鹽漬化土壤改良的研究進(jìn)展

顧文婷等

摘要我國(guó)鹽漬化土壤廣泛分布在干旱、半干旱地區(qū)。研究鹽漬化對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、提高鹽堿地的生產(chǎn)能力和維持良好的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益具有舉足輕重的作用。該研究介紹了國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的鹽漬化土壤的成因、危害以及鹽漬化土壤改良措施的最新研究成果，分析了鹽漬化對(duì)植物的毒害機(jī)理。并且，結(jié)合目前相關(guān)研究的前沿和熱點(diǎn)問(wèn)題，提出我國(guó)鹽漬化土壤的研究前景，為進(jìn)一步完善鹽漬化土壤改良措施提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞鹽漬化；危害；改良措施

中圖分類號(hào)S156.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2014）06-01620-04

AbstractIn China，saline land is widely distributed in the arid and semiarid regions.The studies of poison effect on plant and amelioration measures will play a vital role in maintain a good ecological economic efficiency in sustainable agricultural development of China.This paper introduced the causes and hazards of the saline land and the latest achievements in the amelioration measures of the saline land.It analyzed the mechanism of poison effect on plant.In combination with frontier and hot issue on studies of saline land，it presented research prospect of saline land.It is expected that this study will provide a good theoretical guideline for the amelioration measures of saline land.

Key wordsSalinization； Damage； Amelioration measures； Prospect

我國(guó)國(guó)土面積廣闊，其中耕地面積約3 460萬(wàn)hm2，發(fā)生鹽漬化的土壤近760萬(wàn)hm2，約1/5耕地成為鹽堿地[1-2]，主要分布在西北、華北、東北及沿海地區(qū)。土壤鹽漬化易引發(fā)植被生理干旱，影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，并且使土壤板結(jié)，降低陽(yáng)離子交換量。過(guò)量的鹽分還會(huì)直接抑制土壤微生物的活動(dòng)。近年來(lái)，由于土地資源使用不當(dāng)，每年都有大面積的耕地因人為活動(dòng)而發(fā)生土壤次生鹽漬化，使得我國(guó)可耕地面積進(jìn)一步縮小，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、保收形成嚴(yán)重的障礙[3-5]。

在當(dāng)今土地資源日益短缺的年代，鹽堿地作為一種重要的土地資源，如何制定科學(xué)的改良措施顯得越來(lái)越重要。國(guó)家和地方已投入大量的人力、財(cái)力和物力改良鹽堿地，收到較好的治理效果。隨著我國(guó)各種改良技術(shù)的不斷發(fā)展，鹽漬化土壤改良措施等取得新的進(jìn)步。但是，鹽堿地改良技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。如何科學(xué)預(yù)防土壤的次生鹽漬化，如何綜合治理鹽堿地，如何深入研究植物的耐鹽機(jī)理，是我國(guó)農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)不可缺少的環(huán)節(jié)[3]。

以土壤鹽漬化最新的研究成果為基礎(chǔ)，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的前沿、熱點(diǎn)問(wèn)題，筆者分析了我國(guó)鹽漬土成因、危害及改良措施等研究進(jìn)展，并且展望了鹽漬土未來(lái)的研究重點(diǎn)，為鹽漬化土壤的相關(guān)研究提供借鑒。

1鹽堿地的成因

鹽漬土的形成是由多種因素綜合作用而成的。其形成的實(shí)質(zhì)是各種易溶鹽在地面作水平方向與垂直方向的重新分配，使得鹽分在集鹽地區(qū)的土壤表層逐漸積聚起來(lái)[6]。我國(guó)鹽漬化土壤多分布在干旱、半干旱地區(qū)，地貌以高原、盆地和山地為主，地形破碎，溝壑縱橫，土質(zhì)疏松，氣候干旱，降水量小，蒸發(fā)量大。土層中所含鹽分隨著水分的蒸發(fā)從底層向表層轉(zhuǎn)移，最后積聚在土壤表層[7-8]。東北、華北、半干旱地區(qū)的鹽堿土有明顯的脫鹽、返鹽季節(jié)；而在西北地區(qū)，由于降水量很少，土壤鹽分的季節(jié)性變化不明顯。封閉的地形使水鹽不得外泄，鹽分隨地面、地下徑流由高處向低處匯集，使得洼地成為水鹽的匯集中心，受干燥氣候影響，水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，地下水或土壤溶液濃縮形成鹽漬土。地下水越淺，礦化度越高，土壤積鹽就越強(qiáng)[5]。

