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摘要在总结已有研究成果的基础上,介绍了黄河三角洲盐碱地形成原因及危害,对水利工程措施、农业技术措施、化学措施、生物措施等技术的研究现状进行了总结分析,并提出盐碱地改良新技术的建议,以期为提高盐碱地利用率提供参考。
关键词 黄河三角洲;盐碱地;原因;改良措施
中图分类号 S156.4 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2017)27-0095-03
Abstract On the basis of summing up the existing research results, the cause and harm of saline alkali land formation in the Yellow River Delta were introduced, from the water conservancy project measures, agricultural technical measures, chemical measures, biological measures and other technical research status were summarized and analyzed, some suggestions for improving saline alkali land reclamation were put forward, in order to provide some reference for improving the utilization of saline alkali land.
Key words The Yellow River Delta;Salinealkali soil;Reason;Improvement measure
鹽碱土是各种易溶性盐类在地面水平方向与垂直方向的重新分配,从而使盐分在集盐地区的土壤表层逐渐积聚起来,是土壤退化的重要类型,对世界农业生产的可持续发展产生严重威胁。目前全球约有8.3亿hm2的盐碱地,我国有各类盐碱地3.6×107 hm2,占全国可利用土地面积的4.88%[1-2]。
黄河三角洲地区濒临渤海湾及莱州湾,区域条件优越,该地区的发展在我国战略发展中占据着重要地位。但是随着社会经济的不断发展和人类活动的不断加剧,土地供需矛盾日益突出,盐碱地资源的开发与利用备受关注,改良盐碱地将农业土地资源向盐碱土扩展,可有效解决土地供需不足的矛盾,解决粮食安全,改善土壤环境。因此,盐碱地的治理防治与开发利用已成为国家亟待解决的问题。
1 黄河三角洲盐碱地形成原因及危害
1.1 原因
首先,黄河三角洲为泥沙积淤沉淀形成的,黄河水本身就带有大量泥沙包括盐碱成分,加之黄河三角洲是黄河泥沙淤海造陆形成的,大多埋藏了海水型的浅层潜水,大多数浅层地下水为高矿化的咸水或卤水。由于地势低平,地表排水不畅,地下径流滞缓,地下水位埋藏浅,受强烈蒸发影响,土壤积盐导致土壤盐碱化严重[3]。
其次,黄河三角洲位于我国东部沿海季风盛行区,大气蒸发使土壤水分汽化,促使地下水补给土壤水,成为土壤向上运动的动力条件,土壤及地下水中的可溶性盐类随水流上升蒸发、浓缩,累积于地表;大气降水含有一定盐分,通过土壤进入地下水系统,不但抬高了地下水位,还带来了大量盐分;黄河三角洲靠近海边,海水可以淹没沿岸土地,海沟倒灌渗透补给地下水,加之海潮侵袭向陆地输送大量盐分,渗透到对基层中,当海潮退落时,地表裸露,堆积层中地下水长期处于蒸发浓缩过程,逐渐形成高矿化度的地下碱水或卤水,海水蒸发后,盐碱成分逐渐沉积下来。
第三,由于水资源利用浪费严重,重灌轻排,不合理利用水资源导致区域地下水位的升高,区域地下水位过高反过来又加剧了区域盐碱化的恶化进程。建国初期由于盲目垦荒、粗放经营,导致区域生态环境严重恶化;引黄灌溉以来,由于引黄、蓄水、排水工程不配套,灌排部分,管理机构和制度不健全,灌水技术落后,加上渠道防渗率低,土地不平整等因素影响,引起了地下水位的抬高,带有高矿化度的地下水蒸发后,盐分聚集在土壤表层,从而导致土壤质量进一步下降,盐碱地加重。
因此,黄河三角洲土壤盐碱化的形成是多方面原因造成的,大气降水、黄河水侧渗、引黄灌溉、排水不畅、蓄水工程渗漏、风暴潮侵袭等使黄河三角洲盐碱地处于不断发展的趋势。
