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【干货】盐碱地改良技术大盘点

访问次数:1958 录入时间:2016-07-18 03:01:04

“ 盐碱土是各类盐土、碱土以及不同程度盐化和碱化土壤的统称。由于土体中含有大量盐碱成分,并具有不良理化性质,致使植物生长受到抑制,甚至不能生长。

据农业部第二次全国普查统计资料显示,我国盐碱土资源总面积约为3467×104 hm2,居世界第三位,而目前已开垦种植的盐碱土面积仅为577×104 hm2,此外,我国耕地中盐碱化面积达到920.9×104 hm2,约占耕地总面积的6.62%。作为我国重要的后备耕地资源,改良和利用盐碱地对补偿日益减少的耕地面积、保障国家粮食安全具有重要意义。

盐碱土在我国分布广泛,其中西北、华北、东北及沿海是我国盐碱土的主要分布区域,受区域气候、地形、母质、水文地质及生物等因素的影响,盐碱土类型多样,且具有明显的季节性、强烈的表聚性、较高的异质性、类型的复杂性以及积盐和脱盐的反复性等特点。

依据地区的差异,盐碱土可分为滨海盐土、黄淮平原盐渍土、松嫩平原盐碱土、半荒漠内陆盐土及荒漠盐土。土壤水分是盐分的溶剂也是盐分运动的载体,盐分在土壤中运动具有“盐随水来,盐随水去”特点。受土壤类型、气候条件、地形及地下水等因素影响,土壤水盐运移规律表现出明显的区域性特点,以环渤海季风气候区为例,该地区春季蒸发量大、降雨量少,深层土壤盐分在水分驱动下逐渐向表层聚集,土壤表现为爆发式积盐;夏季,降雨量逐渐增大,降雨淋洗使土体表现为淋盐;秋季随着降雨减少,但蒸发量依然较大,土壤也表现为积盐,但没有春季强烈;冬季,土壤出现冻结,深层土壤盐分随水分向冻层迁移,这个“潜在式”积盐过程又为来年春季土壤“爆发式”积盐创造了条件。

盐碱土和土壤水盐运移的特点决定了盐碱土改良利用的复杂性和多样性。盐碱土改良应以因地制宜和综合改良为基本原则,并且在排盐、隔盐和防盐的同时,积极地培肥土壤,以达到盐碱土高效利用的目的。

“ 目前盐碱地改良措施包括农业技术措施、农田水利措施、化学改良措施和生物改良措施等。

一.农业技术措施

物理改良措施主要通过客土、平整土地、地表覆盖以及耕作措施等方法以改善土壤结构增强土壤渗透性、减少蒸发、来提高土壤盐分淋洗效率。

以上措施中,客土措施最为有效,但由于高昂的成本,在盐碱地改良措施中一般不被采用;地表覆盖措施是目前最常用的改良措施,地表覆盖切断了土壤水和大气之间的交流,可有效地抑制土壤水分蒸发,降低盐分在表层积累。其中覆盖材料、覆盖时间以及覆盖量等对土壤水热盐动态有显著的影响,地膜覆盖可使土壤水蒸气回流,并对表层盐分具有有效的淋洗作用,随覆盖时间延长,土壤表层脱盐效率有增大趋势,在干旱地区以及春季干旱季节,提早覆膜有利于抑制土壤表层盐分积累;此外,秸秆覆盖对土壤盐分也具有较好的抑制作用,同时,还增加土壤有机质,提高土壤肥力,对调节土壤水盐状况有重要作用;其他的覆盖物也被利用于盐碱地改良,如水泥硬壳覆盖和沙石覆盖等,它们对减少土壤无效蒸发,调节盐分在土体中的分布,促进春播作物出苗等方面皆有一定作用。

二.农田水利改良措施

农田水利改良措施是依据“盐随水来,盐随水去”的基本原理,利用淡水淋洗的措施淋洗土壤盐分,后经过排水措施把盐分排出土体,并降低地下水位,减少盐分在土壤表层累积,以达到改良盐碱地的目的,这是目前盐碱地改良中最有效的措施。