其次，不恰當(dāng)?shù)娜藶榛顒?dòng)也可導(dǎo)致土壤積鹽。這個(gè)過(guò)程被稱為土壤的次生鹽漬化[9-11]。人類的盲目開荒破壞了天然的植被，使得土質(zhì)疏松，水土流失，土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。有些地方澆水時(shí)采用大水漫灌、串灌、引灌苦水，低洼地區(qū)只灌不排，以致地下水位很快上升而在土壤表層積鹽，或者平地修建無(wú)防滲設(shè)施的蓄水池，亂砍濫伐林木等，都會(huì)加速土壤鹽堿化和沙化，使得原來(lái)的耕作狀況良好的土壤變成鹽堿地。

2鹽堿地水鹽轉(zhuǎn)運(yùn)模型

土壤中鹽分和水分的運(yùn)動(dòng)具有很大的相關(guān)性。鹽分以水為載體隨著水在土壤中發(fā)生時(shí)間和空間上的轉(zhuǎn)移。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者大量的室內(nèi)和田間試驗(yàn)論證，由美國(guó)鹽漬化土壤試驗(yàn)室創(chuàng)建的HYDRUS模型[12]能夠較好地模擬土壤水鹽動(dòng)態(tài)[13-14]。孫建書等[15]分別針對(duì)節(jié)水灌溉與常規(guī)灌溉、暗管排水與無(wú)排水應(yīng)用該模型，對(duì)土壤水鹽運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了一維模擬，發(fā)現(xiàn)加強(qiáng)水平排水和垂直排水對(duì)土壤鹽分的淋洗具有重要作用。此外，黏土壓沙也是一種有效的水鹽轉(zhuǎn)運(yùn)模型。土壤形成夾砂層后，空隙密度變大，加速了水鹽的運(yùn)移速度，同時(shí)砂層形成隔膜阻礙了砂層上下溶質(zhì)的交流，阻止鹽分在土壤表層的積累[16]。李瑞平等[17-18]利用BP網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)凍融土壤的水鹽動(dòng)態(tài)進(jìn)行了模擬，得到了很好的效果，發(fā)現(xiàn)BP網(wǎng)絡(luò)模型能夠較好地解釋冬季灌溉對(duì)土壤鹽分的影響。針對(duì)圓土柱水鹽運(yùn)移模型的建立，邵偉等[19]對(duì)比了HYDRUS1D和MACRO轉(zhuǎn)運(yùn)模型，發(fā)現(xiàn)MACRO模型在大孔隙土柱模擬中精度高于HYDRUS1D，更適合大孔隙土壤水鹽轉(zhuǎn)運(yùn)模型的研究。隨著理論和實(shí)踐的發(fā)展，有研究人員對(duì)含有黏土層的土壤水位上升規(guī)律進(jìn)行模擬研究，發(fā)現(xiàn)黏土層阻礙水鹽進(jìn)一步向深層運(yùn)移，為水鹽轉(zhuǎn)運(yùn)模擬研究提出新模型[20]。

3鹽堿土壤對(duì)植被的危害

鹽漬化土壤中鹽離子濃度較高，造成土壤水勢(shì)下降，不僅對(duì)植物產(chǎn)生水分脅迫，而且產(chǎn)生離子脅迫，破壞細(xì)胞的離子平衡，干擾離子代謝。同時(shí)，鹽漬條件還經(jīng)常導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧大量積累，傷害甚至殺死植物細(xì)胞[21]。另外，在鹽漬化土壤中生長(zhǎng)的植物往往會(huì)因缺Ca+和K+而產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)脅迫，影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[22]，表現(xiàn)為抑制組織和器官的生長(zhǎng)，縮短營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖期。有研究表明，鹽漬化可導(dǎo)致作物的功能葉片減少，株高降低，干物質(zhì)的積累量下降；鹽分還導(dǎo)致植物綠葉面積減少[23]。Munns[24]認(rèn)為，鹽分對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育造成的影響主要有3個(gè)方面的原因。一是鹽土中的低水勢(shì)引起植物葉片水勢(shì)下降，導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度下降是鹽分影響植株多種生理生化過(guò)程的根本原因；二是鹽害降低光合作用速率，減少同化物和能量供給，從而限制植物的生長(zhǎng)發(fā)育；三是鹽害影響某些特定的酶或代謝過(guò)程。

