東北蘇打鹽堿地改良技術(shù)的研究

李健 郭穎杰 王景立

摘要：鹽堿地的治理及改良是一個世界性的難題，而中國是鹽堿地大國，我國鹽堿地面積在世界位居第三，而整個東北地區(qū)鹽堿化土壤總面積為298.69萬hm2，按土地鹽堿化程度，輕度、中度、重度和極重分別為34.72%、38.96%、18.86%和7.45%。此外，受松嫩平原河流變化、湖泊特征、氣候變化等對堿和鹽富集的影響，東北的鹽堿地面積及鹽堿化程度將進(jìn)一步加重。本文結(jié)合東北蘇打鹽堿地的特征，擬對各種改良技術(shù)進(jìn)行分析研究，為有效地改良東北蘇打鹽堿地的結(jié)構(gòu)，控制土地鹽堿化的速度提供切實可行的途徑。

關(guān)鍵詞：蘇打鹽堿地;改良技術(shù);東北地區(qū)

引言

據(jù)聯(lián)合國教科文組織和糧農(nóng)組織不完全統(tǒng)計，全世界鹽堿地面積為9.5438億hm2我國約有鹽堿地0.27億hm2，占世界鹽堿地面積的2.83%。其中0.06億hm2為耕地，0.21億hm2為鹽堿荒地，主要分布在東北、華北、西北、長江中上游及濱海新區(qū)[1]。由于過度放牧、亂砍亂伐、氣候多變及不合理耕作等因素的影響，東北區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)遭到嚴(yán)重的破壞，部分區(qū)域甚至面臨寸草不生、生物多樣性銳減等接近“崩潰”的局面。另外，區(qū)域性的生態(tài)惡化正演變成部分地域性生態(tài)危機(jī)的嚴(yán)峻形勢，對整個東北地區(qū)的生態(tài)服務(wù)功能提出了很大的挑戰(zhàn)。因而，東北地區(qū)無疑是面臨適耕土地資源短缺和鹽堿化加劇的雙重“尷尬”局面，倘若鹽堿化的土地得到了有效的改良，這將不僅是對當(dāng)?shù)赝恋刭Y源的一個重要補充，對緩解生態(tài)系統(tǒng)的壓力也是一種很好的舉措。

1研究現(xiàn)狀

1.1微生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)

土壤中含有豐富的微生物，這些微生物在生長發(fā)育的過程中將體內(nèi)的某些分泌物排放于鹽堿土壤中，與土壤中的鹽堿成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低土壤鹽堿度，能夠改善鹽堿地土壤的理化性質(zhì)及生物特性，是鞏固鹽堿地改良效果、促進(jìn)鹽堿地持續(xù)利用的有效方法之一。在國外，Abd-Alla利用從微生物中提取的VA菌根真菌的抗鹽特性，在研究中指出通過施用麥稈并接種入分解纖維素真菌，能增強(qiáng)生長在鹽環(huán)境中豆科植物的固氮能力，從而增強(qiáng)其在鹽堿地土壤中抵抗鹽堿的能力[23]。中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所在我國吉林省西部的大安、白城、通榆、長嶺等12個地區(qū)15個群落采集植物根系和土壤樣品，采用濕篩傾析-蔗糖離心法共鑒定出AM真菌，其中叢枝菌根真菌是鹽堿地修復(fù)和改良中的關(guān)鍵菌株，在改良東北蘇打鹽堿地的過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。此項改良方法術(shù)是從生物技術(shù)的角度研究的，其優(yōu)點是可增加鹽堿地土壤有機(jī)質(zhì)含量、降低土壤鹽堿含量及提升土壤微生物活性。但此措施所需的時間較長、程序繁雜，尤其是對土壤微生物的篩選和培育更是需要很高的成本才能完成。

1.2種植耐鹽堿植物

根據(jù)鹽堿地土壤鹽堿化的程度類型，可以將其劃分為：輕度、中度、重度等鹽堿地，不同程度的鹽堿地適宜種植不同的植物類型（見表1）。利用植物根系具有良好的吸水、蓄水能力，對于鹽堿土壤中的鹽分、堿量有很好的稀釋甚至達(dá)到淋洗的目的，這就可以減少地表徑流、提高土壤的蓄水保墑能力[4]。此項改良技術(shù)早在20世紀(jì)中期，前蘇聯(lián)就對鹽堿地植物耐鹽性、造林技術(shù)及選育的耐鹽植物對鹽堿土壤的改良作用和土壤次生鹽漬化等問題進(jìn)行了比較深入的研究，并取得了一系列的研究成果，同時匈牙利也進(jìn)行了相關(guān)的研究[567]。目前，中國林業(yè)科學(xué)院和東北林業(yè)大學(xué)在一系列探究后篩選出苜蓿、羊草、堿茅、堿蓬及冰草等5種適合東北蘇打鹽堿地種植的耐鹽堿植物，其優(yōu)點是可以增加當(dāng)?shù)貐^(qū)域物種的多樣性、提高土壤的蓄水保墑能力，能有效改良鹽堿地土壤，應(yīng)用前景可觀。還需完善的是進(jìn)一步建立耐鹽堿植物在東北蘇打鹽堿地上定量修復(fù)土壤的穩(wěn)定性評價體系。

