盐碱地改良技术研究现状与新发展

2019-02-11郭圣浩

山西水土保持科技 2019年4期

郭圣浩

（山西省水土保持生态环境建设中心）

山西省共有盐碱地30万hm2，占平川土地面积的9.9%，是全省重要的后备土地资源。研究优化盐碱土壤改良技术，对于合理利用盐碱地，提高盐碱地农业生产力，缓解我省耕地少、后备土地资源不足，实现农业可持续发展具有重要意义。

现有的盐碱地改良技术，主要包括化学改良、生物改良、工程改良及农业措施改良。多年来，我省科技部门的研究人员，开展了卓有成效的盐碱地改良研究及技术推广工作，取得了显著成效。但也存在着一些问题：如化学改良易产生土壤次生污染，生物改良见效慢、周期长，工程改良费用高，农业措施改良分散、优化整合进展缓慢等。而覆膜滴灌技术，不但节水效果显著（焦艳平等，2008），还能显著降低盐碱地植物根区土壤盐碱度（Wan Setal.，2013），提高土壤氮磷等养分活性（Wang R etal.，2015），促进作物生长，提高土地生产力。植物根区加气作为一种新型技术，能减轻盐胁迫对植物的损害（BhattaraiSPet al.，2005），降低植株体内Na+的积聚（Letey et al.,1961），提高盐土地产量和水分利用效率（Bhattarai SPetal.，2009）。目前，我省有关盐碱土壤覆膜滴灌技术研究还相对欠缺，灌溉制度仍不完善，覆膜滴灌和植物根区加气技术的综合应用还未正式开展，故应加强这方面的技术研究与推广应用。

1 盐碱地改良技术研究现状

盐碱地是在不利的气候、地形、土壤质地、水文等自然条件下，造成易溶性盐类在土壤中重新分配并聚集到表层形成的。当然，水土资源的不合理开发及粗放的农业耕作制度，也是土壤产生盐碱化的重要因素。新中国成立以来，我国科技工作者在新疆、宁夏、内蒙古河套地区、东北松嫩平原及辽河三角洲等地，开展了大规模的盐碱地资源考察、勘测垦殖、改良利用等实践活动，为盐碱地改良技术研究与发展奠定了基础（杨劲松等，2008）。近年来，干旱半干旱地区盐碱地改良，主要从改善土壤环境、合理利用水土资源、培育耐盐植物等方面进行（王佳丽等,2011）。具体改良技术可分为以下几类：

1.1 化学改良技术

化学改良技术是向土壤中添加化学改良剂，通过土壤生物化学反应，达到降盐降碱目的。化学改良剂主要包括三大类：一是含钙物质。如石膏、磷石膏、亚硫酸钙等，其通过钙离子与土壤中碳酸根离子、碳酸氢根离子进行反应，与土壤胶体吸附的钠离子进行置换，进而降低土壤盐碱度；二是酸性物质。如黑矾、风化煤、糠醛渣等，其氢离子可中和土壤中碳酸根离子和碳酸氢根离子，降低土壤pH值（CuiX et al.，2014）；三是保水剂。如PAM等，其通过提高土壤入渗性能，使土壤中的盐分离子得到迅速淋洗（郭建忠，2017）。研究表明，盐碱地施用脱硫石膏与有机物混合物（Liu X etal.，2015；王立志等，2011）、硫磺（吴曦等，2007）、脱硫石膏与国产DS改良剂混合物（郑普山等，2013；Wang R etal.，2011），均能显著降低土壤pH和盐碱含量。随着改良年限的增加，脱硫石膏能显著改善植物光合特性，促进作物生长并提高产量（郭相平等，2016；邹璐，2012）；风化煤、糠醛渣等具有较强的抗旱、抗盐渍能力，能显著改良土壤理化性质（崔向超等，2014；木合塔尔·吐尔洪等，2008）。

