盐碱地改良技术综述
周晓辉，赵文瑜，梁婷，何也，刘明，刘叶楠，赵耕毛＊
（南京农业大学资源与环境科学学院，江苏南京210095）
摘要：不合理的耕种方式，肆意的化肥施用，使我国土地盐碱化现象愈加严重。随着耕地面积的减少，我们面临着日益严峻的粮食安全问题。盐碱地是珍贵的土地资源，具有良好的发展潜力，改良盐碱地增加耕地面积已刻不容缓。本文结合国内外的文献，对盐碱地改良技术进行总结和思考，并提出建议。
关键词：盐碱地；改良技术；综述
1 引言
全球经济高速发展，为我们的生活带来了翻天覆地的变化，也为我们带来了严峻的环境问题，全球气候变暖，水、气、土污染，土地荒漠化，还有，土地盐碱化。据统计，全球盐碱地面积已近十亿公顷，从美洲，亚洲，欧洲到澳洲，横跨各个大陆，但每年仍以1×106～1.5×106hm2的速度在增长[1]。如今，土地盐碱化问题受到世界的关注，盐碱地改良技术成为世界各国研究的热点。
2 我国土地盐碱化情况
目前中国的盐碱地总面积达106万平方千米，主要分布在包括西北、东北、华北和滨海地区在内的17个省份，分为东部滨海盐土及滩涂、黄淮海平原盐碱土、东北平原盐碱土、半漠境内陆盐土和青新极端干旱漠境盐土[2]。其中具有农业利用潜力的盐碱荒地和盐碱障碍耕地近1300万hm2，盐碱环境不适合大多数植物的生长，浪费了宝贵的土地资源。
2.1 盐碱地形成机理
盐碱地的形成[3]与自然环境与和人为因素有关，不同的成因、盐化过程形成了类型不同的盐碱地，盐碱地的形成[4-6]主要由于各种易溶性盐在地面作水平与垂直方向的重新分配，使盐分在土壤表层过多积聚。当天气干燥，阳光灼烈，水分蒸发，使土壤中积累的盐分随水分通过毛细管作用上升到表面，地下水位越高，向上蒸发的水分越多，且流动速度越大，造成地表土地的盐碱化或次生盐碱化[7, 8]；由于地形的原因，沿海的地下水天然含盐量高，内陆盆地地底沉积物过厚，地下径流不能及时把盐分排出，盐分在下层土壤中停留，再随着水分蒸发垂直运动上升到表土；而大量农业灌溉水通过各级渠系补给地下水使地下水位抬升，大量施用化肥农药和不合理的耕种方式，都使得土壤盐碱化问题愈加严重[9]。
2.2 土壤盐碱化的危害
土壤中盐分含量过高会改变土壤的物理和化学性质。物理结构的改变使土壤板结，通气性变差，甚至出现难以治理的盐斑，微生物的活动也受到影响。土壤结构性、通气性、渗透性等物理性质变差的本质原因是土壤胶体高度分散。消除盐碱土胶体高度分散最有效最快速的办法是化学改良剂，但化学改良剂存在成本高，易引起二次污染的缺点，通常作为辅助措施改良盐碱地。盐碱地中的高浓度可溶性盐，增加了植物细胞外部的渗透压，土壤中的营养元素和水分不能为植物吸收导致作物的死亡。地表植被的减少，增加了土壤的蒸发量，加剧土壤的盐碱化，使当地的生态环境恶性循环，制约了当地农业经济发展[10]。
3 国内外盐碱地改良的研究进展
早在19世纪，国外研究者就展开了对盐碱地改良的研究。早期改良主要是施加石膏等改良剂改良盐碱土，随后发现施加酸性物质或活性钙物质能提高盐碱地改良效果；施加有机物质能促进土壤酶活，微生物同样能改良盐碱地起到主要作用，Mbarki[11]等增加特定耐盐菌株来改良盐碱地。
