东北苏打盐碱地整治工程技术与装备研究综述

王景立 韩楠楠 冯伟志 姜立民 赵春凯

(吉林农业大学，吉林长春130118)

引言

盐碱地是指土壤中含过量的可溶性盐碱的土地，是盐地、碱地、盐化土地、碱化土地的总称，对植物生长直接造成抑制作用或危害的土壤[1]。盐碱地是地球上广泛分布的土壤类型之一，是一种重要的土地资源。全世界盐碱地面积为9.54亿hm2，主要集中在欧亚大陆、非洲、美洲西部[2]。我国盐碱土地资源总量约为9.9万hm2，主要分布在东北、西北、华北、内陆以及沿海地区[3]。据统计，有80%左右的盐碱地未得到开发与利用，因此，盐碱地开发与利用的潜力巨大[4]。东北苏打盐碱地是世界上三大苏打盐碱地集中分布区之一，总面积达500万hm2[5]。开展东北苏打盐碱地综合治理技术与装备研究，具有生态效益、社会效益与经济效益兼得，现实利益与长远利益兼顾的作用，是一项功在当代，利在千秋的重要事业。

1 国内外盐碱地治理技术与措施研究现状

1.1 国外盐碱地治理技术研究现状

美国、埃及、印度、澳大利亚等国家学者们重点研究地下水运动和水盐平衡规律，分析土壤盐渍化成因，目的是从源头寻找防治土壤盐渍化的方法。研究表明土壤中可溶盐主要来源于地表水、地下水、灌溉水及土壤本身，分析了灌区水盐特征和区域自然条件对水盐平衡的影响以及灌溉和排水对土壤水盐运动状况的影响[6]。目前，国际上比较成熟的水盐运动、溶质运移模拟模型包括unsatchem、leachm、hydrus-1D，2D，适于旱地灌溉及灌溉次生盐渍化量化数值模拟。利用水的运动方程Richards和盐 (溶质)的运移方程Advection-Dispersion建立计算机模型，通过观测田间数据等进行模型验证与完善，输入条件参数，计算机获取未来不同时段地下水与土壤盐碱化动态数值进行土壤盐碱化预测，进而根据输出文件，筛选未来土壤盐碱化最轻的输入条件，指导灌溉参数，控制土壤盐碱化[7]。

国外学者们对引起土壤次生盐碱化的原因研究较深入。以B.A.萨乌缅为代表的一些学者认为灌区土壤次生盐碱化的形成是由于不合理的灌溉导致地下水位升高以及强烈的蒸发而引起土壤盐碱化[8-10]。以B.A.科夫达为代表的研究者则认为灌区土壤盐碱化的主要原因是排水不畅及底土和地下水的原生盐碱化[11-14]。另有一些学者通过对灌溉水质量及其对土壤影响的研究，认为在干旱、半干旱地区，灌溉水一般都含有一定数量的易溶性盐分，长期灌溉，土壤盐分含量必然增加[15-17]。总体上，对发展灌溉引起土壤次生盐碱化的原因可概括为3个方面：引起浅层地下水位升高超过其临界深度，导致土体和地下水中盐分向地表富集；土壤中存在积盐层，转向地表累积；采用高矿化地面水或地下水灌溉，而又无调控措施，致使盐分在土壤表层累积。另外，一些工矿企业排放的含盐弃渣和废水，作为环境污染源也使局部地段的土壤发生盐碱化[18]。

国际盐碱地改良措施主要有水利工程、农艺措施、化学改良和综合措施。水利工程方面包括冲洗淋盐、高盐冲淡、井排、暗管排水。农艺措施方面包括深耕深松、生物改良、培育耐盐碱品种。化学改良方面主要利用石膏、磷石膏、硫酸、硫磺、硫酸严铁、硫酸铝等。综合措施包种稻改良和农林复合二项技术[19，20]。

1.2 国内盐碱地治理技术研究现状

我国盐碱地治理历史悠久，早在2000多年前人们就认识了盐碱地的形成、特性、危害和改良方法。《尚书禹贡篇》中有 “厥土惟白壤”、“水去复其性”记载。《齐民要术》中有 “绿肥轮作改碱”的记载。公元7世纪已将盐碱土分为盐、碱、硝、桀土 (滨海重盐碱土)。新中国成立后重点开展了对盐碱地实验方法、理化特性、盐碱土分类、植物盐碱胁迫响应、水盐平衡、水盐运动规律、盐碱化预测与管理等方面的系统研究。

