肖欣怡李霞史飛航陳瑜

(1.長(zhǎng)安大學(xué)土地工程學(xué)院，陜西 西安 710064；2.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710064)

鹽堿土是由鹽分集積在土壤表面累積而成，由鹽土和堿土組成。包括原生鹽堿土、次生鹽堿土?？扇苄喳}的含量若高達(dá)0.6%甚至以上，為鹽土。陽(yáng)離子中，總代換量中交換性鈉離子含量占20%以上，為堿土，pH值大于9[1]。鹽堿地是一種可利用的資源，對(duì)鹽堿地的改良、利用已經(jīng)成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要舉措，是建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的關(guān)鍵一步，因此土地鹽堿化的治理是保障國(guó)家糧食安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)鄉(xiāng)村振興的重要課題[4]。

在我國(guó)根據(jù)土地含鹽率(大多以30cm的土壤耕層計(jì)算含鹽量)，氯離子與硫酸根離子的摩爾比值，可對(duì)鹽堿地進(jìn)行分類，具體見(jiàn)表1。

表1 鹽堿地類別

根據(jù)另一指標(biāo)，酸堿度可分為5級(jí)，具體見(jiàn)表2。

表2 鹽堿地酸堿度分級(jí)

1 我國(guó)鹽堿地分布現(xiàn)狀

目前，據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文組織、世界糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球鹽堿地的總面積約為9.54億hm2[2]，預(yù)計(jì)全球鹽漬化將以每年100萬(wàn)～150萬(wàn)hm2的速度增長(zhǎng)。我國(guó)鹽堿地的總面積約為9913萬(wàn)hm2，約占全世界鹽漬土壤面積的1/9，占我國(guó)國(guó)土面積的10%，與我國(guó)耕地底線差距不到0.27億hm2[2]。

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及人口的增長(zhǎng)，對(duì)農(nóng)作物的需求愈發(fā)迫切，但務(wù)農(nóng)人口不斷減少，土地退化等問(wèn)題致使耕地形式十分嚴(yán)峻。保護(hù)現(xiàn)有耕地，并積極節(jié)約鹽堿地上的潛在資源,做好關(guān)于農(nóng)業(yè)發(fā)展的思考，是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要戰(zhàn)略要求。

我國(guó)鹽堿地大致分布在23個(gè)省、市、自治區(qū)[3]，其面積大，分布廣，形成原因也復(fù)雜多樣。內(nèi)陸鹽堿地主要有3個(gè)集中分布區(qū)，具體見(jiàn)表2。

2 西北地區(qū)鹽堿地成因及典型案例

2.1 鹽堿地成因

鹽堿地的形成，是在自然因素和人為因素下長(zhǎng)時(shí)間作用的結(jié)果。水文條件、地形地質(zhì)、氣候變化和人為活動(dòng)都是鹽堿地形成的重要影響因子[5]，見(jiàn)表3。

表3 鹽堿地分布及其主要成分差異

隨著我國(guó)鹽堿地總量增加，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度減慢，影響了整體基礎(chǔ)建設(shè)，因此現(xiàn)如今，高效的鹽堿地治理與開(kāi)發(fā)方法，是迫切需要解決的科學(xué)問(wèn)題。

2.2 西北地區(qū)鹽堿地治理典型案例

表4 鹽堿地成因

近年來(lái)，在綜合農(nóng)業(yè)處理、生物處理、理化處理以及添加促進(jìn)劑對(duì)鹽堿土地的開(kāi)發(fā)與管理方面進(jìn)行了研究，取得了一些成果。在此基礎(chǔ)上，一些行業(yè)領(lǐng)軍者更是大膽探索，進(jìn)行方案創(chuàng)新，為鹽堿地治理提出了新的治理方法。

2.2.1 陜西省鹵泊灘鹽堿地治理案例

陜西省鹵泊灘是半干旱大陸性氣候，降水分布不均，7—9月的降水量約占全年降水量的1/2。干季比濕季長(zhǎng)，春天風(fēng)多雨少，蒸發(fā)多[6]。鹵泊灘是從西北向東南傾斜，四周高、中間低的封閉式洼地。加之不合理的灌溉方式的影響，使得灘區(qū)地下水位上升，土地鹽堿化日益加重。

