改良劑對鹽堿土壤修復的研究進展

景鑫鑫

土壤是人類賴以生存和不可或缺的有限資源，是農業(yè)生產的基礎條件。到2050年，全球農業(yè)生產必須增長60%，發(fā)展中國家需增長近100%才能滿足人們對糧食的需求。受人為不合理耕作方式的影響，土壤板結、沙化、鹽堿化、排水與通風性差、保水保肥能力低、侵蝕、水滲透性過強或過弱、鈉交換程度高和貧瘠等現(xiàn)象逐漸普遍，造成土壤退化，加大半干旱地區(qū)土壤的水分蒸發(fā)量，土壤與作物抵御災害風險能力減弱，農業(yè)生產產出率偏低。作為土壤退化的一個重要表現(xiàn)，土壤鹽堿化早已引起了人們的高度關注，并圍繞土壤鹽堿化開展了大量研究，取得了一系列研究成果。這些成果涵蓋了土壤鹽堿化的成因和機理，土壤鹽堿化對糧食生產的影響及其對生態(tài)環(huán)境的危害等。隨著科學技術的發(fā)展，越來越多的鹽堿地得到了有效利用。鹽堿地的地形平坦，土層深厚，適于機耕，具有潛在的肥力。因此，開發(fā)利用鹽堿地不僅可以擴大耕地種植面積，提高作物總產量，還可以擴大綠化面積，改良生態(tài)環(huán)境。隨著鹽堿地改良技術的快速發(fā)展，土壤鹽堿地的改良技術多種多樣。筆者對近年來利用土壤改良劑改良土壤鹽堿化方面的研究進行了綜述，旨在為以后的相關研究提供一定參考。

一、改良方法的選擇

鹽堿土壤改良是一項巨大而又復雜的工程，常見的改良措施主要有采取工程水利設施、增施有機肥、種植抗鹽堿化植物、改良氣候等方法。國內的鹽堿地改良起步較晚，主要有工程、化學和生物等改良方法。工程改良法是建立健全排灌工程體系，進行脫鹽、排水與洗鹽; 生物改良法是建設防護林，種植耐鹽植物和綠肥;化學改良法是向土壤中添加改良劑，使土壤的理化性狀得到改善，從而達到降鹽和降堿的作用。

隨著科學技術的發(fā)展，施用土壤改良劑相比其他方法來說是一種既經濟又方便快捷的方法。土壤改良劑主要用于改良土壤的物理性質、化學性質和生物性質，使其更適宜于植物生長，提高作物產量和品質。土壤改良劑的研究開始于 19世紀末，20世紀初西方國家開展了利用天然高分子改良土壤的研究，但由于用量大、成本高而無法大面積推廣。20世紀50年代，美國首先開發(fā)了合成類高分子土壤結構改良劑，之后人們對大量的人工合成材料進行了較為深入的研究。隨著人們經濟意識和環(huán)保意識的增強，研發(fā)高效低用量的綠色環(huán)保型土壤改良劑逐步成為人們關注的熱點。因此，研究者們往往根據(jù)土壤特性及其主要限制因子，應用植物秸稈、磷石灰、石膏等，并加入植物生長所需要的營養(yǎng)元素，開發(fā)具有特定功效的改良劑。土壤改良劑類型的不同，對土壤的作用機制也不同，主要通過有效改善土壤物理結構，降低土壤容質量，增加土壤含水量，改變土壤化學性質，增加土壤微生物活動，提高酶活性，增加土壤微量元素質量分數(shù)，調節(jié)土壤水、肥、氣、熱，從而達到提高土壤肥力的目的。

