第1章 引言

1.1 研究背景及意义

我国2003年1月1日正式实施的《中华人民共和国清洁生产促进法》有关农业方面的条文指出“农业生产者应当科学地使用化肥、农药、农用薄膜等，防止农业环境污染”。根据联合国粮农组织（FAO）统计（1996），全世界60%的灌溉土地已不同程度的盐渍化。内蒙古河套灌区是我国土壤盐渍化发育的典型地区，轻度盐渍化土壤占耕地面积24%左右，中、重度盐碱化土壤占耕地面积31%左右。近年来，一方面，由于灌区不合理的灌溉制度及排水工程不健全，致使地下水位升高，在强烈蒸发作用下，地下水中的盐分在根层土壤中积聚，导致灌区土壤发生了大规模的次生盐渍化，对农业产生了极大危害，大面积耕地资源因盐渍化而处于荒芜弃耕状态（Aurelija等，2011；Schoups等，2005），造成了灌区天然植被的退化和农作物产量降低（汪林等，2001）；另一方面，由于长时间的不恰当灌溉及施肥措施，使得肥料利用效率较低，造成较大的肥料流失。可见，土地盐碱化、缺水及农业面源污染等将成为长期制约该地区农业可持续发展的关键因素。

在经历了灌区大水漫灌、重灌轻排而导致的地下水位上升和灌区土壤次生盐渍化后，人们逐渐认识到过深的地下水埋深和过浅的地下水埋深都会对农业和周边的环境产生严重损害。真正原因在于土壤盐分和水分是影响植物生长的主要因素，且均与地下水埋深深浅有关，当地下水埋深过浅时，在强烈的蒸发作用下，水去盐留，溶于地下水中的盐分就会在土壤表层聚积导致盐渍化，不利于灌区作物的生长。当地下水埋深过深时，地下水无法达到植物可吸收利用的程度，导致土壤的干化、植被衰败，严重甚至会导致土地荒漠化（李和平等，2008）。因此，只有当地下水埋深处于合理生态水位时，灌区作物植被才能够正常生长（张天增，1981），在现有资源条件下，确定河套灌区适合农作物、植被生长的合理地下水埋深势在必行。河套灌区大水漫灌的灌溉方式不仅是导致土壤盐渍化的重要因素，而且还造成了灌区水资源的严重浪费，尤其是面临引黄水量锐减形势，可见，制订合理的灌溉方式，控制地下水位已刻不容缓。河套灌区节水改造工程实施后，建立了完善的排水系统，减轻了土壤盐渍化程度，盐碱地面积开始减少，作物产量也逐渐提高（张微等，2003）。但土壤积盐情况依然严重，盐分还是没有大量排出灌区外，只是盐分在土层剖面的再次分配，农田潜在盐渍化问题依旧突出，如果田间管理不当、用水不科学、水位抬高，依然会导致土壤次生盐渍化。

内蒙古河套灌区作为我国西北重要的农业精华地区，农业生产过程中化肥、农药用量呈逐年加大的趋势，而肥料的利用率却一直得不到提高，施用的化肥除了被农作物部分吸收外，其余都在农田灌溉、降雨及秋浇时随退水进入各级排干沟及地下水中，导致土壤板结、耕作质量差、肥料利用率低、土壤养分易流失及地下水污染等问题。统计表明，一般农作物对氮肥的吸收利用率为30%左右，70%通过挥发、淋失、渗漏损失，对磷肥的当季吸收利用率为20%左右，约15%随水流失，各排干沟污染物排入量均已超过了农业灌溉水源所能承受的环境容量，将严重威胁着黄河水质的安全，使得农业面源污染成为黄河上游灌区水环境质量改善的严重制约因素。目前，农业生产中无机肥料的应用仍然占主导地位，大多数无机肥料本身并没有什么问题，主要是人们的使用量、使用方法等不合理而造成过多的损失及污染问题，而合理施肥能够显著提高土壤肥力及肥料利用效率，达到维持土壤养分平衡的目的（陈闻等，2011；王飞等，2011；徐祖祥等，2011），不均衡施肥则会导致土壤酸化及养分的大量残留，从而影响作物产量和品质（姜培坤等，2009），氮、磷、钾肥是农业生产过程中主要的养分因素，由本底调查可知，灌区土壤中钾素充足，因此，研究农业生产过程中氮、磷肥合理配施优化施肥是十分必要且尤为迫切的。

综上所述，内蒙古河套灌区农业灌溉用水量大，时间跨度长，尤其是秋浇，不仅把大量盐分淋洗入地下水中，同时，土壤中残留的氮素也被淋洗进入地下水中，这一长期过程对环境造成严重危害性。因此，一方面，本研究在盐渍化灌区节水条件下，兼顾经济效益的同时，合理调节氮、磷肥的施用量，以达到提高作物的水肥利用效率、减少作物收获后土体中硝态氮残留及灌水过程中氮素淋失的目标，提出基于农田环境角度的氮磷配施模式，为进一步减轻农业面源污染提供理论基础，是黄河上游灌区水质安全的重要科技需求及提高灌区农业清洁生产水平和推进现代农业的重要保障，也是黄河中下游水安全和生态安全的重要举措，具有重要的科学研究价值和现实意义。另一方面，要解决河套灌区盐渍化问题，实施作物生长期与主要积盐期浅层地下水位调控是又一重要课题与途径（杨会峰等，2011）。因此，通过对地下水埋深与土壤盐渍化交互效应研究，结合灌区各种农作物的耐盐阈值，可初步提出维持区域水土环境良性循环的“生态地下水位”，再由田间水利用系数与地下水补给系数之间的关系，推算田间作物理论最适灌溉用水量。研究对维持河套灌区区域水土环境良性循环具有重要的现实意义，为河套灌区制定合理的地下水控制深度和灌溉制度提供理论依据，对合理利用水资源，改善区域农田生态环境具有非常重要的意义。