鹽堿地改良技術(shù)研究現(xiàn)狀與新發(fā)展

郭圣浩

（山西省水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)中心）

山西省共有鹽堿地30萬hm2，占平川土地面積的9.9%，是全省重要的后備土地資源。研究優(yōu)化鹽堿土壤改良技術(shù)，對于合理利用鹽堿地，提高鹽堿地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，緩解我省耕地少、后備土地資源不足，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

現(xiàn)有的鹽堿地改良技術(shù)，主要包括化學(xué)改良、生物改良、工程改良及農(nóng)業(yè)措施改良。多年來，我省科技部門的研究人員，開展了卓有成效的鹽堿地改良研究及技術(shù)推廣工作，取得了顯著成效。但也存在著一些問題：如化學(xué)改良易產(chǎn)生土壤次生污染，生物改良見效慢、周期長，工程改良費(fèi)用高，農(nóng)業(yè)措施改良分散、優(yōu)化整合進(jìn)展緩慢等。而覆膜滴灌技術(shù)，不但節(jié)水效果顯著（焦艷平等，2008），還能顯著降低鹽堿地植物根區(qū)土壤鹽堿度（Wan Setal.，2013），提高土壤氮磷等養(yǎng)分活性（Wang R etal.，2015），促進(jìn)作物生長，提高土地生產(chǎn)力。植物根區(qū)加氣作為一種新型技術(shù)，能減輕鹽脅迫對植物的損害（BhattaraiSPet al.，2005），降低植株體內(nèi)Na+的積聚 （Letey et al.,1961），提高鹽土地產(chǎn)量和水分利用效率（Bhattarai SPetal.，2009）。目前，我省有關(guān)鹽堿土壤覆膜滴灌技術(shù)研究還相對欠缺，灌溉制度仍不完善，覆膜滴灌和植物根區(qū)加氣技術(shù)的綜合應(yīng)用還未正式開展，故應(yīng)加強(qiáng)這方面的技術(shù)研究與推廣應(yīng)用。

1 鹽堿地改良技術(shù)研究現(xiàn)狀

鹽堿地是在不利的氣候、地形、土壤質(zhì)地、水文等自然條件下，造成易溶性鹽類在土壤中重新分配并聚集到表層形成的。當(dāng)然，水土資源的不合理開發(fā)及粗放的農(nóng)業(yè)耕作制度，也是土壤產(chǎn)生鹽堿化的重要因素。新中國成立以來，我國科技工作者在新疆、寧夏、內(nèi)蒙古河套地區(qū)、東北松嫩平原及遼河三角洲等地，開展了大規(guī)模的鹽堿地資源考察、勘測墾殖、改良利用等實(shí)踐活動(dòng)，為鹽堿地改良技術(shù)研究與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)（楊勁松等，2008）。近年來，干旱半干旱地區(qū)鹽堿地改良，主要從改善土壤環(huán)境、合理利用水土資源、培育耐鹽植物等方面進(jìn)行（王佳麗等,2011）。具體改良技術(shù)可分為以下幾類：

1.1 化學(xué)改良技術(shù)

化學(xué)改良技術(shù)是向土壤中添加化學(xué)改良劑，通過土壤生物化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到降鹽降堿目的。化學(xué)改良劑主要包括三大類：一是含鈣物質(zhì)。如石膏、磷石膏、亞硫酸鈣等，其通過鈣離子與土壤中碳酸根離子、碳酸氫根離子進(jìn)行反應(yīng)，與土壤膠體吸附的鈉離子進(jìn)行置換，進(jìn)而降低土壤鹽堿度；二是酸性物質(zhì)。如黑礬、風(fēng)化煤、糠醛渣等，其氫離子可中和土壤中碳酸根離子和碳酸氫根離子，降低土壤pH值（CuiX et al.，2014）；三是保水劑。如PAM等，其通過提高土壤入滲性能，使土壤中的鹽分離子得到迅速淋洗（郭建忠，2017）。研究表明，鹽堿地施用脫硫石膏與有機(jī)物混合物（Liu X etal.，2015；王立志等，2011）、硫磺（吳曦等，2007）、脫硫石膏與國產(chǎn)DS改良劑混合物（鄭普山等，2013；Wang R etal.，2011），均能顯著降低土壤pH和鹽堿含量。隨著改良年限的增加，脫硫石膏能顯著改善植物光合特性，促進(jìn)作物生長并提高產(chǎn)量（郭相平等，2016；鄒璐，2012）；風(fēng)化煤、糠醛渣等具有較強(qiáng)的抗旱、抗鹽漬能力，能顯著改良土壤理化性質(zhì)（崔向超等，2014；木合塔爾·吐爾洪等，2008）。