二、改良劑的應用研究

（一）低分子改良劑的應用研究

利用改良劑主要是通過向土壤中添加改良劑，直接調節(jié)土壤酸堿度，改變土壤溶液的反應，改善土壤營養(yǎng)狀況和土壤交替吸附性陽離子的組成，進一步改善土壤結構，增加土壤通透性，從而達到改善土壤的目的。可以使用的低分子改良劑主要有氯化鈣、石膏、磷石膏、脫硫石膏、綠礬、硫酸鐵、硫酸鋁、硫磺、硫鐵礦以及天然的礦土資源如褐煤、沸石、泥炭、風化煤等，都具有保水保肥的改良作用，可增加土壤的持水能力。沸石主要通過改變土壤物理結構來調控土壤水鹽運動，其最早應用于20世紀60年代的日本。利用沸石的強吸附能力和離子交換能力，可減少土壤鹽分，降低土壤堿化度。泥炭和風化煤含有豐富的有機質和腐殖酸以及N、P、K等營養(yǎng)物質，可以提高沙土的有機質、腐殖酸含量，改善土壤結構和培肥能力，又可以減輕土壤中鹽分對作物的脅迫。目前，國內外采用較多的是利用石膏等鈣質類化合物來改良蘇打鹽堿地，主要原理是在直接施入的土壤中增加Ca2+含量，通過Ca2+和土壤膠體表面的Na+、Mg2+進行交換，使土壤通過親水膠體變?yōu)槭杷z體，改善土壤結構和通透性，達到脫鹽和抑制返鹽的作用，同時改善作物的抗旱能力。2010年黃建成研究寧夏鹽堿地改良利用脫硫渣進行改良效果明顯，脫鹽率 34.16%，土壤 pH值下降 0.7，由強堿性降至堿性，脫硫渣配施化肥和有機肥進行處理該地，枸杞產量最高。但是李鳳霞等人也指出了脫硫廢棄物對植物生長過程可能造成一定的污染，因此對植物及食品的安全問題應該得到進一步的評價。

以往多采用單一改良劑進行土壤改良會存在很多弊端，如只加入石膏等改良劑，雖然對土壤中的鹽基離子起到置換作用，但容易造成土壤pH值改變過大，作物難以成活。利用多種改良劑配施是近年來主要的研究趨勢，李旭霖等人采用多種改良劑對濱海鹽堿地進行改良，研究結果表明，磷石膏和生物菌肥影響棉花株高，但磷石膏和有機肥、生物菌肥混施對棉花產量和株高影響最明顯。張樂等研究有機無機復合改良劑，結果表明，磷石膏和有機改良劑配施較有機改良劑或無機改良劑單施有更顯著的效果。王睿彤等通過添加石膏、牛糞、秸稈、保水劑4種改良劑對黃河三角洲的鹽堿地進行改良，綜合考慮經濟效益和改良效果，對土壤酶、土壤微生物碳氮等生化特性改良的適宜配方為牛糞、石膏、秸稈、保水劑。改良劑配合農業(yè)工程措施，如淋洗等改良鹽堿地具有顯著效果，王嘉航等人研究證明，高脫硫石膏配合淋洗可顯著提高食葵的生長指標和產量，脫硫石膏配合淋洗改良能夠有效改善堿化土壤的鹽分分布及作物生長情況。

（二）工業(yè)農業(yè)廢渣改良劑研究的應用

近年來，有機廢棄物和工業(yè)廢渣應用于土壤鹽堿地改良的研究越來越多，具有環(huán)保、成本低、凈化處理且可直接施用于土壤的特點，方法簡單，施用方便。常見的工業(yè)廢棄物有粉煤灰（燃煤電廠固體廢棄物）、糠醛渣（玉米穗軸等農副產品粉碎后加入硫酸或磷酸鈣在一系列的水解化學反應后提取糠醛后的廢渣）、堿渣土、檸檬酸渣等，其長期堆放造成資源浪費，占用土地，易造成土壤、地下水受到污染;常見的農業(yè)廢棄物主要有作物秸稈、豆類綠肥、禽畜糞便等。這些廢棄物含有豐富的有機質和養(yǎng)分，具有強酸性，合理利用工業(yè)農業(yè)廢棄物改良鹽堿化土壤越來越引起人們的重視。

