鹽堿地改良研究現(xiàn)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(jìn)工業(yè)化和城市化進(jìn)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(jīng)成為確保我國耕地“紅線”不被突破、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)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(nóng)藝措施、生物措施和化學(xué)措施等的研究進(jìn)展，探討了現(xiàn)有改良措施存在的問題與不足，并對(duì)未來鹽堿地改良措施的優(yōu)化提出了展望。

關(guān)鍵詞：可持續(xù)發(fā)展；鹽堿地；研究進(jìn)展；改良措施

中圖分類號(hào)： S156.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2017）18-0007-04

收稿日期：2016-04-27

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（編號(hào)：201503136）。

作者簡介：張翼夫（1990—），男，江蘇揚(yáng)州人，博士，主要從事保護(hù)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(hù)性耕作研究。E-mail：wwyyli@cau.edu.cn。 土壤鹽堿化是世界旱作農(nóng)區(qū)突出的生態(tài)環(huán)境問題[1-3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鹽堿土資源遍及世界100多個(gè)國家，總面積達(dá)10億hm2[4]。土壤鹽堿化的防治與鹽堿土的開發(fā)利用已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、推進(jìn)可持續(xù)進(jìn)程的重要研究內(nèi)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(jìn)展，探討了現(xiàn)有改良措施存在的問題與不足，并對(duì)未來鹽堿地改良措施的優(yōu)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(tǒng)稱，通常把可溶性鹽類物質(zhì)含量大于2 g/kg，且影響作物正常發(fā)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(tǒng)稱為鹽堿土。

鹽堿土形成的實(shí)質(zhì)是可溶性鹽類在土壤中發(fā)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(nèi)因，包括氣候、地形、水文活動(dòng)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(huán)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(qū)，而且在肥沃的河流、沿海地區(qū)以及沖積平原、灌溉區(qū)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(qū)，黃淮海平原及東部沿海地區(qū)[4，16]。其中，西北干旱區(qū)是我國最大的鹽堿土分布區(qū)，總面積約1 300萬hm2，主要包括青海、新疆、內(nèi)蒙古西部和甘肅河西走廊地區(qū)；其次為濱海鹽堿土區(qū)，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(xiàn)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(fā)育環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)作物的高產(chǎn)高效[18]。近年來，隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術(shù)（RS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）等技術(shù)的逐漸成熟與利用，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)土壤、作物發(fā)展演變數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與測(cè)量，形成了鹽堿地改良的高新監(jiān)測(cè)技術(shù)體系，為鹽堿地決策咨詢服務(wù)體系的構(gòu)建創(chuàng)造了條件[19-21]。下面著重對(duì)近年來國內(nèi)外在工程措施、農(nóng)藝措施、生物措施和化學(xué)措施等鹽堿化土壤改良利用理論與技術(shù)方面取得的進(jìn)展進(jìn)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(tǒng)，借助井、溝、渠等配套措施，鉆灌水井、修筑臺(tái)田、埋設(shè)暗管等，達(dá)到灌水適當(dāng)、排水及時(shí)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(yàn)，探討了天然降水條件下地下水位動(dòng)態(tài)及土壤脫鹽規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果表明，豎井排水的區(qū)域土壤鹽分含量呈下降趨勢(shì)，下降幅度為52%，未設(shè)豎井排水的區(qū)域土壤表層出現(xiàn)返鹽現(xiàn)象，土壤鹽分含量上升41%[23]。

近年來，地下暗管排鹽技術(shù)發(fā)展迅速。實(shí)踐證明，暗管排水能夠提高淋洗效果，對(duì)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(qū)，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(fā)現(xiàn)，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(shì)良好，產(chǎn)量增加[25]。馬鳳嬌等研究表明，在暗管埋設(shè)條件下，雨季降水量對(duì)大面積的輕度鹽堿地淋洗脫鹽效果非常顯著[26]。