20世纪，美国国家盐土实验室研究盐碱土的水盐运动规律并进行模拟[12]，对盐碱地农地灌溉水的水质进行评价，研究并总结了盐碱地改良的物理、化学和生物三方面措施，同时研究耐盐植物的耐盐机理，培育与筛选耐盐品种并建立耐盐植物的分布数据库。澳大利亚等国研究了由于土地不合理耕作而导致的人为次生盐渍化问题，分析了盐碱化土地资源的综合利用，重点在于恢复植被、重建生态系统与农作制度合理化。研究者[13]以盐生灌木种植为切入点，采取生物降水排盐，畜牧业生产跟进，休耕与免耕合理轮作结合，培肥等一系列生态盐碱地改良措施改良盐碱地和可持续发展，并对植物的耐盐、耐旱的机理进行了深入的研究，在小麦、大麦的耐盐耐旱品种上取得了巨大成效。
我国对盐碱地改良技术研究起步较晚，但中国有着面积广大的盐碱地资源，在吸收国外的先进技术的同时我们在土地次生盐渍化防治技术等方面取得了卓越成效，因地制宜研究了了盐碱地综合治理技术，如：我国新疆[14]水资源缺乏、土壤盐渍化严重，实施的膜下滴灌技术将覆膜种植技术与滴灌技术相结合，实现了新疆灌溉农业的可持续发展。
4 常用的盐碱地改良技术
盐碱地的改良主要围绕灌溉洗盐、管渠排盐、化学去盐、生物吸盐，土壤培肥的思路，同时以工程措施、化学措施、生物措施或新型的改良技术综合性地进行盐碱地的改良。根据当地土壤含盐量的不同，我们需要制定不一样方案进行盐碱地的改良，如：在轻度盐碱地上可直接以水洗盐、植物吸盐，中度盐碱地则需要部分客土，并施用有机肥改良，重度盐碱地需要先建立完善的灌排系统，去除土壤盐分后再采用其他技术进一步去除土壤盐分[15]。
4.1 工程改良技术
4.1.1 农业技术改良盐碱土 工程改良技术包括了农艺改良与灌排改良两个方面。农艺改良大多是利用物理方法改盐，为后续的盐碱地改良奠定了基础，通常包括平地、铺砂，起陇，客土，深耕，覆膜，秸秆还田等措施。
平田整地是通过翻耕、中耕、晒垡、耙地等合理耕作方式,消除盐斑，为后续的均匀灌溉奠定基础；铺砂旨在改碱，降低土壤盐碱含量，增加土壤孔隙度，调节土壤中的水、气、温度和肥力，防止返盐而形成盐斑；高台整地客土改良则是用排水挖沟的土壤垒成高台，使地下水位相对降低，在高台上平整地面、地底垫隔离层，再移客土改良土壤物理性状，调理成保水、保肥、透水、通气能力更好的土壤，并种植耐盐碱的植物。
利用覆盖技术[16]以减少阳光对地面的直接照射，从而减少土壤水分的蒸发对土壤进行保温保湿，有效地抑制土壤表面积盐。近年来，传统的塑料膜覆盖技术[17]对环境的弊端逐渐显现，人们开始使用来源甚广的秸秆作为覆地的新材料[18]。免耕覆盖法是指将作物的根部以及部分的秸秆留在土壤中，待腐烂而形成黑土，不仅有效减少了土壤内部水分蒸发，还使土壤变得疏松肥沃，逐渐改良盐碱地。籍增顺[19]等建立了一套完整的免耕，研究表明干旱季节，秸秆全覆盖为宜；正常降水年份,采用免耕整秸秆半覆整秸秆半覆盖技术体系盖，秸秆覆盖量500—1000kg/亩，并配套除草病虫害防治对策等一系列相应措施。
秸秆还田是一种对秸秆的肥料化利用。无论是秸秆粉碎直接还田或是堆沤还田、过腹还田、沼渣还田等间接还田都充分利用了秸秆中丰富的氮磷钾等元素实现了养分的循环利用，增加了土壤中有机质以及速效养分含量。韩剑宏等[20]研究结果表明，施加2.50 g/kg发酵比例为2:1的玉米秸秆能显著影响土壤肥力指标及土壤酶活性，显著改善盐碱地。
