江汉平源渍害田机理与地下排水治渍，本文主要内容关键词为：机理论文,地下论文,江汉平论文,源渍害田论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
【提要】本文提出江汉平原渍害田的类型、数量、危害及渍害田等级。形成江汉平原渍害田的因子除地表水汇合、土壤粘重透水性差和人类的不适当垦殖、灌水和耕作方法等外，特定水文地质条件使地下水浸渍土壤也是形成渍害的直接主导因子，由此认为地下排水技术降低地下水位是改造渍害田的治本措施。
【关键词】江汉平原 渍害田机理 地下排水技术
江汉平原现有耕地192.07万hm[2]，由于地势低洼，地下水位高， 土壤透水性差，排水不畅，尤其是四湖（洪湖、白露湖、三湖、长湖）、排湖、叼汊湖和王家大湖等低洼地区，逢涝必渍，涝去渍存，形成农业低产渍害田。据查江汉平原的中低产渍害田达76.37万hm[2]（内含渍害低产田44.9万hm[2]），渍害田占耕地面积39.43%，成为农业增产的主要障碍。
1 渍害田类型、数量及危害
渍害田是指地表长期滞水或遭受地下水浸渍，还原作用强烈，土壤层理化性状恶化，水、热、气和养分失调，影响作物生长或危及作物存活的病害农田。
1.1 渍害田类型
根据形成渍害的主导因子，江汉平原主要有以下4种类型渍害田。
1.1.1 潜渍型：邻近江、河、湖的渍水洼地，较周围低2～6m，潜水位受长江水位控制，农田地下水位埋深仅10～20cm，小于作物主要根系活动层，汛期地下水与地表水连成一体而致渍，这是江汉平原主要的渍害田类型，计有42.49hm[2]；
1.1.2 涝渍型：原为湖泊、沼泽低洼地， 由围湖造田而成为耕地，呈环带状分布在湖沼周围，成为地表水汇集和地下水浸渍的场地，明涝暗渍，常因雨涝而成渍，计有26.44万hm[2]；
1.1.3 泉渍型：分布在长江、 汉江一级阶地中部和后缘的低洼地段，由于粘土隔水层较薄或含水层顶板埋深浅，浅层承压水水头可达到地表附近，农田受冷泉水浸渍或溢出地表而成渍害，计有4.72万hm[2]；
1.1.4 贮渍型：常年受地下水浸泡的沤水田， 田内冬季也渍水的湖沼地，土壤水终年处于饱和状态，成为土烂泥深的冬泡田，计有2.72万hm[2]。
1.2 渍害田危害
据渍害田生态特征研究，主要有“冷、烂、毒、酸、瘦”五害，其危害表现如下。
1.2.1 冷：地下水埋深极浅，常年距地表＜50cm， 土壤层长期遭受低冷地下水浸渍，水土温度比正常农田低3℃～8℃，常低于水稻分蘖要求的水土温度（19℃），导致水稻分蘖推迟半月以上，常年只能种一季中稻，并易发生稻瘟病、胡麻叶斑病等。
1.2.2 烂：地下水接近地面而土壤内终年渍水， 土粒分散呈稀烂状，青泥层厚达75cm左右，土壤剖面多呈耕作层—潜育层型，通常无氧化层，青灰、蓝灰色潜育层逐渐增厚，俗称烂泥田，禾苗难立篼，易浮棵倒伏。
1.2.3 毒：有机质含量高达3.5%以上，在低温、积水和缺氧条件下，有机质在分解过程中产生大量有机酸、硫化氢、亚铁、亚锰等侵害作物根系的有毒物质，阻碍根系对水分、养分的吸收，导致作物生长发育不良，腐烂黑根占15%～40%，叶面积指数小于9，空壳率达15 %以上，株高仅70cm左右。
1.2.4 酸：土壤长期处于还原状态，氧化还原电位（Eh 值）低，一般都小于200mv，甚至低达－300mv，使土壤中大量存在Fe[++]和H[+]，土壤呈酸性和强酸性，PH值一般在4～6之间，而作物生长所需的钾、钙等物质则容易溶解流失。
1.2.5 瘦：低温、积水、缺氧的土壤使有机质分解缓慢， 营养物质被矿化，速效养分含量很低，供肥性能差，导致作物产量低，中稻每公顷产量在4500kg以下，晚稻每公顷产量3000kg左右，严重渍害田产量更低，每公顷1500kg左右，甚至绝收。
2 形成渍害田的主导因子分析
2.1 地下水浸渍是形成渍害田的直接原因
江汉平原渍害田是高水位的低冷地下水长期浸渍土壤层所致，故又称冷浸田。其渍害的形成除与洪涝伴生外，与地下水的充沛补给更是密切相关，表1为地下水的补给情况，每年地下水补给量达72亿m[3]， 以多种类型的地下水为形成渍害提供丰富的水量。 江汉平原自地表向下有5种地下水类型。
