新疆鹽堿地變化及其治理措施研究進展

朱生堡　鳥爾古麗·托爾遜　唐光木　張云舒　徐萬里　馬海剛

關鍵詞：鹽堿地改良；水利工程措施；農業改良措施；化學改良措施；生物改良措施；新疆

中圖分類號：S156.4 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2023）03-0158-08

目前，中國鹽漬化土壤總面積3600萬hm²，其中鹽漬化耕地920萬hm²。土壤鹽漬化是危害生態環境發展的全球性問題，同時也是中國生態環境與農業生產長期平穩發展需要處理的主要問題，將嚴重影響區域農業的可持續發展。2021年習近平總書記考察黃河三角洲農業高新技術產業示范區時指出，既要守住1.2億hm²耕地紅線，還要把鹽堿、荒漠化等能利用的土地資源開發利用上，這對保障國家糧食安全、端牢中國飯碗起到重要作用。為此，了解近年來鹽堿地的變化特征，分析鹽堿地的改良治理措施，對鹽堿地的綜合利用具有重要意義。據統計，新疆鹽堿地面積占全國鹽堿地總面積的22.01%。19世紀末，Hilgad開始教人們使用石膏改良鹽漬化土壤，并經常使用硫石膏、磷石膏等代替，這是因為天然石膏的開采成本較高。Ors等為了實現土壤和垃圾資源化，利用不同用量1：1混合的粉煤灰和污泥來改良鹽堿土。Sadegh-Zadeh等研究發現，生物炭中的Ca²⁺和Mg²⁺可以交換土壤膠體表面的Na⁺，促進鹽堿地中Na⁺的浸出。李洪斌、王德超等研究發現，采用平整土地、增施有機肥、暗管排鹽、種植耐鹽堿牧草和樹木等綜合措施對鹽堿地進行改良，可以為東營市開發利用后備資源提供良好經驗。賈蘇卿等指出，可以有效降低土壤可溶性鹽含量、促進作物生長和提高產量的方式是以深耕為主的鹽堿地改良措施。

綜上所述，鹽堿地改良對于環境和國民經濟的發展都十分必要。近年來，隨著經濟社會、農業生產的發展和土地利用的變化以及新的農業生產政策的調整，新疆鹽堿地的分布、面積和程度也發生動態演變，其治理也面臨新的挑戰。本文通過國內外文獻檢索，收集、匯總、整理和分析文獻資料，總結新疆鹽堿地的研究現狀，以期為保護新疆耕地、保障國家糧食安全、有效供應重要農產品、促進生態文明建設提供有益參考。

1新疆鹽堿地概況及成因分析

新疆是我國鹽堿地分布面積最廣的地區。根據1985年第二次全國土壤調查資料，新疆各類鹽漬化土壤總面積達1336.1萬hm²，占我國鹽漬化土壤總面積的36.8%，占我國西北六省（含內蒙古自治區）的53.31%；灌區土壤鹽漬化也十分突出（14個地州市均有分布），是我國第一大耕地鹽漬化區，鹽漬化耕地面積達126.39萬hm²，占灌區耕地面積的30.85%。中國科學院新疆生態地理研究所對新疆灌區土壤鹽漬化的遙感調查結果顯示，灌區鹽漬化面積127.90萬hm²，占灌區耕地總面積的32.07%。同時，新疆土壤鹽堿化比較高，鹽分含量復雜，一般以硫酸鹽和氯化物為主。

新疆地處我國內陸，多沙漠戈壁，干燥少雨，蒸發量大。新疆年平均降水量50～200mm，蒸發量1500～3000mm。降雨少，使土壤表面堆積的鹽分難以淋溶。劇烈的蒸發，使鹽水透過毛細管上升流聚集在地表。特殊的“三山兩盆”地形，使新疆內陸河通過地表水和地下水的徑流，不斷向下游淋溶出鹽，并逐漸運移和積累到盆地中。另外，新疆耕地主要以第三紀和第四紀的母巖和母質發育而來，該母巖和母質鹽濃度通常達到50～900 g/kg，含鹽量高；該母巖和母質形成的土壤含鹽量通常很高，一般0～30 cm土層含鹽量為10～50g/kg，高者可達50～100g/kg。

