西北高寒高原地區(qū)的土壤鹽堿化改良策略探究

聶浦珍，駱天慶

（同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，上海200092）

受寒冷或干旱氣候、低洼地形地貌、地下水頂滲、鹽生植物殘留以及人為等因素的影響，易溶性鹽分在土壤表層積累的現(xiàn)象或過程即為土壤的鹽堿化。鹽堿化會導(dǎo)致土壤環(huán)境和自然生境的惡化。隨著人類聚居地的擴大，土地資源日益緊缺，改良鹽堿化土壤、提高鹽堿地的利用效率已成為核心議題。我國的鹽堿地主要分布在濱海地區(qū)、東北和黃淮蒙寧農(nóng)業(yè)區(qū)以及西北甘新內(nèi)、青藏高原地區(qū)[1]。其中，陜、甘、寧、青、蒙、新6省（區(qū)）鹽堿地面積占全國總量的66.6%[2]。然而國內(nèi)針對鹽堿化改良的研究大多集中在以黃河三角洲、松嫩平原和黃土高原為代表的農(nóng)墾地區(qū)，鹽堿地分布廣泛的西北地區(qū)相關(guān)研究相對缺乏。西北地區(qū)為高寒、高原的荒漠地區(qū)，干旱少雨，鹽漬化程度高，生態(tài)脆弱性顯著，鹽堿化改良需求迫切。本文通過綜述研究發(fā)掘高寒高原和荒漠地區(qū)土壤鹽堿化改良的最新研究成果，提出針對西北高寒高原地區(qū)的土壤鹽堿化改良適用方法及后續(xù)研究建議。

1 綜述研究方法

1.1 文獻(xiàn)檢索

以專業(yè)檢索式“SU=（'高寒'+'高原'）*'鹽堿'*'改良'”檢索“中國知網(wǎng)”的全部學(xué)術(shù)期刊，共搜索到中文文獻(xiàn)7篇；通過閱讀人為篩選出相關(guān)研究文獻(xiàn)3篇。以檢索式“TS=（Saline OR Sailnity OR Sailnization）AND TS=soil”檢索“Web of Science核心合集”，并在結(jié)果集中精簡搜索“Tunisian”“Ethiopia”“Morocco”等荒漠地區(qū)詞條，人工篩選與本文研究相關(guān)英文文獻(xiàn)共4篇（見表1）。

表1 高寒高原及荒漠文獻(xiàn)搜索結(jié)果

因文獻(xiàn)數(shù)量少，進一步以專業(yè)檢索式“SU='鹽堿'*（'治理'+'改良'）”擴大檢索“中國知網(wǎng)”的全部學(xué)術(shù)期刊，搜索到文獻(xiàn)共2 981篇。針對“中國知網(wǎng)”提供的主題詞進行初步篩選和分類。排除如“鹽堿地”“鹽漬土”“鹽堿土改良”此類無參考性的主題詞，獲得主題詞共43個。其中，針對具體改良方法的主題詞共8個，合計417篇（見表2），形成本文的中文參考文獻(xiàn)對象。其中，高被引文章6篇，近3年發(fā)表文獻(xiàn)57篇。

表2 針對具體改良方法的主題詞分類歸納

另以檢索式“TS=（Saline OR Sailnity OR Sailnization）AND TS=soil”擴大檢索“Web of Science核心合集”，搜索到文獻(xiàn)共18 778篇。由于文獻(xiàn)較多，地區(qū)分散，發(fā)表年限在近年急劇增加。篩選近3年的綜述文獻(xiàn)共141篇作為英文擴大文獻(xiàn)，在綜述中判斷鹽堿化改良的主要方向。使用Web of Science提供的研究方向?qū)Τ^15篇的分類項進行改良方法的分類歸納（見表3）。