农业技术改良改变了土壤的内部结构与物理性质，运用农业的知识与经验使农作物增产，在盐碱地改良中属于基础的部分，单一的使用农业技术方法改良盐碱地是不可行的。
4.1.2 灌溉洗盐技术 在大范围改良盐碱地的方式中，最核心的部分还是围绕水为中心建立完整、配套的灌排系统，能够做到灌溉的适宜度，排水及时且干旱灌溉，雨季防涝。
传统的大田漫灌设施简单操作方便，利用排水沟把盐水排到河流下游或者指定的地方，能大范围洗盐改碱，适合种植大面积经济作物，但水资源未能充分利用直接生产效益，造成了大量的浪费。在干旱半干旱地区，由于水资源缺乏，高效节水灌溉技术得到发展并逐渐代替传统的灌溉方式。相较于漫灌，喷灌能节省一半水量，并能结合农药与化肥一起施用，能有效改善地表含盐量。滴灌技术则是在作物的生长过程中,按照作物的不同阶段的实际需求，将水和肥料通过滴灌管或滴灌带运送到作物根区土壤表面或土层中，属于局部灌溉。滴灌将作物的根区的盐分淋洗到适于作物生长的环境，通过植物的覆盖减少土层的水分蒸发，阻止积盐和返盐。
新疆222兵团利用喷滴[21]结合技术解决盐碱地低产问题并快速改良土地，使用喷灌能通过压盐洗盐作用，减少浅层地表的含盐量,在作物的生长过程中进行滴灌，高效用水防止水分过分渗漏。
在微灌与面灌基础上，我们研究微咸水灌溉以减少淡水资源的消耗。戴继航[22]的实验结果证明了咸水淋洗可以促进盐碱地的脱盐作用，并节约了淡水用量。但咸水中有较高的盐分，若排水不畅会导致地下水位上升、矿化度增加，从而引发土壤次生盐渍化。郭凯等[23]主要根据咸水结冰融化过程中咸淡水分离的基本原理，构建了冬季咸水结冰灌溉改良盐碱地的技术体系和以咸水结冰灌溉技术为基础的盐碱地适生种植模式。
4.1.3 排水脱盐技术 水平式排水有地面明沟和地下暗管两种方式。明沟排水技术广泛应用于我国农村地区，能将大量盐碱水从土壤中排出，有效地防止返盐。在盐碱较重的地区应加深排水沟深度；在地势低，盐碱重的地区则用双排水沟来加速脱盐过程并降低地下水位。但是明沟排水容易淤积坍塌，占地面积大，需大量人力物力清理。暗管排水技术在国外已被广泛使用，在国内也有着广阔的发展前景。暗管排水技术[24]占地少、排水效果好，适用于我国干旱和半干旱地区，根据“允许深度”铺设排盐管并建立埋深浅管道、水平间距密集的浅密式排盐系统。王洪义[25]等对大庆地区盐碱地进行田间试验，发现暗管埋设间距、埋深越小，平均排水效率越高，土壤脱盐效率越高，改土效果越好；江苏滨海盐碱地暗管改碱示范区[26]示范效果也表明暗管排水和农业配套技术综合实施能降低土壤盐分和pH值，改善土壤理化性质，具有可观的经济效益。
竖井排水[27]是通过垂直提水降低地下水位，使土壤脱盐并防止积盐的排水方法。最主要的技术指标是确定地下水隔离层以上的含水层深度，其次是确定竖井的间距。井灌井排是竖井排水可以与灌溉系统结合起来，旱季抽出来的地下水与河水混合，在含盐量符合灌溉要求下浇灌作物，使机井具有灌溉、排水的双重作用，同时解决了地下水位过高和干旱缺水的问题。
4.2 化学改良技术
