首页>技术知识>绿化工程>盐碱地成因及改良技术

盐碱地成因及改良技术

    摘要:我国盐渍土面积约3460万公顷,耕地盐碱化760万公顷,近1/5耕地发生盐碱化,研究盐碱地形成原因及改良利用技术的发展,对于我国尤其是内陆干旱农业灌区农村经济持续健康发展、国土治理、生态环境保护等具有极其重要的现实的意义。实践证明,盐碱地改良技术的应用,不但可以改善环境,抑制土壤盐碱化,而且可以直接利用盐碱地生产林木果品和农产品,提高盐碱地的生产能力和经济效益。

    关键词:盐碱化;盐碱地;改良技术;研究展望 

    土壤盐碱化是一个世界性难题,全世界盐渍化土壤面积约10亿公顷;我国盐渍土面积约3460万公顷,耕地盐碱化760万公顷,近1/5耕地发生盐碱化,其中原生盐化型、次生盐化型和各种碱化型分布分别占总面积的52﹪、40﹪和8﹪。

    近几年来,国家和地方投入大量的人力、财力和物力改造盐碱地,收到了较好的治理效果。随着我国盐碱地改良技术和研究的不断发展,在土壤盐分成因规律和特征、农田节水灌溉水盐运行机理、盐碱地改良利用技术措施等诸多方面都有新的发展和突破,取得了新的成果。盐碱地改良利用实践证明,盐碱地预防和治理是一个系统的综合治理工程,也是一个循序渐进逐步显效的过程。

    1、盐碱化的概念以及产生原因

    1.1盐碱化的概念

    土壤盐碱化(土壤盐渍化)是指盐分不断向土壤表层聚积形成盐渍土的自然地质过程。盐渍土是在一定的气候、地形、土地、水文地质等自然条件下形成的。人类活动、历史上的洪、涝、旱灾害,河道变迁,以及土地利用、农业、水利技术措施等,又对土壤盐渍化的发生、发展产生重大影响。

    一般将土壤层0.2m厚度内可溶盐含量大于0.1%的土壤称为盐渍土。土壤盐渍化分盐化与碱化两种类型,故又称为土壤盐碱化。当土壤表层中的中性盐含量超过0.2%时,称为盐化土(盐土);以碳酸盐为主的盐渍土,土中代换性钠含量大,通常称为碱化土(碱土)。由于灌溉管理不当(人为原因)而产生的土壤盐渍化,称为次生盐碱化。由于人为影响产生的盐渍土称为次生盐渍土。

    1.2盐碱化的产生原因

    土壤盐碱化形成的因素很多,包括自然因素和人为因素。自然因素包括气候、地质、地貌、水文及水文地质等。气候因素是形成土壤盐碱化的根本因素,如果没有强烈的蒸发作用,土壤表层就不会强烈积盐。地貌因素特别是盆地、洼地等低洼地形有利于水、盐的汇集。地质因素主要反映在土壤母质上。人为因素表现为人类改造自然和适应自然的各种活动。盐渍土形成的主要原因是由于气候干旱,土壤排水不畅,地下水位高,矿化度大等重要条件所制约,以及地形、母质、植被等自然条件综合影响的结合所造成的。

    (1)气候

    由于季风气候影响,我国四季明显导致盐碱地区土壤盐分状况的季节性变化,夏季降雨集中,土壤产生季节性脱盐,而春秋干旱季节,蒸发大于降水,又引起土壤积盐为主。气候干旱、排水不畅和地下水位过高,使盐分积聚土壤表层的数量多于向下淋洗的数量,结果导致盐渍土的形成,这是引起土壤积盐的重要原因。

    (2)地下水位浅、矿化度高

    盐渍土中的盐分,是通过水分的运动且主要是由地下水运动带来的,因此在干旱地区,地下水位的深浅和地下水的矿化度的大小,直接影响着土壤的盐渍化程度。

    地下水位埋藏越浅,地下水越容易通过土壤毛管上升至地表,蒸发散失的水量越多,留给表土的盐分就越多,尤其是当地下水矿化度大时,土壤积盐更为严重。

    在干旱季节,不致于引起表层土壤积盐的最浅地下水埋藏深度,称为地下水临界深度。临界深度一般3m左右,但并非一个常数,是因具体条件不同而异的,其影响因素主要有气候、土壤、地下水矿化度和人为措施,一般地说,气候越干旱,蒸发量和降水量的比率,地下水矿化度越高,临界深度就越大。

