濱海新區鹽堿地改良技術研究應用現狀

康美怡 陰曉珊 高逸霏 劉暢麟 何香穎 韋吉龍 張晨 朱皓穎 許穎怡

（南開大學濱海學院，天津 300270）

1 引言

目前，我國擁有各類可利用鹽堿地資源約5.5億畝，對其改良利用成為解決人口、糧食、資源和環境等問題的重要舉措［1］。因此，2008 年以來，國家出臺了一系列支持鹽堿地改良利用的法規、政策、標準、行動計劃和解決方案。

天津市的鹽堿地主要分布在濱海地區和內陸低洼地區。天津濱海新區位于渤海灣淤泥質海岸帶，鹽堿土面積達到1 958.9 km2，占濱海新區土地總面積的86.3%［2］。瀕臨渤海、面積廣大的次生鹽堿土，是濱海新區工業建設、農業和生態用地的重要資源，如不能合理利用將嚴重制約地區經濟和生態環境的可持續發展。該鹽堿地區地形平坦，土層深厚，適于機耕，含一定肥力，具有較好的改良潛力，進行改良和工程治理具有很高的實際價值與可行性。

2 濱海新區鹽堿地的形成因素

鹽堿土中含有大量氯化物、碳酸鹽和重碳酸鹽等可溶性鹽類。在水平與垂直分配作用下，可溶性鹽類在土壤中不斷積聚，形成鹽堿土。鹽堿土分為鹽土與堿土，鹽土含有大量氯化物或硫酸鹽，pH 不高，含鹽量大于0.6%；堿土含有碳酸鹽或重磷酸鹽，pH 大于9，土壤中Na+交換在陽離子總交換比例中較高。

天津濱海新區地處渤海灣西海岸地帶，由于受海相沉積、海水入侵的影響，原生土壤含鹽量普遍大于1.0%，是鹽堿化嚴重的主要因素。另一方面，因整體地勢低平，海水浸漬及河水側滲使平均地下水位僅為1 m 左右，高礦化度地下水因毛細管作用上升，使黏重的淤泥質地土壤很容易積鹽。此外，植物腐殖質肥源缺乏，致使土壤團粒板結，透氣、透水性差，反向影響農作物及其他植物生長，形成惡性循環［3］。土地受協同氣候影響，呈現春季積鹽、夏季脫鹽、秋季緩慢積鹽、冬季穩定的規律。總體而言，濱海新區鹽堿土兼有鹽土和堿土兩種特性，鹽堿化嚴重。

3 國內外鹽堿地改良技術發展現狀

當前對全球鹽堿地的合理改良已經成為全球土地資源多元化利用的關鍵。李建國等［4］研究表明，未來全球土壤鹽堿化表現為區域性凸顯與全球加劇并存、濕潤半濕潤區次生鹽堿化與干旱半干旱區鹽堿地并存、局地鹽堿化減緩與加劇并存、新技術應用推廣與舊田間管理體制并存等特征。

3.1 國外鹽堿地改良技術的發展

在鹽堿地改良治理研究中，國外研究人員進行了多年的探索與實踐。20 世紀40 年代，蘇聯等國家的科研人員已經通過耐鹽樹種的選育等對鹽堿地改良進行了較詳細研究［5］。20 世紀50 年代，美國也研發出一種有效改善鹽堿地理化結構的土壤改良劑［6］。

種植耐鹽堿植物是降低鹽含量、有效利用鹽堿地的途徑之一［7］，多個國家的研究人員進行了較多研究。Peck A J 提出利用澳大利亞當地植被維持土壤水鹽平衡的觀點，實驗結果表明，土壤含鹽量明顯下降［8］。在澳大利亞鹽濃度較高的西部地區，選用當地白千層屬的耐鹽植物對鹽堿地改良具有較好效果［9］。美國、埃及等科研機構利用海水澆灌植物的方式，選育出適應能力強的耐鹽植物，實踐表明，結合一定的水利調節可以取得較好的植物排鹽效果［10］。