化学改良剂[28]能调整可溶性盐的组分，调节土壤中酸碱值。在改良盐碱地过程中通常施用石膏、糠醛渣、工业废弃物磷石膏、粉煤灰等进行化学改良改变土壤物理化学性质，改善土壤的通透性，加速脱盐，防止返盐；施用酸性或生理酸性肥料，如：(NH4)2SO4，Ca(H2PO4)2，K2SO4定向中和土壤碱性；增施有机肥，如腐熟的粪肥、泥炭、锯木屑，增强土壤亲和性能，增强地力、土肥，改善产品的品种；腐殖酸类调节土壤的酸碱度，其中螯合肥营养全面并能提高肥效，缓释氮肥；黄腐酸钾产品可以替代含量相同的K2SO4、KCl及K2SO4（MgSO4）[29]。郭世乾等[30]施用免深耕土壤调理剂有效地促进了植株生长，提高植物的抗病能力，使农户增收。化学改良方法见效快，但成本较高且容易造成二次污染，利用废弃物如糠酸渣、造纸干粉和糠醛渣等代替改良剂具有极大的发展潜力。
4.3 生物改良技术
在盐碱地改良过程中，生物改良技术有着不可忽视的作用，种植耐盐植物能减少土壤中的水分蒸发，减少地表的径流，调节小气候。其中，植物的蒸腾作用使盐碱地地下水位降低，有效防止返盐；而植物通过根系的作用及微生物的作用改善了土壤的物理化学性质。在植物腐烂后能增加土壤中有机质的含量，为土壤培肥。植树造林对于降低地下水位的作用显著，在盐碱地种耐盐树种如香椿、沙枣、白蜡等，能有效改善耕层土壤结构，改良盐碱地，创造良好的经济效益。
4.3.1 盐碱地的植物改良 植物根系能提高碳酸钙的溶解率，提高土壤中钙的溶蚀率，从而使土壤中钙离子的含量得到提高，取代阳离子交换复合物。M. Qadir[31]等研究显示，这一过程是由于CO2的在根区的分压使植物物种的根系释放H+，在一定程度上增强植物对钠的吸收，在植物收获后减少土壤含盐量。提高CO2分压和H+含量能提高方解石的溶解率，改善根区内物理性能，提高渗透系数使有效根深度下的Na+浸出。
盐碱地植物改良方法中水稻种植，水旱轮作、淡水或咸水养殖等改良技术应用颇广，这些改良技术都是利用湛水层的静水压,使水保持向下运动的状态，从而压制下层土壤中的盐分随水上移，有利于“淡化表层”的形成，能够在短时间内使水稻产量达到中产田及以上水平。旱水轮作技术与膜下滴灌相结合，能节约灌溉用水且有效改良盐碱地。
在沿海盐碱含量较高的地区，一般植物无法生长，只有耐盐植物能适应当地的盐碱环境，形成碱蓬群落，如：碱蓬－獐茅群落，獐茅-芦苇群落，碱蓬-芦苇群落，蒿草-达乌里胡枝子群落，柽柳灌丛，西伯利亚白刺灌丛等。近年来，为了在盐碱地改良中更好地发挥植物的生物作用，工作者们已筛选出诸多耐盐碱树种[32]，如:柽柳、白榆、刺槐、垂柳、火炬树 、紫穗槐、钻天杨、枸杞、杜仲、侧柏、桑树、合欢、玫瑰、旱柳、木槿、国槐、梓树、栾树、臭椿、银杏、白蜡等。
除了筛选耐盐植物，为了改良耐盐植物品种以更好地适应盐碱地的环境，研究者们研究相关抗盐碱植物耐盐碱基因的分离、提取、克隆技术，通过转基因技术和其他技术的结合，建立完善植物耐盐体系和良好的植被修复体系[33]。目前的已研究出成熟的转基因耐盐植物有转基因耐盐碱香花槐、转基因耐盐碱草坪草、白杨等。
4.3.2 盐碱地的微生物改良 为了增加生物改良的效果，通常在进行植物改良的同时加入微生物菌剂，微生物的主要作用在于其代谢产生的代谢衍生物，有机酸，多糖胶质等物质能中和土壤碱度，改善盐碱地的物理性质，同时固氮解磷解钾，为土壤增加有效肥。