    土壤对临界深度的影响,主要取决于土壤的毛管性能、毛管水的上升高度及速度。凡毛管水上升高度大,上升速度快的土壤,一般都易于盐化。土壤结构状况也影响着水盐运衍,土壤的团粒结构,特别是表层土壤具有良好的团粒结构时,能有效地阻碍水盐上升至地表,临界深度可以较小。

    地下水位埋深与地表积盐关系密切。地下水位埋深大于临界深度时,地下水位低,地下水沿毛管上升不到地表,不积盐,土壤无盐碱化。地下水位高,地下水沿毛管上升至表土层,表层开始积盐。地下水位很高(小于临界深度),地下水沿毛管大量上升至地表,表层强烈积盐。

    (3)地形

    地形起伏影响地面和地下径流,土壤中的盐分也随之发生分移,例如在华北平原、山麓平原坡度较陡,自然排水通畅,土壤不发生盐碱化。冲积平原的缓岗,地形较高,一般没有盐碱化威胁;冲积平原的微斜平地,排水不畅,土壤容易发生盐碱化,但一般程度较轻;而洼地及其边缘的坡地或微倾斜平地,则分布较多盐渍土。在滨海平原,排水条件更差,又受海潮影响,盐分大量聚积程度更重。总之,盐分随地面、地下径流由高处向低处汇集,积盐状况也由高处到低处逐渐加重,从小地形看,在低平地区的局部高起处,由于蒸发快,盐分可由低处移到高处,积盐较重。地形还影响盐分的分移,由于各种盐分的溶解度不同,溶解度大的盐分可被径流携带较远,而溶解度小的则携带较近,所以,由山麓平原、冲积平原到滨海平原,土壤和地下水的盐分一般是由重碳酸盐、硫酸盐逐渐过渡至氯化物。

    (4)母质

    母质对盐渍土形成上的影响,一是母质本身含盐,含盐的母质有的是在某个地质历史时期聚积下来的盐分,形成古盐土、含盐地层、盐岩或盐层,在极端干旱的条件下盐分得以残留下来成为目前的残积盐土;二是含盐母质为滨海或盐湖的新沉积物,由于其出露成为陆地,而使土壤含盐。

    (5)生物

    有些盐碱地植物的耐盐力很强,能在土壤溶液渗透压很高的土地上生长,这些植物根系深长,能从深层土壤或地下水吸取大量的水溶性盐类,植物内积聚的盐分可达植物干重的20~30%,甚至高达40-50%,植物死亡后就把盐分留在土层中,致使土壤盐渍化加强;此外,还有新疆盐渍土上生长的红柳和胡杨木类的植物能够把进入到枯株体内的盐分分泌出来,增加了土壤中的盐分。

    由上述原生盐渍土形成机理可以看出,除气候条件外,决定土壤积盐大于脱盐的水盐运动条件是土壤盐渍化得以发生的关键。

    1.3盐碱化的影响

    土壤盐碱化不仅对农作物生长发育产生危害,而且使土壤物理性恶化,地下水矿化度提高,水变苦,地下水源不能充分利用。同时使大片土地荒芜,农耕地减少,土壤中水、肥等因素互不协调,影响农作物产量。

    影响主要有:土壤板结与肥力下降;不利于农作物吸收养分,阻碍作物生长。

    2、土壤盐碱化改良技术

    根治盐碱化从而摆脱土壤盐碱化对农业生产和农业生态带来的危害,并非易事。正因为如此,在治理盐碱地的过程中我国科技人员和广大群众创造和积累了丰富的技术和方法,取得了卓越的成效。

    “盐随水来,盐随水去;盐随水来,水散盐留[1]”就是人们在长期治疗过程中发现和总结出来的土壤盐分运行受水分运行支配的基本规律。

    国内盐碱地改良利用方法和技术归纳起来大致如下:

    (1)物理改良。平整土地、深耕晒垡、及时松土、抬高地形、微区改土。

    (2)水利改良。灌排配套、蓄淡压盐、灌水洗盐、地下排盐。

    (3)化学改良。石膏、磷石膏、过磷酸钙、腐殖酸、泥炭、醋渣等。

    (4)生物改良。种植水稻、种植耐盐植物田箐等,使用微生物菌肥等。

    这些改良技术和方法,既有古老的技术,如平整土地、深耕晒垡、及时松土、抬高地形、微区改土、灌水洗盐、种植水稻、种植耐盐植物田箐等;也有近代传统改良方法,如灌排配套、蓄淡压盐、灌水洗盐、地下排盐以及化学改良技术等;还有利用生物化学新技术所研制的新型土壤改良剂(如NPK增效剂),以及采用新型材料和先进施工技术所实施地下暗管排盐工程等。

