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盐渍化

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引言

  盐渍化是内陆水域盐分增加的过程。盐渍化分为两种类型:天然的和人为的,后者即所谓的‘次生盐渍化’。本文主要阐述次生盐渍化。

  天然盐渍化实际上局限于世界半干旱和干旱地区封闭的排水流域,这些地区也是次生盐渍化最为常见的地方。半干旱和干旱地区几乎占到了世界土地面积的三分之一。这些地区的年降雨量为25~500mm,有4亿多人口居住在那里,且人口数仍在增长,因此用水需求增长对水资源造成冲击。次生盐渍化是以上这些影响中最重要的一个方面且会愈来愈重要。然而,尽管各国政府充分认识到了盐渍化的威胁及影响的严重性,但却没有充分认识到它的全球性影响及重要性。例如,格鲁姆布里奇和詹金斯在1998年特别提到——盐渍化是一个水质问题,这个问题也许不是全球性的重大问题,但对局部地区可能是重大问题。倘若全球气候出现所预测的情况,则很可能随着以后干旱土地面积的扩大,它的重要性将进一步增加。

  次生盐渍化的影响总是有害的,多方面的且实际上是不可逆转的。当涉及到已盐渍化的大湖泊时,汇流河的引水是产生盐渍化的主要原因。这些湖泊不断上升的含盐量产生的影响与湖泊原有的(天然的)含盐量及其增加的程度有关。当原有含盐量低时,产生的影响最大。总之,湖泊的大部分价值(经济、环境、水土保持及生态)均下降。淡水流域盐渍化的主要原因是改变水文平衡及造成地下含盐水流动的流域活动。这里所说的对盐渍化的影响,在很大程度上仅取决于盐份增加的程度。然而,淡水生态系统对盐份的增加比咸水湖要敏感得多,甚至很小的盐份增加也会产生很大影响。

  本文的目的有三点。第一是定义盐渍化并指出全球淡水盐化的范围;第二是阐述成因及影响;第三是强调盐渍化的损失,评价预防和补救措施。突出的目的是要吸引水资源管理人员,湖沼生物学家及水土保持工作者对于盐渍化这样一个对全球有重大影响且有可能威胁到半干旱及干旱地区大部分流域的生存和自然完整性问题的关注。

盐渍化及其对全球的影响

  所有内陆地表水的产生是由于从世界上四大洋蒸发的水要比降水多。其差值便作为雨或雪降落在地面上,使所有的陆缘及次大陆水域水位上升。雨或雪中含有源于海洋的少量盐份沉积在土地上(含盐量随离海岸的距离增加而递减)。在外流流域,盐份或多或少地直接返回海洋,但在内流流域,盐份在终端集水区积聚,在太阳的照射下蒸发,这样便形成了盐水湖。这个过程是‘天然盐渍化’。全球现有的盐水湖总储水量(85km3×106)只略少于全球淡水总量(105km3×103)。

  源于海洋中的盐份在盐水湖中的积聚量并不固定,会因风蚀、地下渗漏或以其他的方式而损失。这可解释为什么在盐水湖中的含盐量通常远远低于饱和含盐量。因此,在地质期内,在内陆地表水域中已建立起一种天然的平衡状态,包括盐份的平衡,即在盐份输入(来源于海洋和其他来源的盐份)、盐份短期或长时期储存及最终流入海洋的盐份之间的平衡状态。很可能人类活动没有明显扰动这种平衡。然而,可以肯定,人类活动已打乱了内陆水域盐份的分布情况,尤其是已使许多水域含盐量增加。当这个过程波及到淡水时,这种现象被广泛地认为是次生盐渍化。当这个过程使自然原因形成的咸水含盐量增加时,次生盐渍化这个术语同样适用。

  天然盐渍化和次生盐渍化或限于或通常出现在几乎占世界全部土地面积三分之一的半干旱及干旱地区。全球环境变化可能会增加干旱面积。然而,半干旱和干旱地区并不是均衡分布在各洲之间,欧洲和北美洲的大部分地区并不干旱或半干旱,而澳洲和非洲的很多地区是干旱或半干旱的。因此,次生盐渍化对于大部分世界人口居住的那些流域并不会造成严重影响。而对中美和南美、北非和南非、中东与中亚的广大地区及澳大利亚的许多地区造成重大影响。而这些地区的人口众多且仍在增加。奇怪的是,世界上一些最大的湖泊、水库和河流均在这些地区。