表1 江汉平原浅层地下水补给情况表
（1）上层滞水是指自地面至0.8m 深度内被下伏弱透水粘性土透镜体（层）所滞留的地下水，在低洼处通常与地表水相连而形成沼泽水。
（2）土壤水是指粘性土耕作层内的毛细管水、吸着水、 薄膜水和孔隙裂缝水等。土壤水的多少直接影响土壤的温度、肥力、通气及作物的生长发育。
（3）潜水为主要储存于砂土、亚砂土和淤泥质土中的孔隙水、 层间滞水和溶滤水等，潜水位受江河水位控制，水位埋深仅0.1～0.2m，汛期则与地表水相连一体。
（4）弱结合水是指通常埋深于5m 以下至第一个承压含水层之间的粘性土（弱透水层）中的地下水，当上部浅层地下水与下部承压水存在水位差时，高水位的地下水将通过弱透水层越流补给低水位地下水。
（5）承压水，通常赋存于埋深13～40m的砂，砂砾石的孔隙内，侧压水位埋深一般＜0.5m，含水量丰富，邻近江河地带其水位受江水位升降变化。
2.2 地下水的浸渍方式
地下水终年浸渍土壤层是形成江汉平原渍害田的主导因子，其浸渍方式有4种。
2.2.1 潜水浸渍：沿江冲积平原是江水携带大量泥沙在湖泊洼地长期沉积形成的河漫滩，未筑堤坊之前，每年汛期江水在两岸滩地漫流，因主流携带的沙量多，故在江槽两旁形成地势较高的滩地，其内富含潜水，含水层厚度大，埋深浅，受大气降水和江河水补给，动态明显随季节变化，汛期江河水大量补给地下水，潜水水位升高到接近地表，使江河附近农田遭受冷浸渍害。
2.2.2 地表积水难排泄：远离江河的低平原、洼地或湖沼地， 流水携带沙量减少，泥沙是按照粗粒在下层、细粒在上层的规律沉积的。表层主要为湖相粘性土，质地粘重均一，其内含毛细管水、弱结合水、孔隙裂缝水等，粘性土本身渗透性差，又受下伏承压水的顶托作用，造成地表水和内含地下水难以纵横向排泄，导致发育潜育化或沼泽化土壤。
2.2.3
承压水越流补给：平原区的微地貌为垸堤构成的蜂窝状碟形洼地。表层粘性土之下为砂、砂砾石组成的含水层，赋存极丰富的孔隙承压水，水位埋深仅50～70cm，常产生承压水越流补给土壤水。如四湖地区地势低洼，许多农田地面标高与下伏孔隙承压水侧压水位相平，据浅层地下水水位与承压水水位相关分析，当粘性土弱透水层厚度小于13m时，相关甚密切，相关系数达0.86～0.96， 承压水就越流补给土壤层地下水，使土壤层不断加重潜育化和沼泽化，形成冷浸渍害田。
2.2.4
降雨入渗：江汉平原地下水位的升降明显随降水量发生变化，一般降大雨、暴雨或连阴雨后田间地下水位迅速上升到耕作层，直至地表而形成渍害。据地下水动态观测资料，需有一定的降雨量才对地下水位产生升降变化，降雨入渗补给系数（a），即为降雨量（p）与其补给地下水量（pr）之比，
可见降雨量＞35mm的降水过程才对地下水位产生升降变化，故降雨引起的渍害发生在雨季。
2.3 地表水汇合是形成涝渍灾害的根本原因
江汉平原的外围是丘陵、低山、中山和高山，呈逐级下降的准盆地，腹地平原区成为地表水的汇合场所，为形成渍害提供水源。主要的地表水来源如下。
2.3.1 降雨：江汉平原年平均雨量1200mm左右，70 %以上降水集中在4～8月的江河汛期，常有大雨或暴雨，凶猛降水大部分贮存在湖泊内。江汉平原现有湖泊570个，计面积约2800km[2]，容积达46亿m[3]，洪水讯蓄量约41亿m[3]。因而湖滨耕地，特别是围湖造田地区常出现湖水补给地下水，湖泊水位控制农田地下水位的升降，湖水成为湖滨田涝渍的主要水源。
2.3.2 过境客水：平坦低洼的江汉平原，地面一般坡降0.3 ‰～0.5‰，汛期江河水位普遍高于农田5～10m。河网密布，江水面比降仅0.3‰～0.5‰， 降水和巨量过境客水往往滞流使江汉平原成为“水袋子”，长江平均年径流量4631.4亿m[3]，汉江平均年径流量539.3亿m[3]， 洞庭湖四水（湘、资、沅、澧）在城陵矶流入长江，平均年径流量1162亿m[3]，清江的平均年径流量为129亿m[3]，江汉平原要承接年均总量6961.7亿m[3]下泄客水，客水滞留就超贮湖泊洼地，补给地下水或饱和土壤水，这三种水均可触发渍害，是江汉平原形成涝渍灾害的根本原因。