    近十几年来,随着盐碱地改良利用技术研究应用不断发展,单一或复合的盐碱地改良技术不断出现。

    2.1水利改良技术

    地下渗管排盐是耕地盐碱化改良的常用方法之一,它基于“盐随水来、盐随水去”的水盐运行规律[2],通过铺设暗管将土壤中的盐分随水排走,并将地下水位控制在临界深度以下,达到土壤脱盐和防止生盐渍化目的。渗管铺设一般为水平封闭式。一级管和二级管相结合。一级管的渗入水汇入二级管中,然后流入污水管排走。若污水管道埋的深度较浅不能自行排泄渗水,可在二级管末端设集水井,定期强排。渗灌埋设深度、间距、纵坡等参数主要取决于耕地作物种类、土壤结构、地下水位埋深及气候等情况。

    黄河三角洲所在中心城市东营市,利用荷兰[3]暗管排碱技术实施盐碱地改良工程,暗管排碱利用专业埋管机械将PVC管埋入地下1.8-2.0m处,将地下盐水截引到暗管,集中起来排到明渠中,使得灌区当年地下水位下降0.5m,含盐量可降低0.1%,满足多种作物的生长发育要求。

    魏云杰、许模[4]论述了新疆土壤盐渍化形成的地质、地貌、土壤质地和人为灌溉方式不合理等原因,通过调查目前新疆盐渍化土壤主要有稳定脱盐型、脱盐聚盐混合型、脱盐聚盐反复型、持续聚盐型和灌溉聚盐型,其中脱盐聚盐混合型和脱盐聚盐反复型分布最广,稳定脱盐型近分布于竖井排灌区。总结了新疆土壤盐渍化的治理研究过程及国内外防治盐渍化的措施,提出了竖井排灌工程是防治新疆土壤盐渍化最有效措施。通过工程实例证明了竖井排灌具有降低地下水位和灌溉的作用,且经济效益明显。

    2.2土壤改良剂

    由广东省蔬菜研究所等单位研究的营养性酸性土壤改良剂(NPK增强剂)[5],该改良剂根据酸性土壤肥力状况和作物营养特点,采用蒙脱石、橄榄石、硫矿等多种天然矿物为原料,在改良酸性土壤、平衡作物养分、提高化肥利用率等方面有显著功效。由水稻、玉米、西瓜、蔬菜、粉蕉、荔枝、龙眼等作物进行的大田实验来看,该改良剂能提高上述作物产量10%以上。成果居国内外领先水平,并以获得国家发明专利。

    北京绿地科技发展公司[6]将有机络合催化理论引入盐碱土壤改良,研制出“禾康”盐碱土壤改良剂,目前已在山东、内蒙、新疆、东北、天津等得大面积推广。“禾康”土壤改良剂是一种棕红色略带酸味无毒无害的有机液体化肥,可直接作用于土壤,因此,它广泛适用于中、低产田改造、盐碱地的治理、荒漠绿化等。

    康地宝技术[7]利用盐土植物(盐篙、海蓬子等)以及作物自身通过根系分泌物改善根际微环境来适应逆境的机制,通过生物络合、置换反应,清除土壤团粒上多余的Na+,活化盐碱土壤中难利用的P5+、Fe2+、Ca2+、Mg2+等离子及微量元素,使其转变为可利用状态被植物吸收,解除植物生理缺素症状。同时通过Na+降低,活化Ca2+、Mg2+等离子之后,可使土壤水传导能(HC)增高,使土壤水分更易流动,从而改善了作物根系环境,促进根系生长,保证作物苗齐、苗壮,使植物能够在盐碱地上生长和提高产量。适用于受盐碱侵害的农田和新开垦土地,利用有机生化高分子络合土壤中成盐离子,随灌溉水将盐分带到土壤深处,降碱脱盐,解除盐分对作物的危害作用。由于是从植物根系分泌物中提取的产物,对人、畜、作物、土壤安全无害。

