王世平,陳 月,潘大偉,薛文多,周 雷,趙 娜,鞏宗強(qiáng),張曉蓉

(1.鞍鋼資源有限公司鞍山綜合服務(wù)分公司,遼寧 鞍山 114010;2.中國(guó)科學(xué)院污染生態(tài)與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所,遼寧 沈陽(yáng) 110016;3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 110049)

0 引言

土壤鹽堿化是世界性的生態(tài)問(wèn)題,全球范圍內(nèi)近9.32億 hm2的土地受到鹽堿化影響,導(dǎo)致土地退化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力下降甚至引發(fā)糧食安全問(wèn)題[1]。中國(guó)鹽堿地涉及17個(gè)省區(qū),以東北、華北、西北地區(qū)為主,面積約3 600萬(wàn) hm2,約占全國(guó)可利用土地面積的5%,其中大部分為鹽堿荒地,僅有1/5左右為耕地,尚有1 750萬(wàn) hm2土地受到潛在鹽漬化威脅[2-5]。鹽堿土中聚集了大量的Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Clˉ、CO32-、HCO3-等鹽離子,這些離子在土壤的水平或垂直方向重新分配,使鹽分在土壤表層逐漸積聚,影響了植物的正常生長(zhǎng);鹽堿土壤在此條件下發(fā)生板結(jié)現(xiàn)象,土壤孔隙度隨之變小,透氣性、滲水性愈來(lái)愈差,影響了土壤中功能微生物的生長(zhǎng)、豐度、代謝以及土壤轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶和脲酶等酶的活性,降低土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化速率[6-7]。土壤鹽堿化會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)、降低土壤肥力、改變土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu),影響植物的吸收代謝機(jī)能。我國(guó)耕地總面積在減少,耕地質(zhì)量在下降,嚴(yán)重影響了我國(guó)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)。

隨著人口的不斷增加,對(duì)資源的需求量也在逐步提高,針對(duì)鹽堿地改良技術(shù)的研究越來(lái)越多,其中礦砂治理鹽堿地技術(shù)逐漸受到重視。部分礦砂無(wú)毒、礦物質(zhì)含量高、具有疏松多孔的特性,不僅可以改善鹽堿土壤結(jié)構(gòu)及其通透性,為作物提供養(yǎng)分,還可以實(shí)現(xiàn)礦砂資源化利用。因此,明確礦砂鹽堿地治理原理并掌握其田間應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文綜述了傳統(tǒng)鹽堿地治理措施,總結(jié)了礦砂治理鹽堿地技術(shù)原理,分析了鹽堿地治理中存在的問(wèn)題并提出發(fā)展對(duì)策,以期為完善鹽堿地治理措施、改良鹽堿地土地資源提供參考。

1 鹽堿地治理研究現(xiàn)狀

早在150多年前,沙俄利用鹽堿地種植農(nóng)田防護(hù)林,對(duì)鹽堿地造林進(jìn)行了一系列研究并取得了多項(xiàng)成果[8]。隨后,美國(guó)、澳大利亞、巴基斯坦、波蘭、印度、埃及、以色列等國(guó)家也針對(duì)鹽堿地的改良與利用開(kāi)展了相關(guān)工作[8-9]。其中,美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家嘗試在堿土上施用化學(xué)改良劑,以實(shí)現(xiàn)對(duì)堿性土壤的改良,發(fā)現(xiàn)施用5萬(wàn)L廢洗液可使大豆種子產(chǎn)量提高85%,施用聚丙烯酰胺可使山核桃產(chǎn)量提高34%;巴基斯坦、印度等國(guó)則從作物耐鹽堿的角度開(kāi)展了大量研究和實(shí)踐工作,使水稻大田試驗(yàn)?zāi)戤a(chǎn)量增加了24.1%～27.8%,高粱、谷子的產(chǎn)量以及玉米的存活率均大幅提高[10]。

我國(guó)地域遼闊,但是適宜耕作的土地僅有1.2億 hm2,占國(guó)土總面積的12.5%,鹽堿地面積占國(guó)土面積的6.62%,居世界第三位,因此我國(guó)鹽堿地改良工作緊迫而艱巨。針對(duì)鹽堿地治理技術(shù),科研人員進(jìn)行了大量研究。目前我國(guó)65%以上的鹽堿地得到了基本治理,其中通過(guò)開(kāi)墾利用的鹽堿荒地已超過(guò)30萬(wàn) hm2[11]。