2.4 粘重透水差的土壤易潜育化沼泽化
江汉平原土壤主要由河流相冲积物和湖相沉积物组成。据四湖地区土壤普查资料，土壤的特点是质地粘重均一，粘粒成份多，耕作层或犁底层＜0.005～0.002mm的粘粒含量占36%～43%，＜0.01mm的粘粒含量达70%以上，孔隙不发育，密实阻水，易形成上层滞水， 其渗透系数为2.55×10[-4]～4.5×10[-4]cm/s，在淹水期间的渗漏量一般仅为1mm/d左右，甚至不渗透，土壤内排水能力差，其内地下水渗流极为滞缓，加之地下水位常年接近地表，有机质积累多，还原性低价铁含量高，通常每100g土含Fe[++]超过60mg，极易形成青灰色的潜育化或沼泽化土壤，造成重渍害低产田。
2.5 人类活动加重渍害
渍害是针对作物生长发育产生危害而言，因此它与垦殖、灌水和耕作方法密切相关。这些方法不当也是加重江汉平原农田渍害的重要原因。50年代初，江汉平原湖泊面积达8380km[2]，但到80 年代垦殖使湖群面积仅存2800km[2]，按平均蓄水深0.5m计，调蓄总量减少近30亿m[3]。因此，平原湖区遭受大雨或暴雨时，农田积水就不能及时排泄，只能沿河渠上逆，使河渠水位迅猛抬高，高处农田也受渍害。可见围湖垦殖除使湖泊蓄水量锐减外，同时产生微地貌变化而改变沉积环境，使河床和湖底发生淤塞或抬高，加剧排水困难。发生淤塞或抬高，加剧排水困难。
灌水和耕作方法不当也是造成江汉平原渍害的人为因素。平原湖区农田毗邻江河湖泊，水源充足，灌水时间长达半年之久，不少地方贪水大灌、串灌、漫灌，或重灌水轻排水，或是只排涝水不降渍水，使农田地下水位抬高，耕作层或犁底层滞水的消退极为缓慢，加上连年采用肥—稻或肥—稻—稻的耕作制度，农田长期被水浸泡，无炕土时间；长期采用泡田翻耕或深水施耕的耕作方法，破坏了土体结构，使粘粒下移，堵塞土壤孔隙，使其通气透水性极差，加重了耕作层的滞留水，逐渐变成密实的潜育层，形成大面积的次生渍害田。可见江汉平原形成渍害有众多因子，通常是多个因子的综合作用结果，由于主导因子不同而形成不同类型的渍害田。
3 渍害田机理
3.1 涝与渍的机理
江汉平原的地面水，土壤水和地下水相互连通，可以相互转化，因而涝与渍是相连的灾害。涝是指旱田地面积水和稻田淹水过深而危及作物生长的农田水分过量状况。渍是指地下水位高而引起根系层过湿，根层中的水、肥、热和通气状况失调，使作物不能正常生长发育的现象。从成因上看，一般是先涝后渍或涝渍相随的规律。江汉平原涝渍灾害的触发机制表现为大降水过程、超量过境客水、堤防溃决或人为分洪等，洪水过后，涝去渍存，在低洼农田形成渍害。但洪涝仅是形成渍害的一个路径，从形成渍害的主导因子分析可知，江汉平原渍害主要是地表水的汇合，地下水的浸渍，土壤粘重不透水和人类的垦殖、灌水和耕作方法不当等因子相互作用产生灾害性联合的结果。在一般状态下，地表水补给地下水，并在特定水文地质条件下的负微地貌单元内使地下水位抬升浸渍土壤层，加之不适当的垦殖、灌水和耕作制度，则造成渍害各主导因子的灾害性联合所致，其结果使土壤理化性状恶化，包括土壤的水、热、气降低，有机质和有毒物增大，粘粒含量增多，速效养分含量减少，土壤呈还原状态，出现潜育层和泥炭层的不良土壤构型；严重破坏农田生态环境，造成危及作物生存和产量下降的病害农田。
3.2 渍害田等级
江汉平原地下水终年浸渍土壤层是形成渍害田的直接原因，根据枯水期地下水位埋深对江汉平原农田生态系统的综合效应，可划分6 个等级渍害田。（1）无渍田：地下水位埋深保持距地面80cm以下， 麦期地下水回落速度应在3天内降到80cm以下，土壤理化性状正常， 作物根系发育良好；（2）微渍田：地下水位距地面60～70cm， 对作物根系发育有些影响；（3）轻渍田：地下水位距地面30～50cm， 土壤下部质地粘重，通气透水性减弱，影响作物根系发育和产量；（4）中渍田：地下水位距地面10～20cm，土壤出现潜育化，侵蚀水稻根系的有毒物质有所聚集，约有10%～20%的根系腐烂变黑，水稻株矮，根系短少，作物减产（俗称中产田）；（5）重渍田：地下水位距地面10cm， 甚至与地面齐平，土壤出现沼泽化，理化性状极差，有毒物质聚集过多，腐烂黑根高达40%，造成作物严重减产（俗称低产田）；（6）涝渍田：地表积水与地下水相通，形成涝与渍相连的灾害，土壤沼泽化，出现泥炭层，作物产量极低，甚至绝收（俗称绝收田）。