    钠离子吸附剂[7]具有很强的交换能力,对盐碱土中的Na+、SO42-、cl-等有吸附能力,改良后的土壤可以降低ph值和碱化度,吸附铵离子和钾离子并提高土壤阳离子交换量,从而达到改土、脱盐的目的,使土壤向有利于植物生长方向发展。另外,由于钠离子吸附交换性能好,可用来提高阳离子交换能力,调整ph值,交换土壤中有害金属离子,降低土壤含盐量,脱盐率可达18.6%-29.3%。

    2.3土壤水盐运移研究

    目前节水灌溉条件下的水盐运移等方面的研究较多。张琼、李光永[8]等人研究了棉花膜下滴灌在土壤含盐量为0.08%和0.8%情况下,灌溉周期对土壤水盐运动和棉花生长的影响,实验结果表明:在总灌水量相同的情况下,高含盐量土壤在棉花的花铃期高频灌溉与低频灌溉相比,可以有效降低湿润体体内土壤盐分含量,并且得到了棉花增产28%的结果,而对于低盐土,灌溉频率对棉花生长和产量没有显著影响。

    罗延彬、任葳等人对新疆部分盐碱灌区调研显示,在地下水位3-5m中土壤条件下,利用盐碱地2-5g/L盐化水灌溉,土壤1m培面均为脱盐状态。灌溉盐化水15a后,1m土壤残留阴离子浓度较小,多点平均为3.709mg/100g土。其中HCO-3相对较多,1m多点平均为0.404mg/100g土。K+、Na+浓度很大,1m多点平均为2.492mg/100g土。这时土壤1m全盐多点平均为0.248%,在灌溉水矿化度不直接危害作物生长时,不影响耕作和作物正常生长。由此表明,盐化水在盐碱地上无排灌可行。

    雷之栋、杨诗秀、尚松浩[9-10]等人通过对新疆叶尔羌河平原绿洲一些典型洼地水量平衡的观测,基于平原绿洲内部水分迁移,不同土地利用类型土壤盐分特点和典型洼地蒸发耗水的分析,论述了洼地在容泄绿洲排水、排盐方面的旱排作用和能力。提出在绿洲排水规划时,可以将旱排(或内排水)作为一种重要的排水方式,选择合适的洼地作为主要的旱排规划区,在进行水资源合理配置时,应重视盐分的宏观运、贮规划。

    土壤旱季自然集盐再加咸水灌溉,突然呈明显集盐趋势。尹美娥[11]的实验研究表明,小定额灌溉,砂壤土的积盐程度较中壤土高;大定额灌溉,砂壤土的脱盐效果较中壤土为好。随着灌水定额的增加,从咸水带入土中的盐分渗滤到作物根层以下的盐量越多。雨季为自然脱盐季节,经过降雨淋洗后,土壤含盐量可降至灌前水平,年内0-60cm土层一般不发生盐分累积。

    沈万斌、董德明[12]等人提出灌区土壤产生次生盐渍化的防治方法,分析农业灌区发生土壤此次生盐渍化的研究实例,认为盐随水来但不易随水而去,由此认为提高灌溉效率,加强排水,建立盐水土地处理系统,可保证灌区农业的可持续发展。

    2.4作物水盐动态模型、灌溉制度研究

    水盐模型以及灌溉制度等研究是盐碱土壤管理利用研究的主要内容之一。根据作物水盐动态响应函数分析,可把握作物生长与土壤水盐运动关系,从而建立节水、控盐、高产灌溉制度优化设计模型,为节水灌溉和微咸水利用提供决策依据。实例分析表明,研究淡水、微咸水交替灌溉条件下灌溉制度的优化设计、合理的模型及管理方法,可为实施节水控盐显著提高经济和环境效益。

    王仰仁、康绍忠[13]在作物水盐生产函数和农田水盐动态模型基础上,以单位面积纯收益最大为目标函数提出了制定咸水灌溉制度的模型。并以山西省永济市试区进行的棉花咸水灌溉试验资料为依据,求得了有关模型参数:利用该试区35a系列降雨旬蒸发量资料,对3种不同灌水时间和灌水次数、7种灌溉咸水浓度,共计49种可能组合的农田土壤盐分和产量进行了模拟,并与该试区大田试验试验数据进行了比较。以模拟产量为依据,在对当地深井和浅井灌溉效益分析的基础上,提出了咸水灌溉制度极其相应的地下水开发利用策略。

