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土壤鹽漬化及治理研究進展

2023-08-04 14:56:26趙作章陳勁松彭爾瑞李榮亮吳大真
中國農(nóng)村水利水電 2023年6期
關鍵詞:鹽生耕層鹽漬化

趙作章,陳勁松,彭爾瑞,李榮亮,吳大真

(云南農(nóng)業(yè)大學水利學院,云南 昆明 650500)

0 引 言

土壤鹽漬化是可溶性鹽離子不斷地向土壤的表層積聚,從而改變土壤理化性狀,導致土壤基本特性發(fā)生不良變化和質(zhì)量下降的過程[1]。當前,全世界范圍內(nèi)的土壤鹽漬化仍保持上升趨勢,根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)數(shù)據(jù),全球約有8.33億hm2的土壤受到鹽漬化的威脅,主要集中在歐亞大陸、非洲、美洲西部[2]。我國鹽漬土總面積為3 690 萬hm2,占全國可利用土地面積的5.01%,主要分布在東北、華北、西北、長江中下游及濱海等地區(qū)[3]。鹽漬土是我國最主要的中低產(chǎn)土壤類型之一,其生產(chǎn)力水平與土壤質(zhì)量有十分密切的關系。同時,鹽漬化土壤質(zhì)量受自然因素和人為因素的影響,不合理灌溉、過量施肥、過度森林砍伐等不合理的土地利用方式引起土壤退化和生產(chǎn)力水平降低[4]。特別是在干旱地區(qū)的灌溉農(nóng)業(yè),由于不合理的灌排管理致使土壤鹽漬化加劇導致作物產(chǎn)量低下,區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展受到影響,并且在干旱和半干旱地區(qū)灌溉用地受鹽漬化威脅的面積會比一般地區(qū)高出10%,比如埃塞俄比亞、巴基斯坦、伊朗。此外,隨著人口的不斷發(fā)展和耕地資源短缺,越來越多的荒地被開發(fā)為耕地,灌溉農(nóng)業(yè)用地同時帶來的土壤鹽漬化影響也會愈演愈烈[5]。因此采用合理的鹽漬土壤治理措施,改善其理化性狀和生物學特性,對耕地資源擴展、生態(tài)系統(tǒng)建設、區(qū)域化高質(zhì)量發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。

土壤鹽漬化的成因復雜,其頑固性和反復性是治理的主要障礙因素。我國鹽漬土研究至今已有70 多年歷史,從20 世紀50 年代開始到20 世紀末,研究進展比較緩慢。進入21 世紀以來,對于鹽漬土的研究熱度持續(xù)升高。早期鹽漬土壤治理的研究主要基中在水分調(diào)控、深耕改土等方面[6],根據(jù)其不同鹽漬土壤的特性初步提出治理鹽漬土壤的單一措施。隨后諸多研究學者提出施用改良劑、種植鹽生植物、使用微生物肥料等方面進行多元化的綜合治理[7]。鹽漬土治理不僅可以緩解我國耕地資源短缺的問題,還對鹽漬土分布地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和區(qū)域生態(tài)高質(zhì)量發(fā)展具有重要作用,但目前鹽漬土治理研究較為零散。本文總結了土壤鹽漬化的成因及來源,從灌排措施、物理調(diào)節(jié)、化學改良、生物措施這四個方面綜述了鹽漬化土壤的治理途徑,為進一步開展鹽漬土的治理研究提供參考。

