王景立 韓楠楠 馮偉志 姜立民 趙春凱

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，吉林長(zhǎng)春130118)

引言

鹽堿地是指土壤中含過量的可溶性鹽堿的土地，是鹽地、堿地、鹽化土地、堿化土地的總稱，對(duì)植物生長(zhǎng)直接造成抑制作用或危害的土壤[1]。鹽堿地是地球上廣泛分布的土壤類型之一，是一種重要的土地資源。全世界鹽堿地面積為9.54億hm2，主要集中在歐亞大陸、非洲、美洲西部[2]。我國鹽堿土地資源總量約為9.9萬hm2，主要分布在東北、西北、華北、內(nèi)陸以及沿海地區(qū)[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有80%左右的鹽堿地未得到開發(fā)與利用，因此，鹽堿地開發(fā)與利用的潛力巨大[4]。東北蘇打鹽堿地是世界上三大蘇打鹽堿地集中分布區(qū)之一，總面積達(dá)500萬hm2[5]。開展東北蘇打鹽堿地綜合治理技術(shù)與裝備研究，具有生態(tài)效益、社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益兼得，現(xiàn)實(shí)利益與長(zhǎng)遠(yuǎn)利益兼顧的作用，是一項(xiàng)功在當(dāng)代，利在千秋的重要事業(yè)。

1 國內(nèi)外鹽堿地治理技術(shù)與措施研究現(xiàn)狀

1.1 國外鹽堿地治理技術(shù)研究現(xiàn)狀

美國、埃及、印度、澳大利亞等國家學(xué)者們重點(diǎn)研究地下水運(yùn)動(dòng)和水鹽平衡規(guī)律，分析土壤鹽漬化成因，目的是從源頭尋找防治土壤鹽漬化的方法。研究表明土壤中可溶鹽主要來源于地表水、地下水、灌溉水及土壤本身，分析了灌區(qū)水鹽特征和區(qū)域自然條件對(duì)水鹽平衡的影響以及灌溉和排水對(duì)土壤水鹽運(yùn)動(dòng)狀況的影響[6]。目前，國際上比較成熟的水鹽運(yùn)動(dòng)、溶質(zhì)運(yùn)移模擬模型包括unsatchem、leachm、hydrus-1D，2D，適于旱地灌溉及灌溉次生鹽漬化量化數(shù)值模擬。利用水的運(yùn)動(dòng)方程Richards和鹽 (溶質(zhì))的運(yùn)移方程Advection-Dispersion建立計(jì)算機(jī)模型，通過觀測(cè)田間數(shù)據(jù)等進(jìn)行模型驗(yàn)證與完善，輸入條件參數(shù)，計(jì)算機(jī)獲取未來不同時(shí)段地下水與土壤鹽堿化動(dòng)態(tài)數(shù)值進(jìn)行土壤鹽堿化預(yù)測(cè)，進(jìn)而根據(jù)輸出文件，篩選未來土壤鹽堿化最輕的輸入條件，指導(dǎo)灌溉參數(shù)，控制土壤鹽堿化[7]。

國外學(xué)者們對(duì)引起土壤次生鹽堿化的原因研究較深入。以B.A.薩烏緬為代表的一些學(xué)者認(rèn)為灌區(qū)土壤次生鹽堿化的形成是由于不合理的灌溉導(dǎo)致地下水位升高以及強(qiáng)烈的蒸發(fā)而引起土壤鹽堿化[8-10]。以B.A.科夫達(dá)為代表的研究者則認(rèn)為灌區(qū)土壤鹽堿化的主要原因是排水不暢及底土和地下水的原生鹽堿化[11-14]。另有一些學(xué)者通過對(duì)灌溉水質(zhì)量及其對(duì)土壤影響的研究，認(rèn)為在干旱、半干旱地區(qū)，灌溉水一般都含有一定數(shù)量的易溶性鹽分，長(zhǎng)期灌溉，土壤鹽分含量必然增加[15-17]。總體上，對(duì)發(fā)展灌溉引起土壤次生鹽堿化的原因可概括為3個(gè)方面：引起淺層地下水位升高超過其臨界深度，導(dǎo)致土體和地下水中鹽分向地表富集；土壤中存在積鹽層，轉(zhuǎn)向地表累積；采用高礦化地面水或地下水灌溉，而又無調(diào)控措施，致使鹽分在土壤表層累積。另外，一些工礦企業(yè)排放的含鹽棄渣和廢水，作為環(huán)境污染源也使局部地段的土壤發(fā)生鹽堿化[18]。

