鹽堿地改良研究現狀及展望

張翼夫+李問盈+胡紅+陳婉芝+王憲良

摘要：隨著我國人口的不斷增長及在推進工業化和城市化進程中人均耕地面積的不斷減少，鹽堿地作為重要的土地資源之一，其改良與利用已經成為確保我國耕地“紅線”不被突破、實現農業可持續發展的重要舉措。本文綜述了鹽堿地的形成與分布以及各種改良措施如工程措施、農藝措施、生物措施和化學措施等的研究進展，探討了現有改良措施存在的問題與不足，并對未來鹽堿地改良措施的優化提出了展望。

關鍵詞：可持續發展；鹽堿地；研究進展；改良措施

中圖分類號： S156.4 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）18-0007-04

收稿日期：2016-04-27

基金項目：公益性行業（農業）科研專項（編號：201503136）。

作者簡介：張翼夫（1990—），男，江蘇揚州人，博士，主要從事保護性耕作研究。E-mail：972534402@qq.com。

通信作者：李問盈，教授，主要從事保護性耕作研究。E-mail：wwyyli@cau.edu.cn。 土壤鹽堿化是世界旱作農區突出的生態環境問題[1-3]。據統計，鹽堿土資源遍及世界100多個國家，總面積達10億hm2[4]。土壤鹽堿化的防治與鹽堿土的開發利用已成為社會經濟發展、推進可持續進程的重要研究內容[5-6]。本文綜述了鹽堿地的形成與分布以及各種改良措施的研究進展，探討了現有改良措施存在的問題與不足，并對未來鹽堿地改良措施的優化提出了展望，以期為鹽堿地改良與利用提供參考。

1 鹽堿土的形成與分布

1.1 鹽堿土的成因

作為鹽土與堿土的統稱，通常把可溶性鹽類物質含量大于2 g/kg，且影響作物正常發育的土壤稱為鹽土[7]；堿土用堿化度來劃分，是指代換性鈉離子占可溶性陽離子的比例（用ESP表示，單位%）大于20%，pH值大于8的土壤[8]。而通常鹽土與堿土是混合存在的，所以統稱為鹽堿土。

鹽堿土形成的實質是可溶性鹽類在土壤中發生重新分布，鹽分在土壤表層積累超過了正常值[9]。影響土壤鹽分積累的原因主要有自然因素和人為因素，其中自然因素是鹽堿土形成的內因，包括氣候、地形、水文活動和植被因素等；而人為因素是鹽堿土形成的外因，特別是次生鹽堿土的形成[10-12]。目前，世界上次生鹽堿化的土壤面積還在不斷增大，主要原因有氣候變暖，海平面不斷上升、淡水資源的日益缺乏、環境污染的加劇、化肥不合理的施用和不合理的灌溉等[13]。

1.2 鹽堿土的分布

世界鹽堿土壤分布廣泛，不僅存在于荒漠、半荒漠地區，而且在肥沃的河流、沿海地區以及沖積平原、灌溉區域也有所分布，總面積約9.53億hm2（表1），并且每年在以100萬～150萬hm2的速度增加[14-15]。

我國鹽堿土資源總面積約9 900萬hm2，主要分布在東北平原，西北干旱、半干旱地區，黃淮海平原及東部沿海地區[4，16]。其中，西北干旱區是我國最大的鹽堿土分布區，總面積約1 300萬hm2，主要包括青海、新疆、內蒙古西部和甘肅河西走廊地區；其次為濱海鹽堿土區，面積約800萬hm2，主要分布在黃海、渤海和東海的海岸沿線[17]。

2 鹽堿土改良研究現狀

鹽堿土改良的根本目的是改善土壤理化特性，為作物提供良好的生長發育環境，以實現作物的高產高效[18]。近年來，隨著地理信息系統（GIS）、遙感技術（RS）和全球定位系統（GPS）等技術的逐漸成熟與利用，已經能夠實現土壤、作物發展演變數據的實時監控與測量，形成了鹽堿地改良的高新監測技術體系，為鹽堿地決策咨詢服務體系的構建創造了條件[19-21]。下面著重對近年來國內外在工程措施、農藝措施、生物措施和化學措施等鹽堿化土壤改良利用理論與技術方面取得的進展進行綜述。