鹽堿地治理方式主要包括物理、化學(xué)、生物及綜合治理4個(gè)方面。目前主要通過(guò)向鹽堿土壤中添加改良劑和施用微生物肥料等方法對(duì)其進(jìn)行改良,借助微生物對(duì)土壤中的鹽分進(jìn)行吸收與轉(zhuǎn)化,再配合有機(jī)肥來(lái)改善土壤微環(huán)境,提高土壤中的有機(jī)質(zhì)含量。宋沙沙[12]針對(duì)西北地區(qū)鹽堿化問(wèn)題,將脫硫石膏、糠醛渣和牛糞混合,結(jié)合暗溝排鹽、樹(shù)坑墊層等手段防止土壤返鹽,形成了成本低、效果好的實(shí)用性土壤改良技術(shù)。殷小琳[13]以含鈣工業(yè)廢棄物為原料制造了具有改良鹽堿土和提供肥效雙重功能的鹽堿地專用肥料,并在河北滄州臨港經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn),結(jié)果表明,硅鈣鐵鉀磁化肥對(duì)絨毛白蠟生長(zhǎng)的促進(jìn)效果良好,為濱海鹽堿地區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)以及含鈣工業(yè)廢棄物的循環(huán)再利用提供了技術(shù)參考。

微生物肥料已被證實(shí)有利于改善土壤鹽漬化程度,在提升化肥利用率的基礎(chǔ)上,還對(duì)促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)起到了積極作用。劉鐵軍[11]采用嗜鹽堿微生物菌肥和科學(xué)的綠化種植方法在蘭州新區(qū)進(jìn)行了鹽堿地改良和園林綠化,有效改善了土壤孔隙和團(tuán)粒結(jié)構(gòu),增強(qiáng)了鹽堿土的透水性和透氣性。鄒尊濤[14]將篩選出的嗜鹽微生物、解磷微生物以及纖維素降解等微生物結(jié)合有機(jī)肥制成了適用于渤海糧倉(cāng)鹽堿土壤的生物肥。通過(guò)生物肥和化肥配施,當(dāng)?shù)囟←湲a(chǎn)量較傳統(tǒng)化肥處理提高了47.46%～64.61%。國(guó)內(nèi)外鹽堿地治理措施及效果見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)外鹽堿地治理措施及效果[8,10-24]Table 1 Governance measures and their effects for salt marshes management at home and abroad[8,10-24]

2 傳統(tǒng)鹽堿地治理措施

傳統(tǒng)鹽堿地治理的原理是通過(guò)一系列措施和方法降低土壤中鹽堿含量,從而提升土壤肥力和適宜作物生長(zhǎng)的能力,主要原理包括鹽分調(diào)控、土壤pH調(diào)節(jié)、淋洗處理、有機(jī)質(zhì)的添加以及耐鹽作物的種植。目前,我國(guó)鹽堿地改良技術(shù)主要有物理治理措施、化學(xué)治理措施、生物治理措施以及綜合治理措施。

2.1 物理治理措施

物理改良指采用一些物理方法改造鹽堿土,如覆沙客土、微區(qū)改土、深耕深翻及地面覆蓋等,以實(shí)現(xiàn)鹽堿土改良利用的目的[25]。

1)覆沙客土

覆沙客土主要是將堿斑地挖深,向黏質(zhì)鹽堿地覆蓋如高爐渣、煤灰渣、石膏以及壓泥等疏松多孔物質(zhì),從而實(shí)現(xiàn)壓鹽和壓堿,提升土壤肥力[26]。沙土的含鹽量低、結(jié)構(gòu)疏松且顆粒較大,將其與鹽堿土混合后,土壤結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變,并促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成,增大土壤孔隙度,增強(qiáng)土壤通透性;在雨水淋溶作用下,土壤中的鹽分從表層向土壤深層遷移,使表層土鹽分降低,起到了壓堿作用[27]。關(guān)勝超[28]開(kāi)展的覆沙造旱田實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,覆沙對(duì)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量均有顯著影響,其中玉米平均增產(chǎn)272%、向日葵平均增產(chǎn)47.7%,且在一定范圍內(nèi)隨著覆沙厚度的增大增產(chǎn)效果越顯著,土壤pH、電導(dǎo)率等指標(biāo)隨著覆沙厚度的增大而得到顯著改善。