1 土壤鹽漬化的成因及來源

土壤鹽漬化由當?shù)氐臍夂颉⒌匦?、地質(zhì)、生物等自然因素決定。原生鹽漬土是指通過自然過程長期積累的鹽分,而次生鹽漬土的發(fā)展,主要是由人為不合理、不利措施下導致原本不含鹽的土層產(chǎn)生鹽漬化[8]。土壤中的可溶性鹽分來源各不相同,巖石和礦物質(zhì)的風化有助于土壤的可溶性鹽分增長;可溶性鹽分也可以通過降雨沉積,多數(shù)情況下數(shù)量很低,但隨著時間的推移,可以積聚在土壤中;風力輸送中的風沙塵也是其來源;其他來源包括鹽堿地下水的排放和海水的侵蝕、施用肥料和殺蟲劑、使用鹽水或廢水灌溉以及在土壤中傾倒廢物等農(nóng)作措施也會導致土壤中的可溶性鹽分增加。根據(jù)降雨量和受土壤水力特性和地形地貌特征影響的水分運動,沉積的鹽可以到不同的土壤層,產(chǎn)生鹽分積聚,加上其他氣候和地貌特征的影響以及人類活動,決定了鹽在土壤層中可能積聚的位置[9]。

2 鹽漬土壤治理

2.1 灌排措施

灌排措施主要遵循土壤水鹽運動規(guī)律,水的下滲作用將土壤中可溶性鹽離子隨水排除土層或耕層以下,從而降低土壤耕層的鹽分含量。因此灌排措施主要是通過灌溉、排水、沖洗、放淤等方式來進行脫鹽、排鹽。

初期治理鹽漬化土壤的灌排措施手段上主要有大水漫灌、井灌、明溝排鹽,但這些措施在調(diào)控水鹽平衡上并不理想,容易造成地下水位上升,積鹽反鹽[10,11]。隨著對治理鹽漬土研究的不斷深入,灌排措施從大水漫灌發(fā)展到精準滴灌、從明溝排鹽發(fā)展到暗管排水排鹽[12-14]。

目前,較為常用的灌排措施有咸水結冰灌溉融水、微咸水合理灌溉、暗管排鹽、覆膜滴灌等[15]。在特殊水資源的合理利用方面,崔尚進[16]研究表明水位調(diào)控聯(lián)合微咸水灌溉能有效降低土壤電導率,減少鹽分在耕層積聚,緩解土壤耕層積鹽問題,但咸水礦化度普遍偏高并不能直接利用,不同作物灌溉微咸水礦化度存在差異,當灌溉咸水礦化度過高時,作物產(chǎn)量下降明顯[17];有學者提出可以采用冬季咸水結冰融水壓鹽改良鹽漬土壤,主要原理是利用抽取的高礦化度地下咸水結冰后冰層融化過程中的咸淡水分離效應,通過融出咸淡水的梯次分離滲入,先融出的水礦化度較高,后融化的低礦化度淡水可有效淋洗土壤鹽分,從而實現(xiàn)耕層脫鹽[18,19]。

灌溉用水是鹽漬土壤水鹽調(diào)控的重要組成部分,在干旱、半干旱地區(qū),由于水資源匱乏,對鹽漬土壤主要通過暗管排鹽,同時用滴灌等其他措施排鹽[20,21]。暗管排鹽技術是通過在地下埋置暗管,當雨水或灌溉發(fā)生,鹽分被水淋洗至暗管處,通過暗管排水實現(xiàn)排鹽。石磊[22]等運用暗管和豎井排水控鹽技術在新疆南疆沙質(zhì)次生化鹽漬土壤上取得了較好的治理效果,該研究在豎井(井深20 m、間距120 m)暗管埋深、布設間距8 m 的最優(yōu)組合技術模式下土壤電導率下降了50.35%,排水礦化度下降了33.24%。此外,在灌排措施治理的鹽漬土過程中,節(jié)水灌溉尤為必要,而膜下滴灌是實施節(jié)水灌溉的重要途徑,王少麗[23]等在干旱區(qū)采用覆膜滴灌技術,在無覆膜的膜間裸露區(qū)內(nèi)設置排鹽淺溝覆膜滴灌,研究表明0~60 cm 土層土壤鹽分平均多數(shù)表現(xiàn)出膜下鹽分顯著低于膜外,而膜外袒露區(qū)積鹽作用明顯。在排鹽溝淋洗定額1 515 m3/hm2條件下,各區(qū)域合計排鹽量達到4 521~6 351 kg/hm2,鹽分上移地表排鹽和排鹽溝淋洗地表脫鹽效果明顯。

