马 原

(辽宁省锦州水文局，辽宁 锦州 121000)

1 研究背景

土壤盐渍化也可称为土壤盐碱化，主要是指地下水或者土壤底层水中的盐分积累在表层土壤中的过程[1]。我国的盐渍土主要分布在干旱和半干旱地区，沿海地区也普遍存在土壤盐渍化的问题[2]，盐渍化可严重影响作物的产量与质量，因此土壤盐渍化问题严重制约着这些地区的农业发展[3]。盐渍化的改良措施一般可分为化学措施、生物措施和综合措施等[4- 5]，为制定科学合理的、适应地区具体特点的改良方案，需要首先对自然条件下的土壤盐碱化变化规律进行研究，而在自然条件下，降雨是土壤盐分运动的主要影响因素之一，因此研究降雨的淋洗效用具有重要的现实意义。在传统研究中，一般采用淋洗保证率来衡量降雨的淋洗效用[6]，但该指标只能表示降雨有效淋洗作用的范围大小，不能表示该作用的程度。傅皓昕[7]提出了降雨洗盐效用的程度指数，并以此分析了丹东市各地区降雨淋洗作用的程度大小，使得相关研究人员可以从范围和程度两个层面来衡量降雨的淋洗效用；但是，傅皓昕[7]的研究分别采用了两个不同的指标来表示降雨淋洗作用的两个方面，这在实际应用中还不够直观明确。因此，本文基于淋洗保证率和降雨淋洗效用程度指数提出降雨淋洗效用综合指数，并以锦州地区的10个区县(市)为例对该指数进行实际应用，分别得到各地区在500～1000区间内不同降雨条件下的降雨淋洗作用的有效范围、程度、和综合指数。

2 降雨淋洗保证率

降雨淋洗保证率主要用于表示降雨淋洗作用的范围大小，其表达式为：

(1)

式中，Peff—降雨淋洗保证率，%；Aeff—淋洗作用面积；A—总面积。

锦州市各地区的总面积可根据统计年鉴查得；淋洗作用面积则要根据不同降雨条件下的土壤盐分浓度与作物的耐盐极限浓度来确定：当在某降雨强度下土壤盐分的浓度降低至耐盐极限浓度以下，则认为该面积属于淋洗作用面积，否则不属于。

锦州市各作物的耐盐极限浓度主要采用纸上发芽法来确定。首先配置不同浓度的氯化钠溶液，选取溶液放入发芽盒的发芽纸上，发芽盒内同时放有锦州市地区较为常用的作物种子；每份单项样本含种子20粒，为充分研究试验结果的不确定性，每份作物样本共重复取样20次。样本采用恒温培养法进行发芽试验，恒温培养装置采用智能光照培养箱，其温度的设定参照GB/T3543.1- 2005《农作物种子检验规程》。根据不同盐分浓度下的种子发芽率，估算作物发芽率为10%时的盐分浓度，该值则为作物的耐盐极限值。

根据不同样本的试验结果所得到的各作物耐盐极限值略有差异，为呈现试验结果的不确定性，做锦州市主要作物耐盐极限浓度值的箱线图，如图1所示。

图1 锦州市主要作物耐盐极限浓度值

图1中，各箱线图中的最低线表示各样品结果中的最小值，最高线表示最大值；箱底部表示的为各样品结果中的25%值(即25%的结果低于此值)，中线表示的为50%值、而上部表示的为75%值。根据图1可知，各作物的试验结果均具有不确定性，一方面是因为每份样本中的种子数不可能达到理想状态下的“无限多”，另一方面也是因为试验中不可避免地存在种子本身特性、溶液均匀度、发芽纸品质、温度分布等较难控制的差异因素。在图1中，图形覆盖范围越小表示确定性越强，反之则越大；可见，锦州市各主要作物中，西红柿的作物耐盐极限浓度值测定结果较为一致，其最大最小值差异值为0.16g/L，而韭菜的试验结果不确定性较大，其最大最小值差异值为g/L。所有作物的平均最大最小值差异值为0.315g/L，该值相对较小，因此可以认为试验的不确定性可以接受。一般认为，试验结果中最高和最低的25%值具有较大的偶然性，因此选取75%值为最终结果，该值一方面具有较小的偶然性，另一方面代表较为不利的情况，更为安全。

