淺談不同材料在鹽漬化土壤改良中的應用

張海歐

（1陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西省土地整治工程技術研究中心，西安710075；2西安理工大學水利水電學院，西安710048）

0 引言

根據第二次全國土壤普查資料，中國現有鹽土0.16億hm2，堿土86.66萬hm2，不同類型的鹽化堿化土壤大約0.18 億hm2。迄今為止，中國尚未得到有效開發利用的鹽漬土面積大約有80%，有著巨大開發潛力[1]。如何改良鹽堿地，提升土壤肥力水平，增加作物產量，一直是土地整治工作的重要內容，這對于守住“18 億畝耕地紅線”和維護國家糧食安全都具有重大意義。人們嘗試著用各種方法來改良鹽堿地，包括工程手段、化學改良和生物改良等措施，但這些改良措施往往因投資大、成本高，改良效果欠佳，需要多措施密切配合，尤其是生土熟化、肥力提升對于鹽漬化土壤改良與作物生長著不可替代作用。

在鹽堿地整治工程中，單純水利工程、地面平整等工程措施難以在短期內獲得令人滿意的效果，必須配合生土熟化、肥力提升措施，才能體現工程效益，促進鹽漬土地區作物健壯生長，改變其生理機制與理化方向。土壤改良材料作為一種新型、高效、經濟的土壤改良措施，在一定程度上改善土壤的理化性狀，抑制土壤的鹽漬化，同時改良材料的施用有利于土壤養分的積累，也能夠有效提高作物產量。目前，國內外土壤改良材料種類繁多，復合改良材料的性質、組成、作用機理及其施用效果差異較大，在不同地區的適用性也大不相同。本研究主要針對中國農業發展急需解決的生產實際問題，論述鹽漬化土壤不同改良技術及不同改良材料的功能及適用性，以期為鹽堿地的改良和地力提升提供參考。

1 鹽漬化土壤改良技術

選擇科學、合理的改良方法對成功治理、改良鹽堿土非常關鍵[2-3]。目前，全世界科學家分別從物理、化學、生物等多角度對鹽堿土的治理做出了大量的嘗試和試驗，獲得和積累了大量較為成功、成熟的經驗與方法，為鹽堿土的治理提供了豐富的案例借鑒和理論支撐。

1.2 耕作改良技術

鹽堿地具有土壤容重偏大、透水透氣性差、結構緊實、土壤團粒結構較少等特性，因此對其進行改良與利用較為困難。鹽堿地改良過程中采取的耕作措施并不能改變土壤內水鹽組成，而是主要使土體耕作層的土壤顆粒進行了重新排列。適宜的耕作措施對于改善土壤結構、培育熟化耕作層，調整土壤三相組成、增加透水透氣性和孔隙度等特性具有促進作用[4]。

1.3 地表覆蓋技術

地表覆蓋（包括地膜覆蓋和秸稈覆蓋等）可有效阻止土壤水分與大氣間的直接交流，減少土面蒸發，減弱表土水分上行，抑制鹽分表聚，增加土壤有效含水量，改善土壤水熱狀況，活化土壤養分，提高作物產量等作用已在許多試驗研究中得到證實，是鹽堿土改良的一種重要手段[5-6]。

1.4 水利改良技術

水利改良方法是有效的鹽堿土改良方法，主要通過合理規劃、設計及修建田間灌溉和排水渠系，以有效提高鹽堿土的脫鹽效果；但這種方法存在一些問題：工程量及投資較大、洗鹽需水量較大，排水系統受地形限制等[7]。

1.5 植物改良技術

植物改良修復技術是主要通過植物根系生長，可改善土壤物理性狀，吸收、富集土壤鹽分減少土壤水分蒸發，從而防止土壤返鹽；土壤堿性可以通過根系分泌的有機酸得到中和。

鹽生植物是鹽堿地的先鋒物種，其耐鹽性強，耐瘠薄、能耐受一般農作物不能適應的高鹽土壤。部分鹽生植物是優質的牧草，其嫩枝葉可做蔬菜，種子可榨油，保健價值極高，而且種植鹽地堿蓬可明顯降低土壤含鹽量[8]。此外，輕度、中度鹽堿化耕地，可以種植一些耐鹽堿的經濟作物，如糜子等作物進行改良。