2.2 農(nóng)藝改良措施

農(nóng)藝改良措施是建立在“鹽隨水來，鹽隨水去”的水鹽運(yùn)移規(guī)律基礎(chǔ)上的，通過不同農(nóng)藝耕作方式，抑制或減少土壤水分的蒸發(fā)，減輕鹽分的表聚，淡化耕作層，進(jìn)而達(dá)到改良的目的[18]。同時(shí)農(nóng)藝改良措施是鹽堿土理化性狀改良的基礎(chǔ)，也是化學(xué)改良和生物改良的基礎(chǔ)，它主要包括合理的耕作與栽培技術(shù)，通過翻耕、耙地、鎮(zhèn)壓、中耕等田間作業(yè)，創(chuàng)造良好的土壤表層結(jié)構(gòu)，促進(jìn)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(diào)節(jié)土壤水肥氣熱狀況，為作物高產(chǎn)創(chuàng)造良好的土壤環(huán)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(jié)構(gòu)，逐步提升土壤質(zhì)量，恢復(fù)地力，為鹽堿土理化性質(zhì)改良提供基礎(chǔ)[27]。高金方指出，翻耕是傳統(tǒng)的耕作措施，通過翻耕把上下位置的土層進(jìn)行調(diào)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(jī)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(yàn)，研究了不同深松深度對(duì)蘇打鹽堿化田的土壤理化性狀及作物產(chǎn)量的影響，結(jié)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(huán)境明顯改善，同時(shí)深松能夠促進(jìn)作物的根系發(fā)育，提高產(chǎn)量[30]。司振江等利用振動(dòng)深松技術(shù)對(duì)黑龍江省大慶市蘇打鹽堿土及草原進(jìn)行改良，結(jié)果表明，改良后2～3年，土壤理化指標(biāo)趨于良性變化，以人工種植羊草的群落成為優(yōu)質(zhì)群落[31]。

2.2.2 覆蓋改良 覆蓋改良是指利用農(nóng)田產(chǎn)物覆蓋農(nóng)田表面，使農(nóng)田環(huán)境有利于農(nóng)作物生長的措施[32]。目前鹽堿土地表覆蓋常采用農(nóng)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(yàn)進(jìn)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(jìn)玉米生長[33]。喬海龍通過土柱模擬試驗(yàn)，研究了秸稈的不同覆蓋方式對(duì)水分運(yùn)移的影響，結(jié)果表明秸稈深層覆蓋能夠阻礙毛細(xì)管，降低土壤深層的水分蒸發(fā)，而表層秸稈覆蓋會(huì)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(jié)合，較其他覆蓋方式保水效果好，而且對(duì)土壤鹽分的表聚與返鹽進(jìn)程均有較好的抑制作用，由此促進(jìn)了作物的生長發(fā)育。趙永敢等通過微區(qū)試驗(yàn)，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(duì)土層水鹽運(yùn)移的影響，結(jié)果表明上蓋地膜下埋秸稈措施在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)鹽堿土改良中效果最好[35]。李偉強(qiáng)等通過大田試驗(yàn)，對(duì)水泥硬殼覆蓋條件下土壤水分的變化規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)果表明水泥硬殼覆蓋能夠減少土壤的凍結(jié)時(shí)間，對(duì)土壤水分的無效蒸發(fā)和融凍時(shí)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(jié)構(gòu)，提高土壤孔隙度與通透性來改變土層水分運(yùn)移規(guī)律，已經(jīng)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(jié)構(gòu)的改善，土壤保水效果得到提高，抑制了水分的蒸發(fā)和鹽分向土表的運(yùn)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(duì)河套灌區(qū)的鹽堿土改良，結(jié)合田間試驗(yàn)和室內(nèi)分析，研究摻沙措施對(duì)耕層土壤結(jié)構(gòu)和離子含量的影響，結(jié)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(jī)肥改良 施用有機(jī)肥是鹽堿土改良的有效農(nóng)藝措施之一，土壤中施用有機(jī)肥能夠改善土壤物理性質(zhì)，減少蒸發(fā)量，起到抑鹽的作用，增加有機(jī)膠體、腐殖質(zhì)含量，從而加強(qiáng)對(duì)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(jī)肥有沼氣肥、糠醛渣、農(nóng)家肥等。蔡阿興等研究表明，施用生產(chǎn)沼氣后的剩余物沼渣和沼液，有利于提高堿土養(yǎng)分含量，改善土壤物理性狀和提高農(nóng)作物產(chǎn)量[40]。王志平發(fā)現(xiàn)，施用糠醛渣，土壤中有機(jī)質(zhì)、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?jí)A化土壤，促進(jìn)鹽害離子向下淋溶[41]。有機(jī)肥數(shù)量大、來源廣，畜禽糞便和枯枝落葉等有機(jī)物料，可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[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(yàn)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(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的措施，切實(shí)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(duì)鹽堿地的改良利用極為重要[44-45]。Barrett-Lennard研究發(fā)現(xiàn)，通過在鹽堿土上種植濱藜屬（Atriplex amnicola）等耐鹽植物，可以恢復(fù)土地正常生產(chǎn)力[46]。林學(xué)政等利用鹽生植物鹽地堿蓬（Suaeda salsa）對(duì)濱海鹽堿地進(jìn)行生物修復(fù)，結(jié)果表明試驗(yàn)區(qū)堿蓬根際土壤的電導(dǎo)率較對(duì)照組下降13%，有機(jī)質(zhì)含量和總氮含量分別增加43%和18%，同時(shí)根際土壤的微生物數(shù)量也明顯增加[47]。李海英等利用生物技術(shù)研究了苜蓿對(duì)柴達(dá)木盆地棄耕鹽堿地的改良效果，試驗(yàn)結(jié)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(dá)91.700%[48]。

