盐渍化土壤改良的研究进展

顾文婷等

摘要我国盐渍化土壤广泛分布在干旱、半干旱地区。研究盐渍化对我国农业可持续发展、提高盐碱地的生产能力和维持良好的生态经济效益具有举足轻重的作用。该研究介绍了国内外学者提出的盐渍化土壤的成因、危害以及盐渍化土壤改良措施的最新研究成果，分析了盐渍化对植物的毒害机理。并且，结合目前相关研究的前沿和热点问题，提出我国盐渍化土壤的研究前景，为进一步完善盐渍化土壤改良措施提供理论依据。

关键词盐渍化；危害；改良措施

中图分类号S156.4文献标识码

A文章编号0517-6611（2014）06-01620-04

AbstractIn China，saline land is widely distributed in the arid and semiarid regions.The studies of poison effect on plant and amelioration measures will play a vital role in maintain a good ecological economic efficiency in sustainable agricultural development of China.This paper introduced the causes and hazards of the saline land and the latest achievements in the amelioration measures of the saline land.It analyzed the mechanism of poison effect on plant.In combination with frontier and hot issue on studies of saline land，it presented research prospect of saline land.It is expected that this study will provide a good theoretical guideline for the amelioration measures of saline land.

Key wordsSalinization； Damage； Amelioration measures； Prospect

我國国土面积广阔，其中耕地面积约3 460万hm2，发生盐渍化的土壤近760万hm2，约1/5耕地成为盐碱地[1-2]，主要分布在西北、华北、东北及沿海地区。土壤盐渍化易引发植被生理干旱，影响作物对养分的吸收，并且使土壤板结，降低阳离子交换量。过量的盐分还会直接抑制土壤微生物的活动。近年来，由于土地资源使用不当，每年都有大面积的耕地因人为活动而发生土壤次生盐渍化，使得我国可耕地面积进一步缩小，对我国农业增产、保收形成严重的障碍[3-5]。

在当今土地资源日益短缺的年代，盐碱地作为一种重要的土地资源，如何制定科学的改良措施显得越来越重要。国家和地方已投入大量的人力、财力和物力改良盐碱地，收到较好的治理效果。随着我国各种改良技术的不断发展，盐渍化土壤改良措施等取得新的进步。但是，盐碱地改良技术的发展是一个循序渐进的过程。如何科学预防土壤的次生盐渍化，如何综合治理盐碱地，如何深入研究植物的耐盐机理，是我国农业和畜牧业发展的一项不可缺少的环节[3]。

以土壤盐渍化最新的研究成果为基础，结合目前国内外相关研究的前沿、热点问题，笔者分析了我国盐渍土成因、危害及改良措施等研究进展，并且展望了盐渍土未来的研究重点，为盐渍化土壤的相关研究提供借鉴。

1盐碱地的成因

盐渍土的形成是由多种因素综合作用而成的。其形成的实质是各种易溶盐在地面作水平方向与垂直方向的重新分配，使得盐分在集盐地区的土壤表层逐渐积聚起来[6]。我国盐渍化土壤多分布在干旱、半干旱地区，地貌以高原、盆地和山地为主，地形破碎，沟壑纵横，土质疏松，气候干旱，降水量小，蒸发量大。土层中所含盐分随着水分的蒸发从底层向表层转移，最后积聚在土壤表层[7-8]。东北、华北、半干旱地区的盐碱土有明显的脱盐、返盐季节；而在西北地区，由于降水量很少，土壤盐分的季节性变化不明显。封闭的地形使水盐不得外泄，盐分随地面、地下径流由高处向低处汇集，使得洼地成为水盐的汇集中心，受干燥气候影响，水分蒸发强烈，地下水或土壤溶液浓缩形成盐渍土。地下水越浅，矿化度越高，土壤积盐就越强[5]。

其次，不恰当的人为活动也可导致土壤积盐。这个过程被称为土壤的次生盐渍化[9-11]。人类的盲目开荒破坏了天然的植被，使得土质疏松，水土流失，土壤结构发生变化。有些地方浇水时采用大水漫灌、串灌、引灌苦水，低洼地区只灌不排，以致地下水位很快上升而在土壤表层积盐，或者平地修建无防渗设施的蓄水池，乱砍滥伐林木等，都会加速土壤盐碱化和沙化，使得原来的耕作状况良好的土壤变成盐碱地。

