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启培抗疏力土壤盐碱化防治

发布时间:2024-04-11 09:46:34   浏览次数:   来源:

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摘要:

土壤盐碱化防治,是世界性难题。目前,未见有一套完整的、成熟的土壤盐碱化防治理论和可行实施办法绝大多数治理工作,没能收到理想的效果,包括客土,过不了多长的时间又被盐化,终点回到起点。

一般的土壤盐碱化防治技术,多停留在土壤耕作层治理,即使有些涉猎阻断返盐的技术,也存在阻断返盐材料的性能问题、治理技术指标问题及排除的水盐处理等问题。总之,目前的土壤盐碱化防治,还没有一套可信的、可行的、全面的、完整的、生态的、安全的、长期有效的防治系统。1979年10月的西德波恩会议至今,近半个世纪即将过去,波恩会议的话好像是昨天说的一样,还是那么耳熟,“世界大部分地区,土壤盐碱化的原因业已查明,但是合理的治理方法尚未确定,至今改良工作耗资巨大,在许多情况下收效甚微。”

要根治土壤盐碱化,阻断积盐层返盐、严控脱盐水外泄、确保耕作层生态,三位一体,缺一不可。否则,治盐、返盐,再治、再返……按下葫芦起来瓢,盐碱地治理将陷于永远也治不完的怪圈。

启培抗疏力土壤盐碱化治理,是一项生态防渗为主体的土壤盐碱化防治技术体系,由阻断返盐保护耕地、脱盐造地改良土壤、输送水盐保障安全、依托自然分离水盐、密封盐碱防止外泄五大部分组成,形成治理闭环,并具有投资小、见效快、标本兼职、一劳永逸等特性。 

1.盐碱地概述

1.1盐碱地简介

盐碱地,又称盐碱土或盐渍土,盐土与碱土以及各类盐化、碱化土壤的统称。盐土,土壤中含大量氯化钠和硫酸钠的土壤;碱土,土壤中含大量碳酸钠和碳酸氢纳的土壤,且土壤中可溶性盐含量相当于干土重的1%以上,有的可达3%以上。

一般情况下,当土壤含盐量在0.2%以下时,对植物生长不会有任何妨碍;土壤含盐量在0.2%0.5%时,仅对幼苗有危害,在这样的土壤上,人们可以种植普通的庄稼;土壤含盐量在0.5%~1%时,大多数植物便不能生存了,只有少数耐盐植物,如棉花、苜蓿、番茄、西瓜、甜菜等,才能生存;当土壤含盐量超过1%时,农作物很难生长,只有少数耐盐性极强的野生植物才能存活。

根据联合国教科文组织和粮农组织不完全统计,全世界盐碱地的面积为9.5438亿公顷,其中我国为9913万公顷。我国碱土和碱化土壤的形成,大部分与土壤中碳酸盐的累积有关,因而碱化度普遍较高,严重的盐碱土壤地区植物几乎不能生存。如图所示:

         

1—1 盐碱地A                          图1—2 盐碱地B

我国盐碱地主要分布于:西北内陆盐碱区,包括新疆的大部分地区,青海的柴达木盆地,甘肃的河西走廊和内蒙西部;黄河中上游半干旱盐碱区,包括青海,甘肃东部,宁夏,内蒙的河套地区以及陕西,山西的河谷平原;黄淮海平原干旱、半干旱洼地盐碱区,包括黄河下游,海河平原,黄淮平原,地跨京津冀鲁豫以及皖北苏北平原;东北半湿润、半干旱低洼盐碱区,包括松嫩平原,辽西盆地,三江平原和呼伦贝尔地区;沿海半湿润盐碱区,包括华东,华南及江北沿海地区。

1.2盐碱地的主要成因

盐碱地的成因极其复杂,主要有以下因素。

1.2.1气候条件

在不同的气候条件下,形成不同的水盐运动规律。年际间的和年内、季节间的降水量差异,是造成旱、涝、盐、碱、咸的重要气候因素。例如,黄淮海平原水均衡类型属降水蒸散型,水的支出形式主要是蒸散,约占全区水量支出的70%,土壤盐分随水分蒸发而累积。