我国在防治盐碱化问题的过程中，逐步确立了“因地制宜，综合防治”和 “水利工程措施与农业生物措施相结合”的原则和观点。在盐碱地成因与机理方面，2007年周和平等在传统的水盐运行理论基础上，提出 “土壤水盐定向迁移”新理论，由此指出灌区农田 “盐分上移地表排”的水利改良模式的研究方向[21]。2011年孙兆军等对银川平原盐碱荒地类型分类与分析基础上，以筛选合适的盐碱荒地专用改良剂为突破口，开展了培肥、实时田间水盐调控、耐盐碱植物品种配置和乔灌草有机结合等试验研究，提出了盐碱化、碱化、盐化3种盐碱荒地类型的恢复模式[22]。单奇华等为揭示滨海盐碱地对生态改良的应激性变化规律，研究了滨海盐碱地土壤质量指标对生态改良的响应敏感性、响应过程和响应度[23]。2016年田长彦等针对新疆旱区灌排水盐平衡模式与盐碱地农业开发利用模式存在的资源效率低、维持成本高等问题，通过机理研究、技术研发建立新疆干旱区现代水盐平衡调控理论，创新干旱区盐碱地生态治理模式，形成全产业链的盐碱地生态治理技术服务体系[24]。

在土壤培肥与改良技术方面国内学者主张 “淡化肥沃层”，在不减少土体盐贮量的前提下，通过提高土壤肥力，以有机肥对土壤盐分进行时、空、形的调控，在农作物主要根层，建立良好的肥、水、盐生态环境[25]。1984年陈恩凤提出 “治水是基础，培肥是根本”的观点，通过培肥改土增加土壤有机质含量[26]。1995年魏由庆通过黄淮海平原水盐均衡的分析，提出加强利用有机肥来调控土壤水盐[27]。2014年王斌等在新疆玛纳斯盐碱地上依据盐碱地土壤改良剂施用方法及原料组成，进行了土壤改良剂对土壤盐分、pH值以及棉花产量的影响试验。结果表明：滴施型土壤改良剂降低土壤盐分、pH值以及提高棉花产量效果均极显著优于基施型土壤改良剂[28]。2015年李旭霖等在黄河入海口附近滨海重盐碱地上研究不同改良剂的改良效果，选用禾康、磷石膏、微生物菌肥、土生、药肥和有机肥进行试验，选择出适合于该区滨海重盐碱地上的盐碱改良剂[29]。

在工程技术措施方面，2001年王全九等根据膜下滴灌过程中土壤水盐运移特征，研究与探索利用膜下滴灌技术开发利用盐碱地的有关技术要素[30]。2009年宋绍宪等针对黄河三角洲重盐碱地生态开发模式，对 “上农下渔”和 “暗管排水”盐碱地开发技术的环境价值和经济价值进行了评价，为滨海重盐碱地的改良提供科学依据[31]。2012年于淑会等在对暗管排盐治理技术国内外研究成果分析基础上，提出暗管排盐技术应注重暗管埋设条件下的水盐运移模型研究，应综合研究排水制度与灌溉制度[32]。2014年杨树昌等为了探索盐碱地区玉米种植耕作方式，采取免耕 、深翻 +旋耕、深松+旋耕、旋耕4种耕作方式研究对土壤含水量、土壤紧实度和玉米产量的影响，证明深松 +旋耕方式的松土保墒和玉米增产效果最好[33]。2016年杨劲松等采用“基础理论+核心技术 +新型装备 +产业技术 +模式示范”一体化思路，揭示河套平原土地盐碱化形成规律与盐碱障碍生态消减机制，研发生物适应型与生态导向型盐碱地治理修复技术，研制大型排盐控盐工程设备与复合型生态调理剂产品，创建盐碱地综合治理技术体系和特色生态产业发展模式[34]。2016年贾苏卿等通过对不同耕作模式下土壤中可溶性盐分EC值的测定及其对春玉米株高、产量的影响，表明秋深松 +秋施肥 +秋旋耕 +中黑炭模式能够有效降低土壤中可溶性盐分含量[35]。

2 东北苏打盐碱地理化特征及主要成因

2.1 东北苏打盐碱地理化特征

东北苏打盐碱地有别于我国其它类型盐碱地，地形平缓，水流缓慢，排水不畅，地下水矿化度高，使大量可溶性盐分聚集于表层土壤中，是盐分迁移富集区，具有土壤交换性钠含量高、土壤板结粘重、渗透性极差、淋溶作用弱、理化性质恶劣等特殊性，治理利用难度大，其它盐碱地治理的成功技术与模式难以直接应用。