2盐碱地水盐转运模型

土壤中盐分和水分的运动具有很大的相关性。盐分以水为载体随着水在土壤中发生时间和空间上的转移。经过国内外很多学者大量的室内和田间试验论证，由美国盐渍化土壤试验室创建的HYDRUS模型[12]能够较好地模拟土壤水盐动态[13-14]。孙建书等[15]分别针对节水灌溉与常规灌溉、暗管排水与无排水应用该模型，对土壤水盐运动进行了一维模拟，发现加强水平排水和垂直排水对土壤盐分的淋洗具有重要作用。此外，黏土压沙也是一种有效的水盐转运模型。土壤形成夹砂层后，空隙密度变大，加速了水盐的运移速度，同时砂层形成隔膜阻碍了砂层上下溶质的交流，阻止盐分在土壤表层的积累[16]。李瑞平等[17-18]利用BP网络模型对冻融土壤的水盐动态进行了模拟，得到了很好的效果，发现BP网络模型能够较好地解释冬季灌溉对土壤盐分的影响。针对圆土柱水盐运移模型的建立，邵伟等[19]对比了HYDRUS1D和MACRO转运模型，发现MACRO模型在大孔隙土柱模拟中精度高于HYDRUS1D，更适合大孔隙土壤水盐转运模型的研究。随着理论和实践的发展，有研究人员对含有黏土层的土壤水位上升规律进行模拟研究，发现黏土层阻碍水盐进一步向深层运移，为水盐转运模拟研究提出新模型[20]。

3盐碱土壤对植被的危害

盐渍化土壤中盐离子浓度较高，造成土壤水势下降，不仅对植物产生水分胁迫，而且产生离子胁迫，破坏细胞的离子平衡，干扰离子代谢。同时，盐渍条件还经常导致植物体内活性氧大量积累，伤害甚至杀死植物细胞[21]。另外，在盐渍化土壤中生长的植物往往会因缺Ca+和K+而产生营养胁迫，影响植物的生长发育[22]，表现为抑制组织和器官的生长，缩短营养生长和生殖期。有研究表明，盐渍化可导致作物的功能叶片减少，株高降低，干物质的积累量下降；盐分还导致植物绿叶面积减少[23]。Munns[24]认为，盐分对植物生长发育造成的影响主要有3个方面的原因。一是盐土中的低水势引起植物叶片水势下降，导致气孔导度下降是鹽分影响植株多种生理生化过程的根本原因；二是盐害降低光合作用速率，减少同化物和能量供给，从而限制植物的生长发育；三是盐害影响某些特定的酶或代谢过程。

4盐碱地改良措施

4.1物理改良措施

盐碱地的物理改良措施主要采取客土改良、冲洗脱盐、明沟排水、平整土地、深翻松耕、压沙等方法。这些方法在前期盐碱地的治理中起到了良好的效果。深翻松耕有利于疏松土层，切断土壤毛细管，减少水分蒸发，抑制土壤返盐[25]。20世纪80年代我国主要利用“井灌井排”“抽咸换淡”“强排强灌”等方法治理盐碱地，并取得了显著的成果[26]。冬季灌溉也可以降低土壤的盐渍化危害。一方面由于淋洗作用，表层土壤盐分向下转移；另一方面，冬季气温较低，土层水分蒸发量少，盐分随水分保持在土壤较深处，不易向上延伸。

另外，增加土壤中的草炭，可以增加土壤有机质含量。草炭与盐基作用而使其处于复合状态，从而抑制盐分的上升。在实际过程中，草炭具有加速脱盐与阻盐的作用[27]。日本利用沸石作为一种成本低廉的改良材料进行盐碱地改良，认为沸石对钠离子和阴离子均有着良好的吸附效果，使得土壤黏质性变小，土壤容重和含盐量降低，提高土地产量[28]。物理改良措施见效快，但是工程量大，成本高，维持时间有限，受限于水资源，推广起来存在一定的难度[29]。

