也有所不同。根据对作物的危害程度由大到小，可将盐分大致按下列顺序排列：Na2CO3 NaHCO3 NaCl CaCl2 MgSO4 Na2SO4。即对作物危害最大的阳离子是钠离子，当作物从盐渍化土壤中吸收过多的钠离子时，将会抑制对钙和钾的吸收，造成作物缺钙；阴离子的危害程度为CO32-Cl-SO42-。一般情况下，单一盐类的危害程度大于复合盐类，即当多种盐类同时存在时，危害程度有所降低。,五、土壤盐渍化的防治,在长时间尺度上，环境的盐分输入大于土壤包气带向环境的盐分输出，致使土壤积盐作用强于脱盐作用。,因此，土壤盐渍化防治的基本原则是：,土壤盐渍化发生的根本原因在于：,切断或削减环境向包气带的盐分输入，或增强包气带向环境的盐分输出，使得土壤盐分处于收支均衡状态或以脱盐作用为主。除人为控制盐分的输入、输出外，调整包气带岩性结构也是进行土壤盐渍化防治的重要手段。,（1）减少土壤盐分的输入,地表水体的防渗对水库、渠道等地表水体进行浆砌，或使用粘土、薄膜、橡皮等防渗材料铺底，减少地表水对地下水的渗漏补给量，防止潜水位的抬升。减少灌溉水的回归下渗 为了减少灌溉水的回归下渗和节约水资源，可根据作物生长期需水情况，改用渗灌、喷灌、滴灌等方式适量灌水。人工排水即人为添加地下水的排泄项，增大地下水的排泄量，降低潜水位，使潜水埋藏深度大于“临界深度”。,降低潜水位,即通过降低潜水位，使潜水埋藏深度大于“临界深度”，从而减少地下水的水分和盐分向包气带内的输入。,防止高矿化水进入土壤,主要是慎重使用或尽量避免咸水和污水灌溉，防止或减少高矿化水进入土壤。,（2）增强土壤盐分的排出,利用矿化度较低的淡水进行定期灌溉，可对土壤中的盐分起到“淋洗”作用，使土壤盐渍化得到治理。如果土壤盐渍化地区的包气带较厚，且颗粒较为粗大，则渗透性较好，灌溉水易于入渗到包气带下部或进入潜水含水层，且不会发生返盐。在这类地区，尤其是符合这类条件的干旱、半干旱地区，可定期进行大水漫灌，将土壤表层的盐分溶解淋洗到地下。对于包气带较薄且颗粒较细的盐渍化地区，土壤透水性较差，灌水淋洗的效果不佳，且易造成土壤表层返盐。在这类地区，可先灌水浸泡，充分溶解土壤表层积聚的盐分，然后这些将溶有大量盐分的积水排掉，从而将盐分带离农田。,（3）改善包气带岩性结构,通过改善包气带岩性结构实现土壤盐渍化防治的途径有两个：一是降低支持毛细水的最大上升高度，或增加包气带的厚度，使当前的潜水水位低于土壤盐渍化的“临界深度”；二是增加包气带的透水性，使来自包气带上边界的水分能够畅通地渗入到作物根系活动层以下或进入潜水含水层，起到“淋洗”土壤盐分的作用。,（4）其他措施,通过深耕、松土、施用有机肥等措施，改善表层土壤的理化性质；种植牧草和田间林带，提高田间的封闭程度，减少土面蒸发；因地制宜，培育种植耐盐作物；施加石膏，取代土壤中的Na+，利用工业废硫中和土壤碱性，进行土壤整治，降低盐渍土对作物的危害。,ASTER遥感影像数据在土壤盐渍化评价中的应用,盆地内气候干旱，蒸发量达，地下水埋深大多处于1-3m之间，导致该区域内存在大面积、不同程度的盐渍化土壤，严重影响了该地区农业及生态的发展。,新疆焉耆盆地,2002年11月10日ASTER图像（1:15万）,野外试验点分布图（1:15万）,焉耆盆地平原区土壤盐渍化分布图（1:15万）,49,土壤盐渍化的定义是什么？,课堂作业,