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盐碱土壤改良技术与实践

作者:出处:发布日期:2019-11-26 浏览次数:

 

随着世界人口扩张、耕地资源紧缺,盐碱土已成为重要的后备土地资源。合理改良和开发利用盐碱土资源,减少土壤盐碱化导致的土壤生产力下降及对生态环境的破坏,使其成为可利用的土地资源已受到广泛关注。我国盐碱土面积为 0.991亿 hm2,仅次于澳大利亚、前苏联,为第三大盐碱地分布国家,约占世界盐碱地资源的10%,其中,现代盐渍化土壤面积约为0.369亿 hm2,残余盐渍化土壤约为0.449亿 hm2,潜在盐渍化土壤为 0.173亿 hm2,严重影响了农业生产的效率,寻求有效的防治方法和改良措施对盐碱地的合利用、缓解耕地资源紧缺具有十分重要的意义。

 

生物措施

生物修复技术主要是指通过处理系统中自然生长的植物或微生物或遗传工程培育微生物的代谢活动,来快速降解、富集或降低系统污染物的溶度或危害程度的环境污染治理技术。

原理

(1)植物改良:目前,已经用于改良盐碱土的耐盐植物有千金子(Leptochloa fusca)、鼠尾栗(Sporobolus arabicus)、狗牙根(Cynodon dactylon)、三叶草(Trifoliumalexandrinum)、波斯车轴草(Trifolium resupinatum)、羊草(Panicum antidotale)、紫花苜蓿(Medicago sativa) 、大黍(Panicum maximum)、芒稷(Echinochloa colona)、木麻黄(Casuarina obesa)、肉桂(Cassia nemophila)、金环相思树(Acacia saligna)、银合欢(Leucaena leucocephala)、无脉相思树(Acacia aneura)等。

(2)微生物改良:故现有措施是对新型耐盐植物进行选育,如传统方法选育,基因工程选育等。利用微生物改良盐碱化土壤是一种行之有效的措施。微生物活动常常影响土壤的各项指标,有机磷细菌、硅酸盐细菌及光合细菌都是盐碱土改良利用的重要功能菌。微生物代谢产物为植物提供营养,促进植物的生命活动;植物的分泌物为微生物提供碳源,促进其新陈代谢,将微生物接种到植物上,通过微生物与植物的相互作用,提高植物的耐盐性,进而对土壤起改良作用。微生物菌体及胞外分泌物可促 进形成土壤团聚体,从而改变土壤结构,阻断盐分向地表富集,胞外聚合物还可增加速效肥、土壤酶活,土壤有机质丰富度和水气循环等,最终实现土壤培肥。

优缺点

在众多改良方法中,植物改良具有费用低、规模大、见效快、经济效益高的优点。利用植物的生命活动可以改善土壤结构、降低土壤容重、增加土壤孔隙度,有利于透水、透气,还可以增加土壤有机质和养分含量。有研究表明,土壤全氮、全钾、速效磷及有机质含量随耐盐植物种植年限的增加而升高。利用植物的蒸腾作用可以减少土壤的水分蒸发,变蒸发作用为蒸腾作用,降低地下水位,加速盐分的淋洗,降低土壤含盐量、pH值及ESP,防止土壤积盐、返盐。

利用耐盐植物改良盐碱土是植物改良的关键。耐盐植物可以在高渗透压的条件下生长,植物根系分泌的有机酸可以改善土壤的酸碱性、降低土壤pH值、改善土壤结构等;耐盐植物还可吸收土壤中的盐分,将盐分存储于液泡中,既避免自身受到毒害,又降低土壤的含盐量。另外,耐盐植物本身具有抵抗盐胁迫的能力,当处于盐害环境条件下,细胞可产生甜菜碱及过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等各种抗氧化的酶类。

盐碱地开荒种植作物经济效益不高,若不加管理很容易形成盐碱荒地。根据盐碱地的地理位置、气候条件等特征,选择种植不同类型的耐盐观赏植物,可组成一个稳定的植物群落,形成耐盐植物景观,不仅能够改良盐碱地,还能起到美化环境的作用。

产酸微生物在土壤中产酸过程相对平稳,应用于盐碱土改良时可控性强,此外,耐盐碱微生物对促进形成土壤团聚体效果更明显,菌丝体还可促进形成大型土壤水稳性团聚体,从而更加有效改善土壤结构,因此,耐盐碱、高产有机酸的微生物在盐碱土改良中的应用潜力较大。但根据盐碱土特点选择有针对性功能的真菌进行改良的研究较少。

实际案例

植物改良:哈玲津等种植猪毛菜、草木樨、艾蒿和补血草4种野生植物于盐碱土壤中,结果表明,4种野生植物对改良盐碱地土壤效果明显,其中,猪毛菜可以不同程度降低土壤中CO32、SO42和有效磷含量,补血草对降低土壤SO42和水溶性钙效果显著,草木樨和艾蒿可以明显增加土壤有效氮含量。