盡管灌排措施對鹽漬土壤治理卓有成效,但對所需水量要求較高,而鹽漬地所處區(qū)域多數(shù)存在淡水資源短缺等問題。筆者認為在水資源匱乏條件下,新型的節(jié)水灌排方法和淋洗水處理循環(huán)技術,以及非淡水資源的合理利用將會是未來灌排治理鹽漬土的主流方向。目前,我國進行灌排治理鹽漬土中淋洗水一般為就近直排,對淋洗水的循環(huán)利用的研究甚少。有學者提出利用反滲透技術改善灌溉用水資源和淋洗水水質(zhì),即原水為非灌溉水資源,經(jīng)反滲透技術處理,水質(zhì)達到灌溉標準后,對鹽漬土壤進行灌溉淋洗,淋洗后水收集循環(huán)處理繼續(xù)灌溉利用[24,25];陳逢軍[26]研究發(fā)現(xiàn)靜電噴印紡絲輔助界面聚合法制備超薄納濾膜,通過改變聚醚胺(Polyether Amine,PEA)濃度可以有效去除海水中的鹽分,對非灌溉水資源的合理利用具有較高潛力。

2.2 物理調(diào)節(jié)

物理調(diào)節(jié)是通過改變耕層土壤物理結構、降低水分蒸發(fā)量、增加深層滲流量來調(diào)節(jié)土壤水鹽運動,從而提升土壤入滲淋鹽機能,阻抑土壤鹽分上行并減少其耕層聚集量,進而改善土壤質(zhì)量[27]。

物理調(diào)節(jié)措施主要有秸稈深埋、地膜覆蓋、耕作保墑、深耕施肥、平整土地等措施[28-30]。秸稈深埋是通過在耕層以下鋪設隔層,在水平方向形成板狀結構,切斷土體中毛細管,減少因蒸發(fā)作用的水分上移,阻止深層土壤鹽分向耕層運移[31,32]。耕作保墑是通過保護性耕作使土壤維持適合的作物生長環(huán)境,實施秸稈覆蓋和深松等措施改善土壤質(zhì)量[33]。司振江[34]等研究了振動深松技術對大慶市土壤的改良效果,發(fā)現(xiàn)振動深松后土壤的通氣性、滲透性明顯改善,土壤理化性質(zhì)趨于良性變化,并且當草原生態(tài)環(huán)境恢復到健康程度。土壤有機碳(SOC)是評價土壤肥力的重要指標,在維持植物生長和調(diào)節(jié)土壤功能,以及全球碳循環(huán)發(fā)揮著重要作用[35],而增加SOC 含量最有效的辦法就是秸稈還田[36]。秸稈還田能夠有效增加土壤有機碳含量,一些學者還提出采取秸稈翻壓還田,與覆蓋相比更有利改善土壤結構,提高有機質(zhì)含量[37]。地膜覆蓋是通過在土壤表面鋪設一層非透氣膜,減少土壤水分蒸發(fā)量,達到保溫保水控鹽的目的。20 世紀70 年代我國從日本引入地膜覆蓋技術至今,在干旱和半干旱地區(qū)已經(jīng)得到了廣泛應用,但同時所帶來的“白色污染”也愈發(fā)嚴重,早期使用的地膜大多都為聚乙烯制備,使用后無法降解,回收困難,地膜殘留會阻斷同層次土壤毛細管,影響土壤微生物多樣性,降低土壤透水性[38,39]。