表3 英文擴大搜索文獻(xiàn)研究方向歸納統(tǒng)計

1.2 研究現(xiàn)狀分析

對上述檢索得到的文獻(xiàn)的研究區(qū)域、改良方法等信息進行統(tǒng)計，解析高寒高原和荒漠地區(qū)的土壤鹽堿化改良研究進展?fàn)顩r；并對各文獻(xiàn)所涉及的改良方法進行歸納總結(jié)，分析其對于西北高寒高原地區(qū)的適用性，最終在此基礎(chǔ)上分析提出后續(xù)研究方向建議。

2 高寒高原和荒漠地區(qū)的土壤鹽堿化改良研究進展

目前對于高寒高原和荒漠地區(qū)土壤鹽堿化改良的方法主要分為生物、工程、農(nóng)藝、化學(xué)4大類。國內(nèi)研究集中于蒙古高原及甘肅的農(nóng)業(yè)區(qū)，無青藏高寒高原地區(qū)相關(guān)研究。國外研究集中非洲東、西部荒漠地區(qū)（見圖1）。擴大搜索文獻(xiàn)國內(nèi)主要為濱海地區(qū)和松嫩平原，無高寒高原相關(guān)信息。國外文獻(xiàn)主要集中在中國、美國、印度等地區(qū)（見圖2）。綜合所有文獻(xiàn)，國內(nèi)對工程、化學(xué)方法研究較多，國外對生物方法研究較多（見圖3）。

圖1 高寒高原和荒漠地區(qū)文獻(xiàn)研究地區(qū)統(tǒng)計

圖2 擴大搜索文獻(xiàn)研究地區(qū)統(tǒng)計

圖3 文獻(xiàn)涉及方法統(tǒng)計

2.1 方法及技術(shù)研究進展

2.1.1 生物方法 生物方法主要利用動植物及微生物的代謝能力，吸收鹽分，增加養(yǎng)料。這類方法分為種植耐鹽堿植物、種植豆科綠肥作物植物。

耐鹽植物有蓄鹽器官，可吸收鹽堿，降低土壤pH。研究證明：濱藜屬、鹽角草及天全銀蓮花、蘆葦科及大葉蒲公英[10]有較強的鹽分吸收力[11]。已有學(xué)者論證黃花草木樨可極大程度改善土壤鹽堿化，對重度鹽堿地也有快速恢復(fù)能力[12，13]。此外，西北地區(qū)有大量具有經(jīng)濟生態(tài)效益的耐鹽植物。耐鹽小麥、耐鹽棉花及三角葉濱藜等作物可在鹽堿土上進行農(nóng)業(yè)種植[14]。生態(tài)建設(shè)方向鹽角草、怪柳、枸杞、紫葉李的抗性與改良效果極為突出[15]。埃塞俄比亞采用快速灌溉一年生作物緩解土壤鹽堿化[3]。具體植物種類的鹽堿耐受力以及對鹽堿地的改善能力有所差異，需要在應(yīng)用時具體分析。

豆科與綠肥植物可直接翻壓增加土壤肥力，且枝葉覆蓋地面，可防止反鹽。豆科植物能夠固氮，對于土壤結(jié)構(gòu)的改良更明顯[16]。輕中度鹽堿草地可使用植物主要包括豆科的草木棲、沙打旺、苜蓿或禾本科野大麥、羊草、賴草、芨芨草。重度鹽堿地可使用堿茅屬植物[16]。豆科綠肥植物相比耐鹽植物的效果更好，抗性更強，經(jīng)濟效益更高，其應(yīng)用主要在畜牧業(yè)方向。

2.1.2 工程方法 工程技術(shù)方法包括漫灌法、膜下滴灌和井灌井排，主要針對土壤給排水，通過淋洗及阻斷反鹽改良鹽堿化。此類方法多樣，在國內(nèi)應(yīng)用普遍。這類方法的拓展也是近幾年較為熱門的研究方向。