2)微區(qū)改土

一些土壤區(qū)域微地形差異很大,需因地制宜地將其劃分成小塊。先刮去鹽結(jié)皮,再逐一平整,微區(qū)改土可以減少水分蒸發(fā)、改善土壤的通透性、抑制返鹽,有利于作物的生長(zhǎng)及根系吸收水分,可使土地鹽堿化程度得到一定改善[5,25]。

3)深耕深翻

深耕深翻的主要目的是疏松耕作層土壤,深度在30 cm即可。深耕過(guò)程中表層土壤中的鹽分被翻入土層深處,改變了鹽堿土剖面的分布情況,提升土壤洗鹽和淋鹽速度,降低返鹽過(guò)程的頻率,從而實(shí)現(xiàn)鹽堿土壤改良的目的[12]。

4)地面覆蓋

地面覆蓋也是鹽堿土物理改良方式之一,可利用的材料有礦渣、礫石、秸稈、塑料薄膜等。該方法的主要原理是減少毛細(xì)作用的發(fā)生,降低鹽分因水分蒸發(fā)而遷移到表層土的可能性。然而,塑料地膜等不易降解,會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成二次污染,因此通常采用沙土礫石和作物秸稈覆蓋土壤。玉米秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物不僅可降低地表水及徑流的水分蒸發(fā),其富含的氮、磷、鈣、鎂等元素有助于改善土壤肥力和結(jié)構(gòu),提升土壤微生物群落活性和功能,對(duì)作物增產(chǎn)有著重要作用。地下排水是治理浸水鹽漬土壤的有效技術(shù),若在地面覆蓋的基礎(chǔ)上設(shè)置地表溝渠、鋪設(shè)地下暗管,在土壤灌溉過(guò)程中可加快鹽堿離子淋溶速度,快速實(shí)現(xiàn)降低表層土含鹽量的目的[29]。

盡管上述物理措施對(duì)鹽堿土改良的可操作性強(qiáng),但伴隨著土壤淋溶過(guò)程必然會(huì)帶走作物生長(zhǎng)所需的礦物質(zhì)成分,受降水等自然因素影響較大[30]。因此,鹽堿地在物理改良的基礎(chǔ)上必須配合使用不同肥料,才能保障作物正常生長(zhǎng)。

2.2 化學(xué)治理措施

化學(xué)改良主要是指向鹽堿土壤中加入外源添加物,如磷石膏、腐植酸、過(guò)磷酸鈣、泥炭、礦渣、醋渣等[31]。在該過(guò)程中,土壤中發(fā)生鹽基代換,即離子交換,減少土壤對(duì)Na+的吸附,使土壤pH降低,酸度發(fā)生改變,最終使土壤鹽堿化程度下降?；瘜W(xué)改良法同樣也會(huì)影響土壤的結(jié)構(gòu)特征,可通過(guò)增加土壤團(tuán)聚體和增大土壤孔隙度來(lái)實(shí)現(xiàn)鹽堿地的高效治理。

1)土壤改良劑

近幾年來(lái),脫硫廢棄物逐漸受到關(guān)注,鈉離子吸附劑、硫酸鋁等鹽堿地改良材料具有良好的應(yīng)用前景[4]。有研究[32]發(fā)現(xiàn),投加脫硫石膏后,隨著時(shí)間的推移,土壤總鹽分和pH逐漸降低,交換性鈉等土壤指標(biāo)發(fā)生顯著變化,土壤理化性質(zhì)得到改善,土壤表面的堿斑明顯減少。此外,鈉離子吸附劑可吸附鹽堿土中的Cl-和CO32-,可降低土壤 pH 和堿化度,土壤脫鹽率高達(dá)29.3%[33]。北京康地寶生物技術(shù)有限公司通過(guò)生物絡(luò)合和置換反應(yīng),在將土壤團(tuán)粒上多余的Na+去除的同時(shí)可活化鹽堿土中未被利用或難利用的磷、鐵、鈣、鎂等元素,對(duì)減少植物生理缺素癥起到了積極作用。趙蘭坡等[34]在強(qiáng)堿性蘇打鹽堿地中添加改良劑硫酸鋁后,土壤溶液pH下降了2.15,土壤中大粒徑(0.05～0.25 mm)微團(tuán)聚體數(shù)量明顯增多。為提高土壤保水能力,降低土壤鹽漬化程度,還可使用高吸水性聚合物作為保水劑[35]。