4鹽堿地改良措施

4.1物理改良措施

鹽堿地的物理改良措施主要采取客土改良、沖洗脫鹽、明溝排水、平整土地、深翻松耕、壓沙等方法。這些方法在前期鹽堿地的治理中起到了良好的效果。深翻松耕有利于疏松土層，切斷土壤毛細(xì)管，減少水分蒸發(fā)，抑制土壤返鹽[25]。20世紀(jì)80年代我國(guó)主要利用“井灌井排”“抽咸換淡”“強(qiáng)排強(qiáng)灌”等方法治理鹽堿地，并取得了顯著的成果[26]。冬季灌溉也可以降低土壤的鹽漬化危害。一方面由于淋洗作用，表層土壤鹽分向下轉(zhuǎn)移；另一方面，冬季氣溫較低，土層水分蒸發(fā)量少，鹽分隨水分保持在土壤較深處，不易向上延伸。

另外，增加土壤中的草炭，可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。草炭與鹽基作用而使其處于復(fù)合狀態(tài)，從而抑制鹽分的上升。在實(shí)際過(guò)程中，草炭具有加速脫鹽與阻鹽的作用[27]。日本利用沸石作為一種成本低廉的改良材料進(jìn)行鹽堿地改良，認(rèn)為沸石對(duì)鈉離子和陰離子均有著良好的吸附效果，使得土壤黏質(zhì)性變小，土壤容重和含鹽量降低，提高土地產(chǎn)量[28]。物理改良措施見效快，但是工程量大，成本高，維持時(shí)間有限，受限于水資源，推廣起來(lái)存在一定的難度[29]。

4.2化學(xué)改良措施

化學(xué)改良措施就是通過(guò)施加化學(xué)改良劑和一些礦質(zhì)化肥來(lái)改良鹽堿地的過(guò)程。常用的化學(xué)改良劑有礦質(zhì)化肥、脫硫石膏、磷石膏、亞硫酸鈣、硫酸亞鐵、有機(jī)或無(wú)機(jī)肥料、高聚物改良劑和土壤綜合改良劑等。鹽堿地的化學(xué)改良原理是酸堿中和，通過(guò)施用化學(xué)改良劑可改善土壤理化性質(zhì)，減輕或消除鹽漬化的危害[30]。另外，增施有機(jī)肥料能增加土壤的腐殖質(zhì)含量，有利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，增加土壤的通氣性和透水性，促進(jìn)鹽分的淋洗，活化土壤中的微量元素、磷素，分解后產(chǎn)生的有機(jī)酸中和土壤中的堿性，改善養(yǎng)料的供應(yīng)狀況。同時(shí)，有機(jī)質(zhì)本身具有較好的吸附力，能夠產(chǎn)生一定的緩沖作用，減輕鹽堿地對(duì)植被的傷害[31]。甘肅農(nóng)科院土肥所利用腐殖酸肥料改良鹽堿地取得良好效果。另外，有機(jī)肥原料的來(lái)源主要是秸稈還田。翻耕后，碎草、根茬需較長(zhǎng)時(shí)間在土壤中慢慢地腐爛，使得鹽堿土壤逐漸變成富有養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)的土壤。孫玉珂[32]將腐植酸、活性炭、氮磷鉀肥、石膏、硼砂和硫酸鋅進(jìn)行配比，制備出鹽堿土壤的改良肥料，在改良鹽堿地中取得良好的效果。此外，高聚物改良劑和土壤綜合改良劑等鹽堿地改良材料在國(guó)內(nèi)外也得到廣泛研究和應(yīng)用。化學(xué)改良措施雖然見效快，效果明顯，但是成本昂貴，且使用不當(dāng)易對(duì)環(huán)境造成二次污染。從可持續(xù)發(fā)展的角度看，土壤改良劑在應(yīng)用范圍和適用條件方面也存在一定的局限性[33]。