4.2化学改良措施

化学改良措施就是通过施加化学改良剂和一些矿质化肥来改良盐碱地的过程。常用的化学改良剂有矿质化肥、脱硫石膏、磷石膏、亚硫酸钙、硫酸亚铁、有机或无机肥料、高聚物改良剂和土壤综合改良剂等。盐碱地的化学改良原理是酸碱中和，通过施用化学改良剂可改善土壤理化性质，减轻或消除盐渍化的危害[30]。另外，增施有机肥料能增加土壤的腐殖质含量，有利于土壤团粒结构的形成，增加土壤的通气性和透水性，促进盐分的淋洗，活化土壤中的微量元素、磷素，分解后产生的有机酸中和土壤中的碱性，改善养料的供应状况。同时，有机质本身具有较好的吸附力，能够产生一定的缓冲作用，减轻盐碱地对植被的伤害[31]。甘肃农科院土肥所利用腐殖酸肥料改良盐碱地取得良好效果。另外，有机肥原料的来源主要是秸秆还田。翻耕后，碎草、根茬需较长时间在土壤中慢慢地腐烂，使得盐碱土壤逐渐变成富有养分和有机质的土壤。孙玉珂[32]将腐植酸、活性炭、氮磷钾肥、石膏、硼砂和硫酸锌进行配比，制备出盐碱土壤的改良肥料，在改良盐碱地中取得良好的效果。此外，高聚物改良剂和土壤综合改良剂等盐碱地改良材料在国内外也得到广泛研究和应用。化学改良措施虽然见效快，效果明显，但是成本昂贵，且使用不当易对环境造成二次污染。从可持续发展的角度看，土壤改良剂在应用范围和适用条件方面也存在一定的局限性[33]。

4.3生物改良措施

相对于物理改良措施和化学改良措施，生物改良措施价格低廉，环保有效，同时能产生一定的经济效益，颇受广大农民的欢迎[34]。生物改良措施是一种可持续性强、生态环境效益好的改良措施，是抗击盐碱地的一项有力措施。20世纪60年代，美国联邦农业部成立了国家盐碱地实验室，分别对草本、蔬菜、粮食和果树等植物的相对耐盐性数据进行了系统的构建[35-37]，指出不同植被的耐盐性能，发现植物耐盐碱能力一般为向日葵>高粱>谷子>棉花>玉米>小麦，胡萝卜>甜菜>葱>菠菜，葡萄>梨>枣>苹果。在较重的盐碱地上，可选择耐盐碱较强的田菁、紫穗槐等。在中度盐碱地，可以种植草木犀、紫花苜蓿、黑麦草等。在盐碱威胁不大的地区，则可种植豌豆、蚕豆、紫云英、高粱等耐盐作物。通过耐盐碱植物的种植，可有效地抑制土壤返盐[38]。此外，盐碱地树种选择需要具备易繁殖、易管理、经济价值高、耐盐耐旱能力强以及适宜的速生性、浅根性等特点[39]。

近年，中国科学院近代物理研究所利用基因工程技术、杂交技术和重离子辐照技术结合组织培养方法进行植株诱变，对国内现有的甜高粱品种进行改良，选育出耐盐、耐旱、耐碱和耐涝的甜高粱新品种。更重要的是，甜高粱茎杆发达，汁液中含糖量很高，用途广泛，可用来酿酒、制糖和做饲料，对有效利用盐渍化土地和缓解能源危机有重大的作用。目前，在甘肃兰州、定西、白银及武威等4个市的提灌地、川地、旱地、山坡地、盐碱地等多种区域近千亩土地上进行品比示范种植，筛选出多个适宜在西北地区推广种植的优良品种，对盐碱地的改良研究也取得阶段性的进展[40-41]。

安徽农业科学2014年

4.4综合改良措施

盐碱地的形成是一个复杂的过程。单一的治理方式已不能够满足改良的需求。随着盐碱地改良措施的发展，多种综合性的改良措施得以迅速发展。Kristensen等[42]通过地膜覆盖、合理施用有机肥料、稻草掺拌、自然降雨和灌溉洗盐等综合措施使土壤盐渍化得到显著改善。O′Brien Erin L[43]通过潮沟设计、掺拌海藻灰等方法，使得土壤盐渍化状况和理化性质得到显著改善。我国天津临港地区通过多年的探索试验和观测研究，总结出“减蒸促排”“集雨附盐防蒸”模式的改良盐碱地[39]。近几年，在干旱、半干旱地区普遍使用深翻松耕、淋洗脱盐和种植耐盐作物等综合改良措施来改善盐渍化土壤的理化性质。