2)生物炭

以秸稈、畜禽糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物熱解形成的生物炭具有大量的多孔結(jié)構(gòu),吸附能力強(qiáng),可迅速增強(qiáng)土壤中離子的吸附作用,提高土壤持水能力、總有機(jī)碳含量、速效鉀和陽(yáng)離子交換能力,不僅可以改良鹽堿土壤,還可以改善土壤功能[36-38]。周秦[39]研究發(fā)現(xiàn),向松嫩平原蘇打鹽堿土壤中施加生物炭可以降低土壤含鹽量,土壤中有機(jī)質(zhì)、陽(yáng)離子交換量、Ca2+、Mg2+等含量均有顯著提高,該鹽堿地種植的玉米產(chǎn)量提高了18.14%～50.00%。

化學(xué)改良可降低土壤中交換性鈉離子的含量,但土壤溶液中的可溶性鈉離子含量不降反增。因此,使用化學(xué)改良劑時(shí)需要配合淋洗等物理措施,但這樣會(huì)增加土壤改良成本,若要維持土壤的低鹽分,還需要長(zhǎng)期投入。

2.3 生物治理措施

生物改良是鹽堿地改良最有效的方法之一,其原理是通過(guò)植物或微生物的生長(zhǎng)代謝活動(dòng),對(duì)土壤鹽分進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)運(yùn),從而提高土壤質(zhì)量。經(jīng)生物改良的鹽堿地兼具生態(tài)性和穩(wěn)定性,有利于水土保持,促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。生物改良技術(shù)包括植物修復(fù)和微生物修復(fù)兩類[40]。

1)植物修復(fù)

生物改良通常以植物修復(fù)法為主,通過(guò)種植耐鹽堿植物可以提高鹽堿裸地植被覆蓋度。相關(guān)研究[30,40]表明,植物通過(guò)蒸騰作用可抑制土壤中鹽堿向土壤表層遷移,土壤表層鹽堿化減弱,有利于改善表層土壤和根際微環(huán)境,提高微生物群落豐度,進(jìn)而改善土壤酶活性,提升土壤有機(jī)質(zhì),在作物生長(zhǎng)過(guò)程中土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量也會(huì)隨之增加,對(duì)鹽堿地的改良具有積極作用。梁樂(lè)[41]開(kāi)展了芒草鹽堿地種植對(duì)土壤的改良效果試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)芒草種植后可有效改善鹽堿地土壤理化性質(zhì),其中土壤 pH由8.86降至8.44,電導(dǎo)率由281 μs/cm降至203 μs/cm,有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)由14.63 g/kg升至34.89 g/ kg,全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.50 g/kg升至0.67 g/kg,全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.69 g/kg升至 0.86 g/kg,土壤肥沃程度明顯增加。此外,植物修復(fù)法可避免大風(fēng)將鹽堿土吹入非鹽堿土壤中,降低了土壤次生鹽堿化和鹽堿地面積擴(kuò)大的風(fēng)險(xiǎn)。

2)微生物修復(fù)

微生物修復(fù)法是通過(guò)將功能微生物制備成生物肥的方式來(lái)達(dá)到土壤改良的目的。微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中不斷代謝,其分泌物可降解土壤有機(jī)質(zhì),調(diào)控土壤養(yǎng)分狀況。生物肥與化肥的配施有助于提高化肥利用率,對(duì)促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高作物產(chǎn)量具有積極作用[30]。李柱剛等[42]開(kāi)發(fā)了“微生物-納米整合技術(shù)”并在吉林白城重度鹽堿地進(jìn)行了試驗(yàn),結(jié)果表明,在治理后的2～3年內(nèi),土壤pH控制在8.5以內(nèi),可溶性Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低了50%左右,陽(yáng)離子交換量提高了30%,2～3年后接近正常土壤指標(biāo)并趨于穩(wěn)定。LI等[43]研究發(fā)現(xiàn),施用黃芪綠肥可使根際微生物群落的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,從而提高鹽堿化土地利用率。楊孝勇[44]研發(fā)了鹽堿地改良新技術(shù),其主要關(guān)注植物的耐鹽基因工程,克隆出了一系列與植物耐鹽性相關(guān)的基因(包括與滲透調(diào)節(jié)有關(guān)的基因、與離子區(qū)域化相關(guān)的基因以及保護(hù)酶基因),并不斷用于轉(zhuǎn)基因研究中,以期改善土壤鹽堿化問(wèn)題。

