美国加利福尼亚大学柏克莱分校土壤环境化学博士
现任美国能源部橡树岭国家试验室研究员

一、土壤盐硷化的成因
二、灌溉与土壤的盐硷化
三、海水侵入与土壤盐硷化
四、建坝对下游地区盐硷化的影响

在环境保护的研究中,人们对土壤盐硷化的成因已经有相当清晰的了解。本文简要地介绍灌溉和修筑大坝将如何造成土壤的盐硷化,为关心环境保护的读者提供相关的信息。修建大坝无疑会引起坝区周围地下水位上升,大量的地面蒸发以及植物对水份的吸收也使得大量的盐分剩余在土地当中,这些都将造成土壤盐硷化;用库水过量灌溉也可能导致土壤盐硷化;在大坝的下游,因河道水位降低,会给海水侵入创造条件;还有,修建大坝使得本来畅通的河道被截流或导流,季节性的洪水就再也不能把土壤中过剩的盐分带入大海,这也是土壤盐硷化的原因之一。解决土壤盐硷化问题的根本办法是通过建立系统的排水网络、降低地下水的水位,以及运用大量淡水把土壤中的盐分淋洗掉。

一、土壤盐硷化的成因

土壤都含有一定的盐分,盐分最初来源于土壤中矿物的风化。当土壤中的盐分浓度高于百分之零点五至百分之一时,农作物或树木就不能在这些土壤上生长,人类也就无法从这些含盐过高的土地中获得任何农林产品了。在某些乾旱或半乾旱地区,土壤的盐硷化往往是必然的,因为在这些地区没有足够的雨水把土壤矿物风化所产生的盐分从土壤中淋洗掉;结果,盐分在这些土壤上不断积累,其浓度甚至可高达百分之十以上。

然而,土壤的盐硷化有时是人类活动造成的,这样的盐硷化即“次生盐渍化”。比如,过度的灌溉就是土壤中盐分超常积累的一个原因。水中都含有一定量的盐分,一般来说,优质淡水含盐量大约是每升五十毫克,通常河水的含盐量(矿化度)大约是每升二百至五百毫克,而海水的含盐量则高达每升三万五千毫克。假如在每公顷土地上灌溉一万立方米的河水,那么每公顷土地中就会有大约两至五吨的盐分积累在土壤中(这里假设所有的灌溉水通过地面蒸发损失或被植物所吸收)。

造成次生盐渍化的另一个重要途径是地下水位的升高。比如,修建大坝将会大大提高坝区周围的地下水位,有些地下水中的含盐量接近于海水的含盐量,当地下水通过土壤的毛细管作用升至土壤表面被蒸发或被植物吸收以后,盐分就在土壤的地表层逐渐积累起来。这可以使土壤中的盐分浓度高达百分之五甚至百分之十以上。植物是不可能在这样土壤上生长的。这种次生的土壤盐渍化在乾旱、半乾旱地区更加严重。要防止土壤的次生盐渍化,必须把地下水的水位控制在临界水位以下。

地下水位过高除了导致土壤盐硷化以外,还直接影响土壤的通气性和植物的生长。当地下水位大约在两至三米左右时,植物一般都能正常生长;但当地下水位升高至一米左右时,植物的生长就会受到影响,比如小麦和棉花的产量将下降五成左右;而当地下水位上升至零点五米时,小麦和棉花就会几乎绝收。在陕西省许多地区已经有过这样的教训。

二、灌溉与土壤的盐硷化

灌溉和地下水位的上升会大大提高土地的“蒸发-蒸腾作用”,从而直接增加土壤中的含盐量。所谓的“蒸腾作用”,是指植物从根部吸收土壤中的水份(而盐分则残留在土壤中),再通过叶子将水份排入大气中的过程;而水份通过土壤表面直接进入大气的过程被称为“蒸发作用”;土壤因蒸发作用而损失的水份往往远大于因植物蒸腾作用而损失的水份。这两种自然过程(蒸发-蒸腾作用)不可避免地导致土壤中盐浓度的迅速增加,如果灌溉水质量不好,则会大大加速土壤盐渍化的过程。当政府部门的决策者声称,修建大坝可以大大提高大坝下游地区的防涝和灌溉能力时,他们却很少考虑灌溉可能导致的土壤盐渍化问题。在制定水利政策时,片面强调灌溉、而忽视盐硷化问题,将会带来非常严重的后果。

根据联合国粮农组织(FAO)的估计,世界上大约有百分之五十受灌溉的农田已经存在着相当程度的盐渍化问题。全世界每年因此而损失大约两百万至三百万公顷的耕作农田,这个数字还是一个比较保守的估计,还有人认为,全世界因盐渍化每年损失的农田高达五百万公顷。以巴基斯坦为例,在三千七百万公顷受灌溉的农田中,大约有一千万公顷的土地已经成为盐渍化或受到水涝的影响;在其中的二百万公顷的土地上,农作物已很难正常生长。人们估计,巴基斯坦由于盐渍化及水涝问题,每年损失约四万公顷农田,相当于每天损失一百一十公顷。由于灌溉导致土壤盐渍化,这中东和北非地区的一些国家,如埃及、伊朗和伊拉克等,也很常见,土壤盐渍化是这些国家发展农业的主要障碍。

在中国,人们所熟知的长江分流计划使大约二百七十万公顷的土地变成了盐渍化土壤。据中国科学院地理所郭焕春等人的调查,这些土壤的含盐量大约在百分之零点一至零点七之间。虽然有些植物现在还能在这样的土壤上勉强生长,但按照这个长江分流计划,将在许多大大小小的河流上建坝,还会造成局部地区地下水位迅速升高,十几年后,这些地区的盐渍化问题将会非常严重。

