土 壤 通 报第 33 卷第 6 期Vol. 33, No. 6Chinese Journal of Soil Science2002 年 12月Dec. , 2002
盐 碱 地 治 理 研 究 进 展
牛东玲1, 王启基2
( 1. 宁夏大学, 宁夏 银川 750021; 2. 中科院西北高原生物研究所, 青海 西宁 810008)
摘 要: 综述了土地盐碱化形成原因和盐碱地的治理情况, 着重论述了当前国内外盐碱地治理的主要研究领域。关 键 词: 盐碱地; 治理
中图分类号: S15614文献标识码: A文章编号: 0564 -3945(2002)06 -0449 -07
盐碱土是地球上广泛分布的一种土壤类型, 是一业以来[1]。据 D. W. Thorne, H. B. Peterson 统计, 全世种重要的土地资源。全世界盐碱地面积约为 9. 55 亿界约有 55% 的土地分布在干旱及半干旱气候带, 这些hm2, 分布在世界各大洲干旱地区, 主要集中在欧亚大地区雨量稀少, 干旱气候带的年降雨量一般不足陆、 非洲、 美洲西部。我国盐碱土地资源总额约为250mm, 半干旱气候带的年降雨量也仅 250~ 500mm,9913 @ 104hm2, 其 中现 代 盐 碱 土面 积 为 3693 @因而, 发展灌溉是促使这些地区农业发展的一项重要2,残余盐碱土约 4487 @ 104hm2, 并且尚存在有104hm手段。事实证明, 发展灌溉可使作物产量成倍增长, 但约 1733 @ 104hm2的潜在盐碱土, 主要分布在东北, 华是因灌溉不当而形成土壤次生盐碱化的问题, 已成为北, 西北内陆地区以及长江以北沿海地带[1]。土地盐当今农业发展的主要障碍之一。根据联合国粮农组织碱化问题与人类活动, 特别是农业灌溉密切相关, 研究( FAO) 和联合国教科文组织( UNESCO) 1976 年统计表明, 它不但造成了资源的破坏, 农业生产的巨大损资料, 全世界有 50% 以上的灌溉地因盐渍和水渍危失, 而且还对生物圈和生态环境构成威胁, 表现出环境害, 致使每年有数百万公顷灌溉地荒弃[2]。国内外学和经济两方面的危害。一些环境问题的出现与发展,者在查明引起土壤次生盐碱化的原因方面做了大量研也引发或加重了盐碱化问题, 其中较为突出的是温室究工作, 因研究侧重点的不同, 对次生盐碱化形成的主效应引起的全球气候变化, 造成旱象增加, 海平面上要原因存有不同的观点, 以B.A. 萨乌缅为代表的一些升, 直接或间接地加剧了积盐过程和潜在盐碱化的威学者认为对于干旱地带的大多数灌区来说, 土壤次生胁。另外, 盐碱化过程常与荒漠化过程相伴生, 甚至相盐碱化的形成和发展是由于不合理的灌溉, 用水不当,互促进相互转化。在本世纪, 土地盐碱化还将伴随着抬高了地下水位, 加之强烈的蒸发而引起土壤盐碱灌溉的发展而继续扩展, 带来一系列的环境问题, 影响化[3]。B. A. 科夫达在论证地下水与土壤盐碱化的关农业的持续发展, 并最终影响人类的生活和健康。当系时指出, 在现代盐碱化过程的发生和发展因素中, 地今世界, 人口膨胀, 土地退化, 可利用淡水资源的匮乏,下水的移动, 埋深和平衡最为重要, 在炎热而干旱的气也促使人们将注意力转向大片分布的盐碱荒地的开发候条件下, 气候虽然是形成盐碱土的条件之一, 但如果利用, 这样不仅可以扩大可耕地面积, 增加单位产量,地下水埋深在 10m 以下, 土壤的水分蒸发就不会超过缓解粮食危机, 而且可改善生态环境, 提高人们的生活降雨总量, 尽管气候干旱, 土壤也不会发生盐碱化。但质量。是如果地下水滞留, 埋深为 1~ 3m, 则易遭受强烈蒸盐碱土是在一定环境条件下形成和发育的, 其中发, 导致盐碱化过程的发展[ 4]。