生物改良法具有廣闊的應(yīng)用前景,但該方法無(wú)法從源頭上解決地表積鹽問(wèn)題。鹽堿地的形成受蒸發(fā)量、降水量以及地表水和地下水徑流量等多種因素影響,為更好地解決土壤鹽堿化問(wèn)題,需進(jìn)行綜合治理,控制地下水位,及時(shí)排鹽[45]。此外,耐鹽植物的耐鹽堿機(jī)制、治理過(guò)程中產(chǎn)生的生理反應(yīng)等基礎(chǔ)研究仍有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

2.4 綜合治理措施

鹽堿地的形成過(guò)程十分復(fù)雜,依靠單一的治理措施難以滿足用地需求。鹽堿地改良工作應(yīng)該建立在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上,融合多種有效措施,靈活調(diào)整,及時(shí)完善,形成綜合性的治理規(guī)劃,以滿足生態(tài)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益的需求[30]。在鹽堿地改良及治理過(guò)程中,應(yīng)全面考慮地理環(huán)境、氣候環(huán)境等因素,以可持續(xù)發(fā)展理念為原則,因地制宜,形成綜合性改良措施。

楊佑斌等[46]結(jié)合化學(xué)治堿、生物治堿和農(nóng)業(yè)治堿等方式對(duì)甘肅省景電灌區(qū)鹽堿地進(jìn)行了綜合治理,通過(guò)施加改良劑、種植耐鹽堿樹(shù)木或作物及深翻耕地調(diào)控土壤鹽分分布,減緩水分蒸發(fā),有效遏制了灌區(qū)鹽堿化問(wèn)題,治理效果顯著。王成剛等[47]對(duì)烏魯木齊市天山公園的鹽堿地進(jìn)行了綜合治理,采用“工程-化學(xué)-淡化節(jié)水”技術(shù),在園內(nèi)種植耐堿喬木和蘆葦千余株,利用植物的凈化作用改良鹽堿水質(zhì)并通過(guò)種植綠肥作物使0～20 cm土層含鹽量降低了0.11%～0.15%。韓霽昌[48]在陜西省鹵泊灘試驗(yàn)區(qū)建立了“工程-生物-農(nóng)業(yè)”鹽堿農(nóng)業(yè)發(fā)展綜合措施體系,在“改排為蓄、水地共處、和諧生態(tài)”的新模式下累計(jì)脫鹽3 178 t,土壤平均含鹽量從0.45%降至0.2%。

3 礦砂治理鹽堿地技術(shù)原理及應(yīng)用

尾礦砂富含大量的細(xì)顆粒和膠粒,可以增強(qiáng)土壤的持水性和保水性,在鹽堿地改良中發(fā)揮著獨(dú)特的作用。無(wú)毒礦砂的礦物質(zhì)含量高,疏松多孔,富含鋅、錳、銅、鐵、磷等微量元素,將尾礦砂制成礦質(zhì)肥料不僅可以降低土壤鹽漬化程度,還可提高土壤肥力,改善植物生長(zhǎng)環(huán)境。將尾礦砂與有機(jī)肥、石膏、石灰、生物炭等材料混合制成土壤改良劑,可改善土壤結(jié)構(gòu),提高微生物活性,增加土壤肥力和抗鹽堿能力。相較于傳統(tǒng)的鹽堿地治理技術(shù),利用尾礦砂改良鹽堿地不僅可改善土壤孔隙結(jié)構(gòu),提高土壤透水能力,還可增強(qiáng)土壤肥力、提高耕地品質(zhì),同時(shí)又為尾礦減量化處理開(kāi)辟了新的途徑。

3.1 土壤改良劑

尾礦砂中含有鐵礦物和鈣礦物等物質(zhì),可對(duì)尾礦進(jìn)行磁化處理,改變土壤中磁團(tuán)粒結(jié)構(gòu),從而改善土壤結(jié)構(gòu)、孔隙率以及透氣性等[49]?？蓪⑽驳V粉與有機(jī)肥、粉煤灰、碎秸稈、硫化石膏、生物炭等按一定比例混合制成土壤改良劑,用于鹽堿地改良。鐵尾砂的應(yīng)用可直接影響作物生長(zhǎng)過(guò)程中的活性氧、丙二醛及植物抗氧化酶系統(tǒng)中的關(guān)鍵酶含量。此外,鐵尾砂還能影響作物蛋白合成,吸附鹽堿土壤中的Na+,降低土壤電導(dǎo)率,從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育。楊孝勇[44]以鐵尾砂為主要原料制備了土壤改良劑,在吉林省某鹽堿地中進(jìn)行大田試驗(yàn),結(jié)果表明,鐵尾砂可以有效降低鹽堿土壤的含鹽量,提高作物產(chǎn)量;張叢香等[50]在東北某地利用鐵尾砂改良劑成功改良了中、重鹽堿地,中度鹽堿地pH從9.31降至6.95,鹽分降低了50%;重度鹽堿地pH從10.46降至7.40,鹽分由2.51%降至0.30%,在荒置鹽堿地成功實(shí)現(xiàn)了水稻種植。