1.2 危害
黄河三角洲地区,由于淡水资源短缺、不合理的水资源利用以及土地资源的过度开发,导致严重的环境风险和危害,不合理的土地资源开发与管理引起的土壤盐渍化会降低耕地质量、影响作物产量,进而对区域农业生产造成巨大影响。土壤盐渍化已成为制约黄河三角洲地区经济发展的重要因素。
1.2.1 土壤盐碱化影响土壤理化性状。盐碱化导致土壤结构黏滞,通气性差,容重高,土温上升慢,土壤中好气性微生物活动性差,养分释放慢,渗透系数低,毛细作用强,便导致表层土壤盐渍化的加剧[4]。土温上升慢,使得土壤中酶活性受到抑制,有机质转化和微生物代谢活动减弱,导致土壤肥力差、养分利用率低、紧实易板结、结构透气性差,不利于植物生长。土壤含盐量的增加,会抑制土壤微生物活动,降低土壤中硝化细菌、磷细菌和磷酸还原酶的活性,从而使氮的氨化和硝化作用受抑制,降低氮的有效性。
1.2.2 土壤盐碱化影响作物生长。在盐碱地生境中,盐离子浓度高,导致土壤水势下降,土壤中的盐分超过植物正常所需浓度,土壤溶液的渗透压大于植物细胞内渗透压,植物难以吸收土壤水分,从而引起植物的生理干旱,使植物根系及种子发芽时难以从土壤吸收足够的水分,甚至导致水分从根细胞外渗,使细胞膜的正常功能严重受损,植物原生质受到破坏,形成机能转换障碍,并且盐碱地中含有的钠离子会干扰植物根部对土壤养分的获取,造成植物营养不良,阻碍生长而使细胞的代谢及生理功能受到不同程度的破坏,最终导致植物死亡。 1.2.3
土壤盐碱化影响地区发展。黄河三角洲地区是我国重要农业产区,土壤盐碱化严重影响了农作物的生长发育,从而影响作物产量,进而对区域农业生产造成了巨大影响。土地质量的下降导致土地资源日益紧张,土地供需矛盾日益突出,粮食安全和生态环境受到严峻挑战,进而影响到区域农业生产和经济的可持续发展。
2 黄河三角洲盐碱地改良措施
自从150多年前俄国在盐碱地上营造农田防护林以来,国内外学者在对盐碱地的分布、形成过程及发生特性等方面进行了研究,对不同土地利用方式对土壤物理、化学性质的影响及植被恢复等方面也做了大量研究;到后来进行到综合治理研究阶段,盐碱地改良利用跨上新台阶。黄河三角洲地区盐碱地改良进行了大规模的研究和治理工作,积累了有效措施和方法,取得了明显的效果[5]。盐碱地改良的措施主要有水利工程措施、农业技术措施、生物措施和化学改良措施等,各种措施在不同时期特定条件下可以取得一定的盐碱土改良结果。
2.1 水利工程措施
盐碱地改良水利工程措施的关键是如何解决排水和降低地下水位问题。经过长期的研究和实践,水利工程措施的主要方法有平地围埝、淡水洗盐、引黄淤灌、暗管排盐、明沟排水、上粮下渔、隔层阻盐等。各种措施之间相辅相成,互相配合,达到排碱和降低地下水位的效果。
平地围埝能够减少地面径流,提高降雨淋盐和淡水洗盐效果,防止洼地受淹、高处返盐;在土地四周修筑埝埂便于提高灌水均匀度,提高洗盐效果。引黄淤灌可以通过引黄淤灌沉积一定厚度的黄河泥沙,形成新的土层,填高了地面并淋洗盐分,淤灌厚度需在30 cm以上[6],但是淤灌需控制灌溉定额,过量引黄淤灌增加地下水位,造成土壤鹽碱化加重。明沟排水是开挖干、支、斗三级沟系,使得在雨季能迅速排除洪涝,并借雨水的天然淋洗,起到排盐降碱作用。暗管排盐技术是将PVC管按照一定坡度埋设在地下水临街深度以下,高于暗管的含盐地下水流入暗管后从排水沟集中排出,使地下水位降低至暗管埋深以下,抑制地表蒸发引发的严重返盐。宋绍宪[7]研究表明,喑管排碱可使地下水位控制在临界深度以下,加快积水排出,能够加速土壤中的水分和盐分运移,加快洗盐过程。上粮下渔模式是在盐碱地上挖坑筑台洗盐淋碱,台田用来种植高产作物,用来浇灌作物的水将土壤中的盐分逐步排入渔池,该模式在应用2年后,1 m土层脱盐率达59.7%,20年后,1 m土层脱盐率高达90.3%,投入的产出比是“暗管排碱”的2.3倍,其经济效益是“暗管排碱”的3.6倍[8]。但该措施开发中要与明沟排水等农田基本建设工程相结合,否则易造成坑塘盐分淤积、返碱返盐的现象。
2.2 农业技术措施
农业技术措施主要是通过调节盐碱地土壤的水盐运移动态与土壤水分蒸发,减少盐分上移而降低作物耕作层土壤含盐量,改善作物生长环境,从而达到改良盐碱地的目的,是保证作物正常生长生产的重要措施[9]。农业技术措施主要有掺沙改盐、深耕深翻、秸秆还田、增施有机肥、地膜覆盖等。
