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我國鹽堿地改良技術(shù)綜述及展望
我國鹽堿地改良技術(shù)綜述及展望
土壤鹽堿化是一個世界性難題，全世界鹽漬化土壤面積約10億公頃；我國鹽漬土面積約3460萬公頃，耕地鹽堿化760萬公頃，近1/5耕地發(fā)生鹽堿化，其中原生鹽化型、次生鹽化型和各種堿化型分布分別占總面積的52﹪、40﹪和8﹪。
新疆鹽堿化耕地約133.33萬公頃，近1/3耕地鹽堿化，其中80﹪以上為土壤次生鹽堿化。新疆除伊犁河谷、阿勒泰地區(qū)和塔城部分地區(qū)鹽堿化較輕以外，其他地區(qū)土壤均有不同程度鹽堿化，天山南麓、塔里木盆地西部各灌區(qū)最為嚴(yán)重，一些耕地由于次生鹽堿化加重而被迫成為棄耕地。鹽堿危害造成大量中、低產(chǎn)田和農(nóng)民貧困，使大面積土壤資源難以利用，農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力下降，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和農(nóng)民生活水平的提高。新疆耕地土壤鹽堿化蔓延，若得不到有效控制和采取積極的治理措施，將制約綠洲灌溉農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。因此，新疆“十一五”規(guī)劃重點(diǎn)內(nèi)容之一就是大力開展鹽堿地的綜合治理工作。目前，鹽堿地改良利用規(guī)劃編制工作正式啟動，伽師、阿圖什、庫車、尉犁等6個自治區(qū)鹽堿地改良試點(diǎn)區(qū)已實(shí)施。新疆鹽堿地改良利用工作的啟動，對于我國內(nèi)陸干旱灌區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展、國土治理、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。
幾十年來，國家和地方投入大量的人力、財(cái)力和物力改造鹽堿地，收到了較好的治理效果。隨著我國鹽堿地改良技術(shù)和研究的不斷發(fā)展，在土壤鹽分成因規(guī)律和特征、農(nóng)田節(jié)水灌溉水鹽運(yùn)行機(jī)理、鹽堿
地改良利用技術(shù)措施等諸多方面都有新的發(fā)展和突破，取得了新的成果。鹽堿地改良利用實(shí)踐證明，鹽堿地預(yù)防和治理是一個系統(tǒng)的綜合治理工程，也是一個循序漸進(jìn)逐步顯效的過程。
1研究綜述
根治鹽堿化從而擺脫土壤鹽堿化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生態(tài)帶來的危害，并非易事。正因?yàn)槿绱�，在治理鹽堿地的過程中我國科技人員和廣大群眾創(chuàng)造和積累了豐富的技術(shù)和方法，取得了卓越的成效。
“鹽隨水來，鹽隨水去；鹽隨水來，水散鹽留[1]”就是人們在長期治療過程中發(fā)現(xiàn)和總結(jié)出來的土壤鹽分運(yùn)行受水分運(yùn)行支配的基本規(guī)律。
國內(nèi)鹽堿地改良利用方法和技術(shù)歸納起來大致如下：
（1）物理改良。平整土地、深耕曬垡、及時松土、抬高地形、微區(qū)改土。
（2）水利改良。灌排配套、蓄淡壓鹽、灌水洗鹽、地下排鹽。
（3）化學(xué)改良。石膏、磷石膏、過磷酸鈣、腐殖酸、泥炭、醋渣等。
（4）生物改良。種植水稻、種植耐鹽植物田箐等，使用微生物菌肥等。
這些改良技術(shù)和方法，既有古老的技術(shù)，如平整土地、深耕曬垡、及時松土、抬高地形、微區(qū)改土、灌水洗鹽、種植水稻、種植耐鹽植物田箐等；也有近代傳統(tǒng)改良方法，如灌排配套、蓄淡壓鹽、灌水洗鹽、地下排鹽以及化學(xué)改良技術(shù)等；還有利用生物化學(xué)新技術(shù)所研制的新型土壤改良劑（如NPK增效劑），以及采用新型材料和先進(jìn)施工技術(shù)所實(shí)施地下暗管排鹽工程等。