王爽[34]对嗜盐微生物的分离和多相分类学进行研究。通过对采自大庆盐碱地的苏打盐碱土样品中的中度嗜盐细菌和极端嗜盐古菌的种类组成、一般生物学特性、细胞化学组成及部分典型菌株的16S r DNA的核苷酸序列分析，最终获得47株中度嗜盐细菌和10株极端嗜盐古菌。
祝文婷[35]研究表明黄绿木霉T1010处理的盐渍土花生植株具有发达的根系，根瘤数和侧根数也明显增多，且茎秆粗壮叶片呈浓绿色，开花多果实大而饱满且形状均匀。耐盐碱有益菌根微生物的筛选是植物与微生物共生存在且协同进化，筛选耐盐碱的菌根微生物能够促进盐碱地的改良。
5 其他盐碱地改良技术
在现有盐碱地改良技术的研究基础上，研究者们不断创新改良思路，改进改良方法，增加改良模式，推出更加成熟和进步的盐碱地改良技术。邢莹莹等[36]的研究表明，小穴改良技术中“一字沟”觅食丘式原位修复、“十字沟”觅食台式原位修复和“井字沟”觅食坛式原位修复都使土壤组成和物理结构均显著不同于原有盐碱基质，土壤盐碱性得到有效改善。
王曼华等[37]研究的秸秆双层覆盖是集上盖（地表覆盖）和下隔（地下埋设秸秆隔层）为一体的盐渍土改良新方法，能有效地减蒸控盐。实验结果表明，土表与土表下35~40 cm处覆盖秸秆量之比为2﹕1时，减蒸控盐效果最好。
江苏盐城灌东区域利用生活垃圾中的大量活性、高效菌株制成微生物肥料，有效地疏松土壤，中和碱性，改良盐碱地。引进了天然矿土资源技术，即再次利用泥炭、磷矿粉、沸石、凹凸棒土等天然矿土资源和工农业废弃物，充分体现了环保发展的理念[38]。
Yumei Mao[39]等研究脱硫烟气对长江江口的平潮坪土壤的脱盐作用，结果表明：处理六个月后，在0-10cm混合土层，以60mg/hm2速度可以将土壤交换性钠百分率(ESP)降低到6%以下，并将土壤pH值降低到中性(7.0)，在18个月依然能持续作用，可溶性盐主要由钠盐离子转化为中性的钙盐、硫酸盐离子，同时非盐生植物的生长率达到90%。
6 综合改良技术
在实际盐碱地改良中，更多的还是采用综合改良技术，对盐碱地进行系统地改良。赵兰坡等[40]提出的盐碱地“淡化表层”与培肥综合改良技术，即：以种植水稻和施以铝离子改良剂为主，辅助施用肥料，使盐碱地快速进入“熟化耕层”培育阶段，以适应普通经济作物的生长。吕克楠等[41]总结了下隔-中改-上抑的综合立体改良技术，即：在植物主根区以下做隔离工程；在土壤表层与大气间做保护层；在植株根区改良土壤的理化性质。吉林省西部土地整理重大工程项目[42]对盐碱地进行的“双改”技术，即“改碱”与“改土”相结合的工程改良技术与以种植水稻为主的生物改良技术相结合的盐碱地改良技术。
7 结语
盐碱地的改良过程是复杂的。由于地区限制，不同种类和盐含量的盐碱地需要我们因地制宜，采取相应的综合措施，经济有效地改良盐碱地。同时要考虑到改良技术的科学性，改良方案的合理性，以减少土地的次生盐碱化。我们还需要完善农业排灌标准，大力推广节水灌溉技术，充分利用耐盐植物的优势，推陈出新减少盐碱地改良成本，推动盐碱化地区生态环境改善和社会可持续发展。
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