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鹽堿地的危害與改良技術探究

時間:2020-01-14 來源:農業與技術 作者:楊玉坤,耿計彪,于起慶 本文字數:6677字

  摘    要: 土壤鹽堿化是全球面臨的土地資源問題,中國的鹽堿性土地面積巨大,分布廣泛,且類型繁多。及時治理與合理管理鹽堿地資源可以使其生態環境得到改善,因地制宜的開發和利用,對當地區域經濟、社會和生態可持續發展發揮著積極作用,也是推進中國農業可持續發展的重要途徑之一。本文綜述了鹽堿地形成的原因、分布及現狀,對比鹽堿地改良方法和對策,分析了鹽堿土地現有改良方法的優缺點,并為未來鹽堿地更好的利用、改良及可持續發展提出建議。

  關鍵詞: 鹽堿地; 現狀; 改良方法; 可持續發展;

  土地鹽堿化是一種環境地質現象,不僅會紊亂生態系統,影響農業生產,也會導致鹽堿地地區經濟水平衰退。目前,土壤鹽漬化已成為一個全球性的問題,不同地區的土壤鹽堿化管理及治理措施也不盡相同,具體因地區土壤類型而異。從總體上看,國內外鹽堿地管理技術的發展主要是將鹽水應用于灌溉和耐鹽植物的栽培[1]。我國土地遼闊無垠,鹽堿地面積更是巨大,在我國西北、華北、東北和濱海等地區廣泛分布。因此,鹽堿地土壤資源的優化和合理開發利用是我國農業可持續發展的重要途徑之一,對改善生態環境,促進區域經濟、社會和生態的可持續發展具有重要意義[2]。本文綜述了鹽堿地的成因、分布和現狀的分析以及未來的改良方向和展望,探討了現今鹽堿地改良方法的優劣,可為今后鹽堿地的改良做相關參考。

  1、 鹽堿地資源及利用現狀

  1.1、 鹽堿地的成因

  土壤鹽漬化的形成分為自然和人為因素,大部分土壤鹽漬化是自然條件下形成的,土壤鹽堿化的實質是溶解了各類易溶性鹽類,使其在土壤表層儲蓄起來。一般情況,地下水與土壤水保持一定的動態平衡,表層土壤中的離子含量相對穩定,一旦平衡遭到破壞,則易導致產生鹽堿地[3]。

  人為因素引起的土壤鹽堿化稱為次生鹽漬化,由不合理的人為灌溉,盲目開墾,過度砍伐,過度放牧,不合理建設等活動造成的[4]。注入土壤的水分過量,排水量不足會導致地下水受到破壞,地下水位抬升,鹽分則因水分蒸發殘留在表層,造成土壤中鹽分堆積。次生鹽堿化使土壤肥力下降,且生態環境的破壞使植物失去良好生長環境和營養條件,最終導致農作物減產[5]。

  1.2、 鹽堿地分類

  鹽堿土分為堿土和鹽土,根據鹽堿度可分為輕度、中度和重度鹽堿地。輕度鹽堿地的含鹽量在3‰以下,出苗率約為70%~80%,易開發利用;重度鹽堿地含鹽量超過6‰,出苗率低于50%,難以直接利用;兩者中間的鹽堿地為中度鹽堿地。鹽堿地的區分也可按pH值分為輕度鹽堿地(pH值7.1~8.5),中度鹽堿地(pH值8.5~9.5)和重度鹽堿地(pH值9.5以上)。鹽堿程度越高,出苗率越低;重度鹽堿地需先改良土地再種植;在中度鹽堿程度或有加重趨勢的輕度鹽堿地種植適宜植物,可有效改善鹽堿土現狀。
 

鹽堿地的危害與改良技術探究
 

  1.3、 鹽堿地的分布

  中國現有鹽堿地面積約0.27億hm2,其中可作為耕地的面積為0.06億hm2,鹽堿荒地為0.21億hm2[6]。鹽堿地主要分布在我國東北平原、西北干旱區、半干旱區、東部沿海地區和黃淮海平原[7]。其中具有農業生產發展潛力的土地占我國耕地總面積的10%以上,若能及時治理鹽堿荒地,可改善當地生態環境,提高土地利用率,促進當地生態經濟的發展。

  2、 鹽堿地的危害

  隨著鹽分在土壤內部和表面累積,土壤物理惡化及退化,如結構附著力下降、土壤容重高、通氣性差、土壤中好氧微生物活性差等,甚至會加劇表層土壤鹽的積累,抑制植物發育和生長,直至導致其死亡[8]。

  土地鹽堿化會破壞植物組織,影響氣孔收縮和營養吸收,也會抑制土壤微生物的活性。鹽堿是植物生長的“抑制劑”,對植物產生毒害,鹽堿土地的土壤溶液中含有大量的可溶性鹽,使滲透壓增大,使植物產生生理干旱,導致畸形甚至死亡,影響農業生產效益[7]。因此,應從多方面綜合治理嚴重鹽堿地地區土壤,使其更好地得到利用。