在我国东北、西北、华北的干旱、半干旱地区,降水量小,蒸发量大,溶解在水中的盐分,容易在土壤表层积聚。夏季因雨水多而集中,大量可溶性盐随水渗透到土壤下层或流走,土壤中盐分减少,即“脱盐”,夏季是主要脱盐季节;春季大地回春,地表水分蒸发增加,地下水中的盐分,随毛细吸水上升而聚集在土壤表层,土壤中盐分增加,即“返盐”,春季是主要的返盐季节。东北、华北等半干旱地区,“脱盐”“返盐”季节变化明显,而西北地区,由于降水量很少,“脱盐”“返盐”季节变化不明显。

1.2.2 地理条件

盐碱地主要分布在内陆盆地、山间洼地和平坦排水不畅的平原区,如松辽平原等。从小地形(局部范围内)来看,土壤积盐情况与大地形正相反,盐分往往积聚在局部的小凸处。

以滨海平原区为例,就大地形而言,盐碱土多分布在地势低平的内陆盆地、山间洼地,和排水不畅的平原地区。但从小区地形而言,由于地面水集中于洼地,洼地积水补给坡地的地下水,因而缓坡地上的土壤盐碱化较为严重。此外,从微小地形上看,当降雨或灌水时,低外受水多,淋溶作用强;高外受水少,而且蒸发作用强,水由低处向高处不断的补给,盐分在高处积聚形成盐斑。而土壤在透水性不良的情况下,含一定盐分的水从高处流向低洼处,由于水分蒸发盐分便在低洼处积累,使土壤发生盐碱化

1.2.3土壤质地和土体构型

不同的土壤质地,有着不同的毛细管性状,因而,土壤质地决定了土壤毛细水上升高度和上升速度,以及水的入渗性能,从而直接影响潜水蒸发的速率和水盐动态特征。在土壤水分不断蒸发损失的条件下,地下水中的盐分将随土壤毛细水,源源不断地补给表层土壤,随着水分的蒸发,盐分逐渐积存。

研究表明,毛细水在有粘土夹层土壤中的上升速度,均比砂质土和粘壤质土低,毛细水在有粘土夹层的土壤剖面中,其上升速度随粘土夹层厚度的增加而减慢。相同厚度时,毛细水上升速度随粘土层位的升高而减慢。从表土积盐情况看,若粘土夹层厚度相同,层位愈高,即距地下水面愈远,离地表愈近,其隔盐作用愈大;若粘土层位相同,厚度愈大,隔盐效果愈明显。

1.2.4地下水位

在黄淮海平原,土壤的形成过程和土壤盐碱化的产生与演变,均受地下水位的重要影响和控制。地下水位又是一个在气候、地形,特别是灌溉和排水活动影响下,反映非常灵敏的因素,是人工调控水盐运动的主要方面,是水盐均衡的重要指标。研究表明,地下水埋深越大,潜水补给蒸发量越小。

同一种土质,地下水位越高,潜水补给蒸发量越大,盐分在土壤中积累的量也越多。地下水位的变化,主要受降雨量和蒸发量、灌水量、和排水量的影响,地下水位的升降和水的平衡状况是一致的。在一个地区,如果来水量大于去水量时,地下水位就要抬高;反之,如来水量小于去水量,则地下水位下降。在一年之间也是如此,雨季和灌溉期为高地下水位期,旱季和灌溉期为低地下水位期。在来水量与去水量相对平衡的条件下,地下水位也处在一种动态平衡之中。地下水位的这种动态变化,与土壤盐分的变化密切相关,却又并非同步升降。当降雨或灌溉时,地下水位被抬高,但土壤盐分却被淋溶,此后,随着排水和蒸发,地下水位开始回降,土壤因蒸发而开始积盐,即土壤因蒸发的积盐过程,发生在地下水位从高到低的回降过程中,直至水位降至临界深度以下。水位回降越慢,土壤积盐越多。因降雨或灌溉之后,迅速降低地下水位,缩短回落时间和减轻土壤蒸发的措施,是减小土壤积盐的关键。

