鹽堿土改良利用技術(shù)研究進(jìn)展

王利民，陳金林，梁珍海，陳菲然，王麗娜，薛 丹，趙 好

（1.南京林業(yè)大學(xué) 森林資源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇 南京 211153）

鹽堿土是鹽土和堿土的統(tǒng)稱［1］。據(jù)聯(lián)合國教科文組織和糧農(nóng)組織不完全統(tǒng)計(jì)，全球鹽堿土面積已達(dá)9.5×108hm2，且每年以1.0×106～1.5×106hm2速度增長。中國鹽堿土面積為3.7×107hm2，幾乎遍布全國［2］。土壤鹽堿化不僅導(dǎo)致土壤生產(chǎn)力降低，而且引發(fā)諸多生態(tài)環(huán)境問題。隨著土地資源的緊張，必須尋求有效措施防治和改良鹽堿土壤。通過國內(nèi)外鹽堿土改良利用技術(shù)研究進(jìn)展綜述，為合理開發(fā)利用鹽堿土進(jìn)一步提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 鹽堿土的主要成因

鹽堿土形成是自然和人為因素共同作用的結(jié)果。自然因素是鹽堿土形成的內(nèi)因，而人為干擾進(jìn)一步加劇鹽堿土的發(fā)展。研究表明，土壤母質(zhì)、質(zhì)地、地形、新構(gòu)造運(yùn)動、水文條件和人為活動等是影響鹽堿土形成的重要因素［3－5］。

2 鹽堿土改良利用技術(shù)

鹽堿土形成條件差異大，對植物危害嚴(yán)重。故改良鹽堿土應(yīng)遵循“因害設(shè)防，因地治理”的原則，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，以便獲得較好的改良效果。

2.1 分區(qū)方法

鹽堿土合理分區(qū)是它們改良利用的前提條件。遙感技術(shù)覆蓋面廣，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，能真實(shí)反映鹽漬度的水平及其動態(tài)變化，為鹽堿土分區(qū)提供技術(shù)支撐。關(guān)元秀等［6－7］利用地球資源衛(wèi)星Landsat TM遙感數(shù)據(jù)，輔以地物的光譜特征，并結(jié)合常規(guī)的監(jiān)督分類法和改進(jìn)的圖像分類法，對干旱、半干旱區(qū)鹽堿土的面積、分布及鹽漬度等進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：光板地面積為14 477.7 hm2，重度鹽堿土為52 086.3 hm2，中度鹽堿土為86 699.6 hm2，輕度鹽堿土為215 001.8 hm2。此外，亢慶等［8］通過調(diào)查干旱區(qū)的地物特征，基于小型編程對象技術(shù)、ASTER遙感數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型、土樣分析數(shù)據(jù)的融合，采用光譜角度制圖的遙感圖像分類方法，對實(shí)驗(yàn)區(qū)土壤進(jìn)行分區(qū)，研究得出：實(shí)驗(yàn)區(qū)總面積為2 656.8 km2，其中，重度鹽堿土為205.1 km2，占7.7%，中度鹽堿土為590.5 km2，占22.3%，輕度鹽堿土為468.1 km2，占17.6%。該方法對常規(guī)數(shù)據(jù)的依賴性較小，適于西部干旱地區(qū)土地鹽堿化的快速監(jiān)測和評估。此外，Douaoui和Farifteh等［9－13］利用遙感技術(shù)對鹽堿土分區(qū)、鹽漬度監(jiān)測等研究都獲得了可靠結(jié)果。所以，通過遙感技術(shù)研究鹽堿土分區(qū)、鹽漬度及面積，較以往更為快捷和準(zhǔn)確。

2.2 非生物措施

2.2.1 耕作施肥 許多研究認(rèn)為，整地深翻，適時(shí)耕耙，增施有機(jī)肥，合理施用化肥，躲鹽巧種，耕作層下鋪設(shè)隔鹽層等都是鹽堿土改良利用的有效措施［1，14］。特別是畜禽糞和枯枝落葉等有機(jī)物料，來源廣，數(shù)量大，可以通過坑漚和堆制等腐熟后施入土壤，也可通過機(jī)械粉碎直接還田，增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高肥力和緩沖性能，降低含鹽量，調(diào)節(jié)pH值，減輕鹽害［15］。通過進(jìn)一步分析施肥量和作物產(chǎn)量間的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型，確定最佳經(jīng)濟(jì)施肥量［16－17］，在改良利用同時(shí)獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