  3、 鹽堿地開發利用技術現狀

  充分利用鹽生植物資源,綜合治理、發展鹽堿農業,是提高土地利用率的重要途徑。通過灌排技術改良鹽堿地和發展耐鹽植物,是改良鹽堿地的主導技術。通常將2類技術配套綜合,以其中1種為主導[1]。我國現有的改良技術包括:利用改良劑改良、表層覆蓋技術改良、灌排技術改良、利用新型材料及土壤改良劑和地下暗管排鹽工程等[9],隨科技進步,更多新興技術正在崛起。為開發利用鹽堿地,世界各地嘗試發展鹽生植物,但是鹽生植物的降鹽速度慢,效果不顯著,缺乏可持續性[9]。因此,還需采用更有效的方式,在鹽堿分布復雜的地區因地制宜,來維持生態、經濟平衡發展。綜合應用工程、化學、生物等措施,通過水土資源進行綜合開發、合理利用[10],對各種程度鹽堿地進行改良。

  4 、鹽堿地改良措施

  4.1、 物理改良

  用水治理鹽堿地是常見方法,相比傳統排水措施,生態蓄水對改良土壤的理化性質更為有效[11]。生態蓄水模式有效節約成本,改善鹽堿度,提升土壤質量。水利改良法是根據水鹽運動規律加以運用實施,具體改進措施有灌水洗鹽、蓄淡壓鹽、設置隔離層和滲透管排鹽等[12]。在“排水洗鹽”措施中,用蓄淡壓鹽方法,可控制土壤中鹽分,提高有機質。“以淡壓鹽”提倡建立深水井,通過深水井采淡水澆灌土地[13],以此改良土壤,使中低產田變為高產田。

  鹽分大多散布在土壤表層,下層較少,可采取深耕深翻措施,改善鹽堿地環境。采用翻耕方法,對土層進行粗放耕作,通過交換土壤表層與下層位置,切斷土壤毛細管,減少水分蒸發,可有效控制土壤返鹽現象[14]。

  魏文杰等[15]通過田間噴灌洗鹽試驗,發現鹽水用量與脫鹽效果成正比,灌溉后土壤鹽分含量降低,脫鹽效果隨土層深度增加而降低。韋本輝等[16]利用自主研發的粉壟耕作機械和粉壟技術改造利用鹽堿地,粉壟可物理性“淡鹽”,使其形成一種綠色環保的農業技術體系[17],通過對新疆和陜西等地的研究,重度鹽堿地經粉壟種植后,土壤全鹽量大幅度下降,作物產量明顯提高,起到淡鹽增產的作用。

  4.2、 生物改良

  生物改良可使用微生物菌肥改良、種植綠肥作物改良和大面積小苗密植的綜合改良等措施。鹽堿地改良應與種植計劃密切結合,選擇合適種植的耐鹽作物,在種植作物和養護過程中繼續改良鹽堿土地[12],做到生態與經濟共同發展。其中引進鹽生植物是提高鹽堿地利用率的重要措施[8],也可提高鹽堿地植被覆蓋[18]。

  邢尚軍等[19]采用栽植白刺的方法對重鹽堿地進行改良,土壤迅速脫鹽,土壤中有機質、全氮、有效氮和速效磷含量增加,提高了鹽堿地肥力和質地。李霞等[20]種植黃櫨可降低土壤鹽堿度,改善鹽堿地環境,豐富鹽堿地植被類型。李海英等[21]對苜蓿改善柴達木盆地棄耕鹽堿地研究,隨著苜蓿栽培年限增加,土地脫鹽率顯著增加,耕層土壤的全鹽量下降。丁海榮等[22]發現星星草對濱海鹽土的改良效果顯著,其生理習性使其適合鹽堿性環境,改善土壤鹽堿化。張夢璇等[23]通過野外采樣和室內測試相結合法研究,發現白榆對濱海鹽堿地具有改良作用,可降低土壤中鹽離子含量和全鹽含量。因此,運用生物治堿的改良方法,可維持鹽堿地地區生態平衡,促進經濟發展。

  4.3、 化學改良

  Luo等[24]用高效無機聚合物PAFS處理表層和中層土壤,土壤p H值明顯降低,粘土顆粒含量顯著下降,提高了水稻產量,PAFS能有效修正硬質土壤,使高度分散的硬鹽堿地修正成重要的農業儲備用地。

  對于重度鹽堿地,還要配合施用黑礬、石盤和磷石膏等化學改良物質,全面改善土壤理化性質[25]。Ziaie-Moayed等[26]在不同條件下對非穩定土和穩定土進行了直剪試驗和無側限壓縮試驗,其采用不同摻量的環氧樹脂和硅酸鹽水泥對土壤進行穩定,發現浸泡后土的抗堿強度顯著降低,土壤的強度顯著提高。