就人為因素而言，農田灌溉和農業種植是兩個重要方面。農田灌溉方面，近年來，由于水利投資增加和節水灌溉的推廣，新疆灌區老耕地鹽堿化得到緩解。然而，由于大部分地方的技術還是比較滯后，灌溉用水定額高達12000～13500m³/hm²，溝渠漏水和田間滲漏導致對地下水資源的供應大大提高，引起地下水位上升，土壤鹽漬化加劇。同時，排水渠不匹配，塌方堵塞，無法及時清淤，造成地下水位不能有效降低，加重土壤鹽漬化風險。克孜河上游地區疏勒、疏附和喀什的排水，每年向伽師等地下游灌區排入222萬噸鹽，致使下游灌區90%的耕地面臨次生鹽漬化，表明上游排水和下游灌溉會導致下游灌溉水質惡化。另外，平原蓄水區由于蒸發而損失很大，滲漏也會擴大庫區周圍地下水位差，是形成土壤鹽漬化的主要因素。據不完全統計，絕大多數平原水庫周圍的地下水深度僅為0.5～1.0m。

農業種植方面，大面積的盲目開荒，加之灌溉受限、土壤改良治理不到位、灌排配套系統不完善，而且灌水不均勻，導致低處積水、高處積鹽，作物保苗率普遍偏低，經濟效益不高，又造成棄荒，增大鹽漬化耕地的面積和比例。同時，灌區周圍分布著大量新墾荒地，大部分為重度鹽堿地，改良利用難度較大。另外，新疆土壤有機質含量較低，如果化肥用量增加，有機肥用量減少，就進一步加重土壤板結，影響土壤蓄水保墑，降低作物耐鹽性。

2新疆鹽堿地變化情況

新疆特殊的地理位置和氣候特點，使其成為我國干旱區鹽堿地分布的典型區域。國內外學者對新疆鹽堿地的變化已進行大量研究，并取得一定的成果。任加國等按照土壤鹽漬化狀況，把新疆葉爾羌河流域劃分成5個地區：第一，輕度鹽漬化分布在葉爾羌河上游，呈島型分布；第二，中度鹽漬化分布在河流中游；第三，重度鹽漬化遍布于流域中下游；第四，流域內山前沖洪積平原和沖積平原的非鹽漬化土壤；第五，鹽漬土零星遍布于葉爾羌河兩岸。張風華等對瑪納斯河流域土壤鹽漬化的研究顯示，該流域從上游到中下游，地下水位由深變淺，土壤鹽漬化程度由輕度到重度。陶學倡對新疆境內阿圖什市鹽堿地的研究表明，該市80%以上的輕度鹽漬化耕地，其鹽漬化程度受到復雜的自然條件及人為因素的影響。古麗娜爾·哈里別克等在對新疆和田綠洲土壤鹽分的空間分布研究中發現：綠洲中部土壤鹽分含量較低，綠洲南北兩側土壤鹽分含量較高，不同土地利用方式和不同地形引起的土壤水分運動差異是和田綠洲土壤鹽分空間分異的主導因素。沈浩等認為，氣候、地形、土壤等自然因素是鹽堿地形成的內在驅動力，自然環境侵蝕、不合理灌溉等人為因素是荒堿地產生的外在原因。然而，高鹽度地下水灌溉、施肥和土地利用等人類活動會增加土壤含鹽量的時間變異性、擴大土壤含鹽量的空間變異性，也因此提高土壤次生鹽漬化的風險。鄧寶山等認為，克里雅綠洲區域的土壤鹽度一般西高東低，高鹽漬化土壤大多散布于綠洲邊界，各區域內地下水資源深淺變化分布一致，土壤鹽分的空間分配也與地下水資源空間變動一致有關。吳永濤等在新疆北部棉田大田試驗中發現，0～20 cm土層土壤含鹽量較低，而輕型和中等鹽化土壤則主要集中于40～100cm土層。辛明亮等指出，在瑪納斯河流域內，平原灌區土壤鹽分濃度較低地區主要分布于西部丘陵和東北部，高值地區大部分集中于平原水庫和下游區域。劉春明等指出，在新疆圖木舒克地區，重度鹽漬化分布在離河流與渠道較遠的地下水淺埋地區，如：13連至卡勒拜勒山、白鷺化纖廠至達板山工業園至青年連一帶，非鹽漬化主要分布在克列根河南岸至金墩鎮、卡勒拜勒山至44團二監區以及葉爾羌河河漫灘等地下水流動性大的地區，同時，在縱向上隨著土壤深度加大，鹽漬化程度由中度至重度變為輕度。尚白軍等認為，在瑪依湖區，土壤分形維數可以作為湖區土壤發生鹽漬化的指標。