微生物改良:王桂君等发现,丛枝菌根真菌在盐性环境中能够促进植物对矿质营养的吸收,从而提高植物的耐盐性,促进植物生长; 宋家清等对滨海地区盐碱土壤施用活性微生物菌肥,结果表明,施用菌肥可明显增加表土层铵态氮含量,硫酸盐含量明显降低,土壤酸碱度降至中性,而降低氯化盐含量则需较高的菌肥浓度。


化学措施

原理

化学措施改良盐碱地主要是通过向土壤中添加改良剂,调节土壤酸碱度,改变土壤溶液的反应,改善土壤营养状况及土壤胶体吸附性阳离子的组成,如用Ca2+取代Na+,变亲水胶体为疏水胶体,促进团粒结构形成,进一步改善土壤结构, 增加土壤通透性,加速土壤脱盐,防止积盐、返盐,从而达到改良土壤的目的。

在一个区域内,针对某些特定的盐碱成分,化学改良是有效的,它可使盐碱土理化性质明显改善,作物产量显著提高。

(1)改善土壤结构,降低容重和坚实度,提高土壤孔隙度土壤水稳性团聚体数量增加,从而增强土壤的渗透性,减少地面蒸发,抑制水盐向上运行,加速水盐向下淋洗,有利于盐分的淋洗和减少盐分向地表积聚,使土壤盐分含量减少。

(2)降低pH值;盐分组成Ca2+、SO42-含量增加,Na+、Cl-、CO32-、HCO3-含量减少,土壤理化性质向良性方向发展。

优缺点

施用土壤改良剂是一种区别于传统物理、水利改良方法的新措施,发展趋势良好.它在一定程度上改变了土壤的理化性质,提高土壤保水性,并且能够提高土壤养分及速效养分含量,使养分含量保持平衡。在改善土壤理化性状的基础上,创造植物生长的有利条件,生物量和产量均不同程度增加,但仍需要对改良品质和经济效益方面进行研究,分析改良剂对植物不同生育期的调控机理,确定改良剂施用量和植物生长指标、品质之间的关系,对改良剂的作用进行综合评价分析。

目前研究较多的化学改良剂有石膏( CaSO4)、腐殖酸、聚丙烯酰胺、过磷酸钙、柠檬酸等,这些改良剂有的通过改良剂本身性质改善植物的生长状况,利用植物的生命活动起到改良土壤的作用,有的直接改善土壤的基本理化性质,如石膏能够溶解产生Ca2+,Ca2+具有增加植物抗逆性的功能,植物吸收土壤中的可溶性Ca2+而使抗盐性增强;增施含钙肥料,可提高盐环境中植物的生存能力及抗病能力。土壤中可溶性Ca2+浓度增加,碳酸钙溶解度也增大,可以置换Na+的Ca2+浓度增大,较多的Na+被置换出来,再加上灌溉,可达到洗盐的效果。姜万礼等在甘肃引黄高扬程灌区新垦的盐碱荒地上种植油葵,并施用8种土壤改良剂,结果表明,8种盐碱改良剂对油葵均有增产效果,其中丹路菌肥增产效果最好,丹路菌肥、丹路菌剂和腐殖酸改良剂对土壤全盐含量的影响较小,其余改良剂均使土壤盐分含量增加;磷石膏降低土壤 pH 值的作用显著,磷石膏和糠醛渣能够增加土壤中的SO42和Ca2+含量; 施用糠醛渣和磷石膏的投入成本相对最低,纯收益和产投比较高。赵宇侠等将生物黑炭施入连云港滨海盐碱土中发现,生物黑炭施入对中度盐化的滨海盐碱土改良作用明显。


农业措施

原理

农业改良主要是利用农业措施进行保水保墒,改善土壤结构等,主要包括耕作施肥、种稻改良、覆盖地膜、增施有机肥等。

(1)平地围捻:平整土地是为了减少地表径流,提高伏雨淋盐或灌水洗盐效果,同时,能防止洼地受淹,高处返盐,也是根治盐斑的有效措施。围捻是指在平地的基础上,于四周修筑捻埂。作用是灌溉水均匀布满地面,提高洗盐效果。捻埂要夯实,严防跑水。

(2)秸秆还田:在盐碱地上覆盖作物秸秆后,可明显减少土壤水分蒸发,抑制盐分表聚,它阻止水分与大气间直接交流,对土表水分上行起到阻隔作用,同时还增加光的反射率和热量传递,降低土表温度,从而降低蒸发耗水。秸秆覆盖是将农艺和水利相结合的综合措施,既起节水作用,又起培肥改土的作用,是在原有还田基础增添了新物质。不仅对土壤水盐环境产生影响,而且是对土壤生态环境的综合作用。