近十幾年來，隨著鹽堿地改良利用技術(shù)研究應(yīng)用不斷發(fā)展，單一或復(fù)合的鹽堿地改良技術(shù)不斷出現(xiàn)。
1.1水利改良技術(shù)
地下滲管排鹽是耕地鹽堿化改良的常用方法之一，它基于“鹽隨水來、鹽隨水去”的水鹽運(yùn)行規(guī)律[2]，通過鋪設(shè)暗管將土壤中的鹽分隨水排走，并將地下水位控制在臨界深度以下，達(dá)到土壤脫鹽和防止生鹽漬化目的。滲管鋪設(shè)一般為水平封閉式。一級管和二級管相結(jié)合。一級管的滲入水匯入二級管中，然后流入污水管排走。若污水管道埋的深度較淺不能自行排泄?jié)B水，可在二級管末端設(shè)集水井，定期強(qiáng)排。滲灌埋設(shè)深度、間距、縱坡等參數(shù)主要取決于耕地作物種類、土壤結(jié)構(gòu)、地下水位埋深及氣候等情況。
黃河三角洲所在中心城市東營市，利用荷蘭[3]暗管排堿技術(shù)實(shí)施鹽堿地改良工程，暗管排堿利用專業(yè)埋管機(jī)械將PVC管埋入地下
1.8-2.0m處，將地下鹽水截引到暗管，集中起來排到明渠中，使得
灌區(qū)當(dāng)年地下水位下降0.5m，含鹽量可降低0.1%，滿足多種作物的生長發(fā)育要求。
魏云杰、許模[3]論述了新疆土壤鹽漬化形成的地質(zhì)、地貌、土壤質(zhì)地和人為灌溉方式不合理等原因，通過調(diào)查目前新疆鹽漬化土壤主要有穩(wěn)定脫鹽型、脫鹽聚鹽混合型、脫鹽聚鹽反復(fù)型、持續(xù)聚鹽型和灌溉聚鹽型，其中脫鹽聚鹽混合型和脫鹽聚鹽反復(fù)型分布最廣，穩(wěn)定脫鹽型近分布于豎井排灌區(qū)�？偨Y(jié)了新疆土壤鹽漬化的治理研究過程及國內(nèi)外防治鹽漬化的措施，提出了豎井排灌工程是防治新疆土壤鹽漬化最有效措施。通過工程實(shí)例證明了豎井排灌具有降低地下水位和灌溉的作用，且經(jīng)濟(jì)效益明顯。
1.2土壤改良劑
由廣東省蔬菜研究所等單位研究的營養(yǎng)性酸性土壤改良劑（NPK增強(qiáng)劑）[5]，該改良劑根據(jù)酸性土壤肥力狀況和作物營養(yǎng)特點(diǎn)，采用蒙脫石、橄欖石、硫礦等多種天然礦物為原料，在改良酸性土壤、平衡作物養(yǎng)分、提高化肥利用率等方面有顯著功效。由水稻、玉米、西瓜、蔬菜、粉蕉、荔枝、龍眼等作物進(jìn)行的大田實(shí)驗(yàn)來看，該改良劑能提高上述作物產(chǎn)量10%以上。成果居國內(nèi)外領(lǐng)先水平，并以獲得國家發(fā)明專利。
北京綠地科技發(fā)展公司[6]將有機(jī)絡(luò)合催化理論引入鹽堿土壤改良，研制出“禾康"鹽堿土壤改良劑，目前已在山東、內(nèi)蒙、新疆、
東北、天津等得大面積推廣。“禾康"土壤改良劑是一種棕紅色略帶酸味無毒無害的有機(jī)液體化肥，可直接作用于土壤，因此，它廣泛適用于中、低產(chǎn)田改造、鹽堿地的治理、荒漠綠化等。
康地寶技術(shù)[6]利用鹽土植物（鹽篙、海蓬子等）以及作物自身通過根系分泌物改善根際微環(huán)境來適應(yīng)逆境的機(jī)制，通過生物絡(luò)合、置換反應(yīng)，清除土壤團(tuán)粒上多余的Na+，活化鹽堿土壤中難利用的P5+、Fe2+、Ca2+、Mg2+等離子及微量元素，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫脿顟B(tài)被植物吸收，解除植物生理缺素癥狀。同時通過Na+降低，活化Ca2+、Mg2+等離子之后，可使土壤水傳導(dǎo)能(HC)增高，使土壤水分更易流動，從而改善了作物根系環(huán)境，促進(jìn)根系生長，保證作物苗齊、苗壯，使植物能夠在鹽堿地上生長和提高產(chǎn)量。適用于受鹽堿侵害的農(nóng)田和新開墾土地，利用有機(jī)生化高分子絡(luò)合土壤中成鹽離子，隨灌溉水將鹽分帶到土壤深處，降堿脫鹽，解除鹽分對作物的危害作用。由于是從植物根系分泌物中提取的產(chǎn)物，對人、畜、作物、土壤安全無害。