王志平等人在重度鹽堿地中采用具有強酸性的工業(yè)廢棄物糠醛渣進行土壤改良和植物修復研究，通過室內模擬研究，測定改善后的土壤基本理化性質等得出結論，表明通過施用糠醛渣，土壤堿性降低、肥力增加。王文杰等人利用楊樹木炭生產過程中產生的楊樹木焦油和木醋液等農林廢棄物，其因含有較高的有機酸和植物生長調節(jié)劑，可以直接改善鹽堿地的pH值，具有增加土壤肥力、調節(jié)土壤結構的作用。楊海儒等通過研究石膏、粉煤灰與糠醛渣對鹽堿土的改良效果，研究證明，3種改良劑都能降低鹽堿土的容質量，提高土壤的滲透速度和總孔隙度，粉煤灰和糠醛渣較好，石膏最差，兩兩結合及三者結合比單施任何一種的效果更顯著。3種改良劑均能顯著降低鹽堿土的pH值，促進Na+的淋洗，降低HCO3-的含量，提高SO42-、Ca2+、Mg2+、K+的含量，改善鹽堿土土壤性質。張萬鈞研究證明，在海灣泥中摻入粉煤灰或堿渣土，其比例為3：1，具有明顯的改良效果。

（三）高分子聚合物改良劑的應用研究

隨著科技的發(fā)展，高聚物改良劑的應用也得到了廣泛關注，聚合物自身對土壤肥料具有吸附作用，可以提高肥料抗淋溶效果和減少肥料流失，應用于干旱土壤中具有保水、減少水分蒸發(fā)的作用。總體來說，在一定程度上高聚物施入土壤中模擬土壤有機質尤其是腐殖酸的作用，可使土壤形成團粒結構并具有農學價值，具有松土、保濕、改良土壤理化性狀、促進植物對水分和營養(yǎng)吸收的作用。常見的天然有機高分子改良劑主要有天然的腐殖酸、檸檬酸、纖維類等，這些改良劑主要是從天然物中提取出來的天然高分子，這些改良劑通過本身性質改善植物的生長狀況，利用植物的生命活動起到改良土壤的作用，有的直接改良土壤的基本理化性質。但是，由于天然改良劑容易被土壤微生物分解且用量較大，難以在農業(yè)生產上廣泛應用，于是人工合成改良劑的研究逐漸成為人們關注的熱點。

近年來，人工合成的高分子聚合物改良劑的應用研究引起了國際的廣泛關注，其中，均聚物改良劑應用研究開展較早、種類繁多，包括丙烯酸及其酰胺、酰睛和酰肼等衍生物、乙烯基類聚合物、苯乙烯基銨鹽和烯丙基銨鹽的聚合物以及聚苯乙烯生物的磺化物等以及其他種類的高聚物。崔文明等人采用新型土壤改良劑乙?；咸烟牵梢越档屯寥纏H值和土壤鹽堿化程度，增加土壤中的有效鉀和有機質質量分數(shù)，同時可以生成促進作物生長的葡萄糖，有利于土壤中微生物的繁殖，提高土壤的有機質質量分數(shù)。在施用乙?；咸烟堑耐瑫r，配施有機肥牛糞或者豬糞等，各項指標皆優(yōu)于單施改良劑，說明改良劑同有機肥配施對改善土壤鹽堿化具有明顯的效果。賀海升等人研究了多種常見的高聚物土壤改良劑改良重度碳酸鈉型鹽堿地對種子萌發(fā)和生長的影響，研究證明，聚馬來酸酐具有提高鹽堿脅迫能力下的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及降低pH值的作用。王文杰等6人同時得出聚馬來酸酐攜帶負電荷可以吸附K+、NH4+、Ca2+、Mg2+，避免陽離子的流失，并可以在植物的根系附近與H+交換后供植物吸收利用，具有保肥作用，同時具有降鹽降堿作用。而相比聚馬來酸酐，聚丙烯降鹽堿的作用較弱，影響植物生長。人工合成的高分子化合物的高成本以及存在的潛在環(huán)境污染風險限制了它的廣泛應用。

（四）生物改良劑的應用研究

目前，研究和應用的生物改良劑包括一些商業(yè)的生物控制劑、微生物接種菌、菌根、好氧堆制茶、蚯蚓等。國內外相關研究表明，生物措施是改良、開發(fā)和利用鹽堿地的有效途徑，通過生物措施改良的鹽堿地具有脫鹽持久、穩(wěn)定且有利于水土保持以及生態(tài)平衡的效果。研究證明，在重金屬污染的土壤中施用生物改良劑具有良好的效果。