    含盐劣质水灌区作物生长受土壤盐分和含水量状况的影响,国内外不少学者对作物产量和土壤含盐量的关系进行研究,建立了一些作物的水盐模型[16-19]。总体上讲,这些模型将作物产量或相对产量表示为全生育期灌水量和土壤平均含盐量的函数,为灌区灌溉管理提供了一定的理论依据,但作为全生育期模型,尚不能据此对作物生长期内土壤水盐状况进行动态管理。张展羽、郭相平[14]在上述研究基础上,考虑作物对土壤盐渍度的敏感性随生长发育阶段不同而变化这一基本现象,提出作物不同生育阶段水盐动态响应模型,用以指导含盐劣质水或盐渍化灌区的优化灌溉管理。

    赵丹、邵东国等[20]人根据甘肃省河西走廊疏勒河流域灌区节水灌溉条件下的土壤水盐变化野外和室内实验成果的分析,建立相应的水盐动态模拟模型。经数据模拟计算,得出在一定灌水方案下的土壤盐分分布脱盐状况,并对适宜本地区特点的水盐调控措施进行了初步探讨。

    2.5盐碱地改良利用实践

    随着人口增长和水土资源的日趋短缺,我国把中、低产田的治理、开发与持续发展纳入国家经济建设规划之中。在工程排水洗盐技术、碱土改良、生物化学改良、电磁改良技术与应用,以及盐碱土壤基础理论方面进行了卓有成效的研究。

    我国20世纪50~60年代开始在天津等地开展滨海盐土种稻改良试验和引黄灌溉、种稻改碱等农业措施为主的改良;70年代盐渍土改良进入工程与农业措施相结合的综合治理发展阶段。在黄淮海平原建立了12个试验区后又在松嫩—三江平原等地相继建立了中低产田治理与综合发展试验区,开展了“六五”至“九五”攻关研究,取得了重大成果,使我国盐碱地综合治理技术已走在世界前列。

    土壤改良剂的研究应用也在20世纪60~70年代开始。在土壤物理、化学改良剂方面做了不少的研究,如石膏、氯化钙、工业废酸、工业废弃物磷石膏、粉煤灰等等,均取得了一定的效果;70年代后应用电磁技术,在全国盐渍土地区进行了改土试验;90年代后生物化学土壤生化改良技术有了发展,如中国农业大学研制的盐碱土壤生化改良剂—康地宝以推广应用。

    3、研究展望

    水利工程措施、农业技术措施、生物措施、化学改良等盐碱地改良的多种技术和措施具有不同的改良效果。但由于盐碱地的改良是一个较为复杂综合治理系统工程,所以对于改良盐碱土多采取以水肥为中心,包括水利工程措施、农业技术措施、种树种草等综合治理方法,这是改良治理盐碱地的主要方向。

    在改良盐碱土的各项措施中,从盐碱地的整治力度、排盐效果和推广使用范围来看,在多种盐碱地改良技术方法中,利用工程排水洗盐是一项重要的水利技术措施,只有健全排水设施,其他措施才能充分发挥作用。

    基于上述,随着我国盐碱地改良技术的发展和新材料新方法新技术在治盐碱技术领域的研究应用,在新的条件下对于土壤盐碱的工程性排水在技术理论创新、灌排技术方法等方面提出了新的更高的要求,需要以新的灌排方式和技术理论创新,着眼探索盐碱地改良新方法和新技术。

    纵观国内外盐碱地治理技术,在传统的水盐运行理论基础上,提出“土壤水盐定向迁移”新理论,基于此理论探讨农业灌区农田“土壤盐分上移地表排”新模式。

    笔者认为,基于新理论方法进行“土壤水盐定向迁移”机理、“盐分上移地表排”模式、不同节水灌溉排盐低耗高效机理、地表排盐技术等基础理论和试验观察等内容的探索和技术创新研究,致力于在节水灌溉条件下,对土壤水盐运行规律和基本特征、不同基面与土壤水盐定向迁移关系、牵引力及盐分运积效应、地表排盐技术方法、适用材料技术特性试验等关键技术研究方面有所突破,为新技术应用研究打下基础。该方法为全新的水利土壤改良模式,也是今后我国干旱农业灌区盐碱地治理技术理论研究与探讨的发展方向。
0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧

需要支持?

如果通过现有技术内容没办法解决您的问题,请在线提问获取我们的支持!

个人中心
今日签到
有新私信 私信列表
搜索