采用井、沟、渠相结合,或在地下水位较高地区埋设暗管等水利工程措施,利用较多降雨、地表水灌溉或机井抽提地下水灌溉,可以将表层土壤中的盐分淋洗到耕层以下,同时产生较大的地下水位降深,在强烈返盐季节控制地下水位在临界水位以下,以减轻表层土壤返盐。我国在水利工程改良盐碱土方面做了大量的工作,取得了瞩目的成绩,特别是在我国黄淮海平原地区的井灌井排,排、灌、蓄、补综合运用,滨海地区暗管排盐,雨水、地面水、土壤水和地下水的统一调控,均极大地加速了干旱、洪涝、盐碱及咸水的综合治理过程。

三.化学改良措施

盐碱土尤其是碱土中Na+被土壤胶体的吸附后,会导致胶体相互排斥和颗粒分散,土壤表现出湿时黏、干时硬、通气透水和适耕性能差等物理性质,土壤碱化严重。通过向土壤中使用化学改良剂、有机肥可降低甚至消除这些不利影响,改善土壤理化性质。一般常见的化学改良剂包括石膏、氯化钙、硫酸钙、硫酸铝硫酸以及硫等,这些改良剂对以Na+为主的碱土具有良好改良作用,改良剂中二价阳离子如Ca2+,Mg2+可代换多余的交换性Na+,减少其吸附性,促进土壤颗粒凝聚,改善土壤结构,增强土壤渗透性。据研究通过施用化学改良剂,耕层土壤微结构中大粒级颗粒比重增大,毛管孔隙数量增多,土壤持水能力降低,而供水能力增强。通过施用石膏、过磷酸钙等含钙较高的化学改良剂,盐碱土尤其是碱化土耕层中可交换性Na+含量和碱化度明显降低。不同性质的化学改良剂,对盐碱土改良效果不同,其中石膏对碱土的改良效果优于有机肥,有机肥对盐土的改良效果优于石膏。虽然化学改良剂有效地改善土壤结构,但必须配合一些水利措施,以排出多余可溶性的Na+,以减少Na+对土壤不利影响,达到改良的效果。

四.生物改良措施

盐碱地的生物改良通过引种、筛选和种植植物来改善土壤物理、化学性质和土壤小气候,从而达到减少土壤水分的蒸发和抑制土壤返盐目的。

有些改良植物具有较大的生物量和良好的耐盐性能,地上部分收获可移走大量盐分。研究表明:种植碱蓬后,深层土壤Na+每年每亩土地可减少128kg;有些植物可通过其发达的根系改善土壤结构和增强土壤渗透性,以促进水分的入渗和盐分淋洗;有些深根植物可通过水分吸收可使地下水位降低,缓解了部分土壤积盐。通过生物改良措施增加了土壤表层覆盖度,调节了土壤微气候,从而减少了水分蒸发和抑制了盐分积累,同时植物根系的生长改善了土壤结构提高了盐分淋洗效果,地上部分生物量返回土壤后又能增加有机质,改善土壤结构和提高土壤肥力。但是生物改良也有其局限性,每种植物具有自己的耐盐范围,因此在耐盐植物引进和种植的过程中,必须配合其他改良措施和肥料管理,为修复植物生长创造适宜的土壤水盐条件。

在盐碱地改良中,应根据盐碱地分布区气候、地形和土壤等条件,合理选择的改良措施,并且各项措施应相互配合使用已达到综合改良盐碱地,促进土壤水盐动态的良性循环。而各项措施均需要灌排工程措施的配合才能达到改良盐碱地的目的,充足的淡水是以上改良措施的重要保证。但在盐碱土分布区淡水资源严重匮乏限制了以上措施的实施,该地区丰富的浅层地下咸水和劣质水的开发和利用逐渐被人们所重视。