掺沙改盐的原理是通过在土壤中掺入泥沙,改善土壤物理性状,调节水、气、热状况,提高土壤的保水贮水能力,减少深层盐分随水分上移,从而降低表层土壤的含盐量。毛伟兵等[10-11]研究表明,引黄泥沙使土壤容重减小,土壤结构性与孔隙状况更趋合理;同时黄河泥沙入田后,在农田耕作的作用下一定程度上改善了土壤物理性状,但土壤孔隙度仍稳定在40%,毛管作用旺盛,土壤通气状况难以满足作物要求,因此需结合当地土壤的基本性质和水盐运动规律配置泥沙,以免增强土壤紧实度、通透性差的性状。深耕深翻有利于疏松盐碱地表土,提高土壤通透性,改变盐分在土壤剖面的分布状况,打破板结层,重塑团粒结构,增加土壤对降雨的积蓄,同时切断盐分上移的土壤毛细管,减少水分蒸发,抑制返盐[12]。秸秆还田主要分为两种方式,一种是粉碎后掺入土壤,可以直接改善土壤的物理性状,增加土壤有机质含量;第二种是直接覆盖,降低土壤水分蒸发,抑制盐分表聚。王有宁等[13]研究表明,秸秆覆盖可调节土壤水分、土壤容重、孔隙状况,还可作为良好的隔热层,调节土壤与大气之间的热量交换;秸秆还田在改善农田生态环境的同时还可以增加土壤中氮、磷、钾等营养元素,提高土壤肥力及资源利用效率,降低耕作层含盐量,提高粮食产量。吕彪等[14]研究表明,麦秸覆盖可降低土壤pH,使玉米产量提高16.2%。有机肥是指鸡粪、羊粪、猪粪、腐殖酸、有机废弃物等畜禽粪施入土壤,有机肥中有机质可以与钠离子结合,降低土壤含盐量,同时有机肥可改善土壤结构,增强土壤保水肥能力,提高土壤肥力。地膜覆盖可降低土壤水分损失量,抑制盐分上移。张素瑛等[15]研究表明,地膜覆盖可使土壤耕层含盐量降低,阻止土壤水分的蒸发和散失。但是地膜回收难度较大,回收不彻底会对土壤造成白色污染。
2.3 生物措施
生物改良措施是指在盐碱地中种植抗盐碱植物,也可以在一定程度上改善盐碱地。其原理是利用耐盐植物根系的呼吸作用及有机质分解提高根区的CO2分压,并结合植物根系释放的H+来溶解CaCO3,用Ca2+置换Na+,从而被耐盐植物吸收[16-18]。
生物改良措施是公认的最有效、经济、生态的措施,耐盐植物既可以减少地表水分的蒸发,防止盐分上移,同时降低土壤pH和地下水位[19]。王玉珍等[20]研究表明,罗布麻、柽柳、白刺等6种树木均可不同程度地改良盐碱地,种植3年后可以种植其他作物。李月芬等[21]研究表明,种植黄花草木樨能够培肥地力,改良土壤。张建锋等[22]研究表明,重盐碱地段栽植白刺后,土壤迅速脱盐,土壤容重则显著减小,起到疏松土壤的作用。罗新乐等[23]研究认为,种植沙棘可以提高土壤肥力,改善植物群落的生长环境,减轻盐害。在盐碱程度高的地域种植抗盐性强的树木,盐碱程度一般的地域种植石榴、月季等,盐碱程度较低的土地选择紫薇、海棠等抗盐碱能力较弱的树木。耐盐作物(如棉花、麻类、豆科作物)在获得产量的同时可对盐碱土壤进行改造[24]。董晓霞等[25]研究表明,种植耐盐作物可以提高盐碱化耕地的利用率,扩大盐碱化耕地的种植面积。种植3年枸杞的盐碱地30、60、90 cm土层土壤的可溶性盐比荒地可溶性盐分下降0.60、0.50和0.55百分点[26]。王升等[27]研究表明,膜下滴灌棉田的膜间空地种植碱蓬和眼角草可以提高土壤的平均含水量,同时显著促进土壤脱盐,降低土壤容重,增加土壤孔隙度,提高棉花产量。李海英等[28]和李昂等[29]研究表明,种植苜蓿盐碱地土壤含盐量明显降低,并且随着种植年限的增加而降低,30~60 cm土层土壤种植5年的苜蓿比种植1年的土壤含盐量降低了76.3%。 2.4 化学措施
化学措施是指在土壤中使用化学改良剂,利用酸碱中和原理调节土壤胶体中的交换性钠离子,以改善土壤的理化性状和生物学性状,达到改良的效果。化学措施主要是施用脱硫石膏、磷石膏、腐殖酸、过磷酸钙、糠醛渣等来改变盐碱化土地,由于不同改良剂所含的有效成分不同,以及改良盐碱地的原理也不相同,对土壤pH及全盐含量、离子组成变化的影响也不同。
程镜润等[30]通过在盐碱地加入脱硫石膏,土壤孔隙度变大,渗水性能提高,土壤含盐量降低;张密密等[31]研究表明,改良剂可以明显改善土壤,有利于土壤养分的积累,提高作物产量;张凌云等[32]通过在黄河三角洲地区中度和重度盐渍土上对适宜的改良剂种类进行试验,结果表明,改良剂均能降低土壤含盐量,其中土壤修复材料是滨海盐渍土适宜的土壤改良剂;王睿彤等[33]在黄河三角洲地区采用牛粪、石膏、秸秆、保水剂进行改良试验,土壤pH和钠吸附比会随着改良时间的延长呈下降趋势,土壤有效养分和土壤有机质的含量呈上升趋势;在强碱性苏打盐碱土中加入硫酸铝,土壤pH明显下降,土壤孔隙度增大;粉煤灰可减少土壤中碱性物质含量;磷石膏可增加土壤团聚体数量,增加通透性,提高磷、钙等植物生长所需的影响元素;沸石能改善土壤通透性,提高排水渗透能力;泥炭和风化煤具有提高土壤孔隙度、降低土壤剖面、耕作层盐分、增加养分及增强酶生物学活性等作用。
