土壤鹽漬化成因危害及恢復

趙起越 夏夜 鄒本東

(北京市生態環境監測中心，北京 100048)

引言

土壤鹽漬化指土壤中鹽類物質的積累，如礦物質的沉積、含鹽地下水位的升高等，土壤鹽度與土壤中高濃度的可溶鹽及低比例的可交換鈉離子(Na+)有關，按照美國土壤鹽度實驗室定義，25℃時土壤飽和溶液電導(EC)>4ds·m-1,可交換Na+比率(ESP)<15%,稱為鹽漬化土壤[1]。廣義的鹽漬土包括高鹽土、高鈉土及高堿土。鹽漬土壤破壞了土壤自然生物、生物化學及風化地質周期的規律，導致土壤特征惡化及質量下降，農業資源利用率降低，農作物減產，生態環境、社會文化及人類健康都受會到很大影響，嚴重阻礙國民經濟的發展[2,3]。土壤鹽漬化問題不僅與土壤資源和生態環境有關，同時關乎人類生存與發展。了解土壤鹽漬化的成因及特征，針對性地采取措施，并進行有效的緩解對徹底解決土壤鹽漬化難題，保證農業生態可持續發展具有積極的社會和經濟效益[4,5]。

1 鹽漬化土壤的分布

土壤鹽漬化問題在全世界普遍存在，干旱和半干旱地區尤為顯著。根據聯合國糧食及農業組織(FAO)統計，全球鹽漬土面積約11億hm2，占總土壤資源的3%，而且還在以200萬hm2·a-1的速度增加。在干旱區及半干旱區有18%～43%土壤鹽漬化造成糧食減產，全球多個國家受到影響，其中，巴基斯坦、中國、美國、印度、阿根廷、蘇丹等國家情況較為嚴重[6]。土壤鹽漬化對農用地影響最大，100多個國家1/3農用地土壤受鹽化影響變為鹽漬土，近20a中，世界平均每天有2000hm2農田變為鹽漬土地，大多數集中在中亞阿拉伯海盆地、印度恒河流域、巴基斯坦印度河盆地、中國黃河流域、伊拉克-敘利亞幼發拉底河流域、澳大利亞莫雷-達利河流域、美國加州圣華金河谷、歐洲地中海沿岸、非洲東、北部及墨西哥東北部[7]。

全球耕地中23%耕地土壤鹽漬化，可用地10%為鹽漬土。1990年灌溉農用地2.27億hm2，其中20%～50%受鹽漬化影響；2012年，灌溉農用地增加到3.24億hm2，鹽漬土仍占20%。20世紀90年代，農業鹽漬化每年耗資120億美元。2013年經濟損失達273億美元，2014年僅美國加州一地鹽漬化帶來的損失約37億美元[8-10]。

中國鹽漬土總面積為3690萬hm2,約占全國可利用土地面積的5%，占全球鹽漬土的1/10，具有面積大、范圍廣、類型多的特點，其中近期具有農業利用前景的鹽漬土面積約為670萬hm2。中國鹽漬土分布情況詳見表1。

表1 我國鹽漬土類型、分布及特點[11,12]

2 土壤鹽漬化成因

土壤鹽漬化成因分為原生(自然)、次生(人類活動)、氣候及其變化幾種。

2.1 原生鹽漬化——自然過程

由于自然原因引起的土壤鹽漬化稱為原生鹽漬化。地球表層成土母質的地質化學風化、大氣沉降、海水侵蝕、低洼地區含鹽地下水位的上升等均會形成土壤鹽漬化，各個地層的沉積物和母質中有可溶鹽的存在，常常預示將有鹽漬土形成的可能。如，成土母質含有金屬碳酸鹽或長石的地區易于發生土壤鹽漬化；地下水礦化度高，含鹽地下水水位較高的地區因地質活動或其它原因使鹽分積累在地表會造成土壤鹽漬化；濱海地區海潮活動、海風及近海降水也會將鹽分帶到土壤，造成土壤鹽漬化，荷蘭、丹麥、比利時的一些農用地的鹽漬化就主要由于濱海造成[13-15]。此外，土壤的多孔性、結構、質地、黏土礦物成分、密實程度、滲透速率、儲水能力、飽和及非飽和導水能力都影響土壤鹽漬化，在自然條件下，鹽化過程和脫鹽過程經常周期性交替進行，當鹽分聚積作用大于淋溶作用時，發生土壤鹽漬化。鹽分聚集通常在干旱區或旱季發生，雨季時淋溶作用較大，鹽類按溶解度差異集聚深度不同，溶解度大的鹽分沉積深度較深。