3.2 礦質(zhì)肥料

高硅型尾礦砂的主要成分是二氧化硅,硅是水稻等作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中必需的重要營(yíng)養(yǎng)元素,可以提高植物對(duì)干旱、鹽脅迫、紫外輻射以及病蟲(chóng)害的抗性。鐵尾礦中的硅元素可有效增加葉片表皮細(xì)胞的長(zhǎng)度,增強(qiáng)細(xì)胞壁伸展性,使細(xì)胞內(nèi)線粒體數(shù)量增多,促進(jìn)氧化磷酸化的進(jìn)行,提升植物體三磷酸腺苷含量,進(jìn)而提高植株根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收量,最終實(shí)現(xiàn)促進(jìn)作物生長(zhǎng)的目的[51]。尾礦中還富含鋅、錳、銅、鐵、鉬等微量元素,利用尾礦制備礦質(zhì)肥料能明顯改善植物的生長(zhǎng)環(huán)境,提高土壤肥力,其富含的碳酸鈣、石膏等成分還可調(diào)節(jié)土壤pH。

以鐵尾礦為主要成分制備的鉀鈣肥、鈣鎂磷肥、磁肥等肥料已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中,并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益[52]。牛福生等[53]利用磁鐵礦尾礦制備了粒狀硅肥,有效硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)33.2%,不僅緩解了尾礦的堆積問(wèn)題,還為企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

尾礦與生物炭復(fù)合應(yīng)用于田間,可實(shí)現(xiàn)促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高作物品質(zhì)的目的。添加生物炭能有效抑制水稻幼苗膜脂過(guò)氧化作用,提高抗氧化能力,減輕鹽脅迫對(duì)水稻幼苗的傷害,在生理層面提高水稻幼苗的耐鹽性[54]。相較于傳統(tǒng)生物炭材料,改性生物炭微孔隙結(jié)構(gòu)增加,具有更大的比表面積和更強(qiáng)的陽(yáng)離子交換能力,減緩鹽堿脅迫,加強(qiáng)作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用[55]。鐵尾礦與生物炭復(fù)合可進(jìn)一步增強(qiáng)作物對(duì)養(yǎng)分元素的吸收和利用,維持作物所需的根系生長(zhǎng)環(huán)境并提高其根系活力,促進(jìn)生物量積累,有利于作物在鹽堿地的生長(zhǎng)發(fā)育[56]。

相較于其他鹽堿地改良方法,利用礦砂治理鹽堿地成本低,符合可持續(xù)發(fā)展理念。然而在應(yīng)用過(guò)程中,需科學(xué)合理地選擇礦砂種類和施用方法,注意控制環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),以免在土壤環(huán)境中引入過(guò)量其他重金屬而導(dǎo)致二次污染。

通過(guò)物理、化學(xué)和生物等技術(shù)措施,結(jié)合管理策略形成鹽堿地改良綜合應(yīng)用技術(shù),可有效提升鹽堿地利用率,改善生態(tài)環(huán)境,提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。對(duì)鹽堿地治理方法的總結(jié)見(jiàn)圖1。

圖1 鹽堿地治理方法Fig.1 Approaches to management on the salt marshes

4 鹽堿地治理中存在的問(wèn)題

近些年來(lái),我國(guó)針對(duì)鹽堿地改良開(kāi)展了大量工作,在鹽堿地治理及農(nóng)田應(yīng)用方面取得了巨大進(jìn)步,但仍存在資金投入不足、治理缺乏科學(xué)性、規(guī)劃不合理等問(wèn)題。

4.1 鹽堿地治理資金投入不足

鹽堿地的治理需要大量的資金投入,但目前政府和企業(yè)的資金支持不足,很多地方政府沒(méi)有將鹽堿地治理納入財(cái)政規(guī)劃,導(dǎo)致治理項(xiàng)目推進(jìn)困難[57]。同時(shí),由于市場(chǎng)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)利益所限,企業(yè)也缺乏參與鹽堿地治理的積極性。資金不足限制了鹽堿地治理的規(guī)模和速度,這需要政府的政策引導(dǎo)和資金扶持。