2.2 东北苏打盐碱地主要成因

2.2.1 水文因素引起苏打的累积，从而形成不同类型的苏打盐渍土

苏打盐碱地的形成与地下水位的高低和矿化度的大小有关，地下水位愈高，蒸发愈强烈，土壤积盐就愈重。随着Ca(HCO3)2的固定，地下水中盐分通过毛管水和膜状水的移动到达地表引起苏打的累积，从而形成不同类型的苏打盐渍土。另外，深层承压水中含有大量苏打，且在40～100cm土层中存在CaCO3不透水层，使得淋滤盐碱的水不易下渗，同时，由于年降水量远远小于年蒸发量，在强烈的蒸发作用下，地下水便借助土壤毛管作用上升，携带可溶性盐分向地表迁移并蓄积，使得地表土壤逐渐碱化。

2.2.2 地质地形因素为形成苏打盐渍土提供了给源

元素迁移的地球化学过程，是引起东北地区苏打盐碱聚积的重要来源，该地区土壤中钠与钾主要以铝硅酸盐形式存在，在风化过程中，形成了含钠、钾、钙、镁的重碳酸盐类，经雨水溶解后，随地表和地下水径流运动，汇集到平原与河谷等低洼积水地区，再经蒸发转化为碳酸盐而沉淀，而含钾离子和钠离子的重碳酸盐及含氯、硫的化合物则呈易溶性盐被淋洗迁移于低地，为形成苏打盐渍土提供了给源。

2.3 东北苏打盐碱地治理与利用现状

2012年安丰华等对吉林省西部苏打盐碱土碱化程度较高、土壤含盐量较高、土壤渗透性较弱等问题，研究了暗管不同深度、间距及不同深松深度对苏打碱土物理性质、化学性质及水稻生长状况及产量的影响，以及暗管改碱技术对暗管水量和水质、地下水水位和水质的影响[36]。2014年王军等在白城市镇赉县研究松嫩平原西部土地整理对盐渍化土壤的改良效果，对原耕地、盐碱地和新增耕地土壤电导率、阴阳离子总量、碱化度、pH值、有机质以及阳离子交换量等指标的差异进行研究与分析，提出在土地整理中通过完善灌溉与排水系统、将土地平整工程与深耕深松和增施有机肥相结合及采用生物措施等提升盐渍化土壤的改良方法[37]。2016年杨帆等针对东北土壤盐碱导致的生态环境恶化、限制区域生态恢复和经济发展的问题，研究东北苏打盐碱地形成机理及障碍消减机制，研发适用于苏打盐碱地治理的微生物、植物种植与修复关键技术，研制盐碱地治理工程装备，建立苏打盐碱地综合治理模式[38]。2017年王景立等结合CAS相关理论进行盐碱地机械化深松作业改良的分析，设计了适合盐碱地改良的相关机具，并考虑配合化学改良剂的施撒与深松设备的配套使用，增大土壤孔隙度，阻止土壤返盐，为盐碱地改良提供了相关技术与装备[39]。

3 结论与展望

基于上述研究成果与东北苏打盐碱地生态特征，本文结论如下。

国内外学者在盐碱地整治技术与装备研究方面，重理论技术研究，而轻装备研究，且改良技术单一，综合运用多项技术措施很少。在理论与技术研究方面探索与形成了盐碱地成因、水盐运移规律及脆弱生态修复机理等，针对不同盐碱地类型研制与筛选出了相应的改良剂，在农艺技术方面培育与筛选了一些耐盐碱植物。在工程方面方面主要包括整平土地、建立完善的排灌系统、深翻改土、换土、淋洗、淤积等措施。在耕作方面采取深耕细耙、增施绿肥和发展节水农业等措施。

单一的治理技术措施，对东北苏打盐碱地整治效果差、效率低、投资高，应综合运用工程手段、化学手段与生物手段，将化学良剂的施用、作物秸秆根茬培肥与土壤耕作装备相结合。

注重工程装备的研制，研制适于东北苏打盐碱地生态整治系列工程装备，如深松与改良剂喷施复式作业机、秸秆亚表层翻埋复式作业机、组合非驱动水稻秸秆压埋复式作业机等，为盐碱地生态治理提供工程技术与装备。