隨著對材料科學的研究不斷深入,出現(xiàn)了可降解液體地膜、綜合肥料配施等物理調(diào)節(jié)措施的新方法[40,41]。高昊辰[42]等研究表明采用高分子化學地膜能夠提升土壤保水能力和降低土壤鹽分的積聚,聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)、殼聚糖(chitosan,CTS)、羥乙基纖維素(hydroxyethyl cellulo,HEC) 分別在 20、80、80 kg/hm2用量下的土壤抑蒸控鹽效果最佳。此外,一些學者研究發(fā)現(xiàn)新型黑色降解膜要比傳統(tǒng)白色塑膜降解速率更快,由于黑色吸熱能力更強,溫度上升更快,能夠更好的幫助降解劑發(fā)揮作用[43]。在治理鹽漬土的過程中,綜合治理措施往往比單一措施效果更明顯,劉海曼[44]等研究了灌溉聯(lián)合地膜覆蓋對濱海鹽漬土水鹽動態(tài)的影響,發(fā)現(xiàn)咸水灌溉后覆膜能夠顯著降低土壤含鹽量,特別是在0~20 cm 土層。盡管可降解地膜具有巨大的應用潛力,但對可降解地膜的實際降解效率尚未形成評價體系,可降解地膜來源廠家生產(chǎn)工藝差異較大,可降解地膜韌性較低,機械作業(yè)覆膜容易撕裂,影響治理效果,而人工覆膜又會增加勞動力和時間成本[45]。因此,未來對于可降解地膜的適用性、安全性、經(jīng)濟性的研究尤為必要。

綜合肥料配施是通過施用多種肥料如有機肥、無機肥、微生物肥料等其他肥料根據(jù)鹽漬程度進行混合配施來達到改善土壤微生物多樣性、提高耕層氮素肥力的目的。朱海[46]等研究表明使用綜合肥料配施提高了土壤有機質(zhì)的含量,改善土壤結構,降低土壤鹽分和作物養(yǎng)分吸收利用,在225 kg/hm2氮用量條件下,3/4化肥和1/4有機肥混合配施處理效果最好。

總體上物理調(diào)節(jié)治理機制相對明確,治理后土壤鹽分含量顯著降低,并且秸稈覆蓋、深埋等措施可減少焚燒數(shù)量,緩解環(huán)境壓力,但治理效果上隨土壤質(zhì)地、剖面構型、氣象和地下水條件、灌溉水質(zhì)水量等狀況不同。

2.3 化學改良

化學改良主要是通過向土壤中加入改良物質(zhì),與土壤膠體中的鈉離子發(fā)生置換,隨水排除耕層土壤。改良土壤理化性質(zhì),使容重下降,土壤孔隙度提高,土壤透水性增強,降低表層土壤水分蒸騰量,抑制鹽分隨水向表層聚集。化學改良材料根據(jù)其組成成分為3 種:含鈣物質(zhì)材料、酸性物質(zhì)材料、其他改良材料。

(1)含鈣物質(zhì)材料。含鈣物質(zhì)改良鹽漬化土壤機理主要是利用溶解后的Ca2+與土壤膠體上的Na+發(fā)生置換淋洗出土體以降低或消除其水解堿度[47],如脫硫石膏、磷石膏、過磷酸鈣等。脫硫石膏又稱煙氣脫硫石膏,是煙氣脫硫(FGD,F(xiàn)lue gas desulfurization)過程中最典型的工業(yè)副產(chǎn)物,改善鹽漬土的機制主要是通過與土壤發(fā)生“鹽類轉化”和“離子置換”兩種化學反應[48]。鹽類轉化是將土壤中對作物毒害性較強的碳酸鹽轉化為影響較小的硫酸鹽;離子置換是將土壤中的鈉、鉀、鎂離子置換出來,再通過灌排措施將鹽分淋洗至耕層以下或隨水排出,從而實現(xiàn)治理的目的。