3 问题与展望
(1)目前各种措施在黄河三角洲盐碱地不同时期特定条件下可以取得一定的盐碱土改良结果,但是各种改良措施在改良土壤的过程中也存在一定弊端。水利措施投资大,维护费用高,适合水资源丰富的地区,工程设计施工严谨。如暗管排盐技术中暗管材料与管径、方向、间距、坡度均需按照土壤特性及田间排水条件进行设计,铺设与清洗维护时的机械自动化程度与施工精度对工程排盐效率有很大影响。化学改良措施是否对盐碱地土壤造成二次污染目前尚无定论。生物措施适合用于盐碱度较低的地区,要充分考虑淡水资源的利用率和土壤次盐渍化,见效较慢。总之,对于盐碱地改良利用,必须要因地制宜,发挥各种技术的优势,扬长避短。在突出重点技术的同时要采用多种措施综合治理,做到因地、因时对水利、化学、生物等措施不断加以调整和完善。
(2)黄河三角洲滨海盐碱地土壤在改造好后,如不注意,极易出现土壤返盐。盐碱地治理防是前提,治是基础。防止返盐的根本是通过减少地面水分蒸发及防止地下水上升2个途径。因此,农作物合理的灌溉定额与节水的灌溉技术应该受到足够的重视,使作物灌溉用水满足自身生长即可,地下水埋深保持在临界深度以下,防止地下水位上升,并采取措施进行推广;对已建成的水利工程需要定时进行维护,为了防止灌排体系破坏淤积或排盐管内积水,尽量种植耐盐碱特别是能固氮的耐盐碱作物,既可以减少地表水蒸发,又可以降低地下水水位,改善土壤环境。
(3)传统的盐碱地改良方法已经取得了初步成效,但同样存在很多问题。随着科学技术的发展,新的盐碱地改良方法也在稳步向前发展。随着我国盐碱地改良技术的发展和新材料、新方法、新技术在治盐碱技术领域的研究尝试应用,“土壤水盐定向迁移”机理、“盐分上移地表排”模式、不同节水灌溉排盐低耗高效机理、地表排盐技术等基础理论和试验观察等内容的探索和技术创新研究,致力于在节水灌溉条件下,对不同条件下土壤水盐运移规律、牵引力及盐分运积效应、耐盐基因、适用材料技术特性试验等关键技术研究方面有所突破,为新技术应用研究打下基础。如目前基因研究技术的不断发展,利用耐盐植物抗盐基因对其他植物进行改造,从而提高植物内部的抗盐能力,但是目前还没有真正意义上的耐盐植物,因为耐盐特性受多基因控制,单个基因只能获得部分耐盐性,引起植物产生的生物化学和生理学上的响应分析机制尚未明了。转基因技术是未来的发展方向,未来对这项技术的不断改进也是对盐碱地进行绿化的后续工作。
参考文献
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关键词 黄河三角洲;盐碱地;原因;改良措施
中图分类号 S156.4 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2017)27-0095-03
Abstract On the basis of summing up the existing research results, the cause and harm of saline alkali land formation in the Yellow River Delta were introduced, from the water conservancy project measures, agricultural technical measures, chemical measures, biological measures and other technical research status were summarized and analyzed, some suggestions for improving saline alkali land reclamation were put forward, in order to provide some reference for improving the utilization of saline alkali land.