鈉離子吸附劑[7]具有很強(qiáng)的交換能力，對鹽堿土中的Na+、SO42-、cl-等有吸附能力，改良后的土壤可以降低ph值和堿化度，吸附銨離子和鉀離子并提高土壤陽離子交換量，從而達(dá)到改土、脫鹽的目的，使土壤向有利于植物生長方向發(fā)展。另外，由于鈉離子吸附交換性能好，可用來提高陽離子交換能力，調(diào)整ph值，交換土壤中有害金屬離子，降低土壤含鹽量，脫鹽率可達(dá)18.6%-29.3%。
1.3土壤水鹽運(yùn)移研究
目前節(jié)水灌溉條件下的水鹽運(yùn)移等方面的研究較多。張瓊、李光永 [8]等人研究了棉花膜下滴灌在土壤含鹽量為0.08%和0.8%情況下，灌溉周期對土壤水鹽運(yùn)動和棉花生長的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在總灌水量相同的情況下，高含鹽量土壤在棉花的花鈴期高頻灌溉與低頻灌溉相比，可以有效降低濕潤體體內(nèi)土壤鹽分含量，并且得到了棉花增產(chǎn)28%的結(jié)果，而對于低鹽土，灌溉頻率對棉花生長和產(chǎn)量沒有顯著影響。
羅延彬、任葳[9]等人對新疆部分鹽堿灌區(qū)調(diào)研顯示，在地下水位3-5m中土壤條件下，利用鹽堿地2-5g/L鹽化水灌溉，土壤1m培面均為脫鹽狀態(tài)。灌溉鹽化水15a后，1m土壤殘留陰離子濃度較小，多點(diǎn)平均為3.709mg/100g土。其中HCO-
3相對較多，1m多點(diǎn)平均為
0.404mg/100g土。K+、Na+濃度很大，1m多點(diǎn)平均為2.492mg/100g土。這時土壤1m全鹽多點(diǎn)平均為0.248%，在灌溉水礦化度不直接危害作物生長時，不影響耕作和作物正常生長。由此表明，鹽化水在鹽堿地上無排灌可行。
雷之棟、楊詩秀、尚松浩[10-11]等人通過對新疆葉爾羌河平原綠洲一些典型洼地水量平衡的觀測，基于平原綠洲內(nèi)部水分遷移，不同土地利用類型土壤鹽分特點(diǎn)和典型洼地蒸發(fā)耗水的分析，論述了洼地在容泄綠洲排水、排鹽方面的旱排作用和能力。提出在綠洲排水規(guī)劃時，可以將旱排（或內(nèi)排水）作為一種重要的排水方式，選擇合適的洼地
作為主要的旱排規(guī)劃區(qū)，在進(jìn)行水資源合理配置時，應(yīng)重視鹽分的宏觀運(yùn)、貯規(guī)劃。
土壤旱季自然集鹽再加咸水灌溉，突然呈明顯集鹽趨勢。尹美娥
[12]的實(shí)驗(yàn)研究表明，小定額灌溉，砂壤土的積鹽程度較中壤土高；大定額灌溉，砂壤土的脫鹽效果較中壤土為好。隨著灌水定額的增加，從咸水帶入土中的鹽分滲濾到作物根層以下的鹽量越多。雨季為自然脫鹽季節(jié)，經(jīng)過降雨淋洗后，土壤含鹽量可降至灌前水平，年內(nèi)0-60cm土層一般不發(fā)生鹽分累積。
沈萬斌、董德明[13]等人提出灌區(qū)土壤產(chǎn)生次生鹽漬化的防治方法，分析農(nóng)業(yè)灌區(qū)發(fā)生土壤此次生鹽漬化的研究實(shí)例，認(rèn)為鹽隨水來但不易隨水而去，由此認(rèn)為提高灌溉效率，加強(qiáng)排水，建立鹽水土地處理系統(tǒng)，可保證灌區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
1.4作物水鹽動態(tài)模型、灌溉制度研究
水鹽模型以及灌溉制度等研究是鹽堿土壤管理利用研究的主要內(nèi)容之一。根據(jù)作物水鹽動態(tài)響應(yīng)函數(shù)分析【14】，可把握作物生長與土壤水鹽運(yùn)動關(guān)系，從而建立節(jié)水、控鹽、高產(chǎn)灌溉制度優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，為節(jié)水灌溉和微咸水利用提供決策依據(jù)。實(shí)例分析表明，研究淡水、微咸水交替灌溉條件下灌溉制度的優(yōu)化設(shè)計(jì)、合理的模型及管理方法，可為實(shí)施節(jié)水控鹽顯著提高經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