近年來由于煙氣脫硫石膏具有更經(jīng)濟、環(huán)保被廣泛應用于改良土壤等方面。一些學者研究表明煙氣脫硫石膏降低0~30 cm 土層水溶性Na+的含量為25.8%,降低Cl-的含量為16.7%,顯著降低土壤中堿化度(ESP)和pH,有效改善土壤質(zhì)量和生物環(huán)境[49]。目前施用脫硫石膏的方式主要為地表撒施,但撒施后往往均勻度得不到有效保證,部分脫硫石膏在土壤表層結塊,無法與土壤進行充分結合。有學者提出條施脫硫石膏相比于傳統(tǒng)撒施更能有效改善植物根系土壤質(zhì)量,作物增產(chǎn)效果明顯[50]。盡管脫硫石膏改良鹽漬土效果顯著,但過量的施用脫硫石膏對植物生長不利[51]。由于土壤環(huán)境反應具有一定的滯后性,施用脫硫石膏后長期的土壤環(huán)境質(zhì)量問題和土壤重金屬含量是否惡化還有待評估,對土壤環(huán)境安全隱患還存在爭議[48-52]。例如,陳虹[53]等研究表明施用脫硫石膏后5 年內(nèi)土壤重金屬含量均低于土壤污染風險管控標準,不會造成土壤環(huán)境污染。然而,也有學者研究發(fā)現(xiàn)過量施用脫硫石膏會導致土壤汞含量顯著增加[54]。綜上所述,筆者認為在工業(yè)副品改良土壤過程中,對于工業(yè)副品施入土壤前的土壤環(huán)境質(zhì)量污染風險標準尤為重要,各地工廠的污染元素含量參差不齊,農(nóng)業(yè)施用標準尚未形成統(tǒng)一體系,對于污染土壤環(huán)境的長期性、間接性、潛在性需進一步開展研究。

過磷酸鈣改善鹽漬土的機制主要是Ca2+與土壤膠體上的Na+發(fā)生置換,從而降低土壤鹽分達到治理鹽漬土的目的,并且可增加土壤磷元素、土壤有機質(zhì)含量[55,56]。薛遠賽[57]等研究表明過磷酸鈣及有機肥對鹽漬地小麥進行混施,在相同灌溉水量條件下,混施和單施過磷酸鈣相比,混施更顯著降低土壤含鹽量,增加小麥產(chǎn)量8 523.32 kg/hm2。陳江[58]等研究表明沸石礦物能夠有效吸附土壤中的Na+和SO2-4,施用沸石結合耕作,可以提高土壤通透性與保水性,改善土壤的質(zhì)地。

(2)酸性物質(zhì)材料。酸性物質(zhì)改良鹽漬化土壤機理主要是利用有機酸解離、無機酸釋放和Fe2+、Al3+水解形成的H+與土壤溶液中的CO2-3、HCO-3 發(fā)生化學反應中和排出土壤溶液中的OH-,從而使降土壤pH 和堿化度下降,來消除堿化的危害,如腐殖酸、菌糠、磷酸二氫鉀等。腐殖酸具有多種活性基團,如羥基、酚羥基、酮基等等,有較強的離子置換能力,施入土壤中能夠提升土壤有機質(zhì)、速效鉀、有效磷含量,改善土壤團聚體微觀結構,從而增強鹽分淋洗,減少耕層鹽分的含量[59-61]。王曉洋[62]等研究表明向濱海鹽漬土加入300 kg/hm2腐殖酸后,5~20 cm 土層含鹽量降幅為32.6%。此外,腐殖酸通常可以和其他肥料共配形成更有效的復合肥料,提供植物生長所需營養(yǎng)物質(zhì)[63]。腐植酸與硫磺混施比單獨腐植酸施用鹽漬土中對緩解鹽分脅迫對大麥生長的影響更好,可以使土壤保持較低的pH與電導率、較高的有機質(zhì)含量、更高含量的營養(yǎng)元素[64]。

菌糠也稱菌渣、菇渣,是食用菌培養(yǎng)基廢料,施入土壤后與土壤膠體結合,土壤中鈉離子被置換出來,從而降低土壤pH 和ESP,提高陽離子交換量(CEC),并且菌糠中含有大量菌絲(hypha)及礦物元素,能夠增強土壤團聚體穩(wěn)定性,提供植物所需營養(yǎng)成分[65,66]。王帥[67]等研究表明菌糠搭載硫酸鋁的施入能夠促進稻田鹽堿地中碳酸鈣、碳酸鎂的溶解,使溶液中交換性Ca2+、Mg2+含量增加,致使土壤表面交換性Na+、K+含量降低,迅速降低速效鉀的含量和提升鹽堿地稻田有機質(zhì)、有效磷的含量,從而提高土壤肥力。