國際鹽堿地改良措施主要有水利工程、農(nóng)藝措施、化學(xué)改良和綜合措施。水利工程方面包括沖洗淋鹽、高鹽沖淡、井排、暗管排水。農(nóng)藝措施方面包括深耕深松、生物改良、培育耐鹽堿品種?；瘜W(xué)改良方面主要利用石膏、磷石膏、硫酸、硫磺、硫酸嚴(yán)鐵、硫酸鋁等。綜合措施包種稻改良和農(nóng)林復(fù)合二項(xiàng)技術(shù)[19，20]。

1.2 國內(nèi)鹽堿地治理技術(shù)研究現(xiàn)狀

我國鹽堿地治理歷史悠久，早在2000多年前人們就認(rèn)識(shí)了鹽堿地的形成、特性、危害和改良方法?！渡袝碡暺分杏?“厥土惟白壤”、“水去復(fù)其性”記載。《齊民要術(shù)》中有 “綠肥輪作改堿”的記載。公元7世紀(jì)已將鹽堿土分為鹽、堿、硝、桀土 (濱海重鹽堿土)。新中國成立后重點(diǎn)開展了對(duì)鹽堿地實(shí)驗(yàn)方法、理化特性、鹽堿土分類、植物鹽堿脅迫響應(yīng)、水鹽平衡、水鹽運(yùn)動(dòng)規(guī)律、鹽堿化預(yù)測(cè)與管理等方面的系統(tǒng)研究。

我國在防治鹽堿化問題的過程中，逐步確立了“因地制宜，綜合防治”和 “水利工程措施與農(nóng)業(yè)生物措施相結(jié)合”的原則和觀點(diǎn)。在鹽堿地成因與機(jī)理方面，2007年周和平等在傳統(tǒng)的水鹽運(yùn)行理論基礎(chǔ)上，提出 “土壤水鹽定向遷移”新理論，由此指出灌區(qū)農(nóng)田 “鹽分上移地表排”的水利改良模式的研究方向[21]。2011年孫兆軍等對(duì)銀川平原鹽堿荒地類型分類與分析基礎(chǔ)上，以篩選合適的鹽堿荒地專用改良劑為突破口，開展了培肥、實(shí)時(shí)田間水鹽調(diào)控、耐鹽堿植物品種配置和喬灌草有機(jī)結(jié)合等試驗(yàn)研究，提出了鹽堿化、堿化、鹽化3種鹽堿荒地類型的恢復(fù)模式[22]。單奇華等為揭示濱海鹽堿地對(duì)生態(tài)改良的應(yīng)激性變化規(guī)律，研究了濱海鹽堿地土壤質(zhì)量指標(biāo)對(duì)生態(tài)改良的響應(yīng)敏感性、響應(yīng)過程和響應(yīng)度[23]。2016年田長(zhǎng)彥等針對(duì)新疆旱區(qū)灌排水鹽平衡模式與鹽堿地農(nóng)業(yè)開發(fā)利用模式存在的資源效率低、維持成本高等問題，通過機(jī)理研究、技術(shù)研發(fā)建立新疆干旱區(qū)現(xiàn)代水鹽平衡調(diào)控理論，創(chuàng)新干旱區(qū)鹽堿地生態(tài)治理模式，形成全產(chǎn)業(yè)鏈的鹽堿地生態(tài)治理技術(shù)服務(wù)體系[24]。

在土壤培肥與改良技術(shù)方面國內(nèi)學(xué)者主張 “淡化肥沃層”，在不減少土體鹽貯量的前提下，通過提高土壤肥力，以有機(jī)肥對(duì)土壤鹽分進(jìn)行時(shí)、空、形的調(diào)控，在農(nóng)作物主要根層，建立良好的肥、水、鹽生態(tài)環(huán)境[25]。1984年陳恩鳳提出 “治水是基礎(chǔ)，培肥是根本”的觀點(diǎn)，通過培肥改土增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[26]。1995年魏由慶通過黃淮海平原水鹽均衡的分析，提出加強(qiáng)利用有機(jī)肥來調(diào)控土壤水鹽[27]。2014年王斌等在新疆瑪納斯鹽堿地上依據(jù)鹽堿地土壤改良劑施用方法及原料組成，進(jìn)行了土壤改良劑對(duì)土壤鹽分、pH值以及棉花產(chǎn)量的影響試驗(yàn)。結(jié)果表明：滴施型土壤改良劑降低土壤鹽分、pH值以及提高棉花產(chǎn)量效果均極顯著優(yōu)于基施型土壤改良劑[28]。2015年李旭霖等在黃河入?？诟浇鼮I海重鹽堿地上研究不同改良劑的改良效果，選用禾康、磷石膏、微生物菌肥、土生、藥肥和有機(jī)肥進(jìn)行試驗(yàn)，選擇出適合于該區(qū)濱海重鹽堿地上的鹽堿改良劑[29]。

