滨海盐碱地治理模式研究创新

李晓玉，赵文廷,3,4，白冬菊，康锁倩，郭旭耀

（1.河北农业大学 国土资源学院，河北 保定 071000；2.河北农业大学 资源与环境科学学院，河北 保定 071000；3.河北保定生态文明研究院，河北 保定 071000；4.河北农业大学土壤环境重点实验室，河北 保定 071000）

土地盐渍化是世界性问题[1]，土地盐渍化现象十分广泛，除南极洲无调查数据外，其余各大洲均有盐渍土分布，全球盐渍化土地面积约95 438×104hm2，且以每年100×104hm2～150×104hm2的速度继续扩大[2-3]。中国盐渍化土地面积约9 913×104hm2，其中，盐渍化耕地面积约920.94×104hm2，占全国耕地面积的6.62%[4]。依据中国土壤分类原则和盐渍土发生特点，全国盐渍化土划分为滨海盐土、草甸盐土、潮盐土、典型盐土、沼泽盐土、洪积盐土、残余盐土和碱化盐土等类型[4]，其中滨海盐化土地主要分布在辽东湾、渤海湾、莱州湾及江苏和浙江等省的沿海地区，总面积约211.4×104hm2，占全国盐渍化土地总面积的7.03%。

盐渍化土地资源丰富，增产潜力巨大，具有广泛的开发利用价值和广阔的增值空间。目前，提高盐渍化土地产能的方法较多，主要有农业措施、生物措施、化学措施、水利工程措施和综合治理措施等。通过这些措施改良，有效地提高了盐渍化土地的产能，棉花单产从10 kg/0.067 hm2多提高到100 kg/0.067 hm2[1]。尽管在一些地区形成了高效、生态、循环的农业体系[5]，但对于分布大面积盐渍化土地的滨海地区来说，仍然存在目标过于单一、水资源约束困难、种粮成本高和效益低等许多问题需要解决[6]，尚须结合现代化农业庄园建设发展理念[7]，进行深入研究和探索新型的渍化土地综合治理模式。在江苏兴化垛田[8-10]、长江和珠江三角洲基塘[11-15]、黄淮海平原台田[16-17]等农业生态工程和滨海盐渍化土地治理工程研究基础上，结合矿山固体废弃物资源化利用和海水淡化利用，创新提出了一种适合滨海盐渍化土地开发利用的塘垛模式，更高程度挖掘盐渍化土地的开发利用潜力，有利于滨海滩涂现化农业庄园建设和发展。

1 滨海盐渍化土地开发利用研究思路的提出

兴化垛田模式、长江与珠江三角洲基塘模式和黄淮海平原台田模式的共同目标是构建水陆交互作用的多层次的立体生态农业体系[8-17]，实现湖荡沼泽、滨海滩涂等低洼多水土地的高效和集约开发利用。所使用的土地整治技术手段基本相同，充分利用当地的自然环境条件，挖沟开塘，构建水体生态环境体系；堆（垫）成垛（或基、台），构建陆地生态环境体系；水体生态系统和陆地生态系统相互搭配，协同一致。虽然有许多优势[13,16]，但也存在以下共同问题：

（1）岸坡（塘埂）坍塌较严重，导致基（或垛、台田）面积逐渐减小、鱼塘（或塘）面积逐渐扩大和水深因淤积而变浅，影响水陆立体生态系统的总体效果。

（2）基（或垛、台田）面积太小，导致种植业只能采用传统农业方式，不适合大面积的农业机械化作业，因此，劳动效率较低。

（3）灌排一体不能保证种植业的用水质量要求，水体污染较严重。不仅如此，当池塘中的水以地下水为主，且地下水矿化度较高时，种植业用水量也不能保证。

此外，黄淮海盐渍化土地区的台田模式，次生盐渍化问题严重，因此自然灌排一体化不可避免。因此，提出了下列解决问题的研究思路：利用矿山开采弃石构筑基（或垛、台田）岸坡，以解决岸坡坍塌问题；用矿山开采弃渣构造隔盐与灌溉体系，灌排分离，解决种植业用水质量和数量不足问题；扩大基（或垛、台田）面积，以提高现代化作业程度，解决种植业生产效率低的问题。为此，基于垛田农业、基塘农业和台田农业等的土地整治与利用思想，提出了滨海盐渍化土地整治与开发利用的塘垛模式，可以达到充分发挥垛田、基塘等农业的优势，以及弥补不足的目的。