(3)其他改良材料。有許多其他類型改良材料可用于改良鹽漬土,如生物碳可以改善土壤的理化性質(zhì),提高洗鹽效率[68];聚丙烯酰胺(Polyacrylamide, PAM)線性高分子聚合物施用后顯著增加鹽漬化土壤的持水能力[69];在鹽漬生境中接種叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)的植物相比不接種的植物生長更好,緩解鹽脅迫對植物生長及光合特性的抑制作用[70]。研究表明多種材料搭配能夠更顯著提高耕層土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷含量,張曉東[71]等研究表明磷石膏、牛糞、腐殖酸和玉米秸稈為復合改良物料的原料能夠顯著提高耕層土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷含量,22 500 kg/hm2磷石膏+105 m3/hm2有機肥+3 750 kg/hm2腐殖酸+45 m3/hm2玉米秸稈應用條件下,土壤有機質(zhì)、堿解氮的含量對照相比分別增加181.87%和130.52%。

總體來看,化學改良具有見效快、材料搭配靈活等特點,并且改良材料來源各種工業(yè)、農(nóng)業(yè)副品可以緩解環(huán)境壓力,實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)循環(huán),但功能單一、時間周期短,長期施用化學改良材料可能會有土壤環(huán)境安全隱患、地下水資源污染等問題。目前對化學改良的研究熱點主要集中在短期效應上,長期效應的研究甚少。

2.4 生物措施

生物措施主要是通過在鹽漬化土壤上直接或間接種植吸鹽、耐鹽、泌鹽的植物,從而吸收土壤鹽分,收割轉移鹽分,減少耕層蒸發(fā),改善土壤結構。植物根系的呼吸作用及有機質(zhì)的分解提高了根區(qū)的CO2分壓,向根區(qū)釋放質(zhì)子H+,從而增大CaCO3的溶解率,為Na+的置換提供Ca2+源,其分泌的有機酸及植物殘體經(jīng)微生物分解產(chǎn)生的有機酸可中和土壤堿性。主要改良機理體現(xiàn)在植物的耐鹽能力、植物根系生長改良土壤質(zhì)量、植物“生物泵”收割除鹽3 個方面[72,73]。除鹽生植物外,蚯蚓或其他土壤微生物也可以改善鹽漬化土壤[74]。蚯蚓被稱為“生態(tài)系統(tǒng)工程師”,在提高土壤肥力、促進土壤有機質(zhì)分解與養(yǎng)分循環(huán)等方面有重要作用[75]。蚯蚓活動能夠增加有機物的分解和養(yǎng)分釋放,同時使鹽堿地土壤的團聚體結構、滲透率、微生物數(shù)量和活性得以恢復和改善[76]。

鹽生植物主要分為假鹽生植物、真鹽生植物、泌鹽鹽生植物,具備特殊的鹽分分泌機制或滲透調(diào)節(jié)機制,從而能在鹽漬土壤中生長。

(1)假鹽生植物。假鹽生植物是能夠將鹽離子積聚在薄壁的液泡和根系木質(zhì)部組織中的植物,如蘆葦(Phragmites australis)、沙蒿(Artemisia desertorum Spreng)等。蘆葦,是禾本科蘆葦屬植物,在鹽漬土壤上種植蘆葦,其生長階段通過根、莖、葉對土壤鹽分不斷的積聚,使土壤pH 降低,并且枯萎后不收割,可有效增加土壤有機質(zhì)含量[77]。此外,植被在不同鹽分條件下,生理生態(tài)響應會有所差異,鹽脅迫下河灘蘆葦(低鹽生境)的抗性比潮灘蘆葦(高鹽生境)低,潮灘蘆葦比河灘蘆葦更能通過調(diào)節(jié)離子平衡、滲透物質(zhì)平衡、光合系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)來適應鹽脅迫,潮灘蘆葦在抵御鹽 脅迫時,通過根部高效的排Na能力排出過多的Na+,潮灘蘆葦根部分生區(qū)的Na+外排流速為(1 982.05±122.74)pmol/(cm2·s),能夠更有效減輕離子毒害[78]。

