董曉菲 邵青娜 賈佳 王祖鑫 王超云 王欣麗

摘? 要：隨著世界人口的不斷激增、環(huán)境資源的日益消耗，土壤退化已成為全球性問(wèn)題。研究土壤改良技術(shù)及其應(yīng)用，對(duì)防治土壤退化具有十分重要的意義。該文綜合現(xiàn)階段土壤改良技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)土壤改良劑、鹽堿地水利改良技術(shù)、酸化土壤改良技術(shù)和科學(xué)耕作技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，以期為土壤治理提供參考。

關(guān)鍵詞：土壤改良;土壤改良劑;水利工程;土壤酸化;科學(xué)耕作

中圖分類號(hào) S156? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? ?文章編號(hào) 1007-7731（2019）09-0038-3

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：201810452025）。

作者簡(jiǎn)介：董曉菲（1998—），女，山東人，在讀本科生，研究方向：環(huán)境工程。? ?收稿日期：2019-04-04

Abstract：With the rapid increase of world population and the increasing consumption of environmental resources，soil degradation has become a global problem.Research on soil improvement technology and its application is of great significance to the prevention and control of soil degradation.In this paper，the research and application of soil amelioration technology at present are summarized，and the following four kinds of soil amelioration technology are briefly summarized.These include： soil amendment，saline-alkali soil water conservancy improvement technology，acidified soil improvement technology and scientific soil tillage technology.

Key words：Soil Improvement;Soil Ameliorants;Water Conservancy Engineering;Soil Acidification;Scientific Tillage

人類對(duì)土壤不合理利用從而導(dǎo)致的土壤質(zhì)量和生產(chǎn)力下降的過(guò)程稱作土壤退化，主要包含侵蝕退化、土壤酸化和肥力退化等方面。隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，土壤退化問(wèn)題日益嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為土壤硬化、鹽堿化、酸化、化學(xué)污染和侵蝕等，嚴(yán)重限制了土地的生產(chǎn)力[1]。土壤不僅對(duì)農(nóng)作物影響極大，而且還是碳的主要儲(chǔ)存庫(kù)，具有控制二氧化碳的排放和調(diào)節(jié)氣候的重要作用。依據(jù)2015年公布的《世界土壤資源狀況》報(bào)告顯示，一般、較差和很差的土地占世界土地資源比重較大。土壤惡化速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)改善速度，全球因侵蝕、酸化、鹽堿化、板結(jié)及化學(xué)污染而出現(xiàn)中度到重度退化的土壤約占總體的33%[2]。報(bào)告顯示，產(chǎn)生土壤問(wèn)題的主要原因?yàn)槿丝谠鲩L(zhǎng)、城市化及氣候變化，預(yù)計(jì)這些變化在未來(lái)的幾十年里持續(xù)存在。

土壤改良一般是根據(jù)各地的自然、經(jīng)濟(jì)條件，采取因地制宜的措施，以有效地達(dá)到改善土壤生產(chǎn)性狀和環(huán)境條件的目的，其過(guò)程就是控制土壤流失量和增加土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分。其中，土壤改良劑能有效地改善土壤養(yǎng)分狀況及其理化性質(zhì)，對(duì)土壤問(wèn)題起到積極的修復(fù)作用。針對(duì)鹽堿地的土壤改良技術(shù)。本文以水利工程為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明地下滲管排鹽、灌溉洗鹽、排水等常用方法。土壤退化的另一個(gè)重要方面是土壤酸化[3]，酸化會(huì)大大提高土壤的酸度，造成營(yíng)養(yǎng)元素的大量淋失，對(duì)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。本文闡述的改良技術(shù)，從控制源頭和緩解土壤酸化兩方面入手來(lái)提高土壤質(zhì)量。除此之外，科學(xué)的耕作方式同樣會(huì)對(duì)土壤的改良起到積極作用，對(duì)提高農(nóng)作物產(chǎn)量及土壤微生物數(shù)量和活性也極為有利。

1 添加土壤改良劑

自19世紀(jì)末，土壤改良劑通過(guò)提高土壤性質(zhì)和養(yǎng)分來(lái)使土壤微生物更好的生存，可以對(duì)土壤退化起到一定的修復(fù)作用[4]。土壤改良劑可分為4大類，包括天然改良劑、人工合成改良劑、天然—合成共聚物改良劑和生物改良劑。天然改良劑包括無(wú)機(jī)物料和有機(jī)物料2種，其中無(wú)機(jī)物料含有天然礦物和無(wú)機(jī)固體廢物，而有機(jī)物料則包括有機(jī)固體廢棄物、天然提取高分子化合物和有機(jī)質(zhì)物料[5]。