目前，化学改良技术存在的主要问题是：单一施用化学改良剂对盐碱土改良效果不明显，且只局限在较小的区域内，但针对某些特定盐碱成分的效果较为显著（肖克飚，2013）。另外，化学改良剂用量大、成本高，改良效果难以持久且副作用明显，部分改良剂会造成重金属元素在土壤和植物体内富集累积，从而导致二次污染（王立志等，2011；邹璐，2012；赵辉，2016），对人体健康产生负面影响，制约绿色农业发展。

1.2 生物改良技术

生物改良技术是通过建设防护林，筛选、培育、种植耐盐碱植物及绿肥，来改变土壤理化性质，达到治理盐碱地的目的。郑普山等（2012）在我省大同、朔州等地，多年连续栽培苜蓿，结果发现盐碱地土壤脱盐效果显著。研究发现，种植老芒麦、扁穗冰草、碱茅、红豆草、苜蓿、聚合草等多种耐盐植物，可促进盐碱地土壤团粒结构的形成，增加表层土壤含水量，提高土壤有机质、速效氮和速效磷含量，0-20 cm土层平均土壤脱盐率可达31.1%（Liu X etal.；2013；赵芸晨等，2005；李志丹等，2004）。邢尚军等（2003）研究发现，在重度盐碱地上段栽植白刺，植被覆盖率提高后，盐碱土迅速脱盐，造林5 a后0-20 cm表层土壤含盐量显著降低，土壤容重显著减小。

生物改良能获得较好的生态效益和经济效益，但改良周期较长，见效较慢（QadirM etal.，2007）。

1.3 工程改良技术

工程改良技术是通过平整土地、完善排灌系统、客土、排水、盐分淋洗等工程实施，直接对盐碱地水分、盐分进行调控，从而达到改良利用。王涛等（2012）进行的暗管改碱工程研究，发现暗管能将地下水位控制在临界深度以下，随着暗管洗盐排碱的进行，土壤的pH、电导率、总碱度、钠离子吸附比等指标呈现下降趋势。研究还发现，在地形低洼、排水不畅、地下水矿化度低的地区，采取井灌井排，即利用水泵从机井内抽取地下水灌溉洗盐，不仅可降低地下水位，而且可起到灌溉、排水的双重作用；在地下水矿化度较高的地区，采用开沟排水，通过挖沟、垫高、修筑高台田等途径建立排水系统，能降低地下水位，促进土壤脱盐和防止返盐；在有条件的地区利用洪水淤灌对盐碱地洗盐，可蓄水于土壤，扩大再生性水资源，土壤盐碱化改良效果显著（郑必昭，1999）。

工程改良技术能使土壤性质短期内发生明显改变，促进植物生长，但存在工程规模大、占用土地多、浪费水资源、投资多、养护工作量较大、运行维护费用较高等问题（阿吉艾克拜尔等，2013）。

1.4 农业措施改良技术

农业措施改良技术是在不同立地、植被条件下，采取整地、深耕晒垄、中耕除草、地表覆盖、增施有机肥等措施，减轻土壤盐分对作物的危害，属现代科学的农业耕作制度。研究表明，通过筛选耐盐的巨大芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌优势菌株，制成微生物有机肥，施用于盐碱地玉米栽培，能显著增加土壤微生物数量，改善土壤理化性质，玉米产量比施用化学改良剂增加50%（高亮等，2011）；施用酸性有机肥、微生物复混肥，能促进盐碱地土壤团粒结构形成，起到改良土壤作用（严慧峻等，2008）；秸秆及薄膜地表覆盖，可有效减少土壤水分蒸发，抑制盐分向表层聚集，从而减轻土壤表层盐渍化（付国占等，2005；赵永敢等，2013；王曼华等，2017；范富等，2015）。金辉等（2017）在怀仁县，采用全膜双垄沟模式调控根区水盐分布，结果发现能显著提高玉米产量。

农业改良技术不受地形限制，且费用小、见效快，适宜大面积推广。与化学、生物、工程等改良措施综合使用，具有更加简便、经济、高效的特点。目前，农业措施改良方法多样，需要进一步优化集合其他改良技术，才能充分挖掘盐碱地潜力，为粮食安全作出更大贡献。