2 滨海盐渍化土地整治与开发利用的塘垛设计

2.1 塘垛模式设计基本原理

（1）降低地下水位的设计原理。降低地下水位是盐渍化土地治理的主要方法，目前人们多采用井工抽水、明沟或暗管排水等方法[6,20-22]，将地下水位降至低于土壤地下水位临界深度。对于明沟或暗管排水，依据河间地块水头线方程原理[23]（图2），计算盐排水沟（或管）的水平间距L 和一侧排水沟的单位长度的流量q 的过程如下：

根据河间地块水头线方程有：

式中，H 为地面至隔水底板的垂直距离（m）；h1、h2分别为两侧排水沟的水位（m）；q1、q2分别为地下水向两侧排水沟的单位排水量（m）；L 为相邻排水沟的水平距离（m）；a 地下水分水岭距左侧排水沟的水平距离（m）；ha 为地下水分水岭处潜水的位置水头（m）；Za 为地下水分水岭处潜水位的埋藏深度（m）。

要保证河间地块不产生盐渍化，地下水位埋深Za 不应大于毛细水最大上升高Zcr，即：

解方程（式3）即得排水沟之间的距离L。

如果h1=h2，地下水分水岭在河间地块中间，即：

（2）降低毛细水上升高度原理。地下水位浅、毛细现象是造成土地盐渍化的根本原因，而毛细水上升高度受土类影响，细粒土，如粉土、粉质黏土和黏土，颗粒细，毛细水上升高度大，一般为100～600 cm；粗粒土，如砾石（或角砾）、卵石（或碎石）和漂砾（或块石）土，颗粒粗大，毛细水上升高度小，一般为小于5 cm[23]。因此，用粗颗物质（如矿山开采弃渣）在地下一定深度处人工构造一定厚度的粗粒土层，可起隔断毛细水上升的路径，达到降低毛细水上升高度的目的。

2.2 塘垛总平面图设计原则

滨海盐渍化土地整治与开发利用的塘垛总平面图设计包括交通运输系统设计、塘垛平面布局设计、塘垛竖向设计等内容。其中，塘垛平面布局设计为总图设计最关键的环节，包括塘与垛的比例及平面布置，单个塘、垛的形态及面积，供排水、交通运输等的平面布置。

塘与垛的比例及平面布置（图3）。依据滨海土地的地表水、地下水、降水量和蒸发量等，综合考虑确定塘与垛的比例。当水资源丰富时，可取7∶3～6∶4；当水资源较缺乏时，可取6∶4～4∶6；当水资源缺乏时，可取4∶6～4∶7。单个垛块面积以满足大型农业机械作业为准，一般取2～6 hm2；单个鱼塘的面积一般为1 500～10 000 m2，最小不小于500 m2，长宽（东西为长，南北为宽）比2∶1～4∶1，每10～20 个鱼塘组成一个单元塘组。

供排水、交通运输等的平面布置以满足现代化农业庄园建设与发展需要为原则。垛块上的供排水包括供水井和排水盲沟平面如图4 所示，供水井与排水排水盲沟相互搭配。

2.3 排盐隔盐体系设计原则

排盐、隔盐是盐渍化土地治理的重要技术手段，目前主要的排盐方法有灌溉洗盐法、排水降盐法、排降水位法、暗管排水法等[1,20-22]，主要隔盐方法有表层覆盖法、深层覆盖法等[1,19-22]。本文提出了一种将矿山环境治理和废弃物综合利用，与盐渍化土治理相结合的盐碱地治理新型模式，该模式的核心技术在于用矿山固体废弃物构建排盐隔盐体系，其竖向设计如图5 和图6 所示。

图5 和图6 中的石渣层②是用矿山开采弃渣构造的排盐隔盐层，一般埋置于地下1～2 m，取决于上覆人工填土的类型和渗透性。排盐隔盐层厚度可根据经验一般可取20～50 cm，或由试验确定，当压实系数不小于0.93。