4.2 可持續(xù)發(fā)展觀念薄弱

耕種者普遍存在重用輕養(yǎng)的思維,種地不養(yǎng)地,大量施用無(wú)機(jī)肥,很少或不施用有機(jī)肥,導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量迅速下降,土壤微生物活力變?nèi)?土壤結(jié)構(gòu)變差,肥力降低。長(zhǎng)期過(guò)量施用一種肥料不僅會(huì)導(dǎo)致土壤營(yíng)養(yǎng)失調(diào),中、微量元素匱乏,更易使土壤和作物產(chǎn)生肥害[58]。為了有效降低成本,有的會(huì)使用劣質(zhì)有機(jī)肥等肥料,造成重金屬等有毒物質(zhì)在農(nóng)田土壤中不斷積累,致使土壤養(yǎng)分失衡、土壤板結(jié)、鹽堿化加劇,甚至?xí)?dǎo)致生物性狀退化、防旱排澇能力變差等問(wèn)題,嚴(yán)重影響農(nóng)用地的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 缺乏科學(xué)的鹽堿地治理技術(shù)

部分鹽堿地治理技術(shù)缺乏科學(xué)性和可操作性。很多治理項(xiàng)目在實(shí)施前沒(méi)有經(jīng)過(guò)充分的科學(xué)研究和論證,導(dǎo)致治理效果不佳或難以持久。同時(shí),治理項(xiàng)目的操作人員也缺乏必要的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)培訓(xùn),無(wú)法應(yīng)對(duì)復(fù)雜的治理任務(wù)。缺乏科學(xué)的技術(shù)支持,限制了鹽堿地的治理效果。

4.4 缺乏整體規(guī)劃和協(xié)調(diào)

鹽堿地治理往往缺乏整體規(guī)劃和協(xié)調(diào)。由于鹽堿地分布廣泛且治理難度大,需要跨部門和跨地區(qū)合作,但目前各個(gè)部門之間合作機(jī)制不夠完善,導(dǎo)致資源的浪費(fèi)和工作的重復(fù)[57]。鹽堿地治理需要考慮農(nóng)田水利、土壤改良、植被恢復(fù)等多個(gè)方面,如缺乏整體規(guī)劃和協(xié)調(diào),將使治理工作無(wú)法發(fā)揮協(xié)同效應(yīng),達(dá)不到最佳的治理效果。

5 鹽堿地治理的管理對(duì)策

目前我國(guó)鹽堿地治理管理系統(tǒng)與治理技術(shù)尚未成熟,因此要加快完善治理體系,進(jìn)一步發(fā)展綜合治理技術(shù),針對(duì)性地采取措施,以加快鹽堿地治理進(jìn)程。

5.1 完善國(guó)家鹽堿地治理政策

自20世紀(jì)50年代起,我國(guó)開(kāi)始探索鹽堿地治理的技術(shù)模式,近幾十年來(lái)鹽堿地治理技術(shù)不斷進(jìn)步,開(kāi)發(fā)政策也在逐步完善。國(guó)務(wù)院先后頒布了《全國(guó)土地利用總體規(guī)劃綱要(2006-2020年)》、《全國(guó)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)總體規(guī)劃》,提出在不破壞生態(tài)環(huán)境的前提下,優(yōu)先開(kāi)發(fā)鹽堿地等未利用地和廢棄地,積極推進(jìn)鹽堿地治理工作。國(guó)家發(fā)改委、科技部等10部門聯(lián)合出臺(tái)了《關(guān)于加強(qiáng)鹽堿地治理的指導(dǎo)意見(jiàn)》,高度重視鹽堿地治理工作并在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展了鹽堿地治理調(diào)查。

2021年國(guó)務(wù)院實(shí)施了新一輪的《全國(guó)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃(2021—2030年)》,各地持續(xù)推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)。2023年7月,中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第二次會(huì)議研究了加強(qiáng)耕地保護(hù)和鹽堿地綜合改造利用等問(wèn)題,并通過(guò)了《關(guān)于推動(dòng)鹽堿地綜合利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》。