(3)耕作施肥:牲畜粪便和枯枝落叶等有机物料堆沤腐熟后施入土壤,可以增加土壤的有机质含量,提高土壤肥力,降低土壤盐分含量,调节pH值,减轻盐害。

(4)客土置换:通过改善盐碱土的结构,促进盐分淋洗,减弱水分蒸发,抑制盐分向上运移,降低表层土壤盐分积聚。

实际案例

   应用免耕覆盖法,既将现代土壤耕作制与覆盖措施相结合来治理盐碱地,类似于在加拿大草原区推出的残茬覆盖农作制(Trash cover farming)。可使原生植被所形成的黑土层有机质层不致被破坏,再通过人工种植绿肥,切碎茎叶覆盖,更能提高土壤保水保墒能力,减少机具对土体的压实和覆盖作物根系。除利用秸秆覆盖外,还有利用地膜覆盖,水泥硬壳覆盖进行盐碱地改良,它们在减少农田土壤无效蒸发,调节盐分在土体中的分布,促进春播作物出苗,提高产量。

水利措施

原理

(1)传统的水利措施:我国大规模应用水利措施改良土壤是从解放后开始的,最初地上漫灌、以排为主; 20 世纪60年代中期,在熊毅等的倡导下,推行机井群排灌,70年代采用“抽咸换淡”的方法,80年代末采用“强灌强排”的方法。传统的盐碱地治理方法都是通过灌水来排除土壤中的盐分,降低地下水位至临界值以下,主要措施有: 一是明沟排水,在地面挖排水沟来排水,这是最普遍的方式。二是暗管排水,排水管道埋在地下一定深度。三是竖井排水,在一定排水沟的基础上,设计配置机井群进行竖井排水。

(2)现代盐碱水灌溉措施:我国淡水资源短缺,合理利用现代盐碱水灌溉势在必行。利用盐碱水灌溉的主要方式有: 一是循环灌溉。在土表施用石膏,作物幼苗生长初期用淡水浇灌;幼苗建成再用盐碱水灌溉。二是混合灌溉。即海水和淡水按一定比例混合再进行灌溉,应根据作物的耐盐程度,进一步研究混合灌溉水的含盐标准及混合的最佳配比,以免因灌溉不当而影响作物生长。这种方式在印度和美国已普遍实施,效果显著。在灌溉水或浅层地下水矿化度不高且 淡水缺乏的地区,混合灌溉意义重大。三是顺序灌溉。先用水质较好的水灌溉耐盐性低的作物,用收集到的含盐量较高的水再灌溉耐盐性高的作物。

实际案例

传统水利措施:闫少锋等通过竖井抽排水试验发现,在天然降水条件下,研究区域地下水位明显下降。邵孝侯等对上海五四农场沿海滩涂垦区进行为期2年的田间试验,监测分析和研究暗管排水条件对土壤盐分动态及脱盐的效果,结果表明,暗管排水对降低1m土体中的盐分效果明显,发展暗管排水对改良土壤盐渍化和防止土壤次生盐渍化具有重大的实践意义。

现代盐碱水灌溉措施:逄焕成等通过微区定位试验,研究鲁西北低平原区微咸水灌溉对土壤盐分与作物产量的影响及麦秸覆盖对微咸水灌溉土壤盐分的调控作用,结果表明,麦季利用3 ~5 g/L矿化度的微咸水补充灌溉,1m土体总盐量达到周年平衡,2年后未发生积盐现象,微咸水灌溉配合麦秸覆盖对作物年产量无显著影响,而不覆盖则导致减产。乔玉辉等在田间条件下,利用3.2g/L 微咸水和淡水对河北省东南部盐渍化地区冬小麦进行灌溉试验,结果表明,利用微咸水灌溉对冬小麦生长有一定的影响,但对其经济产量影响不大。利用盐碱水灌溉,合理利用地下浅层微咸水资源,不仅解决了我国淡水资源短缺的问题,还能够促进农业发展,对盐碱地改良起到积极作用,应进一步研究并推广。

 随着现代生产技术发展,出现了水利改良、生物改良、农业改良、化学改良等多种盐碱地的改良方法,且各有优缺点。如化学措施见效快,但容易引入新的离子造成二次污染;农业措施仅能局部改良盐碱化土壤;生物措施环保性能好,但见效较慢。在实际实施过程中,应该因地制宜,选择最佳方案才能起到最佳效果。今后应尝试使用多种方法进行联合改良,如植物与微生物联合、化学改良剂与农业措施相结合、化学改良结合水利措施、植物改良结合化学改良剂等;明确土壤水盐的 运移规律与改良机制之间的作用原理,为去除土壤盐分提供理论依据,以加快改良盐碱土的进程;微生物在盐碱土改良上的作用不容忽视,应在微生物肥料、微生物改良盐碱土机制等方面加强探索。

 

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