1.2.5河流和海水

河流及渠道两旁的土地,因河水侧渗而使地下水位抬高,促使积盐。沿海地区因海水浸渍,可形成滨海盐碱土。

1.2.6地下水矿化度与化学性质

地下水易溶盐分是强电解质,对水分子有较强的亲和力。因此,在气、液界面发生负吸附,吸附后的盐离子属表面非活性物质,可使水的表面张力增大。地下水矿化度升高时,溶液浓度增大,水的表面张力增加,因而,溶液的密度也随之增大,但溶液密度的增加率,远远超过了毛细管表面张力的增加率。在毛细管半径相同的条件下,地下水矿化度的增加,会使毛细水上升高度降低,从而减小潜水蒸发量。但是,潜水蒸发减小的速率,常常小于因水溶液浓度增加而使土壤盐分增加的速率。在同一潜水埋深情况下,高矿化地下水的土壤积盐量,大于低矿化水土壤的积盐量。

在土壤质地基本相同的条件下,地下水影响土壤盐碱的关键问题,是地下水位的高低及地下水矿化度的大小,即地下水位高、矿化度大,土壤积盐就越多。

1.2.7土壤有机质

毛细水的上升速度,随有机质含量的增加而减慢,潜水蒸发量和表土积盐量则随之降低有机质含量越高,其抑制水盐上移作用就越强。 

1.3盐碱土对植物的主要危害

盐碱土因土壤内的大量盐分,造成土壤结构粘滞、通气性差、容重高、土温上升慢、土壤中好气性微生物活动性差、养分释放慢、渗透系数低、毛细作用强等病害。盐碱土对植物的危害,主要是从物理、化学、生理等方面,影响植物正常发育和生长。

1.3.1土壤板结

盐碱可造成土壤板结,板结的土壤结构性差,灌溉后,土颗粒很容易自动分散,并形成土壤结皮,进而阻止水分渗入土壤和降低土壤贮水能力,使土壤的通气量和水分传导能力降低。

1.3.2生理干旱

土壤中高浓度的盐分,使土壤渗透压提高,造成植物吸水困难,甚至导致植物体内水分外渗。一般情况下,土壤含盐量达0.20.25%时,植物会出现吸水困难现象;当土壤含盐量高于0.4%时,植物就会向外渗出水分,发生脱水现象,使植物根部的渗透压调节功能丧失,给根系吸水造成很大的阻力,久而久之,植物就会渴死。这种危害与土壤缺乏有效水分一样,也是一种旱害。所以,一般受到盐碱危害的植物,都会表现出干旱症状,即植株矮、叶面小等。

1.3.3组织伤害

如果土壤中积累了过多的可溶性盐类,由于离子间存在竞争性吸收效应,使得植物体内离子平衡失调,导致某些离子在植物体内过度积累,进而造成植物出现一系列代谢失调情况,如光合作用受到干扰、呼吸作用受到抑制、蛋白质合成能力降低、促进蛋白质分解等。过多的盐分,还可能阻止植物气孔保卫细胞中淀粉的形成,进而影响到气孔关闭,使得植物体内水分急速散失,导致植物枯萎。

损害植物根系。过多的钠离子,会造成植物细胞膜受到破坏、酵素活性遭到抑制和植物正常代谢失常,最终导致植物根部受到严重损伤。

1.3.4营养失衡

由于钠离子的竞争,使植物对钾、磷和其他营养元素的吸收减少,磷的转移也会受到抑制,从而影响植物的营养状况。

综上所述,盐碱土对植物的危害是多方面的,包括物理性、化学性和生理机制上的损害,以及对作物吸收水分和养分能力的严重影响。因此,多数植物不宜生长在盐碱地。

1.4盐碱地的判定标准

由于盐碱地中的盐分和碱性成分过多,影响了土壤的肥力和植物的生长及发育。因此,盐碱地的判断标准,主要有以下几个方面:

1.4.1土壤的PH值

PH值是衡量土壤酸碱度的指标。一般来说,土壤的PH值在7左右为中性,PH值小于7为酸性,大于7为碱性。在盐碱地中,轻度盐碱地pH值为:7.18.5,中度盐碱地pH值为:8.59.5,重度盐碱地pH值为:9.5以上。

1.4.2土壤含盐量

土壤含盐量是盐碱地的另一重要指标。一般来说,土壤含盐量大于0.2%,就可以认为是盐碱地。在盐碱地中,土壤含盐量高达1%以上,甚至有的地方达到了10%以上,这对于植物的正常生长和发育是极为不利的。