美國研究人員從微觀分子學的角度深入研究了植物改良鹽堿地的機理，取得了較大進展［11］。結合相關研究發現，植物改良技術主要通過植物將鹽堿土中的Na+與Ca2+進行置換，從而減少土壤中的含鹽量［12］。一些耐鹽植物能夠在體內積累大量鹽分，推廣種植可以有效控制地下水位上升，降低返鹽現象發生的頻率；耐鹽植物腐殖質可以通過增加土壤肥力、改善土壤物理性質達到鹽堿地改良治理的根本目的［13］。Rao D 等將一種木麻栽種于印度北部鹽堿地區中，結果表明，土壤中有機質和氮素的含量增加，有效解決了土壤鹽漬化問題［14］。

研究人員在利用化學改良劑改良鹽堿地方面也展開了深入研究。Amezketa 等通過在作物生長期間施用硫酸改善鹽堿土的研究表明，硫酸的應用可使作物產量更高，同時促進鹽堿土壤的快速改善。Kosmas 等的研究表明，施加有機質可增加水力傳導性；Von Lutzow 等進一步研究發現，有機質促進了更高的養分水平和更大的陽離子交換能力［15］。

研究采用物理方法精確預估用水量，通過蒸發、灌溉、淋洗等方式，結合植物根系延伸使土壤通透性增強，進一步去除過量的Na+，可以達到更好的綜合排鹽效果［11］。

綜上，國外鹽堿地改良技術有了較大發展，形成了一定的技術理論，但仍缺乏大規模的應用研究。

3.2 國內鹽堿地改良技術的研究與實踐

20 世紀50 年代，我國開始了系統的鹽堿地改良研究。1953 年年初，陳恩鳳教授帶領的團隊研究發現，排鹽不止可以通過排水的方式，也可以利用有機質改良鹽堿地的物理化學性質，提高土壤脫堿脫鹽效率。單一的排水手段無法有效提高土壤排鹽率、改善土壤鹽漬化，至1987 年，陳恩鳳教授“排水為基礎，培肥為根本”的成功實踐，說明鹽堿土的綜合改良更為可行。此后，俞仁培采用水利措施、傳統農耕措施與生物措施結合的方式，有效提高了排鹽效率與土壤利用率［16］。

鄒長明、馬獻發等研究［17-18］認為，鹽堿地中的鹽分主要聚集在0～15 cm 土層，含鹽量遠高于其他土層，主要改良對象應是表層土，針對含鹽量不同的鹽堿地，應采取相對應的治理措施。目前也有研究表明［19］，采用膜下滴灌的水利改良措施，既可以有效減少土壤水分蒸發，也可以減少鹽分的積累。

國內鹽堿地治理的實踐歷程大致分為資源清查、水利改良、綜合治理和可持續管理4 個階段［20-21］，“十一五”到“十三五”期間，我國分別部署和實施了面向全國的公益性行業（農業）專項經費項目“鹽堿地農業高效利用配套技術模式研究與示范”，國家科技支撐項目“渤海糧倉科技示范工程”“黃河河套地區鹽堿地改良”“典型鹽堿地改良技術與工程示范”等，有力地推動了我國鹽堿土改良研究工作的發展及研究隊伍建設。

國內在學習、引進國外鹽堿地治理理論和技術措施的同時，結合國內鹽堿地改良、生態修復的研究實踐，最終形成了服務于農業與生態、特色明顯、多學科交融的鹽堿地生態治理理論和方法體系［20］。

4 濱海新區鹽堿地改良的研究與實踐

濱海新區鹽堿地面積大、占比高，是影響當地經濟和生態環境可持續發展的重要因素，因此在鹽堿地的水利、生物、物理、化學等改良方面都開展了較多的研究和實踐。

4.1 水利改良

水利改良主要采用引水洗鹽、高灌低排的方式，通過在鹽堿地周圍貯存水源進行蓄淡壓鹽，下部設置隔離帶與滲透管實現排鹽，常用的具體技術有暗管排鹽、膜下滴灌、漫灌洗鹽等。濱海新區較適用暗管排鹽技術、膜下滴灌技術2 種，其優缺點分析見表1。