大咸水湖的盐渍化

  世界许多最大的且永久性的盐水湖的含盐量由于人类活动而在增加。美国加利福尼亚莫诺湖的含盐量在1941年到1992年间,从48增加到90gL-1;中东死海的含盐量在1910年到90年代间,从200增加到300g L-1以上;中亚咸海的含盐量在1960年到1991年间,从10增加到大于30g L-1;中国青海湖的含盐量在50年代初期到90年代间从6增加到12gL-1;澳大利亚科兰加迈特湖的含盐量,在1960年到90年代初的这些年间,从35增加到50g L-1。只有很少几个湖,最明显的是里海,含盐量或者是保持稳定不变或是稍有下降。

  几乎在所有情况下,含盐量增加的核心原因是从河流中引水用于农业及其他用途。随着来水量的减少,水文平衡被改变,湖水水量减少盐度增加,其程度与湖的性质、引水量及湖泊初始条件有关。一个极端的例子是中亚的咸海,咸度增加伴随着水位的不断下降(自1960年以来,水位下降超过15m)、湖水面面积的减少、湖床大面积暴露、湖东-南部群岛的消亡及湖泊地区生物群和生物条件的明显改变。另外,尘暴发生频率增加,湖泊周围的农业减产(由于盐沉积)。所有这些后果并不都是由次生盐渍化造成的,但水位下降及生物环境改变却是由其造成的。

  咸海变化所造成的损失是巨大的,首先是东-南群岛的消亡,它们曾是地方野生动物及候鸟的栖息地,具有很高的保护价值。盐度的增加导致了对经济和社会都有着重大意义的渔业生产的消亡。其他的损失还有运输和人类健康方面的;湖泊不能再被用于船运;呼吸道和其他人类疾病的发生频率增加。至少当地许多人认为,咸海失云了许多景观和文化价值。总的来说,世界上大型咸水湖的盐化已导致经济、社会、水土保持和环境的重大损失。这些损失与从河中取水获得的效益如何比较,取决于人们的看法。经济效益可能比经济损失大些,但从水土保持和环境的观点来看,肯定不是这样。

  对盐渍化的发生和继续加剧做出的最明显的反应是限制河流引水。为了实行限制需要对以下两点有清楚的认识:如果继续引水就会造成损失;对引水减少给予补偿。做到这些并不容易,但大量文件证明,加利福尼亚州的莫诺湖做到了。这里,随着从其汇入河流不断引水,湖泊含盐量在20世纪的大部分时期处于上升状态。盐化造成了文化景观及保护价值的损失。在社区进行长期合法抗议运动及对效益损失进行了重新评估之后,目前已对引水实行限制,以使湖泊的含盐量或多或少保持稳定。引水限制将一直持续到水位达到1940年以前的水位。

淡水湖和湿地的盐渍化

  许多淡水湖和湿地位于半干旱地区。在这类地区,土地用途已发生重大变化,常常导致径流量盐度增加。与此相关的人类最主要的活动是清除天然植被(采伐森林)和灌溉。

  澳大利亚已记载了许多这样的实例。在澳大利亚的西南部,许多原来的淡水湖和湿地,在流域内具有很高蒸发率的深根植物(主要是树)遭砍伐而代之以蒸发率较低的浅根农作物后变成,结果地下水位上升。在靠近地表处,当水份蒸发后,毛细管作用导致盐份在表面沉积。这些盐份溶入流域水中,最终到达淡水湖和湿地,由此开始其盐化。澳大利亚的图利宾湖是澳大利亚西南保留的最后一个重要的淡水湿地,尽管付出了巨大的努力来保持其淡水水体,但也受到了盐化的威胁。

  类似的灾难将降临在澳大利亚东南部墨累河洪泛平原的许多湿地上。除澳大利亚外,这样的实例很少有记载,但被人们所知的有几例。在埃及首都开罗西南的加龙湖,由于灌溉土地周围的排水中含有盐份,加龙湖已从一个淡水湖变成了一个盐水域。埃塞俄比亚裂谷的一些湖泊,因灌溉、引水及森林采伐,在过去的三十年间,淡水中的含盐量增加。

  淡水湖和湿地趋于盐性化的损失,与咸水湖的情况一样,是多方面的且是变化的。经济损失明显包括生活、农业和其他用途供水功能的丧失。更进一步的损失,例如对水土保持和环境造成的损失虽不明显但却是相当大的。对河流洪泛平原湿地而言,损失将包括整个河流生态系统的退化。这些损失不包括由于盐碱化而造成的农业损失。对于这些情况,目前还没有可靠的统计数据,但要特别指出的是,到1990年底止,有8000万到1.1亿ha的灌溉土地(占世界灌溉面积的34~47%)受到了某种程度的盐碱化的影响。最近,格塞米(Ghassemi)等人指出许多干旱国家的灌溉土地受到了盐碱化的影响。