漫灌法在國內(nèi)應(yīng)用時間很長，最原始的技術(shù)為抬高地面和明溝排水[4]，使用大水漫灌壓鹽，使土壤快速通體脫鹽[5]。其弊端為需要大量淡水，易造成地下水位升高和快速反鹽，對于水資源匱乏的高寒高原地區(qū)施行難度較大。有實驗證明：僅在沙土和深層地下水的田間才能實現(xiàn)有效淋濾，對于高地下水位地區(qū)易加重鹽堿化問題[7]。近年對漫灌壓鹽的改良方向主要集中在防止反鹽及提高洗鹽效率。防止反鹽又可分為通過改變排水方式防止下層土壤反鹽以及通過隔鹽層抑制反鹽。排水方式由明溝排水轉(zhuǎn)向暗管排水，可按照排水方向設(shè)置毛細(xì)透排水管或波紋吸水管以防止明溝漫灌造成的反鹽，毛細(xì)透排水管在排鹽及防止反鹽方面優(yōu)于波紋吸水管[17]。國外有實驗探索維管植物仿生毛細(xì)管排鹽方法，對于黏土質(zhì)地的洗鹽效率更高[18]。隔鹽層主要通過設(shè)置土壤夾層，阻止下層鹽分交換，保證上層儲水。早期隔鹽層使用礫石等顆粒材料，之后有研究表明生物炭隔鹽效果更好[19]。也可使用間歇漫灌與增大水量提高效率[20]。高寒高原地區(qū)地下水位與土質(zhì)條件很適合使用漫灌法，但淡水資源稀缺問題需要解決。

膜下滴灌技術(shù)主要應(yīng)用于西北干旱缺水地區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。通過覆膜滴灌改善漫灌法大量用水的缺點。同時，覆膜減少水分蒸發(fā)，可以有效控制反鹽現(xiàn)象[21]。對于該項技術(shù)的改良方法主要集中在膜下改良劑的應(yīng)用，包括“上膜下秸”隔鹽技術(shù)[22，23]到有機、無機改良劑的應(yīng)用[21]。其大體思路相似，即通過施加土壤改良劑，改善滴灌過程中的土壤成分和菌群結(jié)構(gòu)。該項技術(shù)克服了漫灌的季節(jié)性和反鹽問題[22]，有持久經(jīng)濟的效果。

井灌井排可以同時實現(xiàn)下降地下水位與淋洗壓鹽[22]，該種方法目前的研究較少。由于地下水位低，取井水易造成沉降等問題，該方法僅適用于地下水較高的地區(qū)，并不適用于高寒高原的廣泛地區(qū)。

2.1.3 農(nóng)藝方法 農(nóng)藝方法通過改變種植、耕作方法及施用有機材料改善耕種過程中的鹽堿化。此類方法廣泛推廣于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，但多數(shù)方法見效慢，需要多年累積，不適用于景觀領(lǐng)域。具體包括深翻深松、土壤增肥及種植改良。

深翻深松主要通過加深耕層，處理土壤鹽堿化造成的土壤板結(jié)現(xiàn)象，增加土壤疏松度和透氣性，使植物生長情況改善[16]。此方法主要針對農(nóng)墾地區(qū)耕地處理，本質(zhì)上無法改變鹽堿土壤的性質(zhì)。

土壤增肥應(yīng)用廣泛，主要前沿探索在于施肥材料及其效用橫向?qū)Ρ取Ｓ袡C肥可改善土壤結(jié)構(gòu)，維護土壤菌落環(huán)境，同時為植物提供有機質(zhì)[24]。有機肥種類極廣，秸稈粉碎還田[6]是最直接的有機質(zhì)添加辦法，此外施地佳、禾康、腐殖酸肥料[14]等有機肥料及沼渣、生物炭等綠色堆肥[25]均可達(dá)到改良土壤鹽堿化的效果。國外有研究表明：生物炭與沼渣[25]或富里酸[26]混合使用可明顯提高土壤鹽堿化改良效果。高寒高原的堆肥受水分、溫度等條件限制，難度較大?？赏ㄟ^避免翻肥[27]和覆膜通氣[28]等手段促進堆肥過程。