不同降雨条件下的土壤盐分可采用水盐平衡公式估算[8]，其公式为

dW=G+I+P-J-L-B

(2)

X=Xc+Xg+XI-XJ-XL-XB

(3)

式中，dW—土壤含水量的变化值；G—灌溉水量；I—作物吸水量；P—降雨量；J—降雨地表径流量；L—降雨地下径流量；B—地下水补给量；X—盐分；Xc—初始缘分；Xg—灌溉水盐分量；XI—地下水盐分量；XJ—降雨地表径流盐分；XL—降雨地下径流盐分；XB—地下水补给盐分量。

锦州市的年均降水量在500～600mm之间，而1994和1998等年份均超过了1000mm，因此选取的降雨研究范围为500～1000mm。根据式(2)、(3)，计算锦州市各区划在不同降雨条件下的土壤盐分浓度，并与图1所示结果进行对比，得到各地区的淋洗作用面积，最后再采用式(1)计算降雨淋洗保证率，结果如图2所示；其中L1～L10分别表示锦州市的古塔区、凌河区、太和区、松山新区、龙栖湾新区、经济技术开发区、黑山县、义县、凌海市、和北镇市。

图2 不同降雨条件下锦州市各地区的淋洗保证率

在淋洗保证率的空间分布方面，松山新区在不同降雨条件下的平均值最高，为80.16%，说明在同样的降雨条件下，该地区的降雨淋洗作用面积较广，因此该地区有较高比例的植面积依赖于人工改良措施；太和区在不同降雨条件下的平均值最低，仅为73.37%，说明在同样的降雨条件下，该地区的降雨淋洗作用面积较小，因此该地区有较低比例的植面积依赖于人工改良措施；平均而言，锦州全市在不同降雨条件下的平均值为77.44%，低于100%，说明存在土壤盐渍化的问题，因此在许多情况下都需要采取人工的盐碱地改良措施。在降雨条件的影响方面，各地的降雨淋洗保证率均在总体上呈现出随降雨量的增多而升高的趋势；当降雨量低于650mm时，全市平均的降雨淋洗保证率低于70%，需要采取较大规模的洗盐措施；当降雨量达到约800mm时，全市平均的降雨淋洗保证率约为80%，可采取中等规模的洗盐措施来控制土壤盐渍化问题；当降雨量超过900mm时，全市平均的降雨淋洗保证率接近90%，仅需要较小规模的洗盐措施。

3 降雨淋洗效用程度指数

根据淋洗保证率的定义和式(1)可知，该指标只可以表示降雨有效淋洗作用的范围大小，而不能表示该作用的程度，因此傅皓昕[7]提出了降雨淋洗效用的程度指数：

(4)

式中，S实—土壤盐分浓度；S极—作物耐盐极限值。

根据上式可知，当R值较大时，说明土壤的盐分浓度较高、即降雨淋洗效用的程度较低。在计算淋洗保证率时，已经估算了锦州市各地区在不同降雨条件下的土壤盐分浓度，而锦州市主要作物的耐盐极限值也通过试验得出，因此根据式(4)，可计算出锦州市各地区在不同降雨条件下的淋洗效用程度指标，如图3所示。

在淋洗效用程度指数的空间分布方面，北镇市在不同降雨条件下的平均值最高，为0.798，说明在同样的降雨条件下，该地区的降雨淋洗效用程度最小，即该地区的平均地表土壤盐分最大；松山新区在不同降雨条件下的平均值最低，为0.769，说明在同样的降雨条件下，该地区的降雨淋洗效用程度最大，即该地区的平均地表土壤盐分最大；平均而言，锦州全市在不同降雨条件下的平均值为0.783，说明存在该地区存在土壤盐渍化的问题。在降雨条件的影响方面，各地的淋洗效用程度指数均在总体上呈现出随降雨量的增多而降低的趋势；当降雨量为550mm时，全市平均的淋洗效用程度指数高于0.9，对人工洗盐措施的要求较高；当降雨量达到700mm时，全市平均的淋洗效用程度指数高于降低至0.8，对人工洗盐措施的要求有所降低；而当降雨量达到900mm时，全市平均的淋洗效用程度指数高于降低至0.7，对人工洗盐措施的要求较低。