2.1 工程改良措施

工程改良措施主要是通過建立完善的排灌系統，借助井、溝、渠等配套措施，鉆灌水井、修筑臺田、埋設暗管等，達到灌水適當、排水及時的效果。陶炳炎提出豎井排水可以降低地下水深度，淡化地下水表層，加速根層脫鹽[22]。閆少鋒等通過豎井抽排水試驗，探討了天然降水條件下地下水位動態及土壤脫鹽規律，試驗結果表明，豎井排水的區域土壤鹽分含量呈下降趨勢，下降幅度為52%，未設豎井排水的區域土壤表層出現返鹽現象，土壤鹽分含量上升41%[23]。

近年來，地下暗管排鹽技術發展迅速。實踐證明，暗管排水能夠提高淋洗效果，對鹽堿土壤返鹽過程的抑制效果明顯，特別是在低洼、溝排難度大、井排效果不明顯的地區，暗管排水可將鹽分淋溶至根系層以下，降低土壤鹽分峰值[24]。楊岳通過暗管排水研究發現，疏勒河流域鹽堿地脫鹽率、排鹽量增加，土壤鹽分含量下降，作物長勢良好，產量增加[25]。馬鳳嬌等研究表明，在暗管埋設條件下，雨季降水量對大面積的輕度鹽堿地淋洗脫鹽效果非常顯著[26]。

2.2 農藝改良措施

農藝改良措施是建立在“鹽隨水來，鹽隨水去”的水鹽運移規律基礎上的，通過不同農藝耕作方式，抑制或減少土壤水分的蒸發，減輕鹽分的表聚，淡化耕作層，進而達到改良的目的[18]。同時農藝改良措施是鹽堿土理化性狀改良的基礎，也是化學改良和生物改良的基礎，它主要包括合理的耕作與栽培技術，通過翻耕、耙地、鎮壓、中耕等田間作業，創造良好的土壤表層結構，促進脫鹽；通過合理灌溉、施肥和地表覆蓋等措施，增加土壤墑情，抑制鹽分表聚，調節土壤水肥氣熱狀況，為作物高產創造良好的土壤環境。

2.2.1 耕作改良 耕作改良措施主要是重新排列土壤顆粒，改善土壤結構，逐步提升土壤質量，恢復地力，為鹽堿土理化性質改良提供基礎[27]。高金方指出，翻耕是傳統的耕作措施，通過翻耕把上下位置的土層進行調換，曬垡后可加速耕層土壤熟化，堵截毛管孔隙，抑制深層土壤鹽分的上返[28]。endprint

深松是在不翻土的條件下通過機械耕作來松碎土壤，不打亂土層而打破犁底層的耕作方法，可熟化底土層，利于作物根系深扎[29]。劉長江等通過田間示范試驗，研究了不同深松深度對蘇打鹽堿化田的土壤理化性狀及作物產量的影響，結果表明，通過深松，蘇打鹽堿土含鹽量和pH值有所降低，土壤環境明顯改善，同時深松能夠促進作物的根系發育，提高產量[30]。司振江等利用振動深松技術對黑龍江省大慶市蘇打鹽堿土及草原進行改良，結果表明，改良后2～3年，土壤理化指標趨于良性變化，以人工種植羊草的群落成為優質群落[31]。

2.2.2 覆蓋改良 覆蓋改良是指利用農田產物覆蓋農田表面，使農田環境有利于農作物生長的措施[32]。目前鹽堿土地表覆蓋常采用農用地膜、作物秸稈、水泥硬殼等材料及鋪沙壓堿等措施。