韓霽昌[7]提出了新的“改排為蓄、水地共處、和諧生態(tài)”治理模式。該模式的創(chuàng)新點(diǎn)在于對(duì)目標(biāo)區(qū)域建立合理溝網(wǎng)的同時(shí)，通過(guò)不向外部排水，建造水庫(kù)和淹沒(méi)區(qū)，可以動(dòng)態(tài)平衡內(nèi)部的水量，并且可以將高處淹沒(méi)的水排出而鹽不會(huì)流出。改復(fù)雜的傳統(tǒng)水利治理工程，包括排水河道、排水閘、湖泊、截流溝、抽排站等為“和諧生態(tài)”新模式治理方式，將水全部存儲(chǔ)在蓄水溝和淹沒(méi)區(qū)域中，不對(duì)外消耗。主要包括蓄水湖、溝網(wǎng)和淹沒(méi)區(qū)。正常年份，進(jìn)入該地區(qū)的水通常存儲(chǔ)在渠道系統(tǒng)中，如果處理區(qū)域的土壤濕度很高，則可能需要修建一個(gè)蓄水湖。當(dāng)暴雨或大范圍外部排水時(shí)，犧牲處理區(qū)下游小耕地為浸水區(qū)。貯水溝網(wǎng)水位過(guò)高時(shí)，通過(guò)蓄水溝排出下游蓄水池、主要溝渠、浸水區(qū)，水量動(dòng)態(tài)均衡。

隨著降雨、灌溉的減少，地下水位發(fā)生變化，土壤鹽分流入水庫(kù)和深層土壤，排水溝水位上升，土壤表層鹽分減少，土壤鹽分由上至下逐漸減少。

降水、灌溉影響消除后，貯水溝水位大概率較高，排水管中鹽度較低，水體和排水管之間的土壤鹽堿濃度差異將鹽從地面轉(zhuǎn)移到了蓄水溝內(nèi)，溝渠中鹽分濃度逐漸增加，有些鹽分被溝中的蘆葦或其它的植物吸收，部分鹽分積蓄在溝里。

蓄水溝中的水，長(zhǎng)時(shí)間蒸發(fā)后水位變低，鹽堿濃度增高，溝中鹽分移動(dòng)到深層土壤中的鹽分飽和層，與此同時(shí)，非飽和層鹽分土壤層逐步脫鹽。工程自從1999年實(shí)施開(kāi)始，至2009年結(jié)束，在生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益3方面取得較大成效[8]。

2.2.2 新疆鹽堿地綜合治理措施

新疆澤普縣(包括耕地與非耕地在內(nèi))鹽堿地總面積達(dá)15733km2，土壤鹽堿化嚴(yán)重。卜祥新等[10]根據(jù)《南疆水利規(guī)劃》、《新疆綠洲灌區(qū)鹽堿地改良利用計(jì)劃》等規(guī)定，計(jì)劃于2016—2020年，對(duì)南疆地區(qū)澤普縣現(xiàn)有3400km2的鹽堿地進(jìn)行鹽堿地的改良試點(diǎn)。主要對(duì)排水系統(tǒng)做了改善，并充分利用地形特點(diǎn)加強(qiáng)排水。從結(jié)果看出，實(shí)施堿性土壤改良措施后，耕地排水量明顯增加，平衡區(qū)水資源轉(zhuǎn)化有助于降低地下水位和削弱土壤鹽化。可見(jiàn)，完善合理的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是改善土壤鹽堿化的重要一環(huán)。

3 我國(guó)西北部各省(區(qū))的主要治理方法

不同地區(qū)鹽堿地有不同的理化性質(zhì)，經(jīng)過(guò)多年來(lái)對(duì)西北地區(qū)鹽堿地治理方式的總結(jié)，得出一套適用于西北地區(qū)的鹽堿地治理方案。

3.1 物理措施(草田輪作)

3.1.1 向日葵間種草木樨(簡(jiǎn)稱葵間草)

在耐鹽堿植物中，向日葵具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但其對(duì)土地養(yǎng)分的消耗也較大，草木樨可以改善這一情況。

3.1.2 大麥套種草木樨

大麥也是一種耐鹽堿的經(jīng)濟(jì)作物，可作為先鋒植物在鹽堿地上種植[9]。這種套種方式既可以使土壤長(zhǎng)期處于植被的保護(hù)之下，使土壤長(zhǎng)期保持濕潤(rùn)從而減低土壤表層的鹽分聚集。葵間草的特性又可以使土壤養(yǎng)分含量提高，使向日葵更好地生長(zhǎng)，是一種良好的內(nèi)部循環(huán)，值得提倡。