美国农业部土壤盐土实验室主任Jan Van Schilgaerde说,美国大约有百分之二十五至百分之三十五的灌溉农田有盐渍化问题。美国的科罗拉多河每年携带的盐分高达六百万吨。用河水灌溉的结果是,十年间农田的盐分含量从850ppm提高到1,500ppm。在加利福尼亚州,大约有二十万公顷的灌溉农田受到盐硷化的威胁,主要是由于地下水位过高和地下水中的高盐分浓度。

灌溉并不一定必然导致土壤盐硷化,如果能够保持土壤中“水和盐”的平衡,也就是说输入和输出土壤的盐分大致相等,就不会使盐分在土壤中积累下来。遗憾的是,在当今世界上这种例子并不多。经过灌溉而输入土壤中的盐分往往远远大于由于灌溉或雨水所淋洗掉的盐分。同时,年复一年的土壤灌溉还使地下水位不断升高。

世界上的许多例子说明,土壤中的地下水水位会以惊人的速度上升,在十几年的时间里,地下水就能从地下二十五至三十米的水位上升到地下一至二米;在许多地方,地下水位甚至以每年三至五米的速度上升。在人们所熟知的埃及阿斯旺大坝地区,地下水位的迅速上升就是建坝以后最严重的问题之一。十几年内地下水位从原来的二十至六十米上升到三米以内,地下水位的上升不仅发生在大坝周围的地区,还扩展到距大坝二十公里以外的地区,甚至更远。当然,在距离大坝较远的地区,地下水位的上升不能完全归咎于大坝的修建,这和过多的引用灌溉水也有关系。此外,灌溉水的渗漏也会引起地下水位上升,因为在一些地区灌溉水的渗漏损失相当大,有时可能高达灌溉水的百分之六十。

三、海水侵入与土壤盐硷化

目前,在三峡工程动工之即,海水侵入长江入海口地区的问题已经引起了人们的注意。目前,在每年的旱季,因为内河水位降低而造成海水乘机而入。同时,为了满足海上运输的需要而对长江河道不断疏浚、加深,也导致海水侵入内河,这不但影响了上海和江苏沿海地区的经济活动和人民生活,还影响了长江口流域鱼类的生态和环境。

随着“南水北调”工程竣工使用,长江的内河水位必然进一步下降,由此可能引起的海水侵入量将远远超过每秒一千立方米,这就会使长江口一带本来已饱受海水入侵损害的经济活动受到更严重的威胁。可以预见到的是,一旦三峡大坝建成,大量的长江水被截流,海水倒灌将不可避免地进一步加剧。

海水侵入长江下游地区的严重威胁不容低估。在江苏省沿海地区,现在已有大约二百七十多万公顷的土地盐硷化,占当地可耕地的五分之一。大量的海水侵入,必然加重这一地区的土壤盐硷化,农作物将无法在这些土地上正常生长,农产量将不断下降甚至颗粒无收。更糟糕的是,由于植物不宜生长,必将进一步加剧水土流失,形成因盐硷化而植被稀疏、因植被稀疏而水土流失、因水土流失而土壤贫瘠等无法补救的严重后果。这种现象在世界上许多地区和国家已有先例,比如在孟加拉国的一些河流流域,海水倒灌已上溯到离河口一百公里以上的内陆地区,在这些地区居住的农民因此而面临着土地绝收、生活无着的困境。

四、建坝对下游地区盐硷化的影响

在建坝地区上游地段修建完善的排灌体系、防止这一地区的土壤盐渍化和水涝问题,当然是必要的。但是如果忽略了兼顾下游地区的盐硷化防治措施,那么,大坝上游地区的盐硷化可能有所减轻,而盐硷化灾害却搬了家,转嫁到下游地区,形成水库灌区获益、下游地区反而遭殃的局面。

所有排灌体系的功能都是要把含盐量高的地下水从被灌溉的农田中排出去,排到哪里去呢?最大的可能就是通过就近的河流或自然的地下水位落差,把上游排出去的盐分运移到下游地区。在修建大坝以前,由于河道畅通,季节性的洪水还能够将这些盐分带入大海,从而保持这一区域的盐分平衡;可是一旦在河道上建坝截流或导流之后,就再也没有办法把整个流域内的盐分淋洗掉、排入大海,这些盐分将不是停留在上游地区、就是滞留在下游地区。对于下游地区的农民来说,他们只能用这些含盐量很高的水来灌溉他们的农田,其后果也就可想而知了。

这样的情况已经在澳大利亚出现。澳州是世界上较乾燥的大陆之一,南澳州则是澳大利亚最乾燥的地区,这里仅有百分之三的地方年降雨量可达五百毫米,而百分之八十多的地区年降雨量少于二百五十毫米。南澳州用水的三分之二来源于Murray河,在乾旱季节这个比率高达百分之八十三。不幸的是,Murray河水在到达南澳州以前,先经过了上游地区的Victoria和New South Wales两个州,由于上游地区排入河流的灌溉及城市工业用水含盐量高,还带有大量的工业污染物,南澳州可用水的含盐量很高。Adelade学院的一位地理学家M. Butler指出,面对河水中盐分浓度的不断增加以及Adelade大都市对供水的需求,南澳州农民的未来并不乐观,受灌溉的农田最终也许会因盐硷化而被迫放弃耕种。

全世界盐硷化的耕地正在逐年增加,人类能够依靠越来越少的耕地和日益扩大的盐硷化土地继续生存下去吗?

当代中国研究
MCS 1997 Issue 3

By editor