Key words The Yellow River Delta;Salinealkali soil;Reason;Improvement measure
鹽碱土是各种易溶性盐类在地面水平方向与垂直方向的重新分配,从而使盐分在集盐地区的土壤表层逐渐积聚起来,是土壤退化的重要类型,对世界农业生产的可持续发展产生严重威胁。目前全球约有8.3亿hm2的盐碱地,我国有各类盐碱地3.6×107 hm2,占全国可利用土地面积的4.88%[1-2]。
黄河三角洲地区濒临渤海湾及莱州湾,区域条件优越,该地区的发展在我国战略发展中占据着重要地位。但是随着社会经济的不断发展和人类活动的不断加剧,土地供需矛盾日益突出,盐碱地资源的开发与利用备受关注,改良盐碱地将农业土地资源向盐碱土扩展,可有效解决土地供需不足的矛盾,解决粮食安全,改善土壤环境。因此,盐碱地的治理防治与开发利用已成为国家亟待解决的问题。
1 黄河三角洲盐碱地形成原因及危害
1.1 原因
首先,黄河三角洲为泥沙积淤沉淀形成的,黄河水本身就带有大量泥沙包括盐碱成分,加之黄河三角洲是黄河泥沙淤海造陆形成的,大多埋藏了海水型的浅层潜水,大多数浅层地下水为高矿化的咸水或卤水。由于地势低平,地表排水不畅,地下径流滞缓,地下水位埋藏浅,受强烈蒸发影响,土壤积盐导致土壤盐碱化严重[3]。
其次,黄河三角洲位于我国东部沿海季风盛行区,大气蒸发使土壤水分汽化,促使地下水补给土壤水,成为土壤向上运动的动力条件,土壤及地下水中的可溶性盐类随水流上升蒸发、浓缩,累积于地表;大气降水含有一定盐分,通过土壤进入地下水系统,不但抬高了地下水位,还带来了大量盐分;黄河三角洲靠近海边,海水可以淹没沿岸土地,海沟倒灌渗透补给地下水,加之海潮侵袭向陆地输送大量盐分,渗透到对基层中,当海潮退落时,地表裸露,堆积层中地下水长期处于蒸发浓缩过程,逐渐形成高矿化度的地下碱水或卤水,海水蒸发后,盐碱成分逐渐沉积下来。
第三,由于水资源利用浪费严重,重灌轻排,不合理利用水资源导致区域地下水位的升高,区域地下水位过高反过来又加剧了区域盐碱化的恶化进程。建国初期由于盲目垦荒、粗放经营,导致区域生态环境严重恶化;引黄灌溉以来,由于引黄、蓄水、排水工程不配套,灌排部分,管理机构和制度不健全,灌水技术落后,加上渠道防渗率低,土地不平整等因素影响,引起了地下水位的抬高,带有高矿化度的地下水蒸发后,盐分聚集在土壤表层,从而导致土壤质量进一步下降,盐碱地加重。
因此,黄河三角洲土壤盐碱化的形成是多方面原因造成的,大气降水、黄河水侧渗、引黄灌溉、排水不畅、蓄水工程渗漏、风暴潮侵袭等使黄河三角洲盐碱地处于不断发展的趋势。
1.2 危害
黄河三角洲地区,由于淡水资源短缺、不合理的水资源利用以及土地资源的过度开发,导致严重的环境风险和危害,不合理的土地资源开发与管理引起的土壤盐渍化会降低耕地质量、影响作物产量,进而对区域农业生产造成巨大影响。土壤盐渍化已成为制约黄河三角洲地区经济发展的重要因素。
1.2.1 土壤盐碱化影响土壤理化性状。盐碱化导致土壤结构黏滞,通气性差,容重高,土温上升慢,土壤中好气性微生物活动性差,养分释放慢,渗透系数低,毛细作用强,便导致表层土壤盐渍化的加剧[4]。土温上升慢,使得土壤中酶活性受到抑制,有机质转化和微生物代谢活动减弱,导致土壤肥力差、养分利用率低、紧实易板结、结构透气性差,不利于植物生长。土壤含盐量的增加,会抑制土壤微生物活动,降低土壤中硝化细菌、磷细菌和磷酸还原酶的活性,从而使氮的氨化和硝化作用受抑制,降低氮的有效性。