3新疆鹽堿地治理措施

鹽堿地治理是一項綜合性、長期性、系統性和復雜性的工作，涉及多領域多學科，其改良利用是世界性重大科學問題。20世紀80年代以來，我國黃淮海平原提出了排灌綜合運用進行鹽漬土利用改良的治理措施；90年代，荷蘭暗管排水技術引進新疆，并作為鹽堿地治理的有效方法之一。20世紀90年代至21世紀，我國鹽堿地改良步入與生態環境凈化工作相結合的階段，即從全流域出發，全面開展鹽堿地改良和環境凈化工作，采取節水灌溉、渠系改造、藥劑改良等多項措施，并注重不同單項技術的優化組合，以及生態的自我恢復和保護。在此期間，生物化學土壤改良也取得很大進展。新疆鹽堿地治理技術經歷50多年的不斷發展，由傳統“明灌明排”進入到“滴灌微排”“滴灌精控”等現代工程技術，由灌水洗鹽排鹽的治理模式走向區域水鹽平衡調控模式、高效節水灌溉控鹽促生去鹽模式和重度鹽堿地植物種植資源化利用生態治理綜合模式。為此，根據新疆鹽堿地研究與實踐，本文主要從水利工程、農業生產、化學和生物改良4個方面對近年來新疆鹽堿地的治理措施進行綜述與分析。

3.1水利工程改良措施

水利工程改良正是本著“鹽隨水來，鹽隨水走”的規律，運用水利工程措施，通過灌溉水調整地下水，減少土壤含鹽量，進而實現改良鹽堿地的目的。目前，水利工程措施主要包括灌水洗鹽、明溝排水、暗管排鹽、膜下滴灌等。

灌水洗鹽一般是當土壤表層含鹽量較高時，用淡水漫灌，使鹽分隨水分下滲到土壤深層。該方法要求有大量淡水，在某些淡水資源短缺的地方，人們又往往使用含有較多鈣、鎂等離子的微咸水作為淡水，用來淋洗土壤鹽分。林雪鋒等針對新圍墾泥質土壤鹽漬程度極高問題進行研究，發現不同改良措施中灌水洗鹽的降鹽效果最好。許開華等研究發現，灌水洗鹽能夠減少土壤鹽分，縮短草莓的滯育時間，促進草莓生長發育，提高草莓產量和經濟效益。Wang等認為，灌溉洗鹽可以使鹽分離子滲入土壤毛細管，從而降低鹽堿地的pH值、電導率以及可溶性總鹽含量。

明溝排水是指在田間每隔一定距離挖掘一定深度的溝渠并以此進行排水脫鹽的方式。明溝系統通常呈網狀，由主溝和與主溝垂直的支溝組成，既能排出地表水，又能排出地下水，適用于鹽堿較重、地下水位較淺且有排水出路的地點，其深度應在1.5m以上，以利于土壤脫鹽和防止返鹽。張開祥等對鹽漬化棗田土壤進行取樣測定后發現，隨著明溝距離增加，土壤鹽分含量先下降后上升。李開明等基于新疆鹽堿地排水溝的排水試驗建立起HYDRUS數值模型，分析明溝排鹽條件下鹽堿地的鹽分變化，表明0～80cm土層平均脫鹽率較高，為50.09%，80～200cm土層鹽分總量基本不變，距離明溝越近排鹽效果越好。本方法占用的空間比較大，容易坍塌，排鹽效果受明溝深度限制，且排水溝很容易被淤泥堵塞，因此修理和維護成本較高。

暗管排鹽是水利工程中比較普遍運用的一種方法。將帶有一定小孔的管子埋設于地下1.5～2.5 m之間（具體埋深根據地下水位臨界深度確定，埋管間距由管道埋深、土壤透水性、排水標準確定）。Singh認為，排水除鹽可以有效排出土壤水分和鹽分，降低地下水位，對于避免次生鹽漬化的產生起到很大幫助。竇旭等認為暗管排鹽技術能夠減少土壤含鹽量，從而有效阻止地下水位上漲，并弱化含鹽量的空間異質化，從而防止鹽類單一化發展，同時可以在常規灌水量的基礎上降低10%，結合暗管排水技術進行淋洗，對鹽分的最終淋洗效果較好。石培君等研究發現，在膜下滴灌暗管排水和排鹽條件下，0～40 cm土層范圍內脫鹽率為85%，0～80 cm土層脫鹽率為80.5%，鹽分被淋洗到80cm土層下方，且兩暗管中間處脫鹽率最低，暗管上方脫鹽率最高。