(2)真鹽生植物。真鹽生植物是能夠將鹽分積累在肉質(zhì)化葉片、莖當中的植物,葉片肉質(zhì)化是真鹽生植物在鹽生境能夠生存的重要機制,如堿蓬(Suaeda salsa)、鹽生草(Halogeton glomeratus)等。鹽地堿蓬,又稱翅堿蓬,是藜科堿蓬屬植物,主要通過植物吸鹽和改善土壤結構提高淋洗效率兩方面降低土壤鹽分含量[79,80]。一方面由于鹽地堿蓬是鹽生植物,葉片較肉質(zhì)化,使得植物細胞數(shù)量提高,體積擴大,能夠儲存大量水分,稀釋葉片鹽離子濃度,從而更多的吸收土壤中鈉離子和氯離子含量。另一方面種植鹽地堿蓬能夠使土壤容重下降,提高土壤入滲率,提升淋洗鹽分效率,楊策[81]等研究表明鹽地堿蓬可明顯提升鹽漬土壤的水分入滲能力,鹽地堿蓬處理鹽漬土壤的穩(wěn)定入滲率要比裸地處理高3.0 倍,野外生長條件下,種植鹽地堿蓬在0~20 cm 耕層土壤相比裸地土壤容重更低,進而提升鹽漬土壤水分入滲能力。鹽生草,為黎科鹽生草屬植物,具有較強的聚鹽性,植株內(nèi)含大量鹽分,通過在鹽漬土壤上種植后收獲,可有效治理鹽堿地[82]。

(3)泌鹽鹽生植物。泌鹽鹽生植物是能夠將自身葉、莖的鹽離子分泌出體外的植物,這種獨特的泌鹽結構稱為鹽腺或鹽囊泡,也是泌鹽鹽生植物最顯著的特征之一[83,84]。根據(jù)其泌鹽方式可分為向外泌鹽鹽生植物、向內(nèi)泌鹽鹽生植物。向外泌鹽鹽生植物通過鹽腺將鹽離子直接分泌到體外,向內(nèi)泌鹽鹽生植物先將鹽分貯存在鹽囊泡中直至膨脹破裂后將鹽分排出體外。四翅濱藜(Atriplex canescens)又名灰毛濱藜,典型泌鹽鹽生植物之一,原產(chǎn)地為美國中西部地區(qū),從我國1976 年引入種植以來,被廣泛應用到治理鹽堿地當中。四翅濱藜具有良好的耐鹽、耐旱性,被稱為“ 生物脫鹽器”,已有研究表明四翅濱藜在土壤含鹽量1.5%條件下能維持正常生長,在含鹽量2.6%條件下仍能生存,在鹽漬土壤種植四翅濱藜三年后,耕層土壤電導率大幅度下降[85]。此外,四翅濱藜對鹽分的吸收分化能力,隨土壤鹽漬化程度稱反比,這可能是由于抵御鹽脅迫時存在鹽離子濃度閾值,高于閾值時四翅濱藜的滲透調(diào)節(jié)機制表現(xiàn)出明顯的拒鹽能力,從而減少鹽離子對其毒害的作用,維持體內(nèi)離子動態(tài)平衡[86]。

