河套灌区土壤盐渍化成因与改良

第1章研究区概况 河套灌区位于黄河上中游内蒙古自治区段北岸的冲积平原，是亚洲*大的一首制灌区和全国三个特大型灌区之一，也是国家和自治区重要的商品粮、油生产基地。由于地处干旱的西北高原，降水量少、蒸发量大，加之长期引黄灌溉，地下水埋深浅，土壤次生盐渍化广泛分布。本章主要介绍河套灌区及典型研究区临河区的自然地理、地质概况、水文地质条件及土壤盐渍化现状。 1.1自然地理 1.1.1地理交通 河套灌区位于内蒙古自治区西部，北靠阴山，南临黄河，西至乌兰布和沙漠，东至包头市（图1-1）。东西长270km，南北宽40～75km，总面积约11900km2。重点研究区临河区位于内蒙古自治区巴彦淖尔市中部，居河套平原腹地，坐落在黄河“几”字形弯曲上方，南与鄂尔多斯高原隔河相望，北靠阴山，东与乌拉特后旗交界。坐标为北纬40°33′16″～41°16′31″，东经107°06′13″～107°43′40″，行政区包括临河区、杭锦后旗和乌拉特后旗，总面积约2212km2。区内交通便利，有铁路京包线、包兰线由东向西贯穿全区，区内公路网发达，干线公路有国道主干线G6、G7、G110、G025，省道S312。 图1-1研究区交通位置图 1.1.2气候与水文 研究区属大陆性干旱、半干旱气候带，降水稀少，蒸发强烈，冬季严寒，夏季炎热，春季干燥多风，昼夜温差大。多年平均降水量为100～400mm，并有自东向西逐渐减少的规律。年蒸发量为2000～3500mm，为降水量的5～7倍，并沿上述方向有逐渐增大的趋势（表1-1）。降水量在年内和年际变化较大。以2020年为例，该年出现的中大型降水次数及降水量明显高于2018年和2019年，区域年降水量较不稳定，降水量丰、枯水年相差4～6倍。年内降水量集中在7～9月，占全年降水量的70%以上。灌区热量充足，全年日照3200～3250h，10℃以上活动积温2700～3200℃，无霜期120～160d。干燥度、气温、日照、无霜期等从东向西逐渐增高、增长，仅湿润系数降低，反映了区内由半干旱气候向干旱气候变化的特征。 表1-1河套灌区气象要素一览表 灌区内除黄河外，无其他天然河流。黄河从巴彦淖尔市磴口县到托克托县喇嘛湾镇，流程为600km，横贯全区。在灌溉活动期间，黄河水通过各个排干进入灌区，*终汇至总干，并流向乌梁素海。重点研究区范围包含河套灌区二排干、三排干及部分总干地区，整体涵盖临河区周边临近黄河区域、二排干和三排干周边农耕区域，以及乌拉特后旗和总干渠周边的山前区域，具体水系和排干分布情况见图1-2。 图1-2河套灌区水系和排干分布图 1.1.3土壤类型与植被 河套灌区土壤可分为自然成土和灌淤土。自然成土主要由碳酸盐淋溶沉淀及有机质积累而成，在灌区占比较小。灌淤土主要来源于引黄灌溉活动，以及早年间黄河改道遗留的河道淤土，*终通过盐化、草甸等成土过程形成灌淤土。目前研究的土壤以灌淤土为主，土壤有机质含量较低，钠、钾离子含量过剩，在部分区域极易形成盐土。总体上，土壤以盐渍化浅色草甸土和盐土为主。 河套灌区作物种类多样，有向日葵、油葵、甜菜、小麦、胡麻、玉米、糜子、瓜果、蔬菜等，是内蒙古自治区*大的商品粮食基地和油料、甜菜等经济作物的种植产区。临河区内的常见植物主要有向日葵、油葵、小麦、玉米、蔬菜，其中向日葵、油葵、小麦和玉米的种植面积较大。 1.2地质概况 1.2.1地形地貌 河套平原在地质构造上属于断陷盆地、湖相沉积，盆地基底东南高、西北低，更新世晚期由于黄河形成及其屡次改道，又在湖相沉积层上覆盖了黄河冲积层，进而形成现今的地形条件（刘秉旺等，2012）。 河套灌区整体地势平坦，西南高，东北低，自西南向北东微倾，局部有起伏，主要为小型丘岗和洼地。海拔1007～1050m，坡度0.125‰～0.2‰。研究区内主要包括两类平原地貌，分别为狼山山前冲积倾斜平原和黄河冲湖积平原。 灌区内山前冲积倾斜平原分布于狼山山前地带，位于区内西北部，地面高度在1030～1060m。该区域由西北向东南倾斜，西北部靠近山脉，主要为锥裙和扇裙带，坡度在1/500～1/100，由于受山泉水补给，且地下水径流速度较快，少有土壤盐渍化情况。东南部为扇前平原，土质逐渐变细，且地势平坦低洼，潜水埋深浅且径流速度缓慢，部分区域存在盐渍化问题。 研究区的主体为黄河冲湖积平原，地面高程在1018～1052m，占区内平原总面积的70%以上。冲湖积平原地区地形平坦，地势开阔，整体地面高程由南向北降低，西东方向上则西部略高于东部。该区域由于黄河改道，残留湖泊和湿地退缩，形成了大量微小凹陷地貌，极易形成土壤盐渍化。区内整体黄河冲湖积平原的*低处为二排干以西，地形低洼，地下水位较浅，土壤盐渍化情况严重。 