天然改良劑能夠改良土壤，其改良效果包括改善土壤結(jié)構(gòu)、改良鹽堿地、緩沖土壤pH值、提高土壤的保水能力、提高土壤保肥能力和增加土壤肥力。其中，沸石就是一種天然礦物，能夠改善土壤肥力和提高保水能力。沸石可以吸附銨根離子和磷，但大部分銨根離子和磷是可以解吸的。沸石也可以吸附土壤中的Na+、Cl-，使土壤中Na+、Cl-含量降低，堿化度降低，對(duì)土壤酸堿性起到緩沖作用[6]。但是天然礦物在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，缺乏理論支持，并且儲(chǔ)量限制了其大面積的推廣應(yīng)用。此外，生物炭是動(dòng)植物殘?bào)w在缺氧的狀況下，以小于700℃的溫度熱解炭化而產(chǎn)生的一種產(chǎn)物，具有良好的理化性質(zhì)。施用此改良劑，不僅可提高土壤pH值，降低土壤養(yǎng)分流失，促進(jìn)作物生長(zhǎng);還可通過(guò)對(duì)土壤理化性狀及微生物數(shù)量的影響，減少N2O的排放。除此之外，生物炭鈍化重金屬的效果也會(huì)隨著受重金屬污染的土壤性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響[7]。

合成改良劑是以天然改良劑為原型，從而形成人工合成高分子有機(jī)聚合物。其中聚丙烯酰胺（PAM）是最受關(guān)注的人工合成土壤改良劑。較低施用量陰離子型PAM能夠?qū)ν寥腊褰Y(jié)起到改良的作用，并且可以改善土壤物理性質(zhì)。用陽(yáng)離子型PAM處理土壤也可以提高土壤對(duì)肥料的吸附和釋放作用。土壤中施用PAM還可以增加土壤對(duì)NH4+、NO3-等離子的吸附量，減少離子損失量。PAM的作用隨著用量增加而增加，研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的細(xì)菌和微生物的數(shù)量會(huì)隨著大分子量的陰離子型線性PAM進(jìn)入土壤而增加。PAM在應(yīng)用中尚有不足之處，如增加土壤改良的成本。PAM的吸水性可能會(huì)受到土壤溶液和可溶性鹽的影響，與土壤中粘土礦物作用機(jī)理尚不清楚等。

由于天然改良劑起作用的時(shí)間短或量少的限制等問(wèn)題[8]，其改良效果有限。高成本以及潛在的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，限制了人工合成的高分子化合物的廣泛應(yīng)用[9]。因此，許多研究者考慮通過(guò)一定的化學(xué)方法，研制出天然—合成共聚物改良劑[10]，彌補(bǔ)天然高分子化合物和合成高分子化合物的不足之處。為了彌補(bǔ)單一土壤改良劑的不足之處，可以采用多種改良劑混合使用的辦法來(lái)解決[11]。

2 科學(xué)耕作

隨著人口數(shù)量不斷增加，社會(huì)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求越來(lái)越大，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)急需依靠現(xiàn)代科技進(jìn)行改革。如何合理科學(xué)地利用土地成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，保護(hù)性耕作技術(shù)自20世紀(jì)60年代傳入我國(guó)后[12]，許多科研工作者展開(kāi)了大量研究工作。最初的保護(hù)性耕作概念較為狹窄，只包含土壤免耕播種和作物殘茬覆蓋等內(nèi)容[13]。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，保護(hù)性耕作明確定義為：在某種種植制度下，能最少維持30%土壤覆蓋，減少水土流失，提高耕地產(chǎn)量[14]。土壤耕作會(huì)改變土壤容重，引起土壤一系列參數(shù)變化，進(jìn)而影響土壤微生物特性。趙亞麗等研究證明，深耕使得耕層下部的土壤物理結(jié)構(gòu)趨于良好，并具有影響土壤有機(jī)質(zhì)積累的作用，能夠創(chuàng)造一個(gè)適宜微生物繁殖的土壤環(huán)境，極大的利于耕層20cm以下土壤微生物數(shù)量的增加[15]。

3 鹽堿地水利改良技術(shù)

土壤鹽堿化是指土壤底層或地下水的鹽分上升到地表，水分蒸發(fā)后，鹽分在表層土壤中積累的過(guò)程[16]。我國(guó)鹽漬土類型多，分布廣，涉及19個(gè)省區(qū)，面積約為1億hm2。我國(guó)近1/5耕地發(fā)生過(guò)鹽堿化，發(fā)展鹽堿地改良利用技術(shù)對(duì)提高土地質(zhì)量、增強(qiáng)環(huán)境承載能力具有極其重要的意義[17]。我國(guó)土地鹽堿化問(wèn)題較為嚴(yán)重，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量下降，這使我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展收到嚴(yán)重制約[18]。長(zhǎng)期以來(lái)，作為改良鹽堿地“四大法寶”的水利法、物理法、生物法和化學(xué)法在鹽堿地改良中被廣泛應(yīng)用。

水利改良技術(shù)主要包括地下滲管排鹽、灌溉洗鹽、排水等方法。地下滲管排鹽是改良耕地鹽堿化的常用方法之一，通過(guò)鋪設(shè)暗管的方式將土壤中的鹽分排出，并控制地下水位在臨界深度以下，達(dá)到土壤脫鹽和防止生鹽漬化的目的[19]。滲管根據(jù)耕地作物種類、土壤結(jié)構(gòu)、地下水位埋深及氣候等情況設(shè)置埋設(shè)深度、間距和縱坡等參數(shù)[20]。