2.2.2 覆蓋技術(shù) 地膜覆蓋及其他生物質(zhì)材料覆蓋技術(shù)均能減少土壤水分蒸發(fā)，減緩或防止土壤鹽分表聚。在加拿大草原區(qū)實(shí)施殘茬覆蓋，能增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高土壤蓄水保墑能力［18］。趙蘭坡等［19］在吉林省西部采用地膜覆蓋，既減緩?fù)寥利}堿危害又增加作物產(chǎn)量。但是，覆蓋技術(shù)只是暫時(shí)把鹽分控制在土壤深層，未能從根本上排除，從而存在返鹽的潛在危險(xiǎn)，需繼續(xù)加強(qiáng)后期科學(xué)管理。

2.2.3 水利措施 研究表明，溝灌溝排和井灌井排等措施對鹽堿土改良均有一定效果［15，20］。由于人口增加和淡水資源匱乏，利用鹽堿水進(jìn)行灌溉勢在必行，但同時(shí)須減小鹽堿水灌溉對環(huán)境造成的負(fù)面影響。鹽堿水的灌溉方式主要有：①循環(huán)灌溉：先在土表施用石膏，然后種植作物。作物幼苗生長初期，用淡水澆灌；幼苗建成后，再用鹽堿水灌溉。該方法的優(yōu)點(diǎn)是在幼苗階段，土壤鹽分，尤其是表土含鹽量保持在較低水平，有利于苗木的生長［21］。②混合灌溉：即海水和淡水按一定比例混合后進(jìn)行灌溉。在灌溉水或淺層地下水的鹽漬度不高，且淡水缺乏的地區(qū)，混合灌溉意義重大。混合灌溉在印度和美國已普遍實(shí)施，效果顯著［22－23］。但有研究表明：鹽漬度高的水和鹽漬度低的水進(jìn)行混合灌溉，能導(dǎo)致土表鹽漬度上升，作物產(chǎn)量下降［24］。為此，根據(jù)不同作物的耐鹽性進(jìn)一步研究了海水和淡水混合后灌溉水的含鹽標(biāo)準(zhǔn)［25］及混合的最佳配比［26］。③順序灌溉：即先用水質(zhì)較好的水灌溉耐鹽性低的作物，后用收集到的含鹽量較高的排水再灌溉耐鹽性高的作物［23］。灌溉水可被利用的順序次數(shù)取決于灌溉水的鹽堿度、有毒微量元素的濃度和作物的耐鹽性。該方法能夠充分利用灌溉水，宜在區(qū)域范圍采用而不適于小范圍內(nèi)使用。吉志軍等［27］在濱海鹽堿土通過鋪設(shè)排鹽暗管，并用原地土壤與建筑用砂1∶4的比例混合，種植堿蓬Suaeda glauca，使土壤速效氮、速效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)分別比對照增加了6.89，19.98，80.0 mg·kg－1和 2.57g·kg－1。

2.2.4 化學(xué)措施 施用石膏等化學(xué)改良劑增加可溶性鈣（Ca2+），通過離子代換作用把土壤中有害的鈉（Na+）代換出來，結(jié)合灌溉使之淋洗，達(dá)到鹽堿土改良目的，一般用于重度鹽堿土改良?；瘜W(xué)改良劑可直接向石灰性蘇打土中提供Ca2+或通過提高土中難溶性碳酸鈣的溶解度，間接增加Ca2+，置換Na+［28］。例如，鹽堿豐、康地寶、禾康鹽堿清除劑等都在近年取得一定改良效果［15，17，29］。但使用化學(xué)改良劑一般成本較高，因此，Sadiq等［30］利用工業(yè)副產(chǎn)品硫酸改良鹽堿土，獲得明顯成效；張萬鈞等［31］利用天津經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)大量存在的海灣泥、堿渣和粉煤灰（3∶1）等固體廢棄物，作為土壤資源，很適宜植物生長，不僅解決了大量固體廢棄物污染濱海生態(tài)系統(tǒng)的問題，也為鹽堿土改造提供了新的技術(shù)途徑。