培育耐鹽作物是鹽堿地開發(fā)、利用的有效方式。雖然植物對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)過程極為復(fù)雜，但這些調(diào)控都是建立在基因基礎(chǔ)上的，借助現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，對(duì)耐鹽細(xì)胞系的培育、滲透調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)移和鹽誘導(dǎo)基因的利用等方面的研究已經(jīng)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(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)基因、編碼膽堿-甘氨酸甜菜堿合成的基因和調(diào)控海藻糖合成的基因[52]。鹽脅迫基因的主要功能是促進(jìn)離子平衡，如通過質(zhì)膜Na+/H+的逆向運(yùn)輸排出Na+，液泡Na+/H+的逆向運(yùn)輸使Na+在液泡內(nèi)累積并隔離，且多數(shù)鹽脅迫基因都能抑制損傷并進(jìn)行自身修復(fù)[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(jīng)成功轉(zhuǎn)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(yīng)用主要是微生物促進(jìn)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(huán)境，可減輕鹽分對(duì)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(fù)合微生物菌劑能夠促進(jìn)玉米幼苗根系的生長，提高根系活力，表明施用復(fù)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(yàn)方法，研究發(fā)現(xiàn)微生物菌劑對(duì)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(xué)改良措施

化學(xué)改良是利用酸堿中和原理來改良鹽堿土理化性質(zhì)的方法[18]?；瘜W(xué)改良的效果主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：一是改善土壤結(jié)構(gòu)，提高鹽堿土排鹽降漬的能力；二是增加鹽基代換，調(diào)節(jié)土壤酸堿度[62]。化學(xué)改良劑包括石膏、過磷酸鈣、硫酸鋁等。張麗輝等通過小區(qū)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)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(jié)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(qiáng)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(tuán)聚體數(shù)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(jīng)引起廣泛關(guān)注[64-66]。曾覺廷等通過田間試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)不同種類改良劑都能提高土壤中大團(tuán)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(yàn)以聚乙烯酸樹脂（VAM）為佳[67]。安東等采用大田試驗(yàn)與玉米室內(nèi)模擬盆栽結(jié)合的研究思路，對(duì)比鹽堿土在施用硫磺、石膏、有機(jī)肥、PAM等不同改良劑后土壤水分及相關(guān)性質(zhì)的變化，綜合而言PAM表現(xiàn)出了最佳效果[68]。

3 展望

實(shí)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(yōu)缺點(diǎn)。工程措施工程量大，投入高，加大了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本；農(nóng)藝措施存在返鹽的潛在危險(xiǎn)；生物措施技術(shù)發(fā)展迅速，耐鹽基因的分離已實(shí)現(xiàn)常規(guī)化，但是目前還未能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)；高成本和潛在的環(huán)境污染問題限制了高分子化合物的推廣應(yīng)用，同時(shí)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(qū)推廣應(yīng)用困難，且成本較高，效果不穩(wěn)定。

綜上所述，依靠單一的改良措施難以達(dá)到較好的改良目的，因此合理地開發(fā)和利用鹽堿土資源應(yīng)采用綜合治理的改良措施，將工程措施、農(nóng)藝措施、生物措施和化學(xué)措施有機(jī)結(jié)合起來，因地制宜，綜合治理，實(shí)現(xiàn)鹽堿土資源的系統(tǒng)改良和高效利用。另外，隨著國內(nèi)外鹽堿土改良利用技術(shù)的快速發(fā)展和新材料、新方法的出現(xiàn)，為我國鹽堿土資源的可持續(xù)發(fā)展提供了機(jī)遇。今后，對(duì)于鹽堿地改良的研究，應(yīng)在長期監(jiān)測(cè)治理的基礎(chǔ)上，因地制宜地展開改良措施的調(diào)整與優(yōu)化，加強(qiáng)區(qū)域次生鹽堿化和潛在鹽堿化的預(yù)報(bào)研究。

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