地下滲管排鹽技術(shù)在新疆干旱重鹽堿地區(qū)的應(yīng)用表明，鋪設(shè)暗管后，種稻灌溉期間排水模數(shù)比對(duì)照條田高2.0～2.5倍，排水量增加了140～260m3/hm2。對(duì)照條田平均土壤含鹽量由1.07%降至0.72%，脫鹽率為32.6%;而鋪設(shè)暗管的條田平均土壤含鹽量由0.91%降至0.47%，脫鹽率為48.2%，約為對(duì)照條田的1.5倍。疏勒河流域部分鹽堿地使用地下滲管排鹽技術(shù)后，土壤脫鹽率提高、排水排鹽量增大、地下水位下降變快、土壤鹽分含量穩(wěn)定下降，未發(fā)生強(qiáng)烈返鹽現(xiàn)象，因此實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量的上升。

排水是一項(xiàng)根本性的水利改良技術(shù)，由于不同地區(qū)的自然條件和地形不同，所以要建立切實(shí)可行的排灌系統(tǒng)，自上而下地把表土層中的可溶性鹽堿排灌出去，然后將其排除。對(duì)鹽堿土使用灌溉洗鹽的方法效果非常好，使土壤中的鹽分溶解于水中，一部分進(jìn)入土壤深層，一部分將其排出，從而降低表層土壤含鹽量。

4 土壤酸化改良技術(shù)

酸性土壤主要分布在熱帶、亞熱帶地區(qū)和溫帶地區(qū)，是土壤退化的一個(gè)重要方面[21]，表現(xiàn)在土壤氫離子、鋁離子增加，pH降低，重金屬活性增大等方面，導(dǎo)致土壤營(yíng)養(yǎng)流失加劇、肥力降低、影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)[22]。我國(guó)酸性土壤主要分布在長(zhǎng)江以南等地[23]，面積約為2億hm2。按土壤類型可分為紅壤和黃壤2類，其中紅壤多為華中和華南地區(qū)，黃壤為四川、云貴高原等地。這些地區(qū)的土壤pH大多數(shù)在5.5以下[24]，并且酸化程度和面積繼續(xù)增加，尤其是酸性氣體的大量排放，使得大氣中酸沉降的頻率和強(qiáng)度不斷增加，嚴(yán)重影響植物的正常生長(zhǎng)。

改良土壤酸化應(yīng)從多方面入手，一方面控制酸雨的形成，另一方面應(yīng)用改良劑等方法緩解土壤酸化，提高土壤質(zhì)量。我國(guó)的酸雨以硫酸鹽為主，在長(zhǎng)江以南分布最為廣泛，通過(guò)局部沖刷和中長(zhǎng)距離傳輸?shù)姆绞交罨送寥乐杏卸窘饘匐x子并且抑制酶的活性，對(duì)土壤造成酸化等影響[25]。

緩解土壤酸化一方面可以運(yùn)用化學(xué)改良劑，另一方面可以采取生物措施來(lái)達(dá)到改良的效果。向酸性土壤中加入傳統(tǒng)的石灰石或石灰石粉化學(xué)改良劑后，土壤酸度就會(huì)得到降低，且土壤耕層的鈣離子濃度也會(huì)有所增加。但是若長(zhǎng)期使用化學(xué)改良劑，則會(huì)加強(qiáng)土壤復(fù)酸化程度[26]，因此在使用石灰改良時(shí)還應(yīng)配合其它堿性肥料。除傳統(tǒng)酸性土壤改良劑外，某些礦物和工業(yè)廢棄物同樣可以改良土壤酸度，如白云石、磷礦粉和粉煤灰等礦物以及制漿污泥等工業(yè)廢棄物[27]。生物改良技術(shù)主要是運(yùn)用綠肥和土壤中的一些動(dòng)物來(lái)改善酸性土壤，研究表明，用格拉姆柱種植花草大幅度增加了土壤的重要營(yíng)養(yǎng)元素，且隨種植時(shí)間的延續(xù)，土壤肥力不斷增加。

5 結(jié)語(yǔ)

自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，人口增加，耕地減少，要提高土地生產(chǎn)力，保證食物充足的供應(yīng)量，就必須重視土壤改良，實(shí)現(xiàn)土壤的可持續(xù)發(fā)展。本文所概述的合理施加改良劑、種植綠肥、科學(xué)耕作、建造水利工程等技術(shù)，不僅能有效提高土壤肥力，還能促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展，使社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到明顯提升。

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（責(zé)編：王慧晴）

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：201810452025）。

作者簡(jiǎn)介：董曉菲（1998—），女，山東人，在讀本科生，研究方向：環(huán)境工程。? ?收稿日期：2019-04-04