王仰仁、康紹忠【15】在作物水鹽生產(chǎn)函數(shù)和農(nóng)田水鹽動態(tài)模型基礎(chǔ)上，以單位面積純收益最大為目標(biāo)函數(shù)提出了制定咸水灌溉制度的模型。并以山西省永濟(jì)市試區(qū)進(jìn)行的棉花咸水灌溉試驗(yàn)資料為依據(jù)，求得了有關(guān)模型參數(shù)：利用該試區(qū)35a系列降雨旬蒸發(fā)量資料，對3種不同灌水時間和灌水次數(shù)、7種灌溉咸水濃度，共計(jì)49種可能組合的農(nóng)田土壤鹽分和產(chǎn)量進(jìn)行了模擬，并與該試區(qū)大田試驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。以模擬產(chǎn)量為依據(jù)，在對當(dāng)?shù)厣罹蜏\井灌溉效益分析的基礎(chǔ)上，提出了咸水灌溉制度極其相應(yīng)的地下水開發(fā)利用策略。
含鹽劣質(zhì)水灌區(qū)作物生長受土壤鹽分和含水量狀況的影響，國內(nèi)外不少學(xué)者對作物產(chǎn)量和土壤含鹽量的關(guān)系進(jìn)行研究，建立了一些作物的水鹽模型[16-19]�？傮w上講，這些模型將作物產(chǎn)量或相對產(chǎn)量表示為全生育期灌水量和土壤平均含鹽量的函數(shù)，為灌區(qū)灌溉管理提供了一定的理論依據(jù)，但作為全生育期模型，尚不能據(jù)此對作物生長期內(nèi)土壤水鹽狀況進(jìn)行動態(tài)管理。張展羽、郭相平[20]在上述研究基礎(chǔ)上，考慮作物對土壤鹽漬度的敏感性隨生長發(fā)育階段不同而變化這一基本現(xiàn)象，提出作物不同生育階段水鹽動態(tài)響應(yīng)模型，用以指導(dǎo)含鹽劣質(zhì)水或鹽漬化灌區(qū)的優(yōu)化灌溉管理。
趙丹、邵東國等[21]人根據(jù)甘肅省河西走廊疏勒河流域灌區(qū)節(jié)水灌溉條件下的土壤水鹽變化野外和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)成果的分析，建立相應(yīng)的水鹽動態(tài)模擬模型。經(jīng)數(shù)據(jù)模擬計(jì)算，得出在一定灌水方案下的土壤鹽
分分布脫鹽狀況，并對適宜本地區(qū)特點(diǎn)的水鹽調(diào)控措施進(jìn)行了初步探討。
1.5 鹽堿地改良利用實(shí)踐
隨著人口增長和水土資源的日趨短缺，我國把中、低產(chǎn)田的治理、開發(fā)與持續(xù)發(fā)展納入國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)劃之中。在工程排水洗鹽技術(shù)、堿土改良、生物化學(xué)改良、電磁改良技術(shù)與應(yīng)用，以及鹽堿土壤基礎(chǔ)理論方面進(jìn)行了卓有成效的研究。
我國20世紀(jì)50~60年代開始在天津等地開展濱海鹽土種稻改良試驗(yàn)和引黃灌溉、種稻改堿等農(nóng)業(yè)措施為主的改良;70年代鹽漬土改良進(jìn)入工程與農(nóng)業(yè)措施相結(jié)合的綜合治理發(fā)展階段。在黃淮海平原建立了12個試驗(yàn)區(qū)后又在松嫩—三江平原等地相繼建立了中低產(chǎn)田治理與綜合發(fā)展試驗(yàn)區(qū)，開展了“六五”至“九五”攻關(guān)研究，取得了重大成果，使我國鹽堿地綜合治理技術(shù)已走在世界前列。
土壤改良劑的研究應(yīng)用也在20世紀(jì)60~70年代開始。在土壤物理、化學(xué)改良劑方面做了不少的研究，如石膏、氯化鈣、工業(yè)廢酸、工業(yè)廢棄物磷石膏、粉煤灰等等，均取得了一定的效果；70年代后應(yīng)用電磁技術(shù)，在全國鹽漬土地區(qū)進(jìn)行了改土試驗(yàn)；90年代后生物化學(xué)土壤生化改良技術(shù)有了發(fā)展，如中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的鹽堿土壤生化改良劑—康地寶以推廣應(yīng)用。
2 研究展望