4.3生物改良措施

相對(duì)于物理改良措施和化學(xué)改良措施，生物改良措施價(jià)格低廉，環(huán)保有效，同時(shí)能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，頗受廣大農(nóng)民的歡迎[34]。生物改良措施是一種可持續(xù)性強(qiáng)、生態(tài)環(huán)境效益好的改良措施，是抗擊鹽堿地的一項(xiàng)有力措施。20世紀(jì)60年代，美國(guó)聯(lián)邦農(nóng)業(yè)部成立了國(guó)家鹽堿地實(shí)驗(yàn)室，分別對(duì)草本、蔬菜、糧食和果樹等植物的相對(duì)耐鹽性數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)的構(gòu)建[35-37]，指出不同植被的耐鹽性能，發(fā)現(xiàn)植物耐鹽堿能力一般為向日葵>高粱>谷子>棉花>玉米>小麥，胡蘿卜>甜菜>蔥>菠菜，葡萄>梨>棗>蘋果。在較重的鹽堿地上，可選擇耐鹽堿較強(qiáng)的田菁、紫穗槐等。在中度鹽堿地，可以種植草木犀、紫花苜蓿、黑麥草等。在鹽堿威脅不大的地區(qū)，則可種植豌豆、蠶豆、紫云英、高粱等耐鹽作物。通過(guò)耐鹽堿植物的種植，可有效地抑制土壤返鹽[38]。此外，鹽堿地樹種選擇需要具備易繁殖、易管理、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、耐鹽耐旱能力強(qiáng)以及適宜的速生性、淺根性等特點(diǎn)[39]。

近年，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所利用基因工程技術(shù)、雜交技術(shù)和重離子輻照技術(shù)結(jié)合組織培養(yǎng)方法進(jìn)行植株誘變，對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的甜高粱品種進(jìn)行改良，選育出耐鹽、耐旱、耐堿和耐澇的甜高粱新品種。更重要的是，甜高粱莖桿發(fā)達(dá)，汁液中含糖量很高，用途廣泛，可用來(lái)釀酒、制糖和做飼料，對(duì)有效利用鹽漬化土地和緩解能源危機(jī)有重大的作用。目前，在甘肅蘭州、定西、白銀及武威等4個(gè)市的提灌地、川地、旱地、山坡地、鹽堿地等多種區(qū)域近千畝土地上進(jìn)行品比示范種植，篩選出多個(gè)適宜在西北地區(qū)推廣種植的優(yōu)良品種，對(duì)鹽堿地的改良研究也取得階段性的進(jìn)展[40-41]。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2014年

4.4綜合改良措施

鹽堿地的形成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。單一的治理方式已不能夠滿足改良的需求。隨著鹽堿地改良措施的發(fā)展，多種綜合性的改良措施得以迅速發(fā)展。Kristensen等[42]通過(guò)地膜覆蓋、合理施用有機(jī)肥料、稻草摻拌、自然降雨和灌溉洗鹽等綜合措施使土壤鹽漬化得到顯著改善。O′Brien Erin L[43]通過(guò)潮溝設(shè)計(jì)、摻拌海藻灰等方法，使得土壤鹽漬化狀況和理化性質(zhì)得到顯著改善。我國(guó)天津臨港地區(qū)通過(guò)多年的探索試驗(yàn)和觀測(cè)研究，總結(jié)出“減蒸促排”“集雨附鹽防蒸”模式的改良鹽堿地[39]。近幾年，在干旱、半干旱地區(qū)普遍使用深翻松耕、淋洗脫鹽和種植耐鹽作物等綜合改良措施來(lái)改善鹽漬化土壤的理化性質(zhì)。

5耐鹽植物的改良機(jī)理

耐鹽堿植物對(duì)鹽漬化土壤的作用機(jī)制主要表現(xiàn)在鹽分和養(yǎng)分的改良。一方面，通過(guò)耐鹽堿植被的種植，土壤表層鹽分被植物根系吸收積累到體內(nèi)，收割后土壤鹽堿性降低[44]；另一方面，通過(guò)種植耐鹽作物可以疏松土壤，減少地面水分蒸發(fā)，從而阻止土壤表層鹽分的積累。同時(shí)，土壤總孔隙度和毛孔隙度增加，透水性能變好，土壤結(jié)構(gòu)得到改善[45]。

此外，在植被的恢復(fù)過(guò)程中，植物根系分泌的物質(zhì)種類繁多，提高土壤動(dòng)物和土壤微生物的活性，對(duì)土壤產(chǎn)生間接的影響。土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著地表枯枝落葉層的腐敗和根系的死亡代謝而得到提高。同時(shí)，產(chǎn)生的有機(jī)酸和CO2可起中和改堿的作用，降低土壤pH，增強(qiáng)氮的礦化能力，提高土壤微生物量，增加土壤中酶的活性，提高穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量和質(zhì)量，提高土壤肥力[46]。