1.2.2 土壤盐碱化影响作物生长。在盐碱地生境中,盐离子浓度高,导致土壤水势下降,土壤中的盐分超过植物正常所需浓度,土壤溶液的渗透压大于植物细胞内渗透压,植物难以吸收土壤水分,从而引起植物的生理干旱,使植物根系及种子发芽时难以从土壤吸收足够的水分,甚至导致水分从根细胞外渗,使细胞膜的正常功能严重受损,植物原生质受到破坏,形成机能转换障碍,并且盐碱地中含有的钠离子会干扰植物根部对土壤养分的获取,造成植物营养不良,阻碍生长而使细胞的代谢及生理功能受到不同程度的破坏,最终导致植物死亡。 1.2.3
土壤盐碱化影响地区发展。黄河三角洲地区是我国重要农业产区,土壤盐碱化严重影响了农作物的生长发育,从而影响作物产量,进而对区域农业生产造成了巨大影响。土地质量的下降导致土地资源日益紧张,土地供需矛盾日益突出,粮食安全和生态环境受到严峻挑战,进而影响到区域农业生产和经济的可持续发展。
2 黄河三角洲盐碱地改良措施
自从150多年前俄国在盐碱地上营造农田防护林以来,国内外学者在对盐碱地的分布、形成过程及发生特性等方面进行了研究,对不同土地利用方式对土壤物理、化学性质的影响及植被恢复等方面也做了大量研究;到后来进行到综合治理研究阶段,盐碱地改良利用跨上新台阶。黄河三角洲地区盐碱地改良进行了大规模的研究和治理工作,积累了有效措施和方法,取得了明显的效果[5]。盐碱地改良的措施主要有水利工程措施、农业技术措施、生物措施和化学改良措施等,各种措施在不同时期特定条件下可以取得一定的盐碱土改良结果。
2.1 水利工程措施
盐碱地改良水利工程措施的关键是如何解决排水和降低地下水位问题。经过长期的研究和实践,水利工程措施的主要方法有平地围埝、淡水洗盐、引黄淤灌、暗管排盐、明沟排水、上粮下渔、隔层阻盐等。各种措施之间相辅相成,互相配合,达到排碱和降低地下水位的效果。
平地围埝能够减少地面径流,提高降雨淋盐和淡水洗盐效果,防止洼地受淹、高处返盐;在土地四周修筑埝埂便于提高灌水均匀度,提高洗盐效果。引黄淤灌可以通过引黄淤灌沉积一定厚度的黄河泥沙,形成新的土层,填高了地面并淋洗盐分,淤灌厚度需在30 cm以上[6],但是淤灌需控制灌溉定额,过量引黄淤灌增加地下水位,造成土壤鹽碱化加重。明沟排水是开挖干、支、斗三级沟系,使得在雨季能迅速排除洪涝,并借雨水的天然淋洗,起到排盐降碱作用。暗管排盐技术是将PVC管按照一定坡度埋设在地下水临街深度以下,高于暗管的含盐地下水流入暗管后从排水沟集中排出,使地下水位降低至暗管埋深以下,抑制地表蒸发引发的严重返盐。宋绍宪[7]研究表明,喑管排碱可使地下水位控制在临界深度以下,加快积水排出,能够加速土壤中的水分和盐分运移,加快洗盐过程。上粮下渔模式是在盐碱地上挖坑筑台洗盐淋碱,台田用来种植高产作物,用来浇灌作物的水将土壤中的盐分逐步排入渔池,该模式在应用2年后,1 m土层脱盐率达59.7%,20年后,1 m土层脱盐率高达90.3%,投入的产出比是“暗管排碱”的2.3倍,其经济效益是“暗管排碱”的3.6倍[8]。但该措施开发中要与明沟排水等农田基本建设工程相结合,否则易造成坑塘盐分淤积、返碱返盐的现象。
2.2 农业技术措施
农业技术措施主要是通过调节盐碱地土壤的水盐运移动态与土壤水分蒸发,减少盐分上移而降低作物耕作层土壤含盐量,改善作物生长环境,从而达到改良盐碱地的目的,是保证作物正常生长生产的重要措施[9]。农业技术措施主要有掺沙改盐、深耕深翻、秸秆还田、增施有机肥、地膜覆盖等。