1.3研發(fā)土壤調(diào)理劑

早在19世紀(jì)中后期就有人開始利用石膏進(jìn)行了蘇打鹽堿土的改良和整治，隨著石膏對蘇打鹽堿地改良效果的肯定，又衍生出了磷石膏、脫硫石膏等相關(guān)化學(xué)改良劑型，其改良機(jī)理都是利用Ca2+交換土壤膠體中的Na+從而達(dá)到改良目的[89]。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)及沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)基于前人研究的基礎(chǔ)上以腐殖酸纖、維素類共聚物為載體，添加鹽離子高效置換的小分子單體基團(tuán)和鈣、鎂、鋅等金屬離子，實現(xiàn)土壤的顆粒中的Na+高效置換，并促進(jìn)土壤顆粒的聚合，表層的鹽離子隨水的運移，一部分通過地表徑流排出土壤，另一部分鹽分淋洗入土壤深層，實現(xiàn)了表層土壤的“快速淡化”，從而達(dá)到改善改良土壤的目的（作用機(jī)理如圖1）。土壤調(diào)理劑的研發(fā)是體現(xiàn)化學(xué)技術(shù)在鹽堿地上的應(yīng)用，研究的難點是不同改良劑用量的配比及土壤相關(guān)理化指標(biāo)的測定，一旦攻克了這些難點就可以確定土壤調(diào)理劑的最佳撒施量和最優(yōu)配比方案，更好地改良鹽堿地土壤。

1.4工程整治裝備

經(jīng)查閱相關(guān)資料得知，國外利用工程整治裝備在鹽堿地上的改良研究主要是機(jī)械化深松作業(yè)機(jī)。國外應(yīng)用較好的深松機(jī)具廠商包括：意大利馬斯奇奧系列深松機(jī)、德國的雷肯深松機(jī)、約翰迪爾聯(lián)合整地機(jī)等。而國內(nèi)目前研發(fā)的“基于自潤減阻技術(shù)的深松與改良劑分層噴施復(fù)式作業(yè)機(jī)、基于自潤減阻技術(shù)的深松與改良劑分層噴施復(fù)式作業(yè)機(jī)、基于有機(jī)培肥技術(shù)的組合非驅(qū)動秸稈根茬壓埋復(fù)式作業(yè)機(jī)”這3種新型工程整治裝備在東北蘇打鹽堿地上的改良上也取得了很好的效果。

1.4.1基于自潤減阻技術(shù)的深松與改良劑分層噴施復(fù)式作業(yè)機(jī)

該機(jī)具為“后掠式弧形深松鏟+箭型鏟尖+瓶型鼠道擴(kuò)充緊實裝置+硫酸鋁改良劑”為基本組合形式（見圖2）。其優(yōu)點是深松鏟鏟尖正面能形成自潤水膜，實現(xiàn)作業(yè)減阻，降低能耗，不足之處深松鏟鏟尖背部的導(dǎo)管由于土壤堵塞或是久置易遭鐵銹堵塞，可以考慮將原有的鏟尖背部鋪設(shè)導(dǎo)管改進(jìn)為帶有型腔、切有側(cè)孔的箭形鏟尖利用側(cè)孔實現(xiàn)自潤減阻的效果或是改變改良劑的酸堿成分配比使其呈弱酸性也可有效溶解鐵銹。

1.4.2基于隔層阻鹽技術(shù)的土壤亞表層秸稈翻埋復(fù)式作業(yè)機(jī)

該機(jī)具主要由摟草部件、偏柱式深松鏟及液壓調(diào)節(jié)部件等組成（見圖3），其切草部件是“波紋式切草刀與圓盤自磨銳式切草刀”相間排列（見圖4），可有效實現(xiàn)利用機(jī)械方式將秸稈播送、掩埋至土壤亞表層，形成“鹽堿隔層”，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量及降低耕作層鹽堿含量。但不足之處在于撥草盤在作業(yè)時因被動旋轉(zhuǎn)，不能及時將秸稈播送至原定位置，且刪條式犁體作業(yè)時耕深較深，影響插秧及后期作業(yè)，此時可以考慮將刪條犁調(diào)整為外形結(jié)構(gòu)較小的翼板式犁體。

1.4.3基于有機(jī)培肥技術(shù)的組合非驅(qū)動秸稈根茬壓埋復(fù)式作業(yè)機(jī)