目前，化學(xué)改良技術(shù)存在的主要問題是：單一施用化學(xué)改良劑對鹽堿土改良效果不明顯，且只局限在較小的區(qū)域內(nèi)，但針對某些特定鹽堿成分的效果較為顯著（肖克飚，2013）。另外，化學(xué)改良劑用量大、成本高，改良效果難以持久且副作用明顯，部分改良劑會(huì)造成重金屬元素在土壤和植物體內(nèi)富集累積，從而導(dǎo)致二次污染（王立志等，2011；鄒璐，2012；趙輝，2016），對人體健康產(chǎn)生負(fù)面影響，制約綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展。

1.2 生物改良技術(shù)

生物改良技術(shù)是通過建設(shè)防護(hù)林，篩選、培育、種植耐鹽堿植物及綠肥，來改變土壤理化性質(zhì)，達(dá)到治理鹽堿地的目的。鄭普山等（2012）在我省大同、朔州等地，多年連續(xù)栽培苜蓿，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鹽堿地土壤脫鹽效果顯著。研究發(fā)現(xiàn)，種植老芒麥、扁穗冰草、堿茅、紅豆草、苜蓿、聚合草等多種耐鹽植物，可促進(jìn)鹽堿地土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，增加表層土壤含水量，提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮和速效磷含量，0-20 cm土層平均土壤脫鹽率可達(dá)31.1%（Liu X etal.；2013；趙蕓晨等，2005；李志丹等，2004）。邢尚軍等（2003）研究發(fā)現(xiàn)，在重度鹽堿地上段栽植白刺，植被覆蓋率提高后，鹽堿土迅速脫鹽，造林5 a后0-20 cm表層土壤含鹽量顯著降低，土壤容重顯著減小。

生物改良能獲得較好的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，但改良周期較長，見效較慢（QadirM etal.，2007）。

1.3 工程改良技術(shù)

工程改良技術(shù)是通過平整土地、完善排灌系統(tǒng)、客土、排水、鹽分淋洗等工程實(shí)施，直接對鹽堿地水分、鹽分進(jìn)行調(diào)控，從而達(dá)到改良利用。王濤等（2012）進(jìn)行的暗管改堿工程研究，發(fā)現(xiàn)暗管能將地下水位控制在臨界深度以下，隨著暗管洗鹽排堿的進(jìn)行，土壤的pH、電導(dǎo)率、總堿度、鈉離子吸附比等指標(biāo)呈現(xiàn)下降趨勢。研究還發(fā)現(xiàn)，在地形低洼、排水不暢、地下水礦化度低的地區(qū)，采取井灌井排，即利用水泵從機(jī)井內(nèi)抽取地下水灌溉洗鹽，不僅可降低地下水位，而且可起到灌溉、排水的雙重作用；在地下水礦化度較高的地區(qū)，采用開溝排水，通過挖溝、墊高、修筑高臺(tái)田等途徑建立排水系統(tǒng)，能降低地下水位，促進(jìn)土壤脫鹽和防止返鹽；在有條件的地區(qū)利用洪水淤灌對鹽堿地洗鹽，可蓄水于土壤，擴(kuò)大再生性水資源，土壤鹽堿化改良效果顯著（鄭必昭，1999）。