3.2 生物措施

3.2.1 在鹽堿地上種植牧草(如油葵、苜蓿)

牧草的種植有利于土壤腐殖質(zhì)中有機(jī)質(zhì)的積累，植物強(qiáng)大的根系不僅吸收土壤中的水分而降低地下水位，而且能夠吸收養(yǎng)分，根系分泌物活化土壤中的鈣元素，促進(jìn)土壤的淋溶作用，大大改善土壤的物理性質(zhì)。不僅如此，地表的葉面覆蓋也為土壤良好的水環(huán)境創(chuàng)造了條件，有了葉子的遮擋，蒸發(fā)減少，鹽分便不再上行。

3.2.2 在河套灌區(qū)鹽堿地積極發(fā)展草食性牲畜

灌區(qū)富含牧草，飼養(yǎng)成本低、收益高。而且牲畜的糞便可以給土壤提供養(yǎng)分，使土地質(zhì)量?jī)?yōu)化[15]。

3.2.3 增設(shè)防護(hù)林

防護(hù)林可以有效降低土壤表面的太陽(yáng)輻射而減少水分蒸發(fā)，從而幫助土地鹽分的降低。

3.3 水利措施

3.3.1 節(jié)水灌溉技術(shù)

水分的運(yùn)動(dòng)對(duì)鹽堿地的形成有著重要的影響，用節(jié)水灌溉技術(shù)代替不合理的大水漫灌，尤其隨著技術(shù)的發(fā)展，新的節(jié)水灌溉技術(shù)在灌溉地區(qū)發(fā)展迅速，具有投資少、回報(bào)高的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)水灌溉的普及會(huì)對(duì)鹽堿地治理產(chǎn)生積極的影響。

3.3.2 完善明溝和暗管排水系統(tǒng)[11]

好的排水設(shè)施有利于控制地下水位，通過(guò)對(duì)地下水位的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)鹽分運(yùn)動(dòng)方向的引導(dǎo)，從而改善土地鹽分聚集的情況，減少鹽堿地面積。

4 鹽堿地治理發(fā)展方向

隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展日益重視，對(duì)鹽堿地的改善也不再短視于用手段維持一時(shí)的作物良好生長(zhǎng)，人們將目光聚焦于如何在有限的人為干涉中，幫助土壤逐漸恢復(fù)自身的修復(fù)機(jī)制，使其建立良好的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

4.1 低成本綜合治理，改善土壤性質(zhì)

治理方法在不斷進(jìn)步，治理理念也在不斷提升。隨著對(duì)鹽堿地成因的不斷挖掘，人們意識(shí)到水的運(yùn)動(dòng)對(duì)鹽堿地的形成有著重要的影響，把治理重點(diǎn)集中在某一個(gè)治理措施上，用工程的手段改善現(xiàn)狀，但并未大規(guī)模嘗試多種措施綜合治理，在治理過(guò)程中逐漸關(guān)注并發(fā)明價(jià)格更加低廉的、環(huán)保的建設(shè)材料是研究人員下一步的主攻方向，以期為鹽堿地治理創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 生態(tài)優(yōu)先，注重?zé)o污染修復(fù)土壤

常用的改善土壤pH值方法是往土壤中投入某種物質(zhì)，使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而中和土壤pH值，使土地性質(zhì)得到改善。但外來(lái)物質(zhì)的投入不僅會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生好的影響，還可能改變土地的物理性質(zhì)，如發(fā)生土壤板結(jié)等[12]。部分加入物質(zhì)對(duì)土壤也有不同的影響，需要逐漸關(guān)注到其對(duì)土壤的影響，更加注意其是否可以在土壤中長(zhǎng)期保存，是否需要更換等。如今，隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的愈加重視，越來(lái)越多的恢復(fù)方法趨向于無(wú)污染和環(huán)境友好，重視環(huán)境更是大勢(shì)所趨。

4.3 注重土壤自我調(diào)節(jié)

土壤本身是一個(gè)有機(jī)整體，具有強(qiáng)大的自我保護(hù)機(jī)制。在鹽堿土中，土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)正在發(fā)生變化，但仍是一個(gè)完整的系統(tǒng)，施加在土壤上的物質(zhì)會(huì)改變土壤本身的性質(zhì)并形成有機(jī)連接，這個(gè)系統(tǒng)有可能被破壞。因此，如果失去這種保護(hù)機(jī)制，便是得不償失[13]。所以應(yīng)更加注意土壤本身的性質(zhì)，并使用一種或多種物質(zhì)來(lái)刺激鹽堿土壤自我保護(hù)和改善的機(jī)制。

