民勤绿洲水资源综合调控与可持续发展

民勤绿洲水资源综合调控与可持续发展

李朝刚

（甘肃省农业科学院土肥所甘肃兰州730070）

摘要：石羊河流域水资源过度开发是造成民勤绿洲生态环境恶化的最根本原因。为缓解绿洲农业生态用水的矛盾，就绿洲内部而论，一是建立绿洲内部以调控地下浅层水为中心的农田灌溉系统。二是以节水为中心，配置绿洲内部种植业结构：坝区实行532结构；泉山区推行粮、饲料饲草、经济作物33制；湖区采用3∶4∶1∶2轮作制。三是农区发展林业，畜牧业，走农牧相结合的道路。四是沿沙漠边缘实施先治沙，后造林的防护工程。五是充分利用干旱区光热资源，积极发展绿洲畜牧业和棉花两大支柱产业。六是兴造咸水灌溉开源工程。七是实施贮水灌溉，推广节水灌溉。八是用地养地结合，培肥土壤，提高耕地质量。九是运用综合措施，预防灌区“潜在”次生盐渍化“复活”，保证绿洲生态良性循环和可持续发展目标顺利实现。

关键词：石羊河流域；民勒绿洲；水资源调控；咸水利用；作物结构调整

石羊河流域民勤属区是石羊河最下游深入到沙漠中的灌区。其东面为腾格里沙漠，西面和北面为巴丹吉林沙漠，南面为河西走廊北山东端不连续的山脉——红崖山、馒头山、阿拉古山等，从地形上看，民勤是一个盆地。目前，民勤是我国西北干旱内陆河地区生态环境恶化最为严重的地区之一。土壤干旱、化沙漠化和沙丘化已经严重影响到民勤绿洲盆地的生存和可持续发展。温家宝总理指示“决不能让民勤变成第二个罗布泊”，从国家发展的长远大计和战略全局明确了民勤在全国生态格局中极其重要的战略位置。

1　石羊河流域水资源过度开发是造成民勤绿洲生态环境恶化的根本原因

注：本文发表于《石羊河流域综合治理》2007年甘肃省科协年会论文集.

文史资料记载，史前期古石羊河水量丰富，当时绿洲的内部曾分部有大片的荒漠草原、沼泽草原和盐渍草原，盆地下游终端湖“潴野泽”的水面曾最高达到540hm²。当地以游牧为主的部落民族长期环湖放牧，逐水草而居，孕育了新石器至铜器时代的各期的“石井子文化”。西汉末与隋唐时期，曾是石羊河流域发展的最高峰期，当政者“大量屯田，兴水利”，随着大规模的农业用水量增加，使下游民勤盆地的水资源开始显现不足，古终端湖大部分已干涸。1654年清得河西到宣统年间，石羊河的下游已是“河水日细，生齿日繁，沼泽亦涸，屠沃泽饶已成往事也”。民国时期，水利建设没有大的发展。自1924年“青土湖”再无洪水注入，至1953年完全干涸。新中国成立初期，民勤绿洲的地表水资源约5亿m³，地下水补水量约4.3亿m³，绿洲80%的地下水位小于3m，绿洲内部有较好的林草立地条件，农田灌溉面积约6.23万hm²，一度维持着民勤绿洲的生态稳定。1972年以后，石羊河中游水资源开发迅猛发展，大量耗用地下水，造成下游民勤绿洲大量超采地下水，原有的泉水灌区几乎全部变成了井灌区，至90年代入境绿洲的水量降至2.34亿m³，绿洲的地下水位区域性降低了2～3m，50年代的造林地成片枯稍死亡，区内的各种乔灌木至80年代仅存7.03万hm²，近25万hm²的天然沙砾草原严重退化，沙丘每年以5m左右的速度蚕食绿洲，区内沙化土地面积增加了2万hm²。在一定意义上讲，水资源多寡决定着绿洲农田生态的稳定性，因此中游地区水资源严重开采，造成了下游民勤绿洲的退化和萎缩。

2　石羊河流域民勤绿洲水资源综合调控与可持续发展

水资源严重不足是民勤绿洲生态问题的核心，经国家同意，景电二期工程已经利用空闲时间，每年给民勤调水6000万m³。但是，这与保证民勤要求过境水量不少于3亿m³的目标相差甚远。当前，为缓解绿洲急需用水的矛盾，就绿洲内部而论：