在工程技術(shù)措施方面，2001年王全九等根據(jù)膜下滴灌過程中土壤水鹽運(yùn)移特征，研究與探索利用膜下滴灌技術(shù)開發(fā)利用鹽堿地的有關(guān)技術(shù)要素[30]。2009年宋紹憲等針對(duì)黃河三角洲重鹽堿地生態(tài)開發(fā)模式，對(duì) “上農(nóng)下漁”和 “暗管排水”鹽堿地開發(fā)技術(shù)的環(huán)境價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為濱海重鹽堿地的改良提供科學(xué)依據(jù)[31]。2012年于淑會(huì)等在對(duì)暗管排鹽治理技術(shù)國內(nèi)外研究成果分析基礎(chǔ)上，提出暗管排鹽技術(shù)應(yīng)注重暗管埋設(shè)條件下的水鹽運(yùn)移模型研究，應(yīng)綜合研究排水制度與灌溉制度[32]。2014年楊樹昌等為了探索鹽堿地區(qū)玉米種植耕作方式，采取免耕 、深翻 +旋耕、深松+旋耕、旋耕4種耕作方式研究對(duì)土壤含水量、土壤緊實(shí)度和玉米產(chǎn)量的影響，證明深松 +旋耕方式的松土保墑和玉米增產(chǎn)效果最好[33]。2016年楊勁松等采用“基礎(chǔ)理論+核心技術(shù) +新型裝備 +產(chǎn)業(yè)技術(shù) +模式示范”一體化思路，揭示河套平原土地鹽堿化形成規(guī)律與鹽堿障礙生態(tài)消減機(jī)制，研發(fā)生物適應(yīng)型與生態(tài)導(dǎo)向型鹽堿地治理修復(fù)技術(shù)，研制大型排鹽控鹽工程設(shè)備與復(fù)合型生態(tài)調(diào)理劑產(chǎn)品，創(chuàng)建鹽堿地綜合治理技術(shù)體系和特色生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式[34]。2016年賈蘇卿等通過對(duì)不同耕作模式下土壤中可溶性鹽分EC值的測(cè)定及其對(duì)春玉米株高、產(chǎn)量的影響，表明秋深松 +秋施肥 +秋旋耕 +中黑炭模式能夠有效降低土壤中可溶性鹽分含量[35]。

2 東北蘇打鹽堿地理化特征及主要成因

2.1 東北蘇打鹽堿地理化特征

東北蘇打鹽堿地有別于我國其它類型鹽堿地，地形平緩，水流緩慢，排水不暢，地下水礦化度高，使大量可溶性鹽分聚集于表層土壤中，是鹽分遷移富集區(qū)，具有土壤交換性鈉含量高、土壤板結(jié)粘重、滲透性極差、淋溶作用弱、理化性質(zhì)惡劣等特殊性，治理利用難度大，其它鹽堿地治理的成功技術(shù)與模式難以直接應(yīng)用。

2.2 東北蘇打鹽堿地主要成因

2.2.1 水文因素引起蘇打的累積，從而形成不同類型的蘇打鹽漬土

蘇打鹽堿地的形成與地下水位的高低和礦化度的大小有關(guān)，地下水位愈高，蒸發(fā)愈強(qiáng)烈，土壤積鹽就愈重。隨著Ca(HCO3)2的固定，地下水中鹽分通過毛管水和膜狀水的移動(dòng)到達(dá)地表引起蘇打的累積，從而形成不同類型的蘇打鹽漬土。另外，深層承壓水中含有大量蘇打，且在40～100cm土層中存在CaCO3不透水層，使得淋濾鹽堿的水不易下滲，同時(shí)，由于年降水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于年蒸發(fā)量，在強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下，地下水便借助土壤毛管作用上升，攜帶可溶性鹽分向地表遷移并蓄積，使得地表土壤逐漸堿化。