熊毅在分析灌区土壤又以气候、 地形、 地质、 水文和水文地质及生物因素的盐碱化形成条件和原因时指出, 次生盐碱化的发生是影响最为突出。另外, 伴随着人类对土地的开发利用,由于许多不合理灌溉措施引起地下水位抬高的结人类的活动也必然对土壤盐碱化产生巨大的影响。土果[5]。通过长期室内外模拟试验[6,7,8], 地下水在土壤壤盐碱化特别是土壤次生盐碱化, 就是人类开发利用次生盐碱化形成过程中的作用已为大多数研究者所公土地资源不当, 引起水文及水文地质恶化, 导致土壤形认。以B. A. 科夫达为代表的研究者, 则认为灌区土壤成过程向不利于人类的方向发展, 尤其是发展灌溉事盐碱化的主因是自然条件不良, 认为灌区自然排水的
收稿日期: 2001 -06 -05;
基金项目: 国家/ 950科技攻关计划项目资助( 97- 924- 02- 03)
作者简介: 牛东玲( 1973 - ) , 女, 陕西西安人, 硕士。
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不通畅及底土和地下水的原生盐碱化是最主要的一受财力的限制, 因而一些研究者主张寻求生物学治理些不良自然条件[3]。另有一些研究者通过对灌溉水措施。A. J. Peck 在/ 次生盐碱化的发展与改良0一文质量及其对土壤的影响的研究, 认为在干旱、 半干旱中写到, 排水防止次生盐碱化, 技术上是有效的, 但是气候带, 灌溉水一般都含有一定数量的易溶性盐分,在旱地农业中是不经济的。主张在澳大利亚用恢复长期灌溉, 土壤盐分含量必然就会增加。目前, 对发和建立植被来控制水盐平衡, 认为植物不仅直接影响展灌溉( 特别是大型自流灌溉) 引起土壤次生盐碱化土壤的盐分积聚, 由于植物耗水量常常超过裸露地的原因的研究已取得新的进展, 认为在地面强烈蒸发影蒸发量, 从而能使整个流域的水分补充因植物的蒸腾响下, 其主要原因有三: ( 1) 引起浅层地下水位升高超而减少[ 12]。1966 年以色列科学家 Hugo BoyKo 在过其临界深度, 导致土体和地下水中盐分向地表富5Salinity and Aridity6一书中提出可以利用咸水灌溉集; ( 2) 土壤心底土存在积盐层, 其中的盐分为灌溉下作物或通过种植耐盐植物来解决盐碱化问题。十年渗水流溶解活化, 转向地表累积; ( 3) 采用高矿化地面后, USF ( the United States Science Foundation) 的三水或地下水灌溉, 而又无调控措施, 致使盐分在土壤个 成 员 Lewis Mayfield, James Allerand Osker表层累积。另外, 一些工矿企业排放的含盐弃渣和废Iaborsky 提出 Biosaline 的概念, 随后在以色列、 美国、水, 作为环境污染源也能使局部地段的土壤发生盐碱苏联成立了三个 Biosaline 研究机构, 主要进行植物化[1]。耐盐机理、 微盐水灌溉、 盐生植物的利用等方面的研历史上人们普遍对盐碱化现象持消极悲观的态究, 人们的观点逐步转向利用生物措施来治理盐碱度, 尤其在广大干旱半干旱地区, 其可利用的灌溉水地。通过筛选利用耐盐种和品种, 提高作物本身耐盐
能力较之利用工程措施改良盐碱地要经济有效[13]。源也多为咸化水, 从而严重阻碍了这些地区农业的发