表1 水利改良措施優缺點

在現有的鹽堿地水利改良技術措施中，暗管排鹽技術是一項無污染、節水、速度快、有效排鹽的技術措施，該技術遵循“鹽隨水來，鹽隨水去”的規律。為達到完全治理鹽堿地的目的，利用鹽隨水排的規律，通過降水或灌溉、淋洗土壤的方式，使土壤中的鹽分隨水淋洗通過暗管排出；同時暗管可以有效控制高礦化度地下水的上移，抑制土壤次生鹽漬化。因此，暗管排鹽在濱海新區的實施效果較好。王洪義等［22］對暗管埋設深淺的研究表明，間距大小對排鹽的影響較大，暗管間距越小，排水脫鹽改土效率越好。從經濟方面考慮，暗管間距越小，治理成本越高，因此在應用技術過程中可以根據應用目的的不同，采取不同的暗管敷設方式。目前，暗管排鹽技術已經形成開溝、埋管、裹砂、覆土等一套完整技術工藝［23］。

研究者與建設者對濱海新區土壤鹽堿化較嚴重的泰達鹽堿地與天堿文化中心公園進行了深入研究。泰達鹽堿地為低平原地形，海拔均在2.5 m 以下，土壤含鹽量為3～8 g/kg。張萬鈞等［24］建立的“淺密式”暗管排鹽綠化技術體系可以有效解決泰達鹽堿地問題。劉根學［2］對天堿文化中心公園綠化中的改良進行研究表明，由于天堿文化中心公園受工業生產影響，區域土壤含鹽量高于其他區域，不適用單一形式的改良措施，采用化學與水利改良相結合的方法具有較好的技術和經濟效果。

“淺密式”暗管排鹽充分利用市政雨水管網進行排鹽，能夠減少固定投資、管網運行及維護費用，同時縮短施工周期。通過暗管排鹽技術的實施，土壤脫鹽率可提高50%以上，改良效率與效果顯著提高。該技術為環渤海及長江以北沿海地區鹽堿地治理工作提供了較為可行的技術支撐，為改善我國沿海生態脆弱區生態環境發揮了重要作用。

4.2 生物改良

傳統的生物改良措施主要以栽種耐鹽堿植物為主。栽種耐鹽堿植物不僅有治理鹽堿地的作用，同時具有較高的觀賞性價值。在選育適合濱海新區環境生長并且耐鹽堿能力較強的植物研究中，劉寅［25］的研究表明，龍柏是耐鹽植物中耐鹽能力突出的植物，黃楊、朝鮮黃楊、福祿考是耐鹽能力較強的植物，而紅王子錦帶、矮牽牛等為中度耐鹽植物，小葉女貞為輕度耐鹽或不耐鹽植物。調查研究發現，適應濱海新區環境并且耐鹽堿能力，園林可種植的植物主要有白蠟屬植物、楊屬、柳屬、國槐、合歡、梅屬（桃、杏等）、榆屬、棗樹、側柏、龍柏、油松、忍冬屬、紫穗槐、薔薇類等［26］。

在濱海新區范圍同樣實驗了微生物肥料改良鹽堿地的技術。研究表明［27］，利用生活垃圾微生物有機肥中菌株的耐鹽、耐熱特點，有益微生物菌群的固氮、解磷、解鉀功能使土壤中植物腐殖質增加，通氣性、透水性增強；此外，由微生物產生的多糖是土壤形成團粒結構的黏合劑，團粒結構提高土壤疏松性，有利于提高水利改良效率。

實踐表明，基于可持續發展理念，從有效利用自然資源的角度出發，選育耐鹽堿植物或添加微生物肥料是適用濱海新區鹽堿地改良較為經濟有效的方法，并能取得很好的綠化效果。

4.3 物理改良

物理改良是通過土層整改的方式改良鹽堿地，具體方法如平整土地、微區改土等。平整土地是消除局部高地的措施，治理鹽堿地效果顯著。微區改土是采用通過客土抬高地勢、地表覆蓋等措施，能夠相對降低地下水位，防止土壤返鹽和次生鹽堿化［23］。