  利用離子間的作用原理,Ca2+的增加減小可交換性Na+的比率,在鹽堿土中施加可以抵消鹽分作用的化學物質,如石膏等,可在難以改良的特殊鹽堿地中起到改良作用[3]。趙旭等[27]施用粉煤灰和煤矸石,對在鹽堿地上生長的檉柳進行實驗,在鹽堿地基質中加入粉煤灰,可以提高檉柳發芽率,有助于縮短枝條發芽時間,提高萌發枝條成活率。隋鵬舉等[28]試驗采用種稻泡田的方法以排鹽洗堿,不斷向鹽堿地增施有機肥和改良劑,快速降低土壤中的鹽堿含量,提高土壤肥力。王新平等[29]運用旱地龍土壤改良劑和禾康土壤改良劑對鹽堿地進行改良,2種改良劑均能使重度鹽漬化土壤迅速脫鹽。王文杰等[30]在實驗室和田間條件下,比較了17種土壤調質劑對種子萌發和生長能力的影響,發現水解聚馬來酸酐是一種高效的改良劑,能增加碳酸鈣溶解,使土壤溶液中鈣離子取代土壤膠體中鈉離子,提高了土壤入滲率和毛管土的含水量。

  在鹽堿地治理過程中,施加綠肥可增加土壤有機質含量,改善土壤結構和土壤植物根系微環境,促進土壤微生物活性,改善土壤肥力,抑制鹽分的積累[31],也是一種方便可取的改良措施。

  4.4、 工程措施

  工程措施包括整平土地、建立完善的排水灌溉系統、更換土體、深翻改土、淋洗土層和淤積等方法[3],運用工程手段治理鹽堿地。

  在濱海區,選擇“允許深度”理論作為鋪設排鹽管的指導依據,采用傳統工程改良鹽堿土。在鹽堿地區建立埋深淺管道和淺密式排鹽系統,形成暗管達到水平排水[32],對濱海區鹽堿地進行改良。在豎井排水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卻出現返鹽現象,土壤鹽分含量上升41%,對緩解鹽堿度有積極作用[33]。史學友[25]將井灌井排與渠道排水相結合,在雨季抽取土壤中咸水補充淡水,增加地下水占有空間,提高汛期土壤入滲率,加速土壤脫鹽。

  4.5、 綜合治理

  鹽堿地改良是較為復雜的綜合治理體系,多采用以水肥為中心的方式,同時采取水利工程措施、生物措施、農業技術措施、化學改良等措施綜合治理,也是改良鹽堿地的主要方向[12]。

  采用綜合治理的方式,“化鹽堿地為資源”,開發利用鹽堿地,實現生態循環。例如:山東省黃河三角洲鹽堿地區已形成“上農下漁”的[34]模式,改善了當地堿地的土壤質量,實現了農、林、牧、漁協調發展,旱、澇、鹽、堿綜合治理的生產、生態效益[7]。采取挖池筑臺、深溝排堿的方式,處于位置較高的鹽堿地則可以種植農作物,緩解土地鹽堿化現狀,提高土地利用率。

  菲律賓國際水稻研究所[35]采用鈉化鹽漬土,利用物理、化學和生物三者相結合的方法,將土壤深翻與施用石膏相配合,實行小麥與水稻輪作,使土壤中可交換性鈉降低,明顯改善鹽堿地程度。于興洋等[36]研究重鹽堿地改良后土壤及作物的變化,實施不同改良措施后,土壤特性方面發生顯著改善。因此,大規模的重鹽堿地改良后,種植品種的選擇應該因地制宜,綜合相應土壤特性和作物適應性做相關種植。

  5、 鹽堿地改良存在的問題及建議

  隨鹽堿地改良技術的發展,鹽堿地改良新途徑不斷涌現。盡管目前科技發達,世界范圍內已經有部分先進鹽堿地的改良方法,但對特殊地區鹽堿地改良治理仍需研究人員的努力,使土地利用率實現最大化。在治理鹽堿地過程中對相關區域的環境安全和保護還需地質、水文、水利等專家研究協調。

  發展鹽堿地農業要注意因地制宜,對重度鹽堿地,改善土地環境為首要任務;對中度、輕度鹽堿地,合理灌溉,避免鹽堿化加劇。改良鹽堿地也需將工程改良、物理改良、生物改良等措施有機結合進行綜合治理。在未來鹽堿地開發與利用中,要更新現有觀念,突破傳統,尋求創新,使鹽堿地得到充分開發利用,更好地推動鹽堿地地區生態、經濟、文明三位一體的共同發展。

  隨著國內外鹽堿地改良技術的進步和新方法的推廣,逐漸實現鹽堿地可持續發展。在進行鹽堿地資源利用時,不能一味盲目,要對鹽堿地資源進行全面全新的認識,從鹽生植物資源、鹽漬土資源、咸淡水資源等多角度考慮,并將相關水利、水文學知識運用實際操作。今后,在鹽堿地改良時,應在鹽堿地長期觀測調查的基礎上,合理規劃,對現有鹽堿地改良措施進行分析調整并優化。努力尋求最優改良方案,拓展鹽堿地利用開發途徑,積極推動鹽堿地產業化開發,增加我國土地利用率,為我國鹽堿地可持續發展做出貢獻。

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