2.4 灌溉体系设计原则

水是农业的命脉。保障滨海盐渍化土地农业灌溉用水至关重要。滨海盐渍化地区，如在渤海湾地区平行海岸宽度约20 km 的盐渍化土地带，地下水位埋藏浅，一般为1.5～2.0 m；地下水和地表水的矿化度较高，一般为5～20 g/L，为低至高矿化水，个别地段为卤水（矿化度达705～20 g/L），一般不宜直接用于灌溉农田[24]。因此，解决盐渍化地区的农业灌溉用水问题至关重要。为此，本文提出了一种利用矿山开采弃渣构造地下水含水和输水的地下水通道，图5 和图6 中第③层所示。该层厚度一般为2～3 m，在设置取水井的位置（图4 和图5），厚度增加为4～5 m。

第③层为地下水含水系统和通道，其平面设计方式可根据地块大小按以下方式布置：一是沿地块中部地下纵横各布置一个条带，如图4（a）所示；二是纵横各两个条带，如图4（b）所示；三是纵横各三个条带，如图4（c）所示；四满堂布设石渣层，如图4（d）所示。当采用条带布设方式时，条带宽度和间距应按供水量要求，通过计算确定。

除满足供水量要求外，还有一个非常重要的问题，即咸水淡化问题。为此，可为每个取水井点配套咸水淡化装置。目前，反渗透膜技术是较为成熟的，且用得较多的一种咸水淡化技术，可为每个取水井点设计反渗透膜[25]，以实现含盐地下水的资源化利用，为盐渍化土地高效利用和实现立体农业模式，提供淡化水资源[26]。

3 可行性分析与评价

3.1 技术可行性分析与评价

在理论方面，滨海盐渍化土地开发利用的塘垛模式以毛细现象原理和河间地块水头方程[23]为设计依据，具科学性和合理性。在实践方面，该模式集中了南方的垛田[8-10]、基塘[11-15]，以及黄淮海平原的台田[16-18]等立体农业[8-17]模式的基本做法和科学思想，同时吸收了全国盐碱地治理的朴素思想和实践经验[6,20-22]，具有扎实的实践基础。

3.2 经济可行性分析与评价

3.2.1 建设费用（成本）估算

（1）项目建设内容。主要包括土地平整、挖土方、填土方、边（岸）坡加固、路桥建设、供水配套设施建设、渣石（矿山开采弃渣）运输等分项。

依据TD/T1039-2013《土地整治项目工程量计算规则》确定每1 hm2盐渍化土地治理工程量计算结果如表1 所示。

表1 每1 hm2 盐渍化土地的主要治理工程量一览表Tab.1 The list of main control quantities per 1 hm2 of salinized land

（2）项目建设费用（投资）估算。依据《土地开发整理项目预算定额标准》（2012 版）《河北省建筑、安装、市政、装饰装修工程费用标准》，以及国家《工程勘察收费标准》等，研究确定每1 hm2盐渍化土地治理与开发利用建设的费用见表2。

表2 1 hm2 盐渍化土地治理工程投资估算表Tab.2 The investment estimation of every 1 hm2 salinized land treatment project

3.2.2 效益来源与估算

运用矿山环境治理与滨海盐渍化土地高效利用相结合的思想理念，不仅解决环渤海水资源短缺和土地盐渍化问题，开创滨海盐渍化土地的立体生态农业，促进滨海地区乡村振兴、京津冀协同发展，而且能大量消化太行山区的矿山固体废弃物，改善京津冀生态环境、预防地质灾害，大幅度提升滨海盐渍化土地产能。新型塘垛模式下每0.067 hm2创收至少增加5×104元，将新模式推广应用到河北18×104hm2滨海盐渍化土地，则全省收益每年至少增加130×108元，同时至少增加劳动岗位270×104多个。

4 结论

（1）滨海盐渍化土地整治与开发利用的塘垛模式综合发挥了垛田、基塘生态农业的优势，有利于滨海滩涂现代化农业庄园建设和发展，可以达到矿山固体废弃物资源化利用和矿山环境治理的目的。

（2）利用矿山废渣构造的供排水系统，除起排水和供水双重作用外，还可通过咸水淡化为农业生产和生活提供淡水；与目前普遍采用的暗管排水相比，具有造价低、易于施工建造、持久性和耐用性好等优点，可根据旅游发展功能需要，塑造各种平面形态的垛田（人工微地貌）景观，提升观赏、休憩价值。