5耐盐植物的改良机理

耐盐碱植物对盐渍化土壤的作用机制主要表现在盐分和养分的改良。一方面，通过耐盐碱植被的种植，土壤表层盐分被植物根系吸收积累到体内，收割后土壤盐碱性降低[44]；另一方面，通过种植耐盐作物可以疏松土壤，减少地面水分蒸发，从而阻止土壤表层盐分的积累。同时，土壤总孔隙度和毛孔隙度增加，透水性能变好，土壤结构得到改善[45]。

此外，在植被的恢复过程中，植物根系分泌的物质种类繁多，提高土壤动物和土壤微生物的活性，对土壤产生间接的影响。土壤有机质含量随着地表枯枝落叶层的腐败和根系的死亡代谢而得到提高。同时，产生的有机酸和CO2可起中和改碱的作用，降低土壤pH，增强氮的矿化能力，提高土壤微生物量，增加土壤中酶的活性，提高稳性团聚体数量和质量，提高土壤肥力[46]。

6我国盐碱地研究的不足

6.1盐碱地指标体系不完善我国盐碱地指标主要依据土壤所含的盐分和pH来确定。虽有大量的研究成果，但由于我国耕地面积广阔，目前还没有形成统一、简便、可查的土壤盐碱性指标。例如，在我国西北、华北、东北及沿海地区，土壤类型繁多，土壤盐渍化形成原因也各不相同，即使在相同地区，土壤类型间也存在着很大的区别。目前，我国尚未形成在不同地域和不同土质的土壤盐碱化判断标准，也没有形成针对不同土质和不同地域盐碱地完善的改良措施，限制了盐泽化土壤的改良研究。

6.2盐碱地水盐转运模型具有局限性用于研究我国土壤水盐转运的模型大都借鉴国外的研究成果，应用于不同区域的土壤水盐转运模拟对比时要建立数据转换关系，但是区域之间的差异限制了模型的推广。常用的土壤水盐转运模型大都属于经验性修正模型，缺乏对水盐转运机理的考察，具有一定局限性。

6.3耐盐植物机理的研究不够深入目前，植物对盐碱地的改良普遍认为是耐盐碱植物通过根系将盐分吸收、积累来改良盐碱地的。植物对土壤养分、pH的改良普遍被认为是随着植物枯枝落叶层的腐败、根系的死亡代谢，土壤pH减低，土壤结构改善，土壤肥力提高。目前，耐盐碱植物研究主要集中在大田试验方面，从分子机理探讨植物的耐盐性和盐渍化对植株的危害还缺乏可靠的试验数据，限制了耐盐碱植物新品种的筛选和培育，阻碍了生物改良措施的发展。

7盐碱地研究的展望

7.1建立完善的盐碱地指标考察研究不同地域之间的土壤类型，在土壤性质分析的基础上进一步完善盐渍化土壤分类体系。加强对资料欠缺或无资料区域的研究，尤其针对盐渍化严重的西北地区，科学地选取不同土壤类型、结构、盐分含量和养分含量进行分析，完善我国盐渍化土壤的评判标准和相应的改良措施，为进一步改良盐碱地打下坚实的基础，使得我国土地资源得到充分利用。

7.2加强土壤水盐转运模型研究虽然很多经验模型都取得不错的成果，但是不能够代表所有的土壤类型。因此，应在更多典型的土壤水盐转运试验的基础上，结合现有的统计学方法，进一步完善土壤水盐转运机理模型和经验模型，扩大模型的应用范围，提高土壤水盐转运模型的精准度。

7.3耐盐植物的机理研究通过驯化改良筛选耐盐性能优良的植物，利用基因工程技术和重离子辐照技术结合组织培养方法提高植物耐盐、耐碱、耐旱和耐涝性，通过杂交技术选育耐盐植物新品种。近年来，中国科学院近代物理研究所利用重离子加速器辐照技术选育具有耐盐碱性能好、生物量高的甜高粱新品种“近甜一号”。在我国大力发展的饲料业、制糖业、能源业及其相关产业过程中，甜高粱是最好的材料来源，其发展前景十分可观。目前，甜高粱在甘肃、青海、西藏、海南等省市通过品比示范研究，已进入推广种植阶段，预计2014年种植面积将达到4万hm2。这将对我国西北地区及沿海地区盐渍化土壤盐分和养分的改良研究具有重要意义，为正在开展的西部生态环境和经济建设提供理论依据和技术支持。

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