梅紅等［28］的研究表明，僅采用單一的物理改良可能會導致土壤發生次生鹽漬化，甚至造成大量植物死亡。因此，濱海新區在鹽堿地的工程改良中，通常采取物理改良與水利改良技術相結合的形式，通過轉移表土或鋪設隔鹽層的方式，增強土壤透水性或直接阻鹽。

李東陽［27］研究了塘沽濱海森林公園的鹽堿地改良，該公園占地面積大，土地表面凹凸不平，適合采用物理改良的方法。在森林低洼處開挖人工湖，將挖出來的土堆在高處形成小山，山腳處挖掘一個排鹽溝。結合水利改良措施，對山體進行淋洗，土壤中的鹽根據“高處流向低處”的原理，隨水流到山腳，集中于排鹽溝后進一步處理。根據公園當前現狀表明，該技術較為成功。

物理改良措施操作相對簡單，適用范圍廣，但在實際應用中生產成本高，資源受限制，易對土壤造成二次污染，未來發展空間有限。

4.4 化學改良

化學改良技術主要對鹽堿地施加土壤改良劑，改變土壤結構，減少水分蒸發，提高水利排鹽的效率，達到降低土壤含鹽量的目的［29］。目前普遍被應用的土壤改良劑有磷石膏、脫硫石膏、硫黃、腐殖酸等。李彥等［30］的研究表明，脫硫石膏可以有效降低土壤的堿度，促進Na+的交換含量。磷石膏作用機理與脫硫石膏相似，李季等［31］的研究表明，磷石膏所含的磷元素可轉變為土壤的肥料，有效促進植物的生長。需要注意的是，石膏類改良劑的使用取決于土地類型，針對不同類型的土地，施用的化學改良劑、施用量、施用周期均有所不同。邵玉翠等［32］的研究表明，土壤中施用過量的化學改良劑，土壤中的SO42-和Ca+含量過高，將導致土壤含鹽量上升，不利于鹽堿地改良。

電廠粉煤灰中的銅、錳、硼等元素都是植物生長所必需的微量元素，且蜂窩狀結構使煤粉塵具有滲水性強的特點。李東陽［27］研究將煤粉塵與土壤以1 ∶6的比例混合，經排水洗鹽、種植耐鹽堿植物，可使土壤含鹽量與堿度均呈下降趨勢，顯著提高了鹽堿地治理效果。

5 結論

（1）鹽堿地治理應從可持續發展理念出發，遵循自然規律、生態學原理等，以實現經濟發展與生態環境保護雙贏。結合濱海新區鹽堿土的復雜性，應綜合利用水利、生物、物理和化學改良等技術實施改良，可有效提高鹽堿地利用率，并改善生態環境。

（2）目前濱海鹽堿地改良已經實際應用的技術主要有暗管改堿、淡水洗鹽、管線排堿、客土法改良等。綜合濱海新區鹽堿土治理的研究實踐表明，采用多種改良措施相結合的方法，對于鹽堿地的改良能取得顯著效果。

（3）生物改良技術既可有效改良鹽堿地，又可減少資源浪費，相對更為經濟、環保，在完善“淺密式”暗管排鹽等技術的基礎上，濱海新區鹽堿土改良的研究重心可側重于生物改良。

（4）濱海新區鹽堿地改良已形成一套較完整的技術體系，一些新技術、新材料也在更新應用，但仍未實現大規模推廣。鹽堿地改良的研究及應用屬于技術密集型領域，支持其發展有利于地區的科技進步。因此，建議大力完善鹽堿地綜合治理的服務體系，在鹽堿地治理上給予更多的政策支持，如加大科研經費投入、成立地區性研究中心等，以更好地促進地區經濟、科技發展和生態改善。