2.2 次生鹽漬化——人為干擾

人類活動引起的土壤鹽漬化稱為次生鹽漬化。使用含鹽水進行灌溉、使用土壤改性劑、施用化肥等都會引起土壤鹽漬化。灌溉水分布不均勻、伐薪開荒及排水不暢，導致地下水位上升，調動土層中積累的鹽分，達到土壤表層——植物根區，引起土壤鹽漬化[16]。一些水利設施會阻塞含鹽水的天然排水溝，在蒸騰作用下，使鹽分留在土壤表層[17]。除此以外，土壤鹽漬化與化肥及改性劑的施用有關，研究表明，農業中過度施用化肥，不僅造成營養浪費，還形成土壤鹽漬化及面源污染，有的還污染了地下水;研究表明，地下水是影響鹽分遷移、積累和釋放的主要因素，地下水過度開采，導致氣體和鹽分釋放，對蓄水層中鹽分分布有不利影響[18-20]。對含高鹽度的工業廢水管理不當、使用高鹽度的生活污水進行灌溉都會導致土壤鹽漬化[21-24]。集約化農業使用大型機械耕作碾壓，增加了土壤密度，降低了孔隙度，不利于土壤中鹽分的下移，滲透層土壤密度增加影響植物水分、養分的輸送，引起作物減產。濱海地區對地下水過度開采引起海水倒灌，導致土壤鹽漬化。過量使用融雪劑也會引起土壤中鹽分積累，最終鹽漬化[25]。

2.3 氣候及其變化

氣候及其變化也是引起土壤鹽漬化的原因之一，常常與人為活動相伴。全球變暖引起水文循環的變化，溫度上升，海平面升高，土壤鹽漬化程度加劇。濱海農田因海平面上升，內陸下沉，淡水資源逐漸減少，土壤更容易發生鹽漬化。另外，隨著溫度的升高，灌溉水需求量越來越大，含鹽污水使用增加，經蒸發后，鹽分會遺留在土壤中。除此以外，氣候變化也可能引發洪水和山洪，導致易釋放鹽分的地質基底釋放鹽分，溶解后轉移至土壤，形成鹽漬土。有關研究表明，人為活動與氣侯變化對土壤鹽漬化的作用比自然原因引起的鹽漬化嚴重[26,27]。

3 土壤鹽漬化危害

土壤鹽漬化不僅破壞土壤的物化屬性，還阻礙植物的生長，對整個生態系統有害，除此以外，還對一些非生態因素，如社會和經濟效益產生不良影響。土壤鹽漬化對農業生產有顯著的負面影響，鹽漬土降低了滲透壓，土壤中的Na+、Mg2+會毀壞植物細胞形態，限制植物光合作用，降低葉綠素生產量；鹽離子在氮代謝中產生有毒中間體，阻礙代謝，導致植物生理性缺水，降低植物養分吸收能力，使其發育不良，產量減少，甚至死亡[28]。科學家還發現，土壤鹽分增加會顯著提高重金屬的遷移能力，加重土壤中重金屬污染，提升修復難度[29，30]。

另外，鹽漬土會破壞供水及交通基礎設施，如鹽漬化土壤會使淺層地下水含鹽量提高，侵蝕給排水管網[31,32]，鹽漬土堆筑的路基因溶蝕極易損壞，溶脹和膨脹的鹽漬土路基很容易塌陷，導致道路的破壞[33,34]。2016年匈牙利土壤及地下水的鹽漬化對供水基礎設施造成1823萬歐元損失，同年，西班牙同種原因損失1208萬歐元[35]。

土壤鹽漬化對生態系統帶來極大的負面影響，土壤呼吸、殘物分解、營養及去營養等都發生了不利變化，降低了生物多樣性及微生物的活性，增加了黏土顆粒分散性及風化水蝕速率，使肥沃多產的土地退化，植被消失[36]。污染地下水，浪費寶貴的淡水資源[37,38]。另外，鹽漬土還可以作為大氣顆粒物的來源，影響空氣質量。2002年北京沙塵成分與內蒙古干鹽湖中鹽漬土成分顯著相關，經主因子溯源分析，認為鹽湖中的鹽漬土是北京沙塵暴來源之一[39]。除此以外，社會經濟效益也受到影響，土壤鹽漬化會影響旅游業及居民生活，經濟損失很大。2012年，歐共體選定區域進行土壤鹽漬化經濟影響研究，1a共損失達6億歐元[40]。

4 鹽漬土恢復措施

鹽漬土壤的治理包括物理、化學、生物和水利調整等方面。

4.1 物理恢復

通過物理方法和措施，改變耕層土壤物理結構、降低蒸散量、增加深層滲漏量來調節土壤水鹽運動，從而提高土壤入滲淋鹽性能，抑制土壤鹽分上行并減少其耕層聚集量。具體措施包括換土、深耕曬垡、表面平整、深松等耕作及地面覆蓋、秸稈深埋等農藝。物理恢復鹽漬土的功能常常多方法聯合使用，如換土時地表鋪設作物秸稈，孫博等研究表明秸稈覆蓋會大大提升治理效果[41]。物理恢復方法通常要破壞地表植被，適于耕作區或鹽漬化較嚴重的地區，且只能短期改善表層鹽漬土，長期恢復土壤功能需要通過水鹽運動，協調灌溉及排水，將多余的鹽分排出土壤[42]。