合理密植作物作為輔助措施可減少反鹽現(xiàn)象[24]，但作用效果十分有限。稻魚、蟹混養(yǎng)是以養(yǎng)殖業(yè)手段改良土壤鹽堿化的新興方法[29]，但并不適用于高寒高原地區(qū)。

2.1.4 化學(xué)方法 化學(xué)方法使用含鈣物質(zhì)與酸性物質(zhì)改良土壤的理化性質(zhì)。這一類方法效果顯著，適用范圍廣泛。

含鈣物質(zhì)通過鈣離子減少可交換性鈉的比率，降低鹽堿化程度。目前石膏、磷石膏、石灰石等材料均有大量應(yīng)用[30]。國內(nèi)研究推薦磷石膏改良[31，32]。國外研究表明：石膏對極鹽漬土壤的pH中和極為有效，但脫硫技術(shù)要求較高[8，33]。酸性物質(zhì)如硫酸亞鐵、硫酸鋁等[30]可中和土壤堿性，效果迅速直觀。此外，有國外文獻(xiàn)描述突尼斯南部綠洲以添加石膏砂、石英砂、硅質(zhì)砂改善鹽堿地，以硅質(zhì)砂效果更好[9]。此類方法成分穩(wěn)定，均對高寒高原地區(qū)土壤鹽堿化改良有借鑒意義。

2.2 西北高寒高原地區(qū)的適用技術(shù)方法

表4匯總了主要的適用技術(shù)方法，并評述了其經(jīng)濟效益。

表4 適用方法

3 西北高寒高原地區(qū)土壤鹽堿化改良的研究方向建議

當(dāng)前高寒高原和荒漠地區(qū)的土壤鹽堿化已成為制約當(dāng)?shù)厣a(chǎn)及生態(tài)發(fā)展的重要因素，然而西北高寒高原地區(qū)目前所采用的鹽堿地改良方法仍以漫灌明溝排水、客土置換等為主，技術(shù)落后。通過文獻(xiàn)綜述分析得到諸多對于高寒高原地區(qū)具有借鑒意義的改良方法，在此基礎(chǔ)上還可開展進一步的針對性實驗研究，以有效推進方法的優(yōu)化和應(yīng)用實踐。

一是高寒高原地區(qū)已有較多植物品種可作為耐鹽堿植物及綠肥作物種植。此類植物雖具有耐鹽堿存活能力，但其耐鹽堿機制及對鹽堿的吸收能力未有深入研究對比。對此進行深入研究可篩選鹽堿地改良的優(yōu)選植物品種。此外，在沿海鹽堿化地區(qū)研究應(yīng)用較多的真菌、蚯蚓改良技術(shù)[34]，對于高寒高原地區(qū)也有適用可能性，可通過進一步研究其高原適生性，發(fā)掘菌種，填補此類內(nèi)容的空白。

二是高寒高原地區(qū)堆肥難度較大，高寒、缺氧環(huán)境限制了堆肥相關(guān)菌落的活性，有機肥料匱乏影響了當(dāng)?shù)赝寥涝龇蚀胧?。目前國?nèi)外對這一方向的研究較少。后續(xù)可從保溫技術(shù)、接種菌種幫助分解及增加有促進作用的物質(zhì)等方面入手，提高堆肥效率。此外，高寒高原多為常綠針葉林，且植物生長緩慢，原料來源也應(yīng)予拓展。

三是西北高寒高原地區(qū)地下水位低，水源稀少，抽取地下水會產(chǎn)生斷流、沉降等巨大問題，對工程方法的應(yīng)用產(chǎn)生了很大的限制。目前普遍采用的漫灌方法需要大量水源，如何解決取水問題需要進一步研究。此外，漫灌改良技術(shù)如隔鹽層與暗管排水等具有推廣應(yīng)用價值，但其在高寒氣候下的有效性仍需進一步證實，且如何保護隔鹽層與暗管不受低溫凍土影響也是一個問題。