4 降雨淋洗综合效用指数

淋洗保证率和降雨淋洗效用程度指数分别表示淋洗作用的范围大小和程度大小，这在实际应用中还不够直观简单，且难以得到一致明确结论，因此本文基于淋洗保证率和降雨淋洗效用程度指数提出简单使用的降雨淋洗效用综合指数RZ：

(5)

该式表明的涵义为：降雨淋洗效用的范围越大、且程度越大(程度指数越小)，则降雨淋洗效用综合指数越大。

表1 不同降雨条件下锦州市各地区的综合淋洗效用指数

根据图2、3数据，采用式(5)计算得到不同降雨条件下锦州市各地区的综合淋洗效用指数，结果见表1。在综合指数的空间分布方面，松山新区在不同降雨条件下的平均值最高，为1.07，说明该地区的盐渍化问题相对较轻；太和区的平均值最低，为0.96，说明该地区的盐渍化问题相对严重[9- 10]。在降雨条件的影响方面，各地的淋洗效用综合指数均在总体上呈现出随降雨量的增多而升高的趋势；一般当降雨量低于700mm时，全市淋洗效用综合指数均低于1，需要较大幅度的人工洗盐措施；当降雨量介于750～850mm时，全市淋洗效用综合指数约处于1左右，需要中等幅度的人工洗盐措施；而当降雨量高于900mm时，全市淋洗效用综合指数均大于1，则仅需要较小幅度的人工洗盐措施。

5 结论

文章分析了锦州市的淋洗保

证率和降雨淋洗效用程度指数，并提出了降雨淋洗效用的综合指数以进一步增强评估结果的直观性于明确性。结果表明，锦州市松山新区的土壤盐渍化问题相对较轻；而太和区则相对严重；当年降雨量低于700mm时，锦州市需要采取较大幅度的灌溉与排水等人工洗盐措施；当降雨量介于750～850mm时，需要中等幅度的人工洗盐措施；而当降雨量高于900mm时，则仅需要较小幅度的人工洗盐措施。

[1] 方生, 陈秀玲. 防治灌区土壤盐碱化与水资源开发利用[J]. 水利规划与设计, 1997(04): 23- 26.

[2] 朱海波, 俞双恩, 王君. 沿海新垦区灌水和降雨条件下暗管排水洗盐效果试验研究[J]. 中国农村水利水电, 2015(02): 99- 104.

[3] 张义凯, 向镜, 朱德峰, 等. 盐碱地耕作及洗盐对水稻根系生长和形态特性的影响[J]. 中国稻米, 2017, 23(03): 67- 70.

[4] 陈诚, 罗纨, 贾忠华, 等. 江苏沿海滩涂农田高降渍保证率暗管排水系统布局[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(12).

[5] 王军海. 苏打盐碱土灌区退水排放模式研究[J]. 水利规划与设计, 2014(04): 26- 30.

[6] 李山. 灌区控制排水条件下水盐调控及农田湿地盐分动态研究[D]. 西安理工大学, 2017.

[7] 傅皓昕. 丹东市降雨洗盐特征解析[J]. 水利技术监督, 2017(02): 82- 84.

[8] 彭振阳, 伍靖伟, 黄介生. 应用连续混合器模型模拟非饱和土壤盐分淋洗过程[J]. 水科学进展, 2015, 26(04): 550- 559.

[9] 张海军. 水资源保护监测存在问题及建设初探[J]. 水土保持应用技术, 2016(03): 40- 43.

[10] 曲锦艳. 辽宁省水资源存在的问题与保护对策[J]. 水土保持应用技术, 2002(06): 16- 17.