目前，應用最廣泛的是微生物接種菌劑。王立平等人研究生物菌劑修復鹽堿地，在單一功能菌劑的基礎上合成復合功能菌劑，能有效地復合有機肥、無機肥、微生物肥、微量肥等長效、短效、緩效復合，集肥、藥、生長素三位一體，促進作物全方位生長發(fā)育，具有相比其他改良劑明顯的優(yōu)勢。盧建男等人研究蘭州市新區(qū)的鹽堿土進行盆栽，結果表明，嗜鹽堿微生物菌肥對鹽堿土的改良效果最好。結果證明，相比于無機改良劑，微生物改良劑依靠其含有的有益微生物菌群、有機質等物質，通過增加土壤微生物數(shù)量等方式，不改變礦質養(yǎng)分質量分數(shù)，達到改善土壤、改善土壤環(huán)境的效果。2010年黃建成等人研究寧夏回族自治區(qū)鹽堿地改良，利用脫硫渣配施生物有機肥和糠醛渣、腐殖酸，鹽堿土壤改良效果較其他復合結果都好。李旭霖等人采用多種改良劑對黃河三角洲地區(qū)濱海鹽堿地進行改良，研究結果表明，各種改良劑均對鹽堿地有顯著作用，其中，生物菌肥和有機肥進行混施可以有效提高棉花產量，生物有機肥和磷石膏、生物菌肥、有機肥進行混施可以有效改良鹽堿土的物理性質、化學性質、生物性質。王金滿等人通過室內模擬的方法研究證明微生物菌劑的改良效果比脫硫石膏好，且脫硫石膏與微生物菌劑聯(lián)合使用改良效果最顯著，但主要適用于鹽堿化程度較低的土壤，而且要嚴格控制脫硫石膏的用量。

韓桂鷗等人在林下閑置鹽堿地養(yǎng)殖蚯蚓，結果證明，蚯蚓具有通氣透水、保墑肥土的作用，可明顯改善鹽堿地的物理性質、化學性質，有利于苗木的生長。顏棟研究證明高鹽脅迫下滲透調節(jié)物質的累積受到抑制，添加蚯蚓糞可以提高鹽脅迫條件下水飛薊和薄荷體內可溶性蛋白含量。同時研究證明，接種蚯蚓能明顯促使秸稈進入土壤，進而加快有機物在鹽堿土壤中的降解與轉化，但是蚯蚓的適用性和土壤有機質分解的問題仍需要進一步研究。

三、總結與展望

土壤鹽堿化是制約干旱區(qū)植被生長最主要的生態(tài)環(huán)境地質問題之一，也是土地資源利用的主要障礙因子之一。隨著農業(yè)生產的快速發(fā)展和土地資源的快速開發(fā)，土壤鹽堿化問題日趨嚴重，人們對加強鹽堿化改良的需求越來越高，因此，不斷探索改良利用鹽堿地的新工藝、新技術日益亟待。

鹽堿地是農業(yè)可持續(xù)利用的一項系統(tǒng)工程，涉及改良、推廣、管理等多個方面，目前使用的各種改良劑對鹽堿地的改良均有良好的效果，但是各種改良劑的施用還需要不斷改良。使用高分子聚合物改良劑配合有機無機肥以及其他農業(yè)技術具有良好的改良效果，使用微生物菌劑及采用生物改良等方法對鹽堿地改良具有顯著效果。土壤環(huán)境復雜，含有重金屬的工業(yè)廢棄物的施用是一個非常慎重的問題。工業(yè)廢棄物的利用在考慮用量的同時，本著生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的原則，還需要進一步考慮對土壤—作物—地下水系統(tǒng)的環(huán)境影響評價?？傮w來說，鹽堿地改良需要采取多種改良方式的結合，提高效率，降低成本，確保綠色無污染，保護生態(tài)環(huán)境。

土壤鹽堿化問題的解決，應建立在長期監(jiān)測的基礎上，目前的研究方法主要局限于田間試驗和模型模擬等方式，對改良劑的研究周期和方法需要進一步探索。