1.6 工程改良技術

通過設置隔鹽層的方式改良鹽堿土，具有顯著的隔鹽、抑鹽作用。隔鹽層一般采用礫石、粗砂、秸稈等可形成大孔隙的材料構建，并通過鋪設土工布等措施防止孔隙被細小的土壤顆粒填充。隔鹽層的設置有利于隔鹽層上方土體的水分入滲，上層土體內的鹽分隨水被淋洗到下層土體；同時，通過設置隔鹽層可使土壤原有的毛管空隙切斷，從而阻隔深層土壤鹽分通過水分蒸發向上返鹽的過程，有效的防止了淺層土壤的返鹽過程。

2 不同改良材料在鹽漬化土壤中的應用

土壤改良材料作為一種新型、高效、經濟的土壤改良措施，正在進行大面積的推廣使用。鹽漬化土壤改良與修復措施主要有物理、化學、生物以及水利工程等，其中化學改良劑是主要修復措施之一，土壤改良材料能夠調節土壤的酸堿度，使土壤鹽分離子的淋洗率及土壤有機質、氮、磷、鉀的含量增加，同時使土壤鹽分降低。鹽堿土改良是一項復雜、難度大、耗時長的工作，緊靠單一的治理措施無法徹底解決問題，必須結合耕作、地表覆蓋、改良材料等綜合措施，從多方面不斷研究和探索鹽堿土的改良治理方法，使用不同材料改良鹽漬化土壤就是化學改良技術。

2.1 脫硫石膏

石膏在土壤改良中作為一種普遍的、傳統的化學改良材料，國內研究者對其改良作用及機理進行了大量研究，結果表明石膏能夠使土壤的滲透速率、脫鹽率及孔隙度等指標提高，同時能夠使土壤的pH值、堿化度和容重等指標降低，從而使土表不易結殼，石膏改良堿土成功的經驗，已經被眾多學者所認同[9-10]。

一般對pH值偏高的土壤采用石膏進行改良，用石膏中的鈣離子置換出吸附在土壤膠體上的鈉離子，并在灌水淋洗的作用下，將鈉離子淋洗到作物根層以外，從而使鈉離子對土壤顆粒的分散程度減輕，土壤pH值降低，為作物生長創造良好的土壤水鹽環境[11]。脫硫石膏的主要成分為CaSO3、CaSO4，性質與天然石膏相類似，并含有豐富的Ca、S、Si等植物必需的礦質營養，能夠替代天然石膏改良鹽堿土壤。有關研究表明：采用脫硫石膏進行鹽堿土改良并種植油葵時，脫硫石膏改良的深度一般設為20～30 cm，建議采用犁翻后再旋耕的方法，將有利于提高改良效果并促進油葵的生長發育[12]。

2.2 腐殖酸

腐殖酸能通過改良土壤膠體吸附性陽離子的組成，改善土壤結構，防止返堿，同時調節土壤pH值，改善土壤營養狀況。腐殖酸為泥炭中提取的，腐殖酸含量為40%。

2.3 有機肥

施有機肥能夠顯著提高鹽漬化土壤中有機質含量、速效養分含量以及作物的產量，鹽堿土的堿性可以通過有機肥腐化過程中產生的腐殖酸等酸性物質進行中和。

2.4 新型改良劑

當前聚丙烯酰胺（Polyacrytamide，簡稱PAM，分子式[C3H5ON]n）是在土壤化學改良與調控的技術中運用較為廣泛的化學材料。PAM是一種高分子聚合物，由丙烯酰胺（Acrylamide，簡稱AM）均聚或與其他單體共聚而成，其分子量有大有小，在農業領域中一般選取中低分子量。聚丙烯酰胺在農業領域具有廣泛的用途，利用聚丙烯酰胺可以進行植物保鮮及運輸、植樹造林、作物栽培等。聚丙烯酰胺具有無毒無味，無殘留，不污染植物、土壤和地下水，不會改變土壤的酸堿度等特性，最終分解物為水、二氧化碳、氨態氮等[13]。