展。1979 年 10 月在西德波恩召开5农业生产 80 年随着对盐碱化问题研究的深入, 人们逐渐认识到要彻代研究与发展战略6会议的总结中指出:/ 在世界大部底根治盐碱似乎并不实际且很困难, 而迫切需要寻求分地区, 土壤盐碱化的原因业已查明, 但是合理的治一种巩固防治效果的方法来调控土体中水盐的平衡。理方法尚未确定, 至今改良工作耗资巨大, 在许多情魏由庆( 1995) 通过黄淮海平原水盐均衡的分析, 指出况下收效甚微[ 9]。在 20 世纪 30~ 40 年代, 苏联学者盐害并不能根治, 而应对其进行调控, 并强调利用肥曾就是否需要采用人工排水来防治土壤次生盐碱化来调控土壤水盐。在七十年代末, 王守纯曾提出在盐的问题展开过激烈的争论, 以 B. A. 萨乌缅为代表的渍土区建立/ 淡化肥沃层0, 即在不要求减少土体盐贮学者认为防治的主要措施应该是控制用水和草田轮量的前提下, 通过提高土壤肥力, 以肥对土壤盐分进作。而以 B. A. 科夫达为代表的学者则建议修建排水行时、 空、 形的调控, 在农作物主要根系活动层, 建立网作为防治的主要手段[ 3]。经过长期的研究和实一个良好的肥、 水、 盐生态环境, 达到农作物持续高产
稳产[14]。陈恩凤( 1984) 也曾提出/ 治水是基础, 培肥践, 人们对排水防治土壤盐碱化的重要性已有了较清
楚的认识[ 10]。世界各国开展了大规模的兴建水利工是根本0的观点, 通过培肥改土, 加厚熟土层等农业措程, 修筑各级排灌沟渠, 采用明沟暗管竖井等进行排施来增加土壤有机质含量[ 15]。此处的肥主要是指种灌, 比较成功的有巴基斯坦的管井排水措施, 美国的植绿肥、 秸秆还田、 施用厩肥三个方面。研究指出, 要防渗与排水措施等[ 11], 我国在 60 年代中期, 在熊毅巩固盐碱地改良效果, 防御土壤返盐, 需要配合适当等人的倡导下, 成功推广应用机井( 群) 进行排灌, 这的农业措施, 特别是培肥土壤, 持续利用盐碱地的关些田间水利工程措施, 在降低地下水位, 将地下水位键是加强培肥和种植[ 16]。
控制在临界深度以下等方面起到了显著的作用。然在常年的生产实践中, 人们认识到要防治土壤盐而, 排水冲洗等水利措施虽被认为是治理盐碱地行之碱化, 采取任何单项的措施凑效有限, 且不稳定, 易反有效的方法, 但由于一方面既要冲洗土体中的盐分,复发生, 必须贯彻因地制宜和综合治理的原则。A.另一方面还要控制地下水位的上升不致引起土壤返H. 罗赞诺夫( 1939) 曾指出只有在分析每个地区的盐, 这就要求必须具备充足的水源和良好的排水出自然条件( 土壤、 水文地质、 气候) 和经营管理条件的路, 作到灌排相结合。由于建立水利措施投资非常昂基础上, 才能对盐碱化问题进行综合解决, 并指出土贵, 且用于维护的代价也很高, 同时还要面对处理含壤改良的措施应包括农业技术措施, 经营管理措施和
水利工程措施[ 3]。由于各国自然条件差异性很大,盐排出水的问题, 而对处于干旱半干旱地区的发展中
国家, 干旱少雨、 蒸降比高、 淡水资源的有限, 并且还盐碱土类型各异, 各国在研究和应用各项改良措施的
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同时, 也都趋向于强调综合改良措施。我国在防治盐胁迫下的一种适应性反应, 盐渍环境中渗透压高, 盐碱化问题的过程中, 也逐步确立了/ 因地制宜, 综合防生植物必须通过调节自身的渗透压, 才能维持体内足治0和/ 水利工程措施必须与农业生物措施紧密相结够的压力, 防止细胞失水及造成生理干旱。盐生植物合0的原则和观点。主要是通过离子区隔化作用, 既将主要的盐分离子转
移至液泡中, 一方面调节渗透压, 另一方面则使高浓1 当前盐碱化治理主要的研究领域度盐分被限制在液泡中, 使其不干扰细胞质中各种酶111 植物耐盐性的研究的正常代谢活动, 同时在细胞质中合成各种小分子有在治理盐碱地的各项技术措施中, 生物措施被普机物如甜菜碱, 脯氨酸等以维持细胞质和液泡间的平遍认为是最为有效的改良途径, 即通过筛选适应盐环衡状态, 防止液泡中高浓度盐分进入细胞质[32]。在境的优良抗盐品种来开发利用盐碱地。发展耐盐植提高作物耐盐力方面的报道指出, 借助转基因工程能