2.1　建立绿洲内部以调控地下浅水为中心的农田灌溉系统

民勤绿洲自然水资源总量的绝大部分是以地下水的形式转化于水循环过程中。70年代资料表明，每年进入绿洲的地下潜流约0.1m³，而垂直补给地下的灌溉渗漏水有1.7亿m³，约占绿洲地面的径流的一半以上。也就是说，浅层地下水是灌区灌溉水中最重要的组成部分。因此为了充分利用地面水，合理抽取和有效补给地下水，建立一个绿洲内部，取得地面水—地下水—土壤水达到合理平衡的灌溉系统就非常必要。

针对绿洲三个不同水文地质条件结构类型，绿洲的坝区的浅层水较为丰富，地下水位平均埋深21m，水源灌溉条件好，今后一段时间主要采用井水灌溉，通过井灌，接纳中游高地的径流补给，增加地下水库容；绿洲的泉山区地表水和地下水之间在数量上具有重复性，因为过去曾大量开采地下水，水位下降很快，现在的地下水位平均埋深为23.5m。今后一段时间，应采用井、河水混灌，并以河水灌溉为主，辅以井水灌溉。必须指出，作为绿洲浅层水调节枢纽的泉山区，通过河水灌溉，调蓄水量，还可以起到优化整个灌区水均衡状态的作用；湖区主要分布在绿洲的北部和东北部，因系湖沼退化为平原的最后地带，地势低洼，过去由于地下水位长期处在土壤返盐的临界深度以上，除了土壤干旱化、沙漠化外，土壤盐渍化也最严重，是绿洲生态环境最为恶劣的地区。这些年来，地下水位已经下降到平均15.13m，今后一段时间，主要启用地下咸水，辅以河水灌溉，逐步恢复地下水位到沙生、耐干旱、耐盐碱植物可利用的“适宜深度”，为本区恢复人工植被和营造绿色屏障提供地下水支撑。

根据观察，2007年灌区地下水少部分地方开始回升，有些地方缓慢下降。抽取地下浅层水改变了原来地下水的径流方向，转化为与干旱自然现象对立的抗旱作用，这是有利的方面，但是如果对补给缓慢的地下含水层无节制的开采，那么就会形成地下水位不断加深下降的漏斗，造成难以补救的恶果，因此必须格外慎重。

2.2　以节水为中心，配置绿洲内部结构

民勤绿洲是一个复合荒漠——绿洲生态系统。依据绿洲为干旱荒漠所控制的特点，改善绿洲农业生态，维持生态良性循环，必须要把荒漠、绿洲和沙漠联系起来，因为它们有内在联系，并在时序上交互发生，不是单一措施，而是要进行综合治理。

第一，首先从治理绿洲环境入手，沿408km沙漠边缘实施先治沙，后造林的生态防护工程。

第二，充分利用干旱区丰富的光热资源，积极发展畜牧业和棉花两大支柱产业，建立具有民勤资源特色的农林牧综合发展的绿洲生态农业经济体系。目前，棉花优势已得到充分重视，2008年种植面积已达到2.0万hm²，占到总面积的33.9%。今后应把狠抓生态系统优化中的薄弱环节发展农区畜牧业做为突破口。

第三，农区发展林业、畜牧业，走农林牧相结合的道路。它们的主要特征是，其林业以保护性林网为普遍形式，同时发展枣树、葡萄、枸杞等适宜当地的经济成片林；其牧业建立牛、羊、猪等适宜当地的多品种结构，并实行集约饲养。农区发展畜牧业必然带动饲草饲料的种植，这样可以大幅度提高绿洲的生态系统的次生生产力，豆科牧草的改土作用和大量优质有机肥料反过来还可以培肥地力，促使绿洲农田生态系统营养元素达到良性循环。

第四，压缩小麦、玉米高耗水的带田种植，发展棉花、茴香、葵花和甘草、苜蓿等高效节水作物。根据《民勤绿洲主要农作物节水高产灌溉试验》的结果，以平水年份，棉花较春小麦/玉米带田和小麦分别省水82.6%和69.2%。棉花的水分生产率约为0.55kg/mm·mu，而苜蓿、甘草则更加省水。

第五，种植业中逐步改变现在的“粮食作物+经济作物”的“二元结构”模式，向“粮食作物+经济作物+饲料饲草作物”的“三元结构”模式转化。坝区土地质量优越，可实行532的结构，即粮食占5成，经济作物占3成（棉花、茴香、葵花为主），饲料饲草占2成（以苜蓿为主）；泉山区实行33制，即粮食、饲草饲料和经济作物各占1/3；至于湖区则可以实行3∶4∶1∶2轮作制，即3年苜蓿，4年棉花，1年粮食，2年棉花轮作方式。与此同时，实行轮歇制度，土壤作为一个巨大的蓄水库，必然是一个有效的蓄水介质，研究证明，土壤能长期保持水分，有些甚至储蓄好几年，实行轮歇制度，可以充分利用休闲年分储存的土壤水分，为第二年植物生长所利用。根据中国科学院阜康荒漠生态试验站的研究成果，草田轮作与对照相比较，光能利用率提高2.2倍，产投比提高1.9倍，经济效益提高2.1倍。