鹽生植物的耐鹽基因對于植物能夠在鹽漬生境生存和抵御鹽脅迫發(fā)揮重要作用。隨著對植物耐鹽機理的研究不斷深入,以及基因工程技術的發(fā)展使得耐鹽基因克隆和表達成為可能,如Muhammad Rauf[87]等從局部鹽生植物草中克隆了(LFNHX1)基因,賦予植物更好的耐鹽和耐旱潛力,在鹽脅迫下與野生植物對照相比生長的更好;茍艷麗[88]等克隆出四翅濱藜DREB(dehydration responsive element binding protein)轉錄因子編碼基因AcDREB2,在四翅濱藜受到鹽脅迫后,AcDREB2 表達豐度迅速上升,表明AcDREB2對于鹽脅迫的響應非常密切。

植物接種耐鹽微生物改良鹽漬土壤也是目前生物措施的方法之一。其中植物根際促生菌(plant growth promoting rhizobacteria,PGPR)受到廣泛關注,孫曉瑩[89]等研究表明接種YZX4菌株能夠增加宿主植物的耐鹽性,YZX4 菌株在10 g/L 和20 g/L NaCl 濃度下同時具有ACC 脫氨酶活性、IAA 合成能力、嗜鐵素合成能力、固氮能力和溶磷 (有機磷和無機磷)能力,且有較強的鹽堿耐受能力。此外,土壤缺磷是導致鹽漬土壤產(chǎn)量低下的重要因素之一,如何提升土壤有效磷含量對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義,江紅梅[90]等研究表明草酸青霉M2 菌(Penicillium oxalicum) 具有更好的耐鹽、高效溶磷效果,對玉米植株促生效果顯著,玉米植株鮮重相比不接種菌劑對照相比至少提高26.4%,顯著增加土壤有效磷,促進玉米生產(chǎn)。

雖然生物措施治理鹽漬土壤的研究已經(jīng)取得較大進展,但鹽生植物的研究主要集中在生長初期階段,針對鹽生植物的生命周期的不同階段和位置進行研究,對鹽生植物適應機制研究也許會有新的啟發(fā);植物耐鹽性主要集中在在實驗室以及模式植物上,對于自然環(huán)境條件下作物的耐鹽機制研究還有待深入;利用轉基因接種技術雖能提高植物的耐鹽潛力,但轉入基因與原有基因是否會存在相互作用并對于植物的改性造成不利影響,還有待進一步的探索。

3 展 望

鹽漬土的治理不僅在于降低原生鹽漬土的面積,還要防患次生鹽漬土的發(fā)展。因此監(jiān)測土壤鹽漬化的動態(tài)變化是鹽漬土治理的重要發(fā)展方向,如利用高光譜遙感數(shù)據(jù)傳感技術可以定量監(jiān)測不同尺度的土壤鹽漬化[91],聯(lián)合運用GF-1 衛(wèi)星和無人機多光譜遙感獲取圖像數(shù)據(jù)提取鹽漬土信息,并同步采集土壤表層含鹽量,實現(xiàn)高精度大尺度的土壤鹽漬化監(jiān)測[92,93],并節(jié)省人工和時間成本。此外,鹽漬土的原生窒礙和次生窒礙形影相隨且相互作用,這要求鹽漬土的治理研究要打破傳統(tǒng)的單一農(nóng)田水利思路,從控制水分、結構改善、土壤培肥、生物改良等多措施進行,其核心仍是水與肥的密切結合,相輔相成。我國鹽漬土資源分布不同,土壤類型、水分條件、鹽漬成因、種植結構差異較大,并且缺乏長期的野外觀測設施和區(qū)域內(nèi)的聯(lián)網(wǎng)比對研究,還未形成完整、簡捷、共享的土壤鹽漬化數(shù)據(jù)?,F(xiàn)有鹽漬土的研究在各地區(qū)各自展開,且一般在試驗田進行模式研究,缺乏規(guī)?;⑾到y(tǒng)化,應考察研究各個地區(qū)之間的土壤類型,在土壤性質(zhì)基礎之上進一步完善鹽漬化土壤分類體系,強化對資料匱乏或無資料地區(qū)的研究布局,對土壤鹽漬化發(fā)生、演化過程中共性與個性、驅動機制、調(diào)控改良原理進行對比歸納總結,從而為鹽漬土治理打下堅實的基礎。

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