掺沙改盐的原理是通过在土壤中掺入泥沙,改善土壤物理性状,调节水、气、热状况,提高土壤的保水贮水能力,减少深层盐分随水分上移,从而降低表层土壤的含盐量。毛伟兵等[10-11]研究表明,引黄泥沙使土壤容重减小,土壤结构性与孔隙状况更趋合理;同时黄河泥沙入田后,在农田耕作的作用下一定程度上改善了土壤物理性状,但土壤孔隙度仍稳定在40%,毛管作用旺盛,土壤通气状况难以满足作物要求,因此需结合当地土壤的基本性质和水盐运动规律配置泥沙,以免增强土壤紧实度、通透性差的性状。深耕深翻有利于疏松盐碱地表土,提高土壤通透性,改变盐分在土壤剖面的分布状况,打破板结层,重塑团粒结构,增加土壤对降雨的积蓄,同时切断盐分上移的土壤毛细管,减少水分蒸发,抑制返盐[12]。秸秆还田主要分为两种方式,一种是粉碎后掺入土壤,可以直接改善土壤的物理性状,增加土壤有机质含量;第二种是直接覆盖,降低土壤水分蒸发,抑制盐分表聚。王有宁等[13]研究表明,秸秆覆盖可调节土壤水分、土壤容重、孔隙状况,还可作为良好的隔热层,调节土壤与大气之间的热量交换;秸秆还田在改善农田生态环境的同时还可以增加土壤中氮、磷、钾等营养元素,提高土壤肥力及资源利用效率,降低耕作层含盐量,提高粮食产量。吕彪等[14]研究表明,麦秸覆盖可降低土壤pH,使玉米产量提高16.2%。有机肥是指鸡粪、羊粪、猪粪、腐殖酸、有机废弃物等畜禽粪施入土壤,有机肥中有机质可以与钠离子结合,降低土壤含盐量,同时有机肥可改善土壤结构,增强土壤保水肥能力,提高土壤肥力。地膜覆盖可降低土壤水分损失量,抑制盐分上移。张素瑛等[15]研究表明,地膜覆盖可使土壤耕层含盐量降低,阻止土壤水分的蒸发和散失。但是地膜回收难度较大,回收不彻底会对土壤造成白色污染。
2.3 生物措施
生物改良措施是指在盐碱地中种植抗盐碱植物,也可以在一定程度上改善盐碱地。其原理是利用耐盐植物根系的呼吸作用及有机质分解提高根区的CO2分压,并结合植物根系释放的H+来溶解CaCO3,用Ca2+置换Na+,从而被耐盐植物吸收[16-18]。
生物改良措施是公认的最有效、经济、生态的措施,耐盐植物既可以减少地表水分的蒸发,防止盐分上移,同时降低土壤pH和地下水位[19]。王玉珍等[20]研究表明,罗布麻、柽柳、白刺等6种树木均可不同程度地改良盐碱地,种植3年后可以种植其他作物。李月芬等[21]研究表明,种植黄花草木樨能够培肥地力,改良土壤。张建锋等[22]研究表明,重盐碱地段栽植白刺后,土壤迅速脱盐,土壤容重则显著减小,起到疏松土壤的作用。罗新乐等[23]研究认为,种植沙棘可以提高土壤肥力,改善植物群落的生长环境,减轻盐害。在盐碱程度高的地域种植抗盐性强的树木,盐碱程度一般的地域种植石榴、月季等,盐碱程度较低的土地选择紫薇、海棠等抗盐碱能力较弱的树木。耐盐作物(如棉花、麻类、豆科作物)在获得产量的同时可对盐碱土壤进行改造[24]。董晓霞等[25]研究表明,种植耐盐作物可以提高盐碱化耕地的利用率,扩大盐碱化耕地的种植面积。种植3年枸杞的盐碱地30、60、90 cm土层土壤的可溶性盐比荒地可溶性盐分下降0.60、0.50和0.55百分点[26]。王升等[27]研究表明,膜下滴灌棉田的膜间空地种植碱蓬和眼角草可以提高土壤的平均含水量,同时显著促进土壤脱盐,降低土壤容重,增加土壤孔隙度,提高棉花产量。李海英等[28]和李昂等[29]研究表明,种植苜蓿盐碱地土壤含盐量明显降低,并且随着种植年限的增加而降低,30~60 cm土层土壤种植5年的苜蓿比种植1年的土壤含盐量降低了76.3%。 2.4 化学措施
化学措施是指在土壤中使用化学改良剂,利用酸碱中和原理调节土壤胶体中的交换性钠离子,以改善土壤的理化性状和生物学性状,达到改良的效果。化学措施主要是施用脱硫石膏、磷石膏、腐殖酸、过磷酸钙、糠醛渣等来改变盐碱化土地,由于不同改良剂所含的有效成分不同,以及改良盐碱地的原理也不相同,对土壤pH及全盐含量、离子组成变化的影响也不同。