膜下滴灌是將覆膜栽培技術與滴灌技術相結合的高效節水灌溉技術。膜下滴灌時，土壤鹽分跟著入滲水向四周移動，土壤鹽分會被水推移到潮濕地區的邊緣，形成淡鹽化根區，促進農作物生長。同時，地膜覆蓋可以提高土壤溫度，減少地表的水分蒸發，有效抑制鹽分上移聚集。此外，滴灌與傳統排水系統建設相比，膜下滴灌不需要占用大量空間，節約大量成本和水源，減少環境污染，且操作方便，維修管理容易。

3.2農業改良措施

改良鹽堿地的農業措施主要有耕作改良、地膜和秸稈覆蓋改良等。地勢高低對鹽堿的產生有著重要影響，地勢較高的地方積聚的鹽分往往最多，不同的高度差會使鹽分的分布表現出顯著差異，土地不平整脫鹽不均勻。土地平整可以讓水分均衡下滲，增加洗鹽效果。通過鋪沙（摻沙）方式調整鹽堿地土體結構，有利于粘力和沙?；パa，增加土壤孔隙度，提高滲透性，改變土壤的水鹽運動規律。潘旭東等研究指出，耕層覆沙明顯影響土壤結構，但表層覆沙對鹽堿地的改良效果并不明顯。姜世成和張文軍等的研究也證實，深耕翻雖然可以截斷土壤表層的毛細管，阻止鹽分上升，但用不好會影響改良效果，甚至還會造成損失。另外，深耕翻改良草地可使多年生植物的根或莖倒出地面，從而導致其死亡。因此，用深耕翻法改良鹽堿草地，初期生物量會明顯減少，植物密度較低情況下不適合改良。綜上所述，使用深耕法改良鹽堿地，除了需要評估目標區的土壤狀況，同時還要選取適當的操作時間。

抬高地勢的主要方法是利用開掘修筑臺地，增加臺面與地下水位中間的距離，從而抑制鹽分富集。它除了具備改良鹽堿地的功能外，還可以形成立體農業模式，蔬菜等作物能夠在臺地上栽培，而溝里開展水產栽培。

地膜覆蓋方法是指通過覆蓋農用塑料薄膜來降低地表水分，阻止返鹽。喬海龍等認為，深層秸稈和表面秸稈兩種覆蓋方式相結合，對土壤水分保持的效果最佳，還可以降低耕作層返鹽，進而保障作物正常生長發育。王成寶等對比分析了地膜、細沙和秸稈三種材料覆蓋對鹽堿地脫鹽效果和玉米產量的影響，表明地膜覆蓋效果>細沙覆蓋>秸稈覆蓋，覆蓋處理對于0～20cm土層含鹽量有較好的脫鹽效果，秸稈覆蓋和細沙覆蓋各階段的含水率與覆蓋量呈正相關。

3.3化學改良措施

化學改良是指將化學變化應用于土壤，以降低土壤鹽分并改善土壤理化性質的方法。使用化學改良劑能夠提高土壤團粒結構、保持水分，降低土壤的pH值和鹽度，改善物理和化學性質，促進植物對水和肥料的吸收以及植物的健康生長。目前，常見的化學改良劑有石膏、酸性物質、風化煤、泥炭和其它有機物質。