4.2 化學恢復

4.3 水利治理——灌排管理

通過不同類型的灌溉手段結合明溝、暗管、豎井等排水方式，控制或降低地下水位、維持耕層或植物根系分布區的水鹽平衡，促進土體鹽分排出的水鹽調控方式。常用的措施包括蓄淡壓堿、明溝排鹽、暗管排水、井灌井排、溝灌溝排、膜下滴灌等[46,47]。灌溉淋洗壓鹽系鹽堿地改良的主要措施,但同時也會造成地下水上升,帶來隨作物生育期逐漸出現的土壤耕層的返鹽現象,其與暗管排水結合則可提高脫鹽效果。于丹丹等對鹽漬土中生長的油菜設計了暗管排水結合傳統灌溉處理、暗管排水結合節水灌溉處理、暗管排水結合無灌水對照處理3種處理方式,通過監測土壤電導率、pH、含水率,分析土壤鹽堿度影響。結果表明,暗管排水條件下在油葵拔節期進行節水灌溉有利于土壤脫鹽、脫堿[48]。

4.4 生物恢復

通過提升植物的耐鹽抗逆能力在鹽漬土上進行適應性種植，利用植物根系生長改善鹽漬土理化性質，增加地表覆蓋，減少水分蒸發，抑制鹽分上升。類似研究很多[49-51]，如陳雙生等在戈壁灘上種植小麥、大麥、亞麻及苜蓿4種作物，發現4種作物的種植都會使土壤鹽度下降，其中苜蓿降鹽效果最好，種植3d后土壤pH值即可趨于中性[52]。另外，微生物發酵菌肥技術也可以用來進行鹽漬土的修復，選育耐鹽、降鹽的菌種是該技術的關鍵[53,54]。彭喜之等從雞糞和土壤中分離出4種耐鹽耐酸的菌種，通過微生物發酵菌肥修復技術測定其對過酸過堿土壤的恢復能力，在此基礎上嘗試將幾種菌種以一定比例混合后進行肥料發酵，進行恢復能力研究，結果表明,4種菌劑中恢復能力最強的是枯草芽孢桿菌，最佳配比為枯草芽孢桿菌∶巨大芽孢桿菌∶假單胞菌∶酵母菌比例為1∶2∶1∶1，此時，混合肥料對土壤酸堿性降解能力最佳[55]。

4.5 其它恢復措施

包括耕作管理和干旱區水源管理，耕作管理指采用適當的耕作措施如調整作物結構，輪、間、套作，適時伏耕，及時中耕、深耕和耙地保墑等，改善土壤物理、化學、生物和水、熱狀態，提高滲透率，阻斷土壤毛細管，抑制土壤返鹽。施肥方面要測土施肥，且多施有機肥，提高鹽漬土氮肥的利用率及有效磷含量。需要的時候還可以采用地膜覆蓋，提高土壤保水抗旱能力，降低地表蒸發，抑制土壤返鹽[56]。

5 結論與展望

土壤鹽漬化是土壤退化的主要原因之一，已受到了國內外學者的持續關注。由于自然和人為原因，土壤鹽漬化的面積不斷擴大，對于土壤資源、水資源、食品安全、人類健康及生態安全均構成很大威脅。2021年世界土壤日的主題定為“防治土壤鹽漬化，提高土壤生產力”[57]，世界各國紛紛響應。我國農用地土壤鹽漬化情況嚴峻，雖然“十一五”、“十三五”期間農業及國土資源部門都設置專項進行研究，對于傳統鹽漬土類型分布、鹽漬化發生、演化機理與趨勢都有了比較系統的認識，但由于經濟快速發展，土壤利用類型發生很大變化，新型土壤利用情況下的土壤鹽漬化響應，如設施農業、園藝作物用地等還缺乏深入探索，鹽漬土碳動力學和土壤鹽漬化綠色消減與健康保育方面監測也存在缺口，另外，對于土壤鹽漬化行為的管控機制還很不健全。我國土地資源有限，人口眾多，糧食安全非常重要。我國的土壤鹽漬化工作應廣泛調集全社會各部門力量，尤其是環境保護部門，要將土壤鹽漬化工作作為“凈土計劃”的一部分，加強監測及管控。通過各部門信息共享，多學科交叉融合，多部門聯合出臺切實有效的政策，最終達到修復鹽漬化土壤、優化土壤資源和保護生態環境的目的。