2.2.5 電磁改良 在朝鮮海濱，Micic等［32］使用間歇電流處理高鹽度的海成黏土，輔以預(yù)加壓固結(jié)處理，改變了土壤物理性質(zhì)。結(jié)果表明，該綜合處理與單純的預(yù)加壓固結(jié)措施相比，土壤抗剪性增加45%，土壤含水量減少約25%，降低了土壤含鹽量；Constable［33］用磁化水灌溉鹽堿土，與普通灌溉水相比，可提高土壤脫鹽率，節(jié)省灌溉水量。

2.3 生物措施

土壤生物活動有利于改善土壤有機(jī)質(zhì)，增加有效養(yǎng)分，改良土壤結(jié)構(gòu)。此外，種植植物可增強(qiáng)植被蒸騰，降低地下水位，加速鹽分淋洗，延緩或防止積鹽返鹽［1］。植物改良機(jī)制主要包括：①根際二氧化碳（CO2）分壓：植物根系分泌物如多糖、蛋白質(zhì)和肽等的氧化作用及土壤生物分泌有機(jī)酸，均增加根際CO2分壓，提高土壤的CO2濃度，溶于水形成碳酸，分解為H+和HCO3－，H+又與碳酸鈣反應(yīng)產(chǎn)生Ca2+，Ca2+再置換出Na+，經(jīng)灌溉水淋洗Na+后，降低土壤鹽漬度［28，34］。②根際H+數(shù)量：H+的一個(gè)來源是溶在水里的CO2最后生成H+和HCO3－，另一來源是種植固氮的豆科Leguminosae植物，在其根際釋放H+。H+增加有助于降低非石灰性土壤根際的pH值，而對石灰性鹽堿土的pH值減幅不大，但是，H+能與石灰性鹽堿土中碳酸鈣作用產(chǎn)生Ca2+，從而增加鹽堿土中Na+的移除速率［35］。③根際土壤物理性質(zhì)：深根系多年生植物根系的穿插、腐爛，消除了較大孔隙中的閉塞空氣，使土壤產(chǎn)生干濕交替，形成大孔隙，改善土壤水分運(yùn)動與氣體擴(kuò)散，改良土壤結(jié)構(gòu)，有利于后作。另外，植物根際產(chǎn)生多糖和真菌菌絲，都與根際和土壤界面的不均勻脫水有關(guān)，增強(qiáng)了土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性［36］。④收獲植物地上部分而被移走的Na+量：植物地上部分的收獲增加了鹽堿土中Na+的移除量［37］。生物措施適用于中等質(zhì)地、粗質(zhì)地及中度鹽堿土改良。生物措施改良過程中灌溉水量需超過作物需水量，利于根際CO2分壓達(dá)到峰值，促進(jìn)Ca2+代換Na+，也有利于土壤充分淋溶和排除Na+。生物措施優(yōu)點(diǎn)在于對較深的根區(qū)鹽堿土的改良作用較好，而土壤改良的深度是判斷改良效應(yīng)的重要參數(shù)。生物改良措施主要有幾種。

2.3.1 利用現(xiàn)有種質(zhì)資源篩選耐鹽品種 該方法簡便、經(jīng)濟(jì)，能較快篩選耐鹽植物。一般生物量大、耐鹽堿和耐漬水的植物，都具有較好的鹽堿土改良效應(yīng)。研究表明，堿蓬，羊草Lemus chinensis，田菁Sesbania cannabina，苜蓿Medicago spp.，楊樹Populus spp.，檉柳Tamarix chinensis，刺槐Robinia pseudoacacia等具有較強(qiáng)抗鹽能力［38－40］，結(jié)合植物耐鹽生態(tài)閾值研究［41］，更好地篩選耐鹽品種。