提高小麦的耐盐性[33], 利用 VA 菌根真菌亦可明显物不仅能提高土地生产力水平, 降低使用高质灌溉水
的费用, 并且有利于盐渍环境下农业生态的良性循环增强植物的抗盐性[34], Abd- Alla, M. H. et. 1998 年和改善环境[17, 18]。研究指出通过施用麦秆并接种入分解纤维素真菌, 能采用生物措施首先需要弄明该植物适应的盐渍增强生长在盐环境中豆科植物的固氮能力, 增强其抗度, 即探明其耐盐的适应范围, 了解其盐分敏感期的盐性[ 35]。近年来, 盐肥关系的研究亦成为植物耐盐耐盐性, 以便采取相应的管理和栽培措施来减少其根性研究方面的一个重要分支。通过对盐度和肥力之区土壤的盐渍度水平。主要通过土培、 水培和田间试间关系的研究, 可以改进施肥方案, 减轻盐分对作物验, 使作物处于不同程度盐碱化环境中, 对其萌发期、生长的抑制作用。A. Feigin( 1985) 的试验表明, 非盐幼苗期或中后期的耐盐性进行观察分析。国内近年渍条件下的合理施肥方案, 同样适用于盐渍条件[36]。来的研究主要为对豆科牧草耐盐临界值、 极限值的研当土壤中水溶性钙含量高时, 作物的抗盐性增强, 因究[19], 对粮草兼用型作物耐盐性的研究[ 20], 对寒地而增施含钙的肥料, 可提高盐环境中植物的生存能力型草坪草种耐盐性的研究[ 21]。刘春华等于 1993 年及抗病能力[ 37,38]。另外, 增施钾肥[ 39]、 磷肥[40]也能对 69 个苜蓿品种的耐盐性以及耐盐生理指标进行了提高作物对盐胁迫的适应能力。探讨[ 22], 1996 年陈德明等对小麦、 大豆、 棉花、 玉米在人口、 粮食、 土地矛盾日益加剧的当今, 选择具等栽培作物苗期耐盐性进行研究[23], 国外对豇豆幼有耐盐基因和潜在经济价值的野生植物进行适应种苗期耐盐性进行了研究[24], 这些研究侧重于通过对植, 可大幅度提高盐碱地作物产量, 合理利用盐碱地植物某一发育阶段耐盐性的分析比较, 来决定其耐盐资源, 促进农业的可持续发展。谷安琳等人 1998 年性强弱。Garg, B. K. 等 1997 年[ 25]对 clusterbean 在在内蒙古河套灌区盐渍荒地上对选自中国和美国的
28 份多年生耐盐禾草进行建植试验[41]表明, 在表土不同发育阶段盐胁迫下的耐盐性的分析指出, 作物对
盐渍度的敏感性随发育期的不同而变化。陈德明[26]含盐量为 0. 54% ~ 0. 72%, pH 为 8. 9~ 9. 4 的盐渍对大麦和小麦在不同生长发育阶段耐盐性的研究也条件 下, 引 自 美 国 的 高 薄 冰 草 ( Thinopyrum表明了这一点, 并指出对于在萌芽期和生长早期对盐ponticum) 品种 Tyrell, Jose, Alkar 和中国的野大麦分敏感的作物, 可采取一些栽培和管理措施, 保证作( Hordeum brevisubulatum) 生长良好, 建植率为 57%物立苗, 而对于在作物生长后期, 特别是生殖期对盐~ 80%, 干草产量为 4700~ 6900kg/ hm2。我国自 80分敏感的作物, 除采取必要的管理措施外, 还可通过年代引种野生碱茅属植物在不同地区不同类型盐碱调整作物的播种期, 达到避盐的目的。地进行改土效果试验, 均取得显著脱盐效果。90 年国外对植物耐盐机理的研究报道很多, 如通过对代, 朱兴运通过在甘肃河西走廊盐渍地引种碱茅属植不同作物种类或品种耐盐性的比较研究, 分析其耐盐物进行改良作用的一系列研究, 提出了盐渍地草地农性差异的生理机制[ 27,28], 利用组织培养[ 29], 分子遗业生态系统的理论。它是草地农业系统的分支, 是将传学方法[ 30]对植物耐盐机理进行的更为深入的研盐碱化土地- 耐盐饲用牧草- 农作物- 草食家畜作究。从细胞生物学角度的分析表明, 盐分对作物的危为整体的农业生态系统, 将不能直接从事农作物生产害主要是因引起离子毒害和渗透压力两方面的胁迫,的盐碱化土地, 转变为草业- 作物栽培业- 养畜业-植物的抗盐机理主要有拒吸盐分, 主动避让盐害, 区加工流通业的多组分多层次的农业生态系统, 使其系隔化及泌盐等过程[ 31]。渗透调节是盐生植物对盐分统内的物质转换, 能流畅通, 保持其生态, 经济和社452土 壤 通 报 33卷