五.咸水利用改良盐碱地

1. 微咸水灌溉改良盐碱地

在淡水资源匮乏的背景下,盐碱土分布区丰富的地下咸水可被看作为农业可利用的水资源,研究表明:咸水灌溉可在一定程度上缓解由于淡水不足造成的干旱问题,甚至可在不影响土壤性质的情况下,实现作物增产。但如果利用不当则会造成土壤退化和作物减产。目前,国内外针对咸水灌溉的灌溉水量和水质、灌溉方式及对土壤水盐动态影响等方面开展了大量的研究工作。研究表明:一定矿化度咸水的入渗可有效地淋洗土壤盐分,随入渗水量的增加,土壤的脱盐深度逐渐加深。利用咸水进行灌溉时,咸水含盐量越高则应相应增大灌水定额,以减少盐分在表层土壤滞留。利用咸水进行灌溉过程中,灌溉水带入土壤的盐分在土壤中累积与淋洗交替进行,当灌溉水矿化度大于3 g L-1,则有不同程度的积盐。此外,咸水的SAR(钠吸附比)水平对土壤理化性质也具有重要影响,咸水灌溉过程中,咸水的入渗对土壤具有双重作用,一方面灌溉水中的盐分有利于稳定土壤孔隙结构,提高土壤导水通气性,随咸水矿化度增加,咸水入渗加快;而另一方面,如果灌溉水中钠离子比例较高时,则会导致土壤颗粒分散,土壤导水通气能力下降。

此外,咸水灌溉的关键是选择适当的灌溉方式,目前,灌溉方式主要包括漫灌、沟灌、喷灌和滴灌,其中滴灌比其他灌溉方式能更好地调整根区土壤盐分状况和获得更高的产量,同时可大大减少水资源的消耗。同一个地方可能会有不同矿化度的水源,利用不同水质咸水的方式主要包括直接咸水灌溉、咸淡混灌和咸淡轮灌,以尽量减少咸水含盐量和节约淡水为最终目的。合理的咸水利用方式应根据当地气候、土壤、水源条件及作物的耐盐性等来确定。

2. 冬季咸水结冰灌溉改良盐碱地

咸水结冰灌溉技术针对盐碱地分布区地下咸水矿化度较高而不能直接用于灌溉的现实,通过冬季抽提当地地下咸水进行灌溉,在地表形成咸水冰层,依据春季咸水冰融化过程中咸淡水分离入渗的原理进行盐碱地改良。由于咸水结冰灌溉的咸水来源于当地的地下咸水,融水入渗之后,咸水中盐分和部分淋洗的土壤盐分又回流至地下水,没有外来盐分进入农田系统,因此咸水结冰灌溉在重盐碱区是安全和有效的改良措施,它实现了盐分在土壤和地下水中的循环。研究表明:咸水冰融化入渗盐碱土过程中,后融化出的微咸水和淡水的入渗,对土壤盐分具有较好的淋洗效果。冬季咸水结冰灌溉时,灌水时期以抽提的地下咸水能够稳定结冰气温的时间来确定,以河北省环渤海区为例,咸水结冰灌溉时期为1月上旬当气温低于-5℃时,此时抽取的地下水含盐量为12g/L左右,能够稳定结冰。咸水结冰灌溉的水量以土壤含盐量和灌溉定额方程而定。河北省环渤海区,利用12 g/L的咸水进行冬季结冰灌溉可有效淋洗0-40 cm土壤盐分的水量为180mm。融水完全入渗后,根层(0-40 cm)土壤盐分含量可由高于1%迅速降至0.3%以下,此时配合春季地膜覆盖措施,可将土壤盐分维持在0.4%以下,保证了作物(棉花)整个生育期正常生长,并且当年便可获得理想的作物产量。

“ 总之,盐碱地的改良应遵循因地制宜、综合治理的基本原则,依据区域气候特点、作物生长发育规律及土壤水盐动态规律,选择合理的改良措施。

撰稿人:中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心

郭凯 刘小京 刘金铜

来源:生态修复网公众号

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