2.3　兴建咸水灌溉开源工程

解决灌区水资源危机，除了节水外，还应该考虑开辟新的水源。利用咸水灌溉，这是早已有的事，特别是那些淡水资源缺乏的国家和地区、如摩洛哥、突尼斯、以色列等国，我国也有悠久的历史。民勤盆地水资源勘探，地下普遍分布着一层矿化了的咸水，南盆地和北盆地的南段，因为灌溉渠密度大，地面灌溉水渗漏集中，加之径流条件好，所以水质也好。北盆地的下端，地下迳流滞缓，所以矿化度较高，一般在2.0～2.5g/L，但是因受地理环境诸多因素的影响，在高矿化度区中和夹河道仍分布有局部淡水带。

近些年来，国内一些研究成果说明，咸水利用的可能性普遍存在，特别是矿化度小于5g/L的微咸水。根据陕西渭南地区东方红电灌局利用咸水对棉花进行灌溉试验证明，矿化度小于1.7 g/L的咸水可以常年灌溉，1.7～3.0 g/L的咸水每年可灌2～3次，3.0～5.0 g/L的咸水每年可灌溉1～2次，大于5.0 g/L的咸水仅作为极端干旱的水源。棉花是一种比较耐盐的作物，它可以作为盐碱地改良的先锋作物，所以棉花咸水灌溉更容易取得成功。咸水灌溉影响和导致土壤积盐的因素很多，在一定的土壤和气候下，水质是积盐的主要因素，随着水质矿化度的增高，土壤积盐也会明显增加，如果数倍于实用的灌溉水量，使其超过田间持水量，必然有一部分盐分作为田间渗漏量下渗，因为一般土壤溶液的浓度远高于灌溉水的含盐量，所以下渗水将溶解土壤中的盐分，带走一部分土壤盐分，起到洗盐的作用。70年代，民勤水电局曾利用咸水对小麦进行灌溉试验，提出利用矿化度1.08g/L的咸水灌溉，要求灌溉水量为7050m³/hm²，利用矿化度2.08g/L的咸水灌溉，要求9150的灌溉水量，土壤的积盐率和脱盐率基本相当。又据省农科院土肥所在景电灌区，利用矿化度5.0g/L的咸水于小麦拔节期和抽穗灌浆期实行河井水混灌或轮灌，小麦增产108%，而且提高了咸水灌溉的安全性和咸水的利用范围。启用咸水灌溉，一方面是为了用以抗旱，另一方面抽取咸水，腾出地下库容，还可以接纳渠道、地面引渗补给使咸水逐渐淡化。另外，据初步勘测，腾格里沙漠西部地下水的生态开采模数为4.5万m³（hm²·a），年生态开采量为1.26亿m³，可稳定地开发，加速恢复和发展湖区经济价值较高的林草地，同时也是为未来外引水的决定性准备。

要取得咸水灌溉的成功，需取决于多方面的因素，如水质、土壤、作物耐盐能力、排水条件以及耕作管理水平等。一般3.0 g/L以下的咸水灌溉，增产效果好，安全性大，但要注意含NaHCO₃和Na₂CO₃的碱性咸水不宜用于灌溉。