2.3.2 利用遠(yuǎn)緣雜交培育耐鹽品種 育種工作中，發(fā)現(xiàn)許多作物的栽培品種遺傳變異資源已嚴(yán)重枯竭，這種現(xiàn)象普遍存在于種植于起源地以外的自花授粉作物中。而起源地的栽培品種及野生種的遺傳變異資源則較為豐富，例如，在番茄Lycopersicon esculentum起源地的原始品種中發(fā)現(xiàn)了高水平的變異，野生種的變異則更為豐富［42］。在秘魯番茄中可以區(qū)分的至少有35個(gè)生理小種，它們在單株、種和群體水平上都存在很大的變異［43］。所以，利用遠(yuǎn)緣雜交育種，可解決目前耐鹽基因轉(zhuǎn)移后表達(dá)困難，成功率小的問題，有著廣闊的市場前景。

2.3.3 利用基因工程培育耐鹽品種 滲透調(diào)節(jié)小分子有機(jī)物基因、離子區(qū)隔化基因和保護(hù)酶基因均能提高植物抗鹽性［44-45］。甜菜堿醛脫氫酶（BADH）基因能被鹽堿脅迫誘導(dǎo)和表達(dá)，BADH活性加強(qiáng)，植物對逆境的適應(yīng)性也增強(qiáng)。通過生物技術(shù)，BADH基因能被轉(zhuǎn)入到其他植物體，獲得耐鹽堿性高的轉(zhuǎn)基因物種，加速鹽堿土改良［39］。對緬甸紅樹Bruguiera gymnorhiza的研究表明，光合基因上調(diào)有利于恢復(fù)光合能力［46］；也有研究發(fā)現(xiàn)光合基因下調(diào)在鹽脅迫調(diào)節(jié)中也占重要地位［47］。雖然基因工程技術(shù)還存在生物安全問題，但是隨著對植物耐鹽遺傳機(jī)理深入研究，轉(zhuǎn)基因技術(shù)會更廣泛地應(yīng)用于植物育種。

2.3.4 利用微生物提高植物的耐鹽性 有機(jī)磷細(xì)菌［48］、硅酸鹽細(xì)菌［49］及光合細(xì)菌［50］都是鹽堿土改良利用的重要功能菌。Abd-Alla在麥稈上接種分解纖維素真菌，施于鹽堿土，提高了豆科植物的固氮能力和抗鹽性［51］。王桂君等［52］研究表明，叢枝菌根真菌在鹽性環(huán)境中能夠增加植物對礦質(zhì)營養(yǎng)吸收，提高植物耐鹽性，促進(jìn)生長。此外，酵母菌類低等真核生物，其細(xì)胞簡單，培養(yǎng)容易，遺傳背景清楚，因此，從鹽堿土壤中分離耐鹽酵母菌，有利于接種而提高農(nóng)作物耐鹽性［48］。

3 展望

不同措施對鹽堿土壤的改良利用效果各不相同，生產(chǎn)實(shí)踐中，應(yīng)各種措施合理配合，綜合防治才能取得良好效果。以往鹽堿土改良工作較為依賴于水利措施，投入大，成本高。隨著科技發(fā)展，新的改良技術(shù)日漸興起，對鹽堿土治理開發(fā)水平大有促進(jìn)，因此，今后應(yīng)進(jìn)一步建立和完善區(qū)域鹽分預(yù)報(bào)系統(tǒng)，隨著遙感等現(xiàn)代技術(shù)不斷引入土壤研究工作中，提高鹽堿土制圖的速度和精度，快速準(zhǔn)確地掌握土壤鹽分動態(tài)，為及時(shí)采取相應(yīng)的防治措施提供有力保障。其次，推廣運(yùn)用現(xiàn)代生物技術(shù)，促進(jìn)耐鹽、耐澇和耐旱植物品種的培育?，F(xiàn)代生物技術(shù)突破了遠(yuǎn)源物種不能雜交的禁區(qū)，將植物耐鹽基因分離并導(dǎo)入常規(guī)作物，對耐鹽植物品種的培育大有幫助。另外，利用細(xì)胞全能性，組織培養(yǎng)繁殖耐鹽植物，也為快速獲得耐鹽植物提供了技術(shù)保證。同時(shí)，在土壤鹽分遷移、動態(tài)規(guī)律的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用微生物提高植物耐鹽性，深入了解不同植物對微生物的影響，維持和改善微生物活性，推廣耐鹽功能菌接種技術(shù)，進(jìn)一步發(fā)揮微生物-植物聯(lián)合修復(fù)作用，加快鹽堿土改良進(jìn)程。

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