1.4.3土壤结构

盐碱地中的土壤结构一般比较松散,且土颗粒之间的粘结力较弱。这是因为盐碱地中的盐分和碱性成分破坏了土壤的结构,使土层发生断裂和开裂。

1.4.4植被情况

盐碱地中的植被质量往往较差,而且种类比较单一。因为盐碱地中盐分含量高,而植物生长需要适宜的土壤、气候和光照,如果这些

条件得不到满足,植物就无法正常生长。

综上所述,判断盐碱地的标准,有土壤的PH值、土壤含盐量、土壤结构和植被情况等因素。对于种植农作物的人来说,要避免在盐碱地上种植作物,可以选择改良土壤、添加有机肥料等方式,来提高土壤质量。

2.土壤盐碱化防治概况

2.1国内外土壤盐碱化防治理论研究现状

事实上,人们普遍对土壤盐碱化治理持消极悲观的态度。据报道,1979年10月,在西德波恩召开的《农业生产80年代研究与发展战略》会议总结中曾指出:世界大部分地区,土壤盐碱化的原因业已查明,但是合理的治理方法尚未确定,至今改良工作耗资巨大,在许多情况下收效甚微20世纪3040年代,苏联学者B.A.萨乌缅认为,防治盐碱化的主要措施,应该是控制用水和草田轮作。而B.A.科夫达则建议,修建排水网作为防治的主要手段。经过长期的研究和实践,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。世界各国开展了大规模的兴建水利工程,比较成功的案例,有巴基斯坦的管井排水措施、美国的防渗与排水措施等。

然而,排水冲洗等水利措施,要求具备充足的水源和良好的排水出路,建立及维护水利措施代价也很高。对于淡水资源有限,并且受财力限制的发展中国家来说,并不现实。因而,一些研究者主张,寻求生物学治理措施。A.J.Peck主张,在澳大利亚用恢复和建立植被来控制水盐平衡。以色列科学家HugoBoyKo提出,可以利用咸水灌溉作物或通过种植耐盐植物,来解决盐碱化问题。十年后,人们的观点逐步转向通过筛选耐盐品种、提高作物本身耐盐能力,来应对土壤盐碱化问题。

世界上不少国家开展了盐碱地改良利用研究工作,俄罗斯、美国、匈牙利、巴基斯坦、印度、埃及、以色列及澳大利亚等国,在植物耐盐性研究方面做了大量工作。美国科学家在盐害机理和耐盐机理方面,做了比较突出的工作,提出了原始盐害和次生盐害理论,并从分子生物学的角度,探讨了植物耐盐机制。美国、埃及国家研究中心,利用海水灌溉培育筛选耐盐品种。盐水灌溉需要考虑植物种类与土壤类型相适应,合理设计排灌系统。

随着对盐碱化问题研究的深入,人们逐渐认识到要彻底根治盐碱并不实际,因而,迫切需要寻求一种巩固防治效果的方法,来调控土体中水盐的平衡。

2.2 国内外土壤盐碱化防治实施现状

2.2.1 世界土壤盐碱化防治实施现状

20世纪初,人类就开始认识到盐渍土是一个世界性问题,一些国际组织逐步加入到盐渍土防治行列。在世界银行的援助下,巴基斯坦在印度河平原开展了SCAP计划(19601996),治理面积7.3x106hm2;埃及在联合国粮农组织(FAO)的资助下,对尼罗河三角洲地区2x106hm²的盐渍土进行了治理;美国、加拿大、日本等国,开展了不同规模的盐渍化防治工作。尽管如此,目前世界上得到真正治理的盐渍土,还不到其总量的1%。

2.2.2 中国土壤盐碱化防治实施现状

50年代到70年代中期由于不合理的开垦荒地和发展灌溉农业土地盐碱化面积增加19581978年间中国有660万hm2耕地,退化为次生盐碱土。中国在6070年代建设了很多大型灌溉工程对提高灌区土地生产力和当地农业生产发展具有重要的作用。但是因各种原因各灌区都发生了不同程度的次生盐碱化现象。