該機(jī)具主要由機(jī)架、懸掛裝置及秸稈壓埋部件組成，其中壓埋部件采用在“圓筒式滾軸上安裝的大直徑鐵質(zhì)圓盤及在圓盤上焊接“人字”排列的秸稈壓埋輔助刀片”的形式，可將水稻秸稈和根茬壓埋入擾動松軟的泥漿中并在泥漿20cm以下形成“鹽堿隔層”（作業(yè)前后效果如圖5），從而改善鹽堿地理化性狀，并為水田秸稈的后期處理提供綠色、清潔的途徑和方式。其優(yōu)點是無須動力輸出，能耗低，維修、保養(yǎng)較簡便，使用壽命增加。不足是對水稻根茬的擾動、翻攪力度不夠。下一步可以考慮增加Y字形刀片長度或創(chuàng)新設(shè)計出一種新型刀片。

2研究結(jié)論

通過國內(nèi)外對改良鹽堿地所采取的方法途徑和技術(shù)路線可以看出：

微生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)是從生物技術(shù)的角度研究的，可降低土壤鹽堿含量、增加土壤有機(jī)質(zhì)含量但此措施所需的時間較長、程序繁雜且成本高。

種植耐鹽堿植物可以增加當(dāng)?shù)貐^(qū)域物種的多樣性并提高土壤的蓄水保墑能力。受東北特有的天氣因素的制約，需進(jìn)一步建立耐鹽堿植物在東北蘇打鹽堿地上定量修復(fù)土壤的穩(wěn)定性評價體系。

土壤調(diào)理劑的研發(fā)是體現(xiàn)化學(xué)技術(shù)在鹽堿地上的應(yīng)用，難點是不同改良劑用量的配比及土壤相關(guān)理化指標(biāo)的測定。下一步將確定土壤調(diào)理劑的最佳撒施量和最優(yōu)配比方案，以便更好的改良鹽堿地土壤。

工程整治裝備是從工程技術(shù)為出發(fā)點，突出了機(jī)械化深松技術(shù)在治理及改良東北蘇打鹽堿地上的重要角色。接下來將著手通過對比分析現(xiàn)有的5種不同形式深松鏟在鹽堿地上的實際耕作阻力，從而選擇一種減阻效果的最佳形式，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化并創(chuàng)新出一種新型的深松鏟，進(jìn)而申報和制定一套成熟的深松作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，為研制和推廣適用于東北蘇打鹽堿地的深松機(jī)具提供準(zhǔn)確的技術(shù)支撐和理論保障。

3展望

隨著各種改良技術(shù)在東北蘇打鹽堿地上的廣泛應(yīng)用。研究人員在現(xiàn)有改良技術(shù)初見成效的基礎(chǔ)上不斷探究新思路、新方法、新技術(shù)為更好地改良東北蘇打鹽堿地提供更為科學(xué)、更加高效的舉措，為更好地實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

綜上所述，現(xiàn)在對于東北蘇打鹽堿地改良技術(shù)的探究不再是從單一的方向和角度去改良，而是注重工程技術(shù)、生物技術(shù)、化學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，這樣方可有效提升蘇打鹽堿地整治水平，助推現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)文明。

參考文獻(xiàn)

[1]

楊小康，王雪.鹽堿地改良技術(shù)研究綜述[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2012，24（03）：114-116.

[2] Abd-All M H，Omar S A.Wheat straw and cellulolytic fungi application increases nodulation，nodule efficiency and growth of fenugreek （ Trigonella foenum-graceum L.） grown in saline soil [J]. Biology and Fertility of soils，1998，26（01） ： 58-65.

[3] 孫躍春，鄭小亮，劉昕旸等.鹽堿條件下接種叢枝菌根真菌對甘草種苗生長的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（25） ： 10284-10285.

[4] 王景立，姜立民. 基于CAS理論的蘇打鹽堿地改良機(jī)械化深松作業(yè)探究[CD2]以松嫩平原為例[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2017，37（17）：62-63.

[5] 趙蘭坡，王宇，馮君，等.松嫩平原鹽堿地改良利用理論與技術(shù)[M＼].北京：科學(xué)出版社，2013.

[6] 徐明崗，李菊梅，李志杰.利用耐鹽植物改善鹽土區(qū)農(nóng)業(yè)環(huán)境[J].中國土壤與肥料，2006（03）：6-10.

[7] 張建峰等.鹽堿地改良利用與造林技術(shù)[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002（06）：124-129.

[8] 楊帆，王志春. 東北蘇打鹽堿地生態(tài)治理關(guān)鍵術(shù)研發(fā)與集成示范[J]. 生態(tài)學(xué)報，2016，36（22）：7054-7058.

[9] 張建峰.鹽堿地生態(tài)修復(fù)原理與技術(shù)[M＼].北京：中國林業(yè)出版社，2007：12.

[10]Ren Luquan， Yan Beizhan， Cong Qian.Experimental study on bionic non-smooth surface soil electro-osmosis[J].International Agricultural Engineering Journal，1999，8（03）：185-196.

[11] 冀媛媛.天津濱海新區(qū)海岸帶鹽堿地生態(tài)化發(fā)展研究[D].天津大學(xué)，2009.

[12] 郝新宇，騰云，黃彥.振動深松改良蘇打鹽堿土效果研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012（22）：211-215.