石膏改良鹽堿地，主要是因為使用石膏形成的水泥漿中鈣離子能夠在鹽堿土膠體上替代土壤膠體上的鈉離子；鈉離子通過灌溉和鹽漬淋溶到深層，并利用排水降低土體中的交換性鈉離子濃度，利于土壤團聚體形成，從而提高土層的空隙率和通透性，改變土層的理化特性，促進鹽分淋溶和植被生長。使用石膏改良鹽堿地的最關鍵步驟是洗鹽和排鹽，否則土壤堿度減弱、鹽分增加，從而影響植物的正常生長。張志眾等使用粉煤灰開展鹽堿土壤綜合改良試驗后指出，加入適當的粉煤灰綜合利用物能夠降低土壤容重、增加土壤孔隙度，從而降低土壤中的堿式化合物濃度，提高土壤排鹽速度以及改變土壤化學性質。白明生等研究發現，中藥廢渣能夠降低土壤容重、pH值和電導率，改善表層土壤養分含量和不同微生物數量。皮婧婧等通過利用工業腐植酸對鹽堿地進行改良，顯示土壤pH值有所降低，Mn含量增加34.90%，全磷含量增加11.27%，有效磷含量增加60.66%，含鹽量從0.88%降低至0.66%，該研究成果可為新疆境內鹽堿地的治理開拓出一條新路。

3.4生物改良措施

生物改良措施主要是指利用施有機糞肥、作物輪作、種植耐鹽作物以及植物修復等生物材料對鹽堿地進行改良，以達到治理鹽堿地的目的。趙可夫等認為，鹽爪爪、白刺、中亞濱藜和鹽地堿蓬這四種鹽生植物可明顯減少土壤中的鈉離子濃度。鹽爪爪對鈉離子的吸收能力很強，且土壤有機質、氮磷鉀養分以及微生物數量也均有不同程度增加。Muhammad等指出，鹽堿土中添加玉米和豌豆秸稈能顯著增加土壤碳、氮、磷等養分含量，提高微生物活性，但土壤含鹽量沒有顯著降低。Rabhi等研究發現，鹽生植物海馬齒可以顯著降低土壤中的鹽和鈉離子含量，改善土壤理化性質，促進大麥生長。Ammari等指出，種植飼料甜菜和谷子兩種作物均可以有效吸收石灰質鹽堿土壤中的鹽分，從而提高根區土壤飽和導水率，并促進根區鹽分淋洗。

4展望

新疆是我國重要的優質糧棉油生產基地，在我國農業發展中具有不可替代的作用。鹽漬化耕地占新疆耕地總面積的30.85%，占中低產田的60%以上，嚴重制約新疆農業的可持續發展。針對新疆鹽堿地，國內外學者開展了大量研究?？梢钥闯?，水利工程改良措施本著“鹽隨水來，鹽隨水走”的規律，運用灌溉水調整地下水、減少土壤含鹽量，進而實現鹽堿地改良，但是費用高昂、養護成本極高且要求豐富的水源和完善的排灌技術；而農業改良措施通過鋪沙（摻沙）、抬高地勢、地膜覆蓋等方法實施鹽堿地改良，破壞土壤毛細作用，阻斷鹽分向地表進一步聚積，但是工作量很大，生產成本也較高，易對地面土壤產生損害，且操作不善易對自然環境產生不良影響：化學改良措施雖然可以快速改變土壤結構，但成本較高，不適宜較大范圍內應用，且過度施用化學改良劑會導致土壤的二次污染等；生物改良措施經濟成本低，種植耐鹽植物可以促進土壤微生物活性，但土壤含鹽量并沒有顯著下降。同時，近年來在水資源紅線約束下，灌水洗鹽、明溝排水等水利工程措施會浪費大量水資源，不符合現代節水農業發展需求。而節水灌溉將成為新疆現代農業發展的主要措施，據不完全統計，截至2021年，新疆節水灌溉面積達196.55萬hm²，占新疆耕地總面積的37.49%。隨著新疆節水灌溉技術的全面普及和應用，這將打破原有的水鹽運排規律，而單一的鹽堿地治理措施已不能滿足節水灌溉條件下的要求；另一方面，節水灌溉技術的應用僅改變土壤鹽分的空間分布、在作物生長季創建“淡鹽化根區”、減輕鹽分對作物的危害，但也加劇土壤次生鹽漬化的風險。因此，需要不斷尋求新技術、新方法、新產品以適應節水灌溉技術的發展和應用。

針對現有比較單一的鹽堿地治理措施，以及存在水資源消耗量大、建設維護成本高、易造成二次污染等問題，未來在水資源紅線的約束下以及耕地質量提升和后備資源開發利用條件下，大力發展節水灌溉技術需要暗管技術、農業耕作栽培技術、低成本高效生物化學改良產品以及耐鹽作物的有機結合，從而實現節水抑鹽、灌排協同、產能提升的鹽堿地綜合調控技術和模式，推動新疆綠洲農業的可持續發展。