  因此必须停止砍伐植被、限制干旱土地上的农业生产及重新种植树木,以防止淡水湖和湿地进一步盐碱化。由于对已经盐化的水域进行恢复和管理十分困难,且常常是不可能的事,因此,需要强调一体化的流域管理而不是只对盐化水域进行管理。

  对于受到含盐地下水水位不断上升的威胁的洪泛平原的湿地,已在实施中的管理计划包括用泵抽水降低地下水位。之后的问题是如何处置盐化废水。地下处理是最好的方案,但盐化水常常或积存在靠近河流的低洼地内或积蓄在天然水体内。这样的储盐池(所谓的蒸发或灌水池)已在许多地方作为一种处理盐碱化的手段利用,但这至多只能被视为一种短期解决办法。这样做也可能带来另外的问题,例如在加利福尼亚,一种有害元素硒的聚集对地方水鸟的生存产生影响。在澳大利亚墨累河洪泛平原上,蒸发池数目已超过200个。尽管有些像湿地一样重要,但它们完全是非天然咸水体,几乎没有什么价值。

河流及溪流的盐化

  河流及溪流的盐碱化与淡水湖与湿地的盐碱化关系很大,因为它们或源于被盐化的流域,将自身的含盐量排放到淡水湖与湿地中,或是河流流经盐化流域,结果带走一些盐份。不仅小溪小河是这样,一些大的河流也是如此。当然,它们中的大多数仅在流经半干旱和干旱地区期间被带上盐份。无论什么情况,在许多干旱土地上,流动水的盐化已经发生,且含盐量今后还将进一步增加。10多年前,威廉斯就提醒人们注意流动水受到盐化的危险,目前也有些人在提醒人们关注这个问题。戴维斯等人把河流盐化视为是对南非水资源的最重大威胁之一。

  导致河流与溪流盐化的原因从根本上讲是与淡水湖和湿地盐化的原因相同:特别是流域土地用途的改变和灌溉。采矿有时也是重要原因,甚至在气候温和地区的大河也会因此而盐化,因为采矿将盐水排入河中。

  此外,河流与溪流盐化对生态的影响大体上与淡水湖和湿地的相同:即减少了生物的多样化,以及出现了耐盐生物群。然而,生物的改变与那些在半干旱河流和溪流中显得特别重要的另外两种人类的干扰有直接关系,即通过蓄水控制水流及引水。

  河流盐化的经济损失是巨大的,特别是当涉及到的河流是仅有的长久及可靠的供水源时。当含盐量达到lg L-1时,通常不能用于农业灌溉,而含盐量稍高些的水不能用于其他的经济目的(人类饮用、工业用水)。因为大部分干旱地区河流的含盐量接近lg L-1,显然,河流含盐量较小的变化对其经济效用有很大影响。难怪管理人员对含盐量甚至是很少量的增加都越来越优虑。在这方面要特别注意的是,由于几乎所有半干旱地区河流现在均已补拦蓄水,河流的盐化可能会使蓄水(常需付出很大代价)的初始目的无法实现。的确,美国政府认识到,为履行向下游墨西哥提供淡水的国际义务,除去科罗拉多河水中盐份的代价是巨大的。

  控制河流盐化可采用多种策略。必须指出许多控制策略是短期行为,包括预防和补救措施。前者的目的是防止进一步盐化,重点是努力减少从盐化流域排放的含盐水流以及降低抬高的地下水位。补救策略的目的是减少或抑制河流的含盐量,或至少控制含盐废水排入河流(或从河流中取水),这样,可将对河流的潜在影响减到最小。含盐量的控制涉及到一种综合性的流域管理方法,这种方法涉及对流态变化影响的了解,对含盐水面和点源的控制、选择适宜的土地使用方式及水管理实践。在这方面,建立可进行预测分析的河流盐化模型是有益的。

结论

  以上的讨论表明,次生盐渍化是世界三分之一地表水资源的重要过程。其影响范围很可能扩大,但原因不只是全球的气候变化。

  主要的原因是河流引水,土地用途改变及灌溉。这些因素已导致了地表水盐度增加,地下水位上升,地下盐份的流通及表面盐份的重要分布。其影响是不利的,通常不可逆转。总的来说,它们会导致生物种类的减少,在经济、社会和环境方面造成重大损失。经济损失尤其令人关注,这是因为在干旱土地上,供水严重不足时,未受到盐化的水是最重要的自然资源。

  盐化只有通过科学的水资源管理才可以得到控制。否则,许多半干旱和干旱地区的水资源前景将是令人忧虑的。虽然这些地区仍有水用,但其价值将严重下降。


作者:along 来源:本站转载 发布时间:2005年12月21日
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