1.2.2地层岩性 河套灌区位于内蒙古自治区西部，其地表几乎全部被全新统沉积物覆盖，形成大面积的黄河冲积平原。除缺失志留系、泥盆系外，其他地层均有出露。太古宇、元古宇为一套变质岩系；下古生界为海相碳酸岩和碎屑岩沉积；上古生界为海陆交替相及陆相碎屑岩；中—新生代，河套地区大幅度沉降，形成了河套盆地及北缘一系列山间小盆地，发育一套巨厚的中—新生界陆相碎屑岩系。 工作区基底为前寒武纪花岗片麻岩，中生代下白垩统不整合于基底之上，古近系和新近系不整合于白垩系之上，第四系不整合于新近系之上，石油地震勘探和钻孔探测显示，第四系更新统主要为一套厚度巨大的河湖相沉积。河套盆地边缘由于山前断裂活动，第四系更新统湖相地层也零星出露于山前台地，一般地层下部为河湖相淤泥、粉砂，上部为冲洪积相砂砾石。 研究区是由黄河及其周围高山冲积、洪积所形成的第四系平原区，第四系是区内主要地质体。第四系地层由老至新简述如下。 1.更新统 （1）中下更新统（Qp1-2）：主要分布在狼山南麓，为厚层状砾岩、黄灰绿色含砾砂岩、粉砂岩、砾岩夹含砾砂岩、砂岩及粉砂岩透镜体、洪积砂砾石层、粉砂质泥层夹细砂层及砂砾岩。 （2）中下更新统冲洪积物（Qp1-2al+pl）：主要分布在大青山南麓，为冲积、洪积砂砾石层，土黄色、土红色砾岩夹含砾砂岩、砂岩及粉砂岩透镜体。在磴口县，中更新统冲积层（Qp2al）分布在黄河左岸II级阶地上，岩性为砂砾石、中细砂和黏质砂土、砂质黏土，表层为黏质砂土，厚1～2m，有较明显的二元结构；砂砾石层和砂层，单层厚一般为0.5～5.0m，总厚度60余m。 2.中下更新统湖积层（Qp1-2l） 在临河区一带的深部有分布，由黄灰色粉砂夹粉砂质黏土组成，底部为浅棕红色泥砾状黏土及灰黄色粉细砂，厚度647m。上与上更新统呈不整合接触，下与新近系上新统呈不整合接触。 3.中更新统冲洪积层（Qp2alp） 在磴口县的纳林陶亥镇西II级阶地上，岩性如下：上部为砂质黏土、中细砂和砂砾石互层；中部为卵砾石、砾石夹黏质砂土；下部为中细砂、砂砾石夹黏质砂土；底部为卵砾石。砾石成分为石英岩、花岗岩、石英砂岩、灰岩等。分选差，磨圆呈次棱角状。砂的成分以石英、长石为主，见少量的暗色矿物，砂层结构松散，厚度大于56.8m。 4.中更新统冲湖积层（Qp2lal） 在磴口县为湖滨三角洲相沉积，大部分被风成砂覆盖，仅在黄河II级阶地的陡坎上和风蚀洼地内有零星出露。岩性为灰黄色、灰褐色砂砾石、中细砂与砂质黏土、黏质砂土交互沉积。厚度为171m。 5.上更新统冲积层（Qp3al） 分布在磴口县一带黄河I级阶地上，岩性为砂砾石、中细砂、砂质黏土、黏质砂土、砾石，成分为片麻岩、石英岩、花岗岩。表层为砂质黏土，厚1～2m，具明显的二元结构。厚度为40.7m。 6.全新统 在盆地内主要为河湖相和河流相沉积物，在盆地边缘则为冲洪积相沉积物（邓金宪等，2007）。主要的成因类型如下。 （1）全新统风成砂（Qheol-s）：分布在黄河南岸库布齐沙漠和河套平原西部乌兰布和沙漠东部边缘，在盆地内部黄河故道沿岸地带有零星分布。岩性为淡黄色细砂，松散，分选差，呈新月形或垅岗形，为半移动沙丘，厚度0.5～15m。根据岩性分析，沙源为本地白垩系岩层风化之产物；托克托县一带分布于黄河以西，构成流动沙丘；临河区一带主要分布在杭锦后旗南、临河区东北，主要由石英、长石及黑色碎屑组成，为松散砂层；磴口县一带主要分布于黄河东岸、库布齐沙漠西部和乌兰布和沙漠，为淡黄色、黄褐色、砖红色中细砂，结构分散，分选良好。 （2）全新统冲积细砂、砂砾石层（Qhal）：主要分布在黄河两岸，为冲积细砂、粉砂及砂砾石。 （3）全新统湖积层（Qhl）：主要分布在乌梁素海一带及五原县北，为一套湖相沉积的灰色砂质黏土层，黏土中含碱、盐等物；和林格尔县一带仅出露4km2左右，由淤泥组成；磴口县北西一带面积约30km2，为灰色、灰黑色和灰褐色淤泥、砂质黏土及砂土，含有机质和盐量较高。 1.2.3主要构造 河套平原在地质构造上属于华北地台鄂尔多斯台向斜的一部分，是一个形成于侏罗纪晚期的中新生代断陷盆地（张永谦等，2013）。盆地大地构造位置处于阴山隆起、伊盟隆起及贺兰山、桌子山台褶带之间。划分为3隆4拗7个次级构造单元，自西向东为吉兰泰拗陷、磴口隆起、临河拗陷、乌拉山隆起、乌前拗陷、包头隆起、呼和拗陷，基底埋深3000～16300m，见图1-3。研究区所属构造单元为河套断陷带、鄂尔多斯周缘断裂系北部，在周缘断陷带中规模*大，且构造活动较为强烈。盆地基底为前寒武纪变质岩，上覆下白垩统，缺少新生界古新统和始新统，但渐新统及其以上地层发育较为连续，并且沉积厚度较大，岩相和沉积厚度变化很大。 图1-3河套盆地构造单元划分