趙蘭坡等通過田間試驗進行蘇打鹽堿土改良研究，研究表明采用地膜覆蓋能夠提高玉米的出苗率，促進玉米生長[33]。喬海龍通過土柱模擬試驗，研究了秸稈的不同覆蓋方式對水分運移的影響，結果表明秸稈深層覆蓋能夠阻礙毛細管，降低土壤深層的水分蒸發，而表層秸稈覆蓋會減少土壤表面與空氣的接觸，具有較好的保水效果[34]。秸稈的深層覆蓋與表層覆蓋相結合，較其他覆蓋方式保水效果好，而且對土壤鹽分的表聚與返鹽進程均有較好的抑制作用，由此促進了作物的生長發育。趙永敢等通過微區試驗，研究了秸稈深埋、上蓋秸稈下埋秸稈、上蓋地膜下埋秸稈和地膜覆蓋4種覆蓋措施對土層水鹽運移的影響，結果表明上蓋地膜下埋秸稈措施在內蒙古河套灌區鹽堿土改良中效果最好[35]。李偉強等通過大田試驗，對水泥硬殼覆蓋條件下土壤水分的變化規律進行研究，結果表明水泥硬殼覆蓋能夠減少土壤的凍結時間，對土壤水分的無效蒸發和融凍時期的土壤返鹽有明顯的抑制效果[36]。

鋪沙壓堿通過改善土壤結構，提高土壤孔隙度與通透性來改變土層水分運移規律，已經成為一種重要的改良鹽堿土措施。在降水過程中，土壤鹽分淋溶至深層土層，由于土壤結構的改善，土壤保水效果得到提高，抑制了水分的蒸發和鹽分向土表的運移，降低了土壤表層的鹽化度，因而起到了壓堿的作用[37]。張長生等針對河套灌區的鹽堿土改良，結合田間試驗和室內分析，研究摻沙措施對耕層土壤結構和離子含量的影響，結果表明摻沙有利于大直徑土壤微粒的形成，摻沙后 0～40 cm耕層土壤的容重明顯減小[38]。

2.2.3 有機肥改良 施用有機肥是鹽堿土改良的有效農藝措施之一，土壤中施用有機肥能夠改善土壤物理性質，減少蒸發量，起到抑鹽的作用，增加有機膠體、腐殖質含量，從而加強對鹽分離子的吸附能力，降低鹽堿土中土壤鹽分的活性[39]。目前常用于改良鹽堿土的有機肥有沼氣肥、糠醛渣、農家肥等。蔡阿興等研究表明，施用生產沼氣后的剩余物沼渣和沼液，有利于提高堿土養分含量，改善土壤物理性狀和提高農作物產量[40]。王志平發現，施用糠醛渣，土壤中有機質、K+和可溶性Na+含量顯著增加，CO32-和HCO3-含量顯著減少，說明糠醛渣有利于改良堿化土壤，促進鹽害離子向下淋溶[41]。有機肥數量大、來源廣，畜禽糞便和枯枝落葉等有機物料，可通過坑漚和堆制等腐熟后施入土壤，也可通過機械粉碎直接還田[42]。Li等研究得出，利用食料型玉米秸稈粉碎物可改善土壤CO2偏壓、土壤空氣，試驗利用不同堿化度（ESP）水平的鹽堿土施加不同量的玉米秸稈粉碎物，并育種30～60 d，使得CO2偏壓升高，土壤溶液的pH值降低，改良鹽堿土效果較為明顯[43]。

2.3 生物改良措施

2.3.1 植物改良 生物改良是最具生態效益和經濟效益的措施，切實可行，而耐鹽植物的選擇是鹽堿地生物改良的前提，培育和種植耐鹽植物對鹽堿地的改良利用極為重要[44-45]。Barrett-Lennard研究發現，通過在鹽堿土上種植濱藜屬（Atriplex amnicola）等耐鹽植物，可以恢復土地正常生產力[46]。林學政等利用鹽生植物鹽地堿蓬（Suaeda salsa）對濱海鹽堿地進行生物修復，結果表明試驗區堿蓬根際土壤的電導率較對照組下降13%，有機質含量和總氮含量分別增加43%和18%，同時根際土壤的微生物數量也明顯增加[47]。李海英等利用生物技術研究了苜蓿對柴達木盆地棄耕鹽堿地的改良效果，試驗結果表明，隨著苜蓿種植年限的增加，土壤全鹽量有所降低，耕作層（0～30 cm）全鹽量由種植前的1518%下降到0.126%，脫鹽率達91.700%[48]。