工程改良技術(shù)能使土壤性質(zhì)短期內(nèi)發(fā)生明顯改變，促進(jìn)植物生長，但存在工程規(guī)模大、占用土地多、浪費(fèi)水資源、投資多、養(yǎng)護(hù)工作量較大、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高等問題（阿吉艾克拜爾等，2013）。

1.4 農(nóng)業(yè)措施改良技術(shù)

農(nóng)業(yè)措施改良技術(shù)是在不同立地、植被條件下，采取整地、深耕曬壟、中耕除草、地表覆蓋、增施有機(jī)肥等措施，減輕土壤鹽分對作物的危害，屬現(xiàn)代科學(xué)的農(nóng)業(yè)耕作制度。研究表明，通過篩選耐鹽的巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌優(yōu)勢菌株，制成微生物有機(jī)肥，施用于鹽堿地玉米栽培，能顯著增加土壤微生物數(shù)量，改善土壤理化性質(zhì)，玉米產(chǎn)量比施用化學(xué)改良劑增加50%（高亮等，2011）；施用酸性有機(jī)肥、微生物復(fù)混肥，能促進(jìn)鹽堿地土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，起到改良土壤作用（嚴(yán)慧峻等，2008）；秸稈及薄膜地表覆蓋，可有效減少土壤水分蒸發(fā)，抑制鹽分向表層聚集，從而減輕土壤表層鹽漬化（付國占等，2005；趙永敢等，2013；王曼華等，2017；范富等，2015）。金輝等（2017）在懷仁縣，采用全膜雙壟溝模式調(diào)控根區(qū)水鹽分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)能顯著提高玉米產(chǎn)量。

農(nóng)業(yè)改良技術(shù)不受地形限制，且費(fèi)用小、見效快，適宜大面積推廣。與化學(xué)、生物、工程等改良措施綜合使用，具有更加簡便、經(jīng)濟(jì)、高效的特點(diǎn)。目前，農(nóng)業(yè)措施改良方法多樣，需要進(jìn)一步優(yōu)化集合其他改良技術(shù)，才能充分挖掘鹽堿地潛力，為糧食安全作出更大貢獻(xiàn)。

2 覆膜滴灌技術(shù)和植物根區(qū)加氣技術(shù)

2.1 覆膜滴灌技術(shù)

覆膜滴灌技術(shù)作為一種高效的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，已成為干旱半干旱地區(qū)節(jié)約農(nóng)業(yè)用水的首選技術(shù)。滴灌通過毛管將水以滴狀直接輸送到作物根部，均勻、定時(shí)、定量浸潤作物根部區(qū)域，根部土壤垂直受水面積小、側(cè)向侵潤面積大，灌溉水進(jìn)入土壤后能使鹽分溶解，并向滴頭四周遷移（Tanwar BS，2003）。覆膜種植具有減少土壤水分蒸發(fā)，抑制鹽分向表層運(yùn)移等優(yōu)點(diǎn)（王全九等，2001）。覆膜滴灌技術(shù)將覆膜種植與滴灌相結(jié)合，兼具兩者優(yōu)點(diǎn)，可明顯改變作物根區(qū)土壤水鹽環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)作物生長。王全九等（2000）通過試驗(yàn)和模型模擬相結(jié)合的方式，評價(jià)了不同覆膜滴灌條件下鹽堿地土壤水鹽變化規(guī)律，結(jié)果表明，覆膜滴灌對表層土壤具有洗鹽作用，在根區(qū)土壤0-40 cm（根系主要分布區(qū)）內(nèi)形成淡化脫鹽區(qū)；特別是地下滴灌，能顯著提高土壤耕作層的脫鹽率（孫三民等，2015）。但如果滴灌方式、灌水量、灌水頻率設(shè)置不當(dāng)，則會(huì)造成土壤次生鹽漬化，必須根據(jù)不同氣候、土壤類型確定滴灌參數(shù)（王振華，2014）。目前，有關(guān)我省鹽堿地農(nóng)業(yè)灌溉相關(guān)參數(shù)的研究還相對欠缺。