2 覆膜滴灌技术和植物根区加气技术

2.1 覆膜滴灌技术

覆膜滴灌技术作为一种高效的农业节水灌溉技术，已成为干旱半干旱地区节约农业用水的首选技术。滴灌通过毛管将水以滴状直接输送到作物根部，均匀、定时、定量浸润作物根部区域，根部土壤垂直受水面积小、侧向侵润面积大，灌溉水进入土壤后能使盐分溶解，并向滴头四周迁移（Tanwar BS，2003）。覆膜种植具有减少土壤水分蒸发，抑制盐分向表层运移等优点（王全九等，2001）。覆膜滴灌技术将覆膜种植与滴灌相结合，兼具两者优点，可明显改变作物根区土壤水盐环境，进而促进作物生长。王全九等（2000）通过试验和模型模拟相结合的方式，评价了不同覆膜滴灌条件下盐碱地土壤水盐变化规律，结果表明，覆膜滴灌对表层土壤具有洗盐作用，在根区土壤0-40 cm（根系主要分布区）内形成淡化脱盐区；特别是地下滴灌，能显著提高土壤耕作层的脱盐率（孙三民等，2015）。但如果滴灌方式、灌水量、灌水频率设置不当，则会造成土壤次生盐渍化，必须根据不同气候、土壤类型确定滴灌参数（王振华，2014）。目前，有关我省盐碱地农业灌溉相关参数的研究还相对欠缺。

土壤微生物是反映土壤质量和肥力的重要指标（O′Donnell AG et al.，2001），其通过分泌土壤酶（Magnuson TSetal.，1992），参与土壤养分循环，在土壤物质转换和能量流动中起驱动作用（Tabatabai MA etal.，2002；王岳坤等，2005）。盐碱地土壤的盐分胁迫，严重制约了微生物活性（张瑜斌等，2008），是造成盐碱地土壤肥力低的重要原因。滴灌作为一种流量较小的局部灌溉，会使作物根区的土壤干湿交替，从而增强养分活化（BorkenW etal.，2009），促进土壤耕作层细菌、放线菌和真菌生长（Liu Jetal.，2014）。另外，覆膜滴灌还能显著促进植物根系生长（董彦红等2016），促进根系与土壤微生物交互形成根菌共生体（RydlováJetal.，2016），并能有效促进植物对土壤养分的获取和吸收（Malamy JE，2005）。据研究推断，覆膜滴灌除了具有明显的洗盐作用外，还可能通过促进植物根系和土壤微生物活动，形成根菌共生体，进而提高盐碱地土壤盐分吸收，降低耕作层土壤盐分。

2.2 植物根区加气技术

植物根区加气技术，是采用加气装置连接地下滴灌系统，把掺气水输送到作物根区进行灌溉，通过调控土壤气体环境，改善植物根系和土壤微生物呼吸，间接影响土壤理化性质，促进植物生长。这种灌溉，又称为地下氧灌（Subsurface Oxygation）、掺气地下滴灌（Aeration Subsurface Drip Irrigation）或注气灌溉（Airjection Irrigation）（BhattaraiSPetal.，2005）。20世纪40年代末，Melsted SW等人（1949）已经开展了作物根区加气试验。近年来，又发展创新了灌后通气、水气同步灌溉、掺气灌溉、化学加氧灌溉等多种土壤气体调控技术（Heuberger H etal.，2001；LiY et al.，2016），并进行了不同土壤和植物生长的应用研究。目前，相关加气技术的农业生产推广已有报道（Friedman SPand Naftaliev B，2012）。研究表明，根区加气能显著提高植物根系和土壤微生物的生长（Pendergast Letal.，2013），活化土壤养分（NiuWQ et al.，2012），显著促进番茄、黄瓜、棉花、大豆等作物生长，并提高产量、品质和水分利用效率（BhattaraiSP etal.，2004，2006，2008；Li Y etal.，2016）；根区加气能减轻盐碱土壤对植物叶肉细胞和根系表皮细胞的损害（Bhattarai SP，2005），降低植株体内Na+积聚（Letey，1961），提高盐土作物的产量和水分利用效率（BhattaraiSP，2009）。