程镜润等[30]通过在盐碱地加入脱硫石膏,土壤孔隙度变大,渗水性能提高,土壤含盐量降低;张密密等[31]研究表明,改良剂可以明显改善土壤,有利于土壤养分的积累,提高作物产量;张凌云等[32]通过在黄河三角洲地区中度和重度盐渍土上对适宜的改良剂种类进行试验,结果表明,改良剂均能降低土壤含盐量,其中土壤修复材料是滨海盐渍土适宜的土壤改良剂;王睿彤等[33]在黄河三角洲地区采用牛粪、石膏、秸秆、保水剂进行改良试验,土壤pH和钠吸附比会随着改良时间的延长呈下降趋势,土壤有效养分和土壤有机质的含量呈上升趋势;在强碱性苏打盐碱土中加入硫酸铝,土壤pH明显下降,土壤孔隙度增大;粉煤灰可减少土壤中碱性物质含量;磷石膏可增加土壤团聚体数量,增加通透性,提高磷、钙等植物生长所需的影响元素;沸石能改善土壤通透性,提高排水渗透能力;泥炭和风化煤具有提高土壤孔隙度、降低土壤剖面、耕作层盐分、增加养分及增强酶生物学活性等作用。
3 问题与展望
(1)目前各种措施在黄河三角洲盐碱地不同时期特定条件下可以取得一定的盐碱土改良结果,但是各种改良措施在改良土壤的过程中也存在一定弊端。水利措施投资大,维护费用高,适合水资源丰富的地区,工程设计施工严谨。如暗管排盐技术中暗管材料与管径、方向、间距、坡度均需按照土壤特性及田间排水条件进行设计,铺设与清洗维护时的机械自动化程度与施工精度对工程排盐效率有很大影响。化学改良措施是否对盐碱地土壤造成二次污染目前尚无定论。生物措施适合用于盐碱度较低的地区,要充分考虑淡水资源的利用率和土壤次盐渍化,见效较慢。总之,对于盐碱地改良利用,必须要因地制宜,发挥各种技术的优势,扬长避短。在突出重点技术的同时要采用多种措施综合治理,做到因地、因时对水利、化学、生物等措施不断加以调整和完善。
(2)黄河三角洲滨海盐碱地土壤在改造好后,如不注意,极易出现土壤返盐。盐碱地治理防是前提,治是基础。防止返盐的根本是通过减少地面水分蒸发及防止地下水上升2个途径。因此,农作物合理的灌溉定额与节水的灌溉技术应该受到足够的重视,使作物灌溉用水满足自身生长即可,地下水埋深保持在临界深度以下,防止地下水位上升,并采取措施进行推广;对已建成的水利工程需要定时进行维护,为了防止灌排体系破坏淤积或排盐管内积水,尽量种植耐盐碱特别是能固氮的耐盐碱作物,既可以减少地表水蒸发,又可以降低地下水水位,改善土壤环境。
(3)传统的盐碱地改良方法已经取得了初步成效,但同样存在很多问题。随着科学技术的发展,新的盐碱地改良方法也在稳步向前发展。随着我国盐碱地改良技术的发展和新材料、新方法、新技术在治盐碱技术领域的研究尝试应用,“土壤水盐定向迁移”机理、“盐分上移地表排”模式、不同节水灌溉排盐低耗高效机理、地表排盐技术等基础理论和试验观察等内容的探索和技术创新研究,致力于在节水灌溉条件下,对不同条件下土壤水盐运移规律、牵引力及盐分运积效应、耐盐基因、适用材料技术特性试验等关键技术研究方面有所突破,为新技术应用研究打下基础。如目前基因研究技术的不断发展,利用耐盐植物抗盐基因对其他植物进行改造,从而提高植物内部的抗盐能力,但是目前还没有真正意义上的耐盐植物,因为耐盐特性受多基因控制,单个基因只能获得部分耐盐性,引起植物产生的生物化学和生理学上的响应分析机制尚未明了。转基因技术是未来的发展方向,未来对这项技术的不断改进也是对盐碱地进行绿化的后续工作。
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