土壤微生物是反映土壤質(zhì)量和肥力的重要指標(biāo)（O′Donnell AG et al.，2001），其通過分泌土壤酶（Magnuson TSetal.，1992），參與土壤養(yǎng)分循環(huán)，在土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量流動(dòng)中起驅(qū)動(dòng)作用（Tabatabai MA etal.，2002；王岳坤等，2005）。鹽堿地土壤的鹽分脅迫，嚴(yán)重制約了微生物活性（張瑜斌等，2008），是造成鹽堿地土壤肥力低的重要原因。滴灌作為一種流量較小的局部灌溉，會(huì)使作物根區(qū)的土壤干濕交替，從而增強(qiáng)養(yǎng)分活化（BorkenW etal.，2009），促進(jìn)土壤耕作層細(xì)菌、放線菌和真菌生長（Liu Jetal.，2014）。另外，覆膜滴灌還能顯著促進(jìn)植物根系生長（董彥紅等2016），促進(jìn)根系與土壤微生物交互形成根菌共生體（RydlováJetal.，2016），并能有效促進(jìn)植物對土壤養(yǎng)分的獲取和吸收（Malamy JE，2005）。據(jù)研究推斷，覆膜滴灌除了具有明顯的洗鹽作用外，還可能通過促進(jìn)植物根系和土壤微生物活動(dòng)，形成根菌共生體，進(jìn)而提高鹽堿地土壤鹽分吸收，降低耕作層土壤鹽分。

2.2 植物根區(qū)加氣技術(shù)

植物根區(qū)加氣技術(shù)，是采用加氣裝置連接地下滴灌系統(tǒng)，把摻氣水輸送到作物根區(qū)進(jìn)行灌溉，通過調(diào)控土壤氣體環(huán)境，改善植物根系和土壤微生物呼吸，間接影響土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)植物生長。這種灌溉，又稱為地下氧灌（Subsurface Oxygation）、摻氣地下滴灌（Aeration Subsurface Drip Irrigation）或注氣灌溉（Airjection Irrigation）（BhattaraiSPetal.，2005）。20世紀(jì)40年代末，Melsted SW等人（1949）已經(jīng)開展了作物根區(qū)加氣試驗(yàn)。近年來，又發(fā)展創(chuàng)新了灌后通氣、水氣同步灌溉、摻氣灌溉、化學(xué)加氧灌溉等多種土壤氣體調(diào)控技術(shù)（Heuberger H etal.，2001；LiY et al.，2016），并進(jìn)行了不同土壤和植物生長的應(yīng)用研究。目前，相關(guān)加氣技術(shù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)推廣已有報(bào)道（Friedman SPand Naftaliev B，2012）。研究表明，根區(qū)加氣能顯著提高植物根系和土壤微生物的生長（Pendergast Letal.，2013），活化土壤養(yǎng)分（NiuWQ et al.，2012），顯著促進(jìn)番茄、黃瓜、棉花、大豆等作物生長，并提高產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率（BhattaraiSP etal.，2004，2006，2008；Li Y etal.，2016）；根區(qū)加氣能減輕鹽堿土壤對植物葉肉細(xì)胞和根系表皮細(xì)胞的損害（Bhattarai SP，2005），降低植株體內(nèi)Na+積聚（Letey，1961），提高鹽土作物的產(chǎn)量和水分利用效率（BhattaraiSP，2009）。

3 結(jié)語

研究覆膜加氣滴灌對鹽堿土壤植物根區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響，探明加氣滴灌對鹽堿脅迫下植物生長的補(bǔ)償效應(yīng)，提出適宜我省當(dāng)?shù)貧夂?、立地條件、作物類型的科學(xué)滴灌參數(shù)和加氣模式，對完善我省現(xiàn)有的鹽堿地改良技術(shù)，具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用前景。