70年代开始,国家和各省开始大力治理盐碱地,停止一些不合理灌溉,完善排灌配套工程以及采取生物和农业技术措施等使灌区地下水位得到控制。到80年代华北平原和东北平原盐碱土面积,约减少一半左右盐碱化程度也发生很大变化。河套和新疆等地区,尽管在一些老灌区的次生盐碱化得到控制,但总体上土壤的盐碱化尚有不同程度的发展。

80年代后期由于农村实行土地联产承包责任制,以及缺乏相应的管理措施再加上干旱引起的地下水位下降,使人们对次生盐碱化发生的警惕性放松导致排水设施破坏华北和东北平原土地盐碱化的危险性增加。西北、东北西部和内蒙古等地区由于人口压力在大力发展生产的同时不注意排灌工程的配套、用水的管理和调节土地盐碱化面积仍在不断扩大。从中国土地盐碱化程度、发展趋势、次生盐碱化发生的危险性,以及对21世纪中国食物需求安全性和世界食物贸易的影响等方面,考虑中国土地盐碱化防治问题,远比其他国家迫切。

当前,我国农田土壤问题与安全放心农产品之间的矛盾日益凸现,且随着我国耕地总面积红线的一再“报警”,盐碱地农田的加强治理,逐步列入国家的重要议事日程。盐碱地是我国重要土地资源的一部分,据农业部组织的第二次全国土壤普查资料统计,我国盐渍土面积为5.2亿亩(不包括滨海滩涂),其中,盐土2.4亿亩,碱土1299.91万亩,各类盐化、碱化土壤2.7亿亩从东海之滨到西部塔里木盆地,从海南岛到内蒙呼伦贝尔草原,都有盐碱地的分布。开发利用不完善,可利用前景广阔。我国有80%的盐碱地尚未得到开发,开发后的盐碱地存在返盐现象。

2.3 土壤盐碱化治理措施

土壤盐碱化治理主要措施,如表所示:

2—1土壤盐碱化治理主要措施分析

盐碱土

治理部位

治理措施

理想作用

实际效果

耕作层治理

1)客土类: ①客土改良 ②淤积改良 ③覆盖免耕

排除耕作盐碱

治标不治本,返盐只是时间问题,前景堪忧

2)工程类: ①灌水洗盐 ②明沟排水 ③爆破盐

④平整土地  ⑤深耕细耙 ⑥台田治理

3)肥料类: ①绿肥改良 ②肥料改良

(4)化学类: ①石膏  ②黑矾  ③纳米技术 ④煤矸石 ⑤粉煤灰 ⑥腐植酸  ⑦草炭  ⑧风化煤泥炭

作物改良

培育适应盐碱地生长植物

培植抗盐作物

作物是否有害健康,前景不明

地下排盐

1)井灌井排(2)暗道排水(3)阻盐陷阱

从源头治理

造价高,收效少,未见对盐水处理措施

阻断返盐

1)刚性材料:①石灰土 ②水泥土 ③固化土

④水泥混凝土

阻断积盐层返盐

技术局限,长期 效果堪忧

(2)柔性材料:①灰渣层  ②沙层  ③有机肥层
    ④秸秆段块层 ⑤铁尾矿层+秸秆层+生物炭层

3)土工布

 

2.3.1耕作层治理

 客土类

 客土改良

客土就是换土,即在盐碱土上铺设适应作物生长的土。

 淤积改良

采用含有大量泥沙的淡水,如黄河水淋洗土壤,在原来土壤的表面,覆盖一层富含丰富营养的淤积新土层。黄河下游地区,以前常用此法改良盐碱地。近几年,春季黄河下游常缺水或断流,无水可用,此法随之消失。

 覆盖免耕

覆盖免耕即秸秆覆盖与免耕之法相结合,改良盐碱土。在盐碱土上覆盖秸秆后,可明显减少土壤水分蒸发。国内学者研究发现,在盐碱地地表覆盖玉米秸秆,可以阻断土壤水分上行,增加光的反射,降低能量传递,从而降低土壤水分蒸发,抑制盐分在土壤表层聚集。有研究表明:最适覆盖量为9000kg/hm2左右。此法不仅免除土壤结构的破坏,而且土壤蒸发量减少49%57%,土壤脱盐率达18%44%,同时增加了地表水的入渗,保持了水分,提高肥力,促进了作物及自然植被的生长。