效益的统一以及盐渍景观的改善[42, 43]。在澳大利亚E. V. Maas 1985 年的研究结果表明喷灌引起的产量西部约有 50 @ 104hm2的农田发生盐化, 其中大部分下降幅度明显高于后两者, 因其易造成叶子被盐灼伤可以开发利用建成优质高产的畜牧饲料基地, 他们提的问题, 可通过在晚间进行喷灌来减小它的危害作
用[ 51]。滴灌的节水作用已为人们所公认, 它一般只出新的经营思想是对于这些退化贫瘠的盐化土地和
农田, 不要只盯在农作物生产上, 而是弃农经牧, 利用湿润作物的根系带, 同样的灌水量, 使用滴灌, 植物可这些土地种植饲用价值高的耐盐灌木, 引种多种天然获得更多的水分。龚家栋, Dov Pasternak 1996 年在耐盐灌木进行适应栽培, 形成适于不同盐碱地类型的以色列内格夫盐水灌溉试验站, 在干旱沙地所作的盐耐盐灌木的栽培方案, 从而形成合理利用盐化土地,水滴灌试验表明, 在沙地用盐水滴灌马铃薯, 只要实全面发展林业和畜牧业的路子[44, 45]。施合理的灌溉制度, 在沙地上种植马铃薯可获得较高人们对于从盐生植物中培育经济作物的构想由的品质和产量[52]。毛建华( 1984 年) , 薛峰等( 1997来以久, 澳大利亚、 美国、 印度、 以色列等国确定了若年) 的研究指出可通过采取咸碱水、 咸淡水混灌, 轮灌干有潜力的盐生植物如 Atriplex 、 Batis 、 Didtich 等的方式或施用改良剂等途径, 来合理的利用劣质水,250 种之多。我国盐生植物资源也很丰富, 如盐蒿、并伴以深耕翻, 增施有机肥等农业措施, 对于控制地海蓬子、 大米草等数百种, 如能将这些野生盐生植物下水位, 防止次生盐碱化, 保持良好的土壤生态环境加以引种栽培, 不仅可以开发利用大片的盐渍土地资十分重要[53, 47]。对于严重缺水地区, 研究者们已开源, 同时还可以获得可观经济效益。1993 年甘肃民始将目光转向广布的海水[ 54], 美国和以色列的科学勤沙生植物园曾报道引种盐生牧草大叶补血草成工作者通过研究指出, 用海水灌溉盐生植物可以获得功[46], 不过截止目前, 国内对这方面的研究报道相对与在淡水灌溉下的常规作物同样的生物量[55], 以期还比较少。为利用海水开发广大的沙漠地区寻求出路。112 利用劣质水进行灌溉的研究113 覆盖改良盐渍地
据统计, 世界总储水量为 1. 4 @ 109km3, 其中淡依据盐渍土水盐运动/ 盐随水来, 盐随水去0的特水3. 5@ 107km3, 仅占总储量的 2. 5%, 随着工农业的点, 只要能控制土壤水分蒸发就可减轻盐分表聚, 达发展和人口的不断增加, 淡水资源会日趋紧张。开发到改良的目的。随着农业现代化的发展, 机械化水平利用劣质水资源( 包括微咸水、 咸水和低矿化碱性水)的提高, 作物秸秆直接还田成为现实, 生产上推广应进行灌溉, 是缓解当前水资源短缺, 提高粮食产量, 减用的面积逐年在扩大, 随之而起的有关作物秸秆施用缓人口、 粮食、 资源和环境矛盾的重要内容[ 47]。对这后对盐渍地改良效果的研究也不断深入。