2.4　绿洲灌溉水循环中的土壤调控与储水灌溉

灌溉水在土壤中是以入渗→储存→蒸发的形式完成其全部转化过程。近年来，绿洲随着水资源减少，地下水位下降很快。按土壤灌溉水均衡的观点，这种改变了量值在不同均衡要素分配的比例，它可以使土壤贮水量增加。石羊河水系以季风降水补给为主，径流量集中分布在6至9月份，最大径流量出现在7月，占到年总量的74%。民勤群众过去有浇“安种水”储水灌溉的经验，每年利用丰水期，把更多的水贮存在土壤中，这样就人为地建成了一个地下土壤水库，以供翌年和苗期春播所用。如果按本区1m土体田间持水率21%来计算，那么最大公顷有效蓄水量可达到1260m³，这对于绿洲水资源在时空间的平衡起到了重要的调节作用。而且贮水灌溉与地表水或地下水资源相比，它的进入和贮存，不需要专门投资。另外，贮水灌溉还可以起到淋溶作用，使土地得到脱盐。除此之外，土壤水调控的另一个重要方面是减少地面蒸发，景电引黄灌区试验结果表明，春小麦在公顷4875kg的条件下，生育期的总耗水量为2782.5m³，其中叶面蒸腾占58.3%，地面蒸发占41.7%，蒸散水量的有效系数为0.34。试验同时证明在保持土壤表面湿润的状态下，以有机物秸秆覆盖土壤可平均降低蒸发量5%～8%，按灌溉区耕地面积5.87万hm²的1/3估算，可以再有276万m³到440万m³的水资源得到利用，这是一个相当客观的数字。而且因为覆盖保持了土壤深层水分，比降低蒸发更重要。这些年来，绿洲为推广节水技术，逐步改过去的大水小串灌溉为沟、畦、小块灌溉，节水率达到10%。春小麦、地膜籽瓜、地膜白兰瓜和地膜棉花最佳的公顷灌溉定额分别达到了3900m³，2700m³，2550m³，和1200m³，这些都对灌区提高水资源利用率起到了积极的作用。

2.5　提高耕地质量，促进农业持续发展

俗语称“有水斯有土，有土斯有粮”。前已述及，水是目前严重制约绿洲农业可持续发展的主要因素。但是同时必须指出的是，与20世纪80年代相比，绿洲土壤养分的有机质和全氮不但没有明显改善，反而略有降低，加之风蚀作用，绿洲耕地土壤的肥力长期徘徊在低水平。另据统计，现在灌区年化肥使用量超过了12万吨，很明显粮食增产全靠使用化学肥料。事实上，绿洲可利用养分再循环的肥源潜力很大，如人畜粪肥、作物秸秆、绿肥等。过去，民勤群众就有重视养地作物苜蓿的栽培和采集野生苦豆子压绿肥的习惯，用它做瓜类和辣椒的基肥，不但产量高，而且品质最好。为恢复绿洲已退化的养分，针对绿洲的土壤特性，结合作物需求，今后更需建立灌区定量的有机养分的使用体系，通过培肥地力，以肥调水，以水促根，以根抗旱，促使灌区可持续发展。

3　关于绿洲盆地的土壤次生盐渍化问题

根据20世纪80年代的统计，绿洲内部盐渍土面积分布非常之广，最高曾达到过5.17万hm²。研究表明，绿洲土壤盐的主要来源是地下水中的盐类。这些年来，随着上游入境绿洲的径流量大幅度的减少，导致灌区内部地下水迅速下降，因此改变了土壤盐分在空间上的再分配过程。正是这个过程，盐渍土分布已由原来大片相连的重盐化土壤分成为小片，并有规律地交互镶嵌呈复区形式存在；正是这个过程，盐分开始在土体的中、深层积聚而不再上行；正是这个过程，土壤盐渍化已由过去的表面形式转化为“潜在”盐渍化。这种土壤表层的盐渍度的消长现象，被有些人认为是灌区的盐渍土已经变好了。事实上，土体总的趋势仍然是积盐。影响土壤盐渍化的因素很多，且很复杂。对于灌区而言，其中潜水的影响起主导作用，也是最活跃的因素，例如，夹河乡2006年万亩弃耕地受西部沙漠地下水侧渗影响，次生盐渍化再度复活，而且发展很快，十分严重。再者土壤系统也是很重要的限制因素，它与水之间的作用是相辅相成。灌区现在有些地方地下水埋深虽然相同，但是因为土体构型和土壤肥力有机质含量有差别，东湖还是有成片的盐渍土面积的分布，就很好的说明了一点。为此，灌区今后必须加强水盐管理并配合其他农业措施，比如，增施有机肥料，培育土壤结构等，通过土体内部的自身的生物化学的过程，提高对潜在盐渍化的“免疫力”，以达到控制和防止灌区盐渍化的再度“复活”。因为一但土壤次生盐渍化成暴发性发生，改良绝不是一村一户所能承担的，而且投资也非常大，所以必须防患与未然。

4　结束语

水资源短缺问题，在民勤绿洲生态环境治理中至关重要。以合理利用和调节为中心，建立灌区灌溉水调控系统，使之地表水→地下水→土壤水保持平衡状态的要求，这只是为建立一个最佳绿洲人工植被创造了一个良好的条件。而一个最好的合乎自然绿洲农业态系统，还取决于生态结构其他形式之间的相互协调，生产中农林牧相互促进等。而且无论是生态效益或经济效益都要和人民群众的切身利益联系在一起，只有这样才能保证绿洲生态系统的良性循环和可持续发展的目标顺利实现。