4 地下排水技术是改造渍害田的治本措施
治理江汉平原渍害田已有多种方法，如起垄栽培，退田还湖，施肥和生物适应性措施等，但都是治表或适用局部地段，不能达到治本和大面积推广。由渍害机理可知，渍害田标志之一就是地下水位过高，渍害程度受地下水位深浅所控制，治渍的关键是降低地下水位。运用地下排水技术治渍正是通过排除多余土壤水，控制地下水位达到治渍、改土和增产的目的，为治渍的根本措施。因此，采用地下排水技术治理渍害田的前提条件是：（1）防洪、排涝、 灌溉工程业已基本形成体系的区域，（2）土地平整和园田化建设已有基础的地区。
运用地下排水治理渍害的工程措施，一般分为初步治渍和标准治渍两种。
4.1 初步治渍
对平原区初步治渍的工程措施是：（1）田间开挖明沟降排地下水，如土质粘重宜打暗（鼠）道的渍害田，可采用明沟排水结合暗道降水，使旱田地下水位在雨后3天能降至60cm以下， 水田地下水位在晒田时6天能降至50cm以下，（2）田间灌排渠系及附属建筑物的配套建设，除涝标准为五年一遇以上，争取达到十年一遇。
洪湖市周坊村实施初步治渍后取得了显著效果。该村有渍害田128.67hm[2]，地下水埋深多在20～40cm，水稻每公顷产量仅3750～4500kg 左右。1986年田间实施明排暗降工程后，当年经济效益明显增长（如表2）。
表2 洪湖市周坊村初步治渍的增产效益
改善农田生态系统功能使粮食增产，土壤理化性状得到改善或恢复（如表3），促进了作物生长发育，水稻有效穗多45～90万穗/hm[2]， 实粒数多10～40粒/穗，千粒重增0.1～0.6g，小麦株增高16cm， 分蘖多1个，次生根多1.8条，赤霉病减少1倍。
表3 初步治渍改善的土壤理化性状
4.2 标准治渍
是在初步治渍的基础上进行的高要求治渍，除涝标准应达到10年一遇以上，其工程措施是把地下暗管排水工程配套到田间，地下埋管的布设，包括管长、管径、间距、埋深、坡降等，应通过各地试验，根据试验数据和借鉴同类型地区成功经验作出规划设计后施工，同时完善排涝设施、灌排渠系及其建筑物，进一步搞好土地平整和园田化建设，治理后达到旱田地下水位在雨后3天能降至80cm以下， 水田在晒田时6 天降至60cm以下，达到无渍害农田的标准。潜江市四湖垸按标准要求治理渍害低产田，在农田布设排灌沟渠，田间埋设地下排水暗管，控制沟渠水位和稻田适宜渗透量，从1984年开始治理，2～3年后青泥层下降或消失，成为当地稳产高产田，水稻每公顷产量由5250kg增达7200～8250kg，还增收一季小麦，每公顷产量达3750～4500kg，按其增加的经济效益，扣除地下排水工程每公顷投资2250～3000元，2～3年内可收回全部投资。
自1983年起，地下排水治渍在江汉平原的洪湖、监利、潜江等县市作过多点试验研究，成为大面积推广的治渍措施，已初步治渍31.4万hm[2]，标准治渍10.2万hm[2]。渍害田经地下排水治理后， 中稻每公顷产量提高1500～2100kg，还能种小麦，每公顷产量3750～4500kg，稻麦两季每公顷增产5250～6000kg，改变了只种一季中稻的种植制度。还能提高水温和地温，克服早春低温引起的僵苗或死苗，促进早稻早生快发和分蘖，每公顷产量6000～6750kg，可提前8～15天收割， 还能种一季晚稻，每公顷产量可达5250kg。旱地渍害田因经地下排水治理后，每公顷增产棉花300～450kg，芝麻450～600kg。
经地下排水治渍后的农田，已推行多种种植模式，如小麦—西瓜—晚稻，麦—稻—稻，肥料—稻—稻或油—稻—稻等种植制度，可见采用地下排水技术治理渍害田，是江汉平原实施农业综合开发的关键工程。
（来稿日期：1995-01-24）