研究显示方面的研究主要是通过室内模拟和田间试验进行, 陈在盐碱地上覆盖作物秸秆后, 可明显减少土壤水分蒸秀玲 1985 年在河北东部平原南皮试区进行咸水灌溉发, 抑制盐分表聚, 它阻止水分与大气间直接交流, 对试验, 指出利用咸水灌溉的技术关键是控制土壤积盐土表水分上行起到阻隔作用, 同时还增加光的反射率不超过作物耐盐度, 周年内不发生积盐[48], 这就需要和热 量 传递, 降低 土表 温 度, 从 而降 低 蒸发 耗通过试验研究制订出合理的灌溉制度, 即灌溉淋洗需水[ 56,57]。秸秆覆盖是将农艺和水利相结合的综合措水量, 灌水频次等灌溉制度。张永波等人 1997 年在施, 既起节水作用, 又起培肥改土的作用, 是在原有还运城盆地湖区灌区进行田间咸水灌溉试验[49], 得出田基础上增添了新内容。不仅对土壤水盐环境产生灌区咸水适宜的灌溉定额为 825~ 975m3/ hm2, 灌区影响, 而且是对土壤生态环境的综合作用。上游矿化度小于 3g/ L 的微咸水适宜的灌水次数为 4此外, 根据许慰睽等人( 1990) 的报道应用免耕覆
盖法[ 58], 既将现代土壤耕作制与覆盖措施相结合来次, 中游矿化度 3~ 5g/ L 的咸水适宜次数是 2~ 3
次, 下游矿化度 5~ 9g/ L 的适宜次数最多不超过 1治理盐渍地, 类似于在加拿大草原区推出的残茬覆盖次。在澳大利亚维多利亚洲北部的 Shepparton 地农作制 ( Trash cover farming), 可使原生植被所形[ 59]区, 为发展劣质水灌溉, 所作的研究亦指出, 要根据淋成的黑土层( 有机质层) 不致被破坏, 再通过人工种植洗需水量要求, 调节和控制灌入水量和盐量, 既保持绿肥, 切碎茎叶覆盖, 更能提高土壤保水保墒能力, 减耕层土壤盐分不超过规定值, 又避免过量灌溉引起地少机具对土体的压实和覆盖作物根系。除利用秸秆下水位上升[50]。对于利用劣质水灌溉采用何种灌溉覆盖外, 还有利用地膜覆盖[60], 水泥硬壳覆盖[61]进方式及途径也是人们关注的一个焦点, 采用喷灌, 滴行盐碱地改良, 它们在减少农田土壤无效蒸发, 调节灌, 漫灌三种不同灌溉方式对作物造成的影响不同。盐分在土体中的分布, 促进春播作物出苗, 提高产量
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等方面皆有一定的作用。从减少水分蒸耗的角度, 施境变迁等条件的变化还会继续发展, 并将成为全球关用土壤改良剂亦 能起到同等 的效果[62], 王 久志注的重要问题之一。
( 1986) 在榆次市高村中度盐碱地上使用沥青乳剂作参考文献:地面覆盖进行盐碱地改良, 表明其可抑制水分蒸发,
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Research Progress on Saline- alkali Field Control
NIU Dong- ling1, WANG Qi- ji2
(11 Ningx ia University Yinchuan 750021; 21Northwest Plateau Institute of Biology , Academia Sinica Xining 810008, China)Abstract: This article summarizes the factors for soil salinization formation and the control situation of saline- alkalifields and it puts a special emphasis on the main research domain of the current saline- alkali fields. control in Chinaand overseas。
Key words: Saline- alkali fields; Control |