5 展望

鹽堿地的治理，說(shuō)到底就是對(duì)于水的治理?！胞}隨水來(lái)、鹽隨水去”依然是鹽堿地治理的主要原理，所以尋求對(duì)于水流方向控制的研究突破是長(zhǎng)期的挑戰(zhàn)。許多措施的目的就是為了調(diào)節(jié)水的運(yùn)動(dòng)方向，向下、向耕地兩邊流動(dòng)。水分的蒸發(fā)對(duì)水運(yùn)動(dòng)方向的影響是非常大的。除了植物蒸騰、太陽(yáng)輻射的影響，風(fēng)的流動(dòng)也會(huì)帶來(lái)大量的水分向上運(yùn)動(dòng)并蒸發(fā)，使鹽分集聚在土壤表面。由此，可考慮如何降低耕地田塊之間的風(fēng)速和由太陽(yáng)輻射帶來(lái)的蒸發(fā)，并且抑制防護(hù)林對(duì)耕地內(nèi)部水分的吸收。有研究證明，街道兩邊建筑物高度存在高度差時(shí)，街道風(fēng)速明顯不同，當(dāng)面對(duì)風(fēng)向，建筑呈前低后高排布時(shí)，街道風(fēng)速最小。根據(jù)這個(gè)結(jié)論提出，在設(shè)置防護(hù)林時(shí)也可考慮設(shè)置類似的排布，將防護(hù)林設(shè)置為高低錯(cuò)落有致的形式，并在耕地上方設(shè)置遮光板，在防護(hù)林與耕地間設(shè)置隔水擋板，以保證耕地的濕潤(rùn)狀態(tài)來(lái)促進(jìn)水往期待方向運(yùn)動(dòng)。具體結(jié)果還應(yīng)在實(shí)驗(yàn)之后得出。

在目前的研究中可以看出，不同地域鹽堿地類型明顯不同，治理措施也有差異。這是由當(dāng)?shù)氐母鱾€(gè)因素綜合作用決定的。但目前對(duì)于研究地的分類還是比較寬泛，只有定性研究，沒(méi)有定量研究，定性分析對(duì)于大規(guī)模、大范圍的區(qū)域有較好的分析、分類，但若目標(biāo)范圍縮小，其準(zhǔn)確性便會(huì)下降，所以在后期研究中應(yīng)考慮建立數(shù)學(xué)模型，建立各個(gè)因素之間的影響因子，較為準(zhǔn)確地對(duì)鹽堿地進(jìn)行分類，以便采取不同措施。對(duì)此，簡(jiǎn)單設(shè)立了三角模型，如圖1所示。

圖1 鹽堿地定量分類三角模型

綜合分析鹽堿地成因，主要有3點(diǎn)：日照強(qiáng)烈，使得蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量；地勢(shì)低洼，不利于水的流入流出；土壤不保水，地下水位高。綜合這3點(diǎn)，確定了3個(gè)水的主要控制因素，溫度氣候、地形地勢(shì)，以及土質(zhì)。通過(guò)年月降水量、蒸發(fā)量、日照、地形坡度、土壤孔隙等準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，分別確定3個(gè)因素間兩兩相互的影響因子，確定外圍的3個(gè)影響因子后，再分別對(duì)三者與水的關(guān)系進(jìn)行確定，得出3個(gè)影響因子，在確定好6個(gè)影響因子后，建立數(shù)學(xué)模型，同時(shí)使用專家打分法等有效方法，綜合得出較為完善的分析系統(tǒng)。提出這種模型，目的是可以通過(guò)大數(shù)據(jù)全面準(zhǔn)確地對(duì)鹽堿地的狀況進(jìn)行分析，給出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，從而能夠通過(guò)分析結(jié)果給出更加合理的治理措施。

另外，在利用耐鹽堿植物進(jìn)行治理時(shí)，由于植物耐鹽堿程度等特性的差異性，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致生物措施效果不明顯，所以后期要注意耐鹽堿植物的研究，使其能針對(duì)性的種植在不同類型的鹽堿地上，發(fā)揮最大的作用。