2.2.2 地質(zhì)地形因素為形成蘇打鹽漬土提供了給源

元素遷移的地球化學(xué)過程，是引起東北地區(qū)蘇打鹽堿聚積的重要來源，該地區(qū)土壤中鈉與鉀主要以鋁硅酸鹽形式存在，在風(fēng)化過程中，形成了含鈉、鉀、鈣、鎂的重碳酸鹽類，經(jīng)雨水溶解后，隨地表和地下水徑流運(yùn)動(dòng)，匯集到平原與河谷等低洼積水地區(qū)，再經(jīng)蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為碳酸鹽而沉淀，而含鉀離子和鈉離子的重碳酸鹽及含氯、硫的化合物則呈易溶性鹽被淋洗遷移于低地，為形成蘇打鹽漬土提供了給源。

2.3 東北蘇打鹽堿地治理與利用現(xiàn)狀

2012年安豐華等對(duì)吉林省西部蘇打鹽堿土堿化程度較高、土壤含鹽量較高、土壤滲透性較弱等問題，研究了暗管不同深度、間距及不同深松深度對(duì)蘇打堿土物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及水稻生長(zhǎng)狀況及產(chǎn)量的影響，以及暗管改堿技術(shù)對(duì)暗管水量和水質(zhì)、地下水水位和水質(zhì)的影響[36]。2014年王軍等在白城市鎮(zhèn)賚縣研究松嫩平原西部土地整理對(duì)鹽漬化土壤的改良效果，對(duì)原耕地、鹽堿地和新增耕地土壤電導(dǎo)率、陰陽離子總量、堿化度、pH值、有機(jī)質(zhì)以及陽離子交換量等指標(biāo)的差異進(jìn)行研究與分析，提出在土地整理中通過完善灌溉與排水系統(tǒng)、將土地平整工程與深耕深松和增施有機(jī)肥相結(jié)合及采用生物措施等提升鹽漬化土壤的改良方法[37]。2016年楊帆等針對(duì)東北土壤鹽堿導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境惡化、限制區(qū)域生態(tài)恢復(fù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的問題，研究東北蘇打鹽堿地形成機(jī)理及障礙消減機(jī)制，研發(fā)適用于蘇打鹽堿地治理的微生物、植物種植與修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)，研制鹽堿地治理工程裝備，建立蘇打鹽堿地綜合治理模式[38]。2017年王景立等結(jié)合CAS相關(guān)理論進(jìn)行鹽堿地機(jī)械化深松作業(yè)改良的分析，設(shè)計(jì)了適合鹽堿地改良的相關(guān)機(jī)具，并考慮配合化學(xué)改良劑的施撒與深松設(shè)備的配套使用，增大土壤孔隙度，阻止土壤返鹽，為鹽堿地改良提供了相關(guān)技術(shù)與裝備[39]。

3 結(jié)論與展望

基于上述研究成果與東北蘇打鹽堿地生態(tài)特征，本文結(jié)論如下。

國內(nèi)外學(xué)者在鹽堿地整治技術(shù)與裝備研究方面，重理論技術(shù)研究，而輕裝備研究，且改良技術(shù)單一，綜合運(yùn)用多項(xiàng)技術(shù)措施很少。在理論與技術(shù)研究方面探索與形成了鹽堿地成因、水鹽運(yùn)移規(guī)律及脆弱生態(tài)修復(fù)機(jī)理等，針對(duì)不同鹽堿地類型研制與篩選出了相應(yīng)的改良劑，在農(nóng)藝技術(shù)方面培育與篩選了一些耐鹽堿植物。在工程方面方面主要包括整平土地、建立完善的排灌系統(tǒng)、深翻改土、換土、淋洗、淤積等措施。在耕作方面采取深耕細(xì)耙、增施綠肥和發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)等措施。

單一的治理技術(shù)措施，對(duì)東北蘇打鹽堿地整治效果差、效率低、投資高，應(yīng)綜合運(yùn)用工程手段、化學(xué)手段與生物手段，將化學(xué)良劑的施用、作物秸稈根茬培肥與土壤耕作裝備相結(jié)合。

注重工程裝備的研制，研制適于東北蘇打鹽堿地生態(tài)整治系列工程裝備，如深松與改良劑噴施復(fù)式作業(yè)機(jī)、秸稈亞表層翻埋復(fù)式作業(yè)機(jī)、組合非驅(qū)動(dòng)水稻秸稈壓埋復(fù)式作業(yè)機(jī)等，為鹽堿地生態(tài)治理提供工程技術(shù)與裝備。