 工程类

 灌水洗盐

“水来水去”,把水灌到地里的盐,再通过水灌洗出,从排水沟排出,从而降低土壤的含盐量。此法,在水源丰富的盐碱土地区,经常得到应用。

 明沟排水

在盐碱较重、地下水位高、排水有出路的地区,可建立排水系统。如挖沟 、垫高地面等,用以降低地下水位,有利于脱盐和防止返盐。  

明排护坡技术,主要采取垫草皮、打桩、栽种乔灌木等方法,控制边沟滑坡、淤积。

 爆破盐斑

采取中层爆破的方法解决盐斑,即在秋季,根据盐斑位置、大小和深度,确定爆破点的区域、分布、深度和装药量进行爆破。一般25设一爆破点,用药量为0.450.60千克。

 平整土地

平整土地改良土壤,主要有大凹穴状整地、沟垄整地、高台整地、全面整地等。因土地不平而出现的地面局部高洼,引起在同一地段内相邻地块水盐运动状况产生巨大差异,导致土壤盐分布不匀、形成盐斑。平整土地可破坏土壤毛细结构、改善因局部高洼引起的水分蒸发和下渗不均匀状况,对促使水盐均匀下渗、土壤均衡脱盐和消除盐斑有一定的作用,以提升降雨淋盐与灌溉洗盐效果,改善土壤盐碱化(盐渍化)程度。

 深耕细耙

通过深耕细耙,防止土壤板结,改善土壤团粒结构,增强透水透气性,改良土壤性状,保水保肥,降低盐分危害,以利土壤微生物的活动,从而提高土壤肥力,抑制盐分积累。

 台田治理

在盐碱土地区挖沟为渠堆土成台其上耕种其下养殖盐碱下渗改良土壤此为上农下渔台田治理盐碱地模式。

 肥料类

 绿肥改良

在盐碱土种植绿肥作物,既可建立地面覆盖,减少土壤蒸发,抑制地表返盐,又可改善土壤结构,促进土壤脱盐,还可增加土壤有机质,提高土壤肥力。

 肥料改良

过磷酸钙泥浆\生根粉蘸根:春季裸根植树,使用过磷酸钙泥浆\生根粉蘸根,能刺激新根迅速增多,能使新植的树木生长叶盛。

采用有机物在树穴底部作隔盐层,把锯末和炉灰放在树穴底部,一方面能有效控制返盐,另一方面能增强上壤肥力。

 化学类

 石膏

硬石膏最佳,可以直接粉碎施用。通过钙离子和土壤中的游离重碳酸钠作用,生成碳酸钙,重碳酸钙和硫酸钠,降低土壤碱性,消除碳酸钠及重碳酸钠对作物的毒害。钙离子可以换土壤胶体上的代换性钠离子,使钠粘土变为钙粘土。

 黑矾

又叫皂矾。主要化学成分为硫酸亚铁。硫酸亚铁和水作用可生成硫酸,所生成的硫酸,可直接起中和作用。降低土壤的碱性,如果在石灰性土壤中,又可和土壤中的石灰起作用。生成石膏,起石膏的改良效果。

 纳米技术

“纳米碳液”盐碱地改良剂,兑水后喷洒在盐碱地上,通过纳米离子的有机活动,吸附土壤中的盐、碱离子,形成疏松透气、PH值为中性的隔离层,以期达到改良盐碱地的目的。

 煤矸石

因煤矸石中含有硫酸铁、硫磺、硫酸铝和游离的硫酸等物质,所以煤矸石具有改良盐碱土的作用。

 粉煤灰

采用粉煤灰、磷肥隔离层阻碱造林,对提高盐碱地的造林成活率,理论上有一定的作用。

 腐植酸

在盐碱土的改良中,腐殖酸通过吸附、交换、酸碱中和作用使盐碱土PH值降低,交换性钠离子降低,进而改善土壤的理化性状,提高有机质含量,达到在改良盐碱土、种植农作物的目的。

 草炭

草炭具有较大的离子交换容量,易促进土壤团聚体的形成,对土壤良好结构的形成具有积极的作用。

 风化煤泥炭

泥炭和风化煤,具有提高土壤孔隙度、降低pH值、激活离子、增加养分和增强酶生物学活性等效果

 

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