培育耐鹽作物是鹽堿地開發、利用的有效方式。雖然植物對鹽脅迫的響應過程極為復雜，但這些調控都是建立在基因基礎上的，借助現代科學技術手段，對耐鹽細胞系的培育、滲透調節基因的轉移和鹽誘導基因的利用等方面的研究已經獲得了顯著的成果[49-51]。早期分離出的耐鹽基因有脯氨酸激增（overproduction）基因、甘氨酸甜菜堿運輸的結構基因、編碼膽堿-甘氨酸甜菜堿合成的基因和調控海藻糖合成的基因[52]。鹽脅迫基因的主要功能是促進離子平衡，如通過質膜Na+/H+的逆向運輸排出Na+，液泡Na+/H+的逆向運輸使Na+在液泡內累積并隔離，且多數鹽脅迫基因都能抑制損傷并進行自身修復[53-54]。近年來，在高等植物中也相繼分離出不少耐鹽基因，有些已經成功轉移到其他植物中[55-57]。

2.3.2 微生物改良 微生物在鹽堿土改良方面的應用主要是微生物促進植物耐鹽堿性的研究。通過耐鹽堿微生物作用改善植物根際環境，可減輕鹽分對作物生長的抑制作用，從而改良鹽堿地[58-59]。在鹽脅迫條件下，施用復合微生物菌劑能夠促進玉米幼苗根系的生長，提高根系活力，表明施用復合微生物菌劑能夠緩解鹽堿土中的鹽堿脅迫壓力[60]。逢煥成等采用盆栽試驗方法，研究發現微生物菌劑對鹽堿土理化性狀及生物性狀均有較好的改良效果[61]。

2.4 化學改良措施

化學改良是利用酸堿中和原理來改良鹽堿土理化性質的方法[18]。化學改良的效果主要表現在2個方面：一是改善土壤結構，提高鹽堿土排鹽降漬的能力；二是增加鹽基代換，調節土壤酸堿度[62]。化學改良劑包括石膏、過磷酸鈣、硫酸鋁等。張麗輝等通過小區試驗，發現磷石膏中的有效鈣可將土壤膠體中的Na+代換出來，游離酸可中和土壤堿度，從而降低鹽堿土pH值，提高土壤肥力，研究結果表明，磷石膏適用于小面積的鹽堿土改良[63]。添加硫酸鋁可使強堿性蘇打鹽堿土土壤溶液的pH值明顯下降，離子濃度明顯增加，土壤的吸水量和吸水速度、毛管水上升高度和速度明顯提高，土壤大顆粒團聚體數量明顯增多，土壤容重變小，孔隙度增大[33]。endprint

近年來，利用高聚物改良劑改良鹽堿地的研究已經引起廣泛關注[64-66]。曾覺廷等通過田間試驗和盆栽試驗，對比發現不同種類改良劑都能提高土壤中大團聚體總量，但聚丙烯酰胺（PAM）效果最好；盆栽條件下以PAM的影響最顯著，田間試驗以聚乙烯酸樹脂（VAM）為佳[67]。安東等采用大田試驗與玉米室內模擬盆栽結合的研究思路，對比鹽堿土在施用硫磺、石膏、有機肥、PAM等不同改良劑后土壤水分及相關性質的變化，綜合而言PAM表現出了最佳效果[68]。

3 展望

實踐表明，不同的鹽堿土改良措施效果有所不同，每種方法各有優缺點。工程措施工程量大，投入高，加大了農業生產成本；農藝措施存在返鹽的潛在危險；生物措施技術發展迅速，耐鹽基因的分離已實現常規化，但是目前還未能實現規模化生產；高成本和潛在的環境污染問題限制了高分子化合物的推廣應用，同時大多土壤改良劑在施用后需用大量水沖洗，在水資源缺乏的地區推廣應用困難，且成本較高，效果不穩定。

綜上所述，依靠單一的改良措施難以達到較好的改良目的，因此合理地開發和利用鹽堿土資源應采用綜合治理的改良措施，將工程措施、農藝措施、生物措施和化學措施有機結合起來，因地制宜，綜合治理，實現鹽堿土資源的系統改良和高效利用。另外，隨著國內外鹽堿土改良利用技術的快速發展和新材料、新方法的出現，為我國鹽堿土資源的可持續發展提供了機遇。今后，對于鹽堿地改良的研究，應在長期監測治理的基礎上，因地制宜地展開改良措施的調整與優化，加強區域次生鹽堿化和潛在鹽堿化的預報研究。

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