在國(guó)際上,針對(duì)土壤鹽堿化也出臺(tái)了一系列政策,如澳大利亞的《綠地政策》《鹽度和水質(zhì)行動(dòng)計(jì)劃》、印度的《全國(guó)土地現(xiàn)代化檔案計(jì)劃》《土地使用和發(fā)展政策》、埃及的《土地管理計(jì)劃》等,以加強(qiáng)對(duì)鹽堿地和農(nóng)業(yè)用地的管理,降低旱地土壤鹽分,減少土壤鹽漬化和次生鹽漬化[58]。鹽堿地治理政策、理念和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)與時(shí)俱進(jìn),同時(shí)需要國(guó)家甚至國(guó)際級(jí)別的項(xiàng)目支持,引導(dǎo)鹽堿地的治理與防范。

5.2 建立監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

對(duì)各個(gè)地區(qū)土壤鹽漬化程度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),掌握其產(chǎn)生特點(diǎn)及土壤結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的變化;除此之外,還要建立完善的土壤檢測(cè)系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng),根據(jù)氣候條件、灌溉水質(zhì)等指標(biāo)預(yù)測(cè)土地的鹽堿化程度,并給出相應(yīng)的預(yù)警信息,為土壤鹽堿化的改良提供技術(shù)支持[2]。

5.3 建立資金籌集制度

在鹽堿地治理中,政府主導(dǎo)是至關(guān)重要的。政府應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)的政策和規(guī)劃,明確治理目標(biāo)和指導(dǎo)原則,并提供必要的財(cái)政支持。同時(shí),政府還應(yīng)加強(qiáng)不同部門之間的協(xié)作,整合治理建設(shè)資金,建立統(tǒng)一的資金管理機(jī)制,提高效率和效果。另外,政府還應(yīng)積極協(xié)調(diào)和爭(zhēng)取金融支持,多渠道籌集資金,建立一種長(zhǎng)效、穩(wěn)定的資金籌集制度,為鹽堿土壤的綜合治理創(chuàng)造有利條件,為土壤的有效利用和開(kāi)發(fā)、農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。

5.4 多元化改良,多種技術(shù)配合使用

鹽堿土壤的治理要形成多元化改良、多種改良技術(shù)相配合的綜合治理模式,在使用改良劑的基礎(chǔ)上結(jié)合工程改良,如在作物收獲后進(jìn)行灌水排鹽堿,也可以種植一些耐鹽堿的作物,既有利于土地的長(zhǎng)期利用,也符合農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求,避免了傳統(tǒng)改良劑自身可能對(duì)作物和土壤帶來(lái)的負(fù)面影響[59]。

5.5 加強(qiáng)各部門之間的協(xié)作

鹽堿化的治理需要水利、農(nóng)業(yè)等多個(gè)部門緊密配合與協(xié)作,可以建立跨部門的協(xié)調(diào)機(jī)制,明確責(zé)任分工。通過(guò)定期組織會(huì)議、研討會(huì)等形式,加強(qiáng)各部門之間的溝通。同時(shí),還可以建立信息共享平臺(tái),及時(shí)發(fā)布鹽堿地治理的最新政策、技術(shù)和項(xiàng)目信息,提高各方參與度和配合度。只有各部門共同努力,形成合力,才能為鹽堿地的治理提供有力保障。

5.6 加強(qiáng)防治技術(shù)培訓(xùn)

加大對(duì)鹽堿地治理的宣傳教育力度,向民眾普及鹽堿地的危害和治理方法?？梢酝ㄟ^(guò)舉辦專題講座、制作宣傳資料、開(kāi)展示范工程等方式,向民眾介紹鹽堿地綜合治理的先進(jìn)技術(shù)和成功案例,提高其對(duì)鹽堿地治理的認(rèn)知,以加快鹽堿地治理進(jìn)程。

6 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是典型的資源約束型農(nóng)業(yè)大國(guó),隨著人口的增長(zhǎng),城市化進(jìn)程的加快,大量的耕地被用于工業(yè)發(fā)展,加劇了土地沙漠化和鹽堿化。盡管現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展顯著提高了作物單位面積生產(chǎn)效率,但我國(guó)資源匱乏問(wèn)題仍不容忽視。實(shí)現(xiàn)鹽堿地的合理利用、合理保護(hù)和合理管理將發(fā)揮防止生態(tài)破壞、減少土壤養(yǎng)分流失、加強(qiáng)農(nóng)用地管理的重要作用。鹽堿地改良是實(shí)現(xiàn)土壤開(kāi)發(fā)、提高人均土地可利用率的重要舉措,加大鹽堿地改良投入,加強(qiáng)各部門之間的協(xié)作,將有助于生態(tài)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。