PAM 抑制土壤水分蒸發的機制主要源于其分子結構的特性，即結構單元中含有酰胺基，易形成氫鍵，使其具有良好的水溶性，并且可與許多物質產生親和、吸附、水解、降解交聯等化學反應，通過氫鍵和水分子使親水基團結合，使厚度為 0.5～0.6 nm 的 2～3 個水分子層在表面形成，使高分子的網束展開，呈現出顯著的絮凝、團聚作用；由于有一定數量的親水離子在網內結構中，使離子濃度差出現在三維空間網內外，從而滲透壓產生在網狀結構內外。在滲透壓的作用下，水分子滲入網內，此時限制了水分子的運動，進而抑制了土壤水分的蒸發；通過分子結構中的基鍵與土壤顆粒間形成吸附力，維系土壤結構，抑制土壤水分蒸發，提高土壤入滲率，減小地表徑流，增強土壤保水保肥能力，最終達到作物增產的目的[14]。

PAM 作為一種土壤調理劑在非鹽漬化土壤上的應用已比較普遍，如PAM在0～2 g/m2范圍內添加可以減小土壤體積質量，增強土壤的吸水和釋水能力，抑制土壤蒸發量，增加土壤的持水性能[15]；經過PAM 處理的土壤，其累計蒸發量減小4.12%～14.46%，田間持水量增加20.68%～33.71%，毛細管持水量增加18.41%～29.04%，最大持水量增加18.62%～29.70%[16]；PAM用量多少對土壤顆粒水分蒸發影響顯著，用量越大對蒸發的抑制作用越強[17]；PAM與砂土和壤土按不同比例混合后飽和導水率分別下降23.2%～95.3%、21.1%～91.5%[18]；黃綿土中飽和導水率均呈降低的趨勢，且隨著PAM 用量的增加，土壤飽和導水率越來越小[19]。Nadler 等[21]測定了粘壤土施用PAM 后，土壤水穩性團聚體較對照土壤高3～4 倍[20]。PAM 能夠絮凝細小土粒，穩定土壤結構。PAM對土壤物理性狀的影響研究結果表明：在一定濃度范圍內施用PAM可以使土壤團聚體的含量顯著增加，土壤內部孔隙增多，總孔隙度增大，土壤氣孔結構得到改善，土壤容重也隨之降低[22]。

將PAM 與非鹽漬土、輕度及中度鹽漬土混拌后，進行室內灌溉模擬試驗，試驗結果表明：非鹽漬土、輕度及中度鹽漬土中施用PAM后土壤團聚體含量、孔隙度及毛管孔隙度都有所提高，土壤容重減小，水分蒸發減少[23]。此外，室內研究發現，適量的鹽分可增強PAM 對土壤顆粒的吸附、團聚作用，但如果土壤鹽分含量過高，那么PAM對土壤的改良作用不再有效[24]。

3 結論

鹽漬化土壤的改良與調控一直以來都是世界性研究的熱點問題，然而鹽漬土的改良僅僅采取任何單一的治理措施無法徹底解決問題，根據“因地制宜、就地取材、經濟可行”的原則，在水利改良的基礎上，結合耕作、化學改良等措施，從多方面探索鹽堿地改良治理的方法，才能快速的改良鹽堿地，有效改善生態環境。以上不同土壤改良材料，其單一施用后的改良效果，有的已經開展了較為系統的應用研究[25-26]，有的則尚處于起步階段[27-28]，復合改良材料在功效上存在互補效應，以不同方式組合后對土壤理化性質、肥力提升、作物增產等方面的影響機制仍有待進一步的探索。