水利工程措施、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施、生物措施、化學(xué)改良等鹽堿地改良的多種技術(shù)和措施具有不同的改良效果。但由于鹽堿地的改良是一個較為復(fù)雜綜合治理系統(tǒng)工程，所以對于改良鹽堿土多采取以水肥為中心，包括水利工程措施、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施、種樹種草等綜合治理方法，這是改良治理鹽堿地的主要方向。
在改良鹽堿土的各項(xiàng)措施中，從鹽堿地的整治力度、排鹽效果和推廣使用范圍來看，在多種鹽堿地改良技術(shù)方法中，利用工程排水洗鹽是一項(xiàng)重要的水利技術(shù)措施，只有健全排水設(shè)施，其他措施才能充分發(fā)揮作用。但是，從水利改良技術(shù)的運(yùn)用和發(fā)展來看，這種改良技術(shù)所遵循的是一種延續(xù)了上千年沒有改變的原理和方法，這就是“鹽隨水來，鹽隨水去；鹽隨水來，水散鹽留”的水鹽運(yùn)行基本規(guī)律，并利用這種規(guī)律由耕地土壤表層向下實(shí)施“大水壓鹽、洗鹽，地下排水”的方法，將下滲的土壤鹽分通過地下排水的方法排水洗鹽。所采取的措施多為農(nóng)田布置較多且較深的明渠或地下暗渠或豎井排灌等工程技術(shù)措施，這些傳統(tǒng)的灌排工程技術(shù)客觀的存在以下問題：①洗鹽排水消耗過多水資源，一般需要4500~7500m3/hm2的大灌溉定額，灌溉用水量高，不利于節(jié)水；②灌溉排水工程量大，排水工程投入量較高，一般0.9—1.2萬元/hm2,不經(jīng)濟(jì)，而且灌排工程施工煩瑣；③眾多排水溝渠和大量工程土石方占用農(nóng)田，使得農(nóng)田土地利用率損失6%~10%;④灌排工程維修養(yǎng)護(hù)工作量和難度較大,尤其是地下暗管排鹽系統(tǒng)的維修養(yǎng)護(hù)和運(yùn)行管理費(fèi)用較高,一般年均維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用900~1500元/hm2.
基于上述，隨著我國鹽堿地改良技術(shù)的發(fā)展和新材料新方法新技術(shù)在治鹽堿技術(shù)領(lǐng)域的研究應(yīng)用，在新的條件下對于土壤鹽堿的工程性排水在技術(shù)理論創(chuàng)新、灌排技術(shù)方法等方面提出了新的更高的要求，需要以新的灌排方式和技術(shù)理論創(chuàng)新，著眼探索鹽堿地改良新方法和新技術(shù)。
根據(jù)新疆等干旱區(qū)地理環(huán)境特性，結(jié)合灌區(qū)土壤鹽堿化成因、鹽分種類、作物結(jié)構(gòu)及節(jié)水灌溉條件，圍繞提高灌區(qū)節(jié)水灌溉與排鹽效果、提高鹽堿地改良能力等問題，縱觀國內(nèi)外鹽堿地治理技術(shù)，在傳統(tǒng)的水鹽運(yùn)行理論基礎(chǔ)上，提出“土壤水鹽定向遷移”新理論，基于此理論探討農(nóng)業(yè)灌區(qū)農(nóng)田“土壤鹽分上移地表排”新模式。
筆者認(rèn)為，基于新理論方法進(jìn)行“土壤水鹽定向遷移”機(jī)理、“鹽分上移地表排”模式、不同節(jié)水灌溉排鹽低耗高效機(jī)理、地表排鹽技術(shù)等基礎(chǔ)理論和試驗(yàn)觀察等內(nèi)容的探索和技術(shù)創(chuàng)新研究，致力于在節(jié)水灌溉條件下，對土壤水鹽運(yùn)行規(guī)律和基本特征、不同基面與土壤水鹽定向遷移關(guān)系、牽引力及鹽分運(yùn)積效應(yīng)、地表排鹽技術(shù)方法、適用材料技術(shù)特性試驗(yàn)等關(guān)鍵技術(shù)研究方面有所突破，為新技術(shù)應(yīng)用研究打下基礎(chǔ)。該方法為全新的水利土壤改良模式，也是今后我國干旱農(nóng)業(yè)灌區(qū)鹽堿地治理技術(shù)理論研究與探討的發(fā)展方向。
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