6我國(guó)鹽堿地研究的不足

6.1鹽堿地指標(biāo)體系不完善我國(guó)鹽堿地指標(biāo)主要依據(jù)土壤所含的鹽分和pH來(lái)確定。雖有大量的研究成果，但由于我國(guó)耕地面積廣闊，目前還沒(méi)有形成統(tǒng)一、簡(jiǎn)便、可查的土壤鹽堿性指標(biāo)。例如，在我國(guó)西北、華北、東北及沿海地區(qū)，土壤類型繁多，土壤鹽漬化形成原因也各不相同，即使在相同地區(qū)，土壤類型間也存在著很大的區(qū)別。目前，我國(guó)尚未形成在不同地域和不同土質(zhì)的土壤鹽堿化判斷標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有形成針對(duì)不同土質(zhì)和不同地域鹽堿地完善的改良措施，限制了鹽澤化土壤的改良研究。

6.2鹽堿地水鹽轉(zhuǎn)運(yùn)模型具有局限性用于研究我國(guó)土壤水鹽轉(zhuǎn)運(yùn)的模型大都借鑒國(guó)外的研究成果，應(yīng)用于不同區(qū)域的土壤水鹽轉(zhuǎn)運(yùn)模擬對(duì)比時(shí)要建立數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系，但是區(qū)域之間的差異限制了模型的推廣。常用的土壤水鹽轉(zhuǎn)運(yùn)模型大都屬于經(jīng)驗(yàn)性修正模型，缺乏對(duì)水鹽轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理的考察，具有一定局限性。

6.3耐鹽植物機(jī)理的研究不夠深入目前，植物對(duì)鹽堿地的改良普遍認(rèn)為是耐鹽堿植物通過(guò)根系將鹽分吸收、積累來(lái)改良鹽堿地的。植物對(duì)土壤養(yǎng)分、pH的改良普遍被認(rèn)為是隨著植物枯枝落葉層的腐敗、根系的死亡代謝，土壤pH減低，土壤結(jié)構(gòu)改善，土壤肥力提高。目前，耐鹽堿植物研究主要集中在大田試驗(yàn)方面，從分子機(jī)理探討植物的耐鹽性和鹽漬化對(duì)植株的危害還缺乏可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，限制了耐鹽堿植物新品種的篩選和培育，阻礙了生物改良措施的發(fā)展。

7鹽堿地研究的展望

7.1建立完善的鹽堿地指標(biāo)考察研究不同地域之間的土壤類型，在土壤性質(zhì)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善鹽漬化土壤分類體系。加強(qiáng)對(duì)資料欠缺或無(wú)資料區(qū)域的研究，尤其針對(duì)鹽漬化嚴(yán)重的西北地區(qū)，科學(xué)地選取不同土壤類型、結(jié)構(gòu)、鹽分含量和養(yǎng)分含量進(jìn)行分析，完善我國(guó)鹽漬化土壤的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的改良措施，為進(jìn)一步改良鹽堿地打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使得我國(guó)土地資源得到充分利用。

7.2加強(qiáng)土壤水鹽轉(zhuǎn)運(yùn)模型研究雖然很多經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ投既〉貌诲e(cuò)的成果，但是不能夠代表所有的土壤類型。因此，應(yīng)在更多典型的土壤水鹽轉(zhuǎn)運(yùn)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，進(jìn)一步完善土壤水鹽轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑪U(kuò)大模型的應(yīng)用范圍，提高土壤水鹽轉(zhuǎn)運(yùn)模型的精準(zhǔn)度。

7.3耐鹽植物的機(jī)理研究通過(guò)馴化改良篩選耐鹽性能優(yōu)良的植物，利用基因工程技術(shù)和重離子輻照技術(shù)結(jié)合組織培養(yǎng)方法提高植物耐鹽、耐堿、耐旱和耐澇性，通過(guò)雜交技術(shù)選育耐鹽植物新品種。近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所利用重離子加速器輻照技術(shù)選育具有耐鹽堿性能好、生物量高的甜高粱新品種“近甜一號(hào)”。在我國(guó)大力發(fā)展的飼料業(yè)、制糖業(yè)、能源業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)過(guò)程中，甜高粱是最好的材料來(lái)源，其發(fā)展前景十分可觀。目前，甜高粱在甘肅、青海、西藏、海南等省市通過(guò)品比示范研究，已進(jìn)入推廣種植階段，預(yù)計(jì)2014年種植面積將達(dá)到4萬(wàn)hm2。這將對(duì)我國(guó)西北地區(qū)及沿海地區(qū)鹽漬化土壤鹽分和養(yǎng)分的改良研究具有重要意義，為正在開展的西部生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

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