西北高寒高原地區(qū)的土壤鹽堿化改良策略探究

聶浦珍，駱天慶

（同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，上海200092）

受寒冷或干旱氣候、低洼地形地貌、地下水頂滲、鹽生植物殘留以及人為等因素的影響，易溶性鹽分在土壤表層積累的現(xiàn)象或過(guò)程即為土壤的鹽堿化。鹽堿化會(huì)導(dǎo)致土壤環(huán)境和自然生境的惡化。隨著人類聚居地的擴(kuò)大，土地資源日益緊缺，改良鹽堿化土壤、提高鹽堿地的利用效率已成為核心議題。我國(guó)的鹽堿地主要分布在濱海地區(qū)、東北和黃淮蒙寧農(nóng)業(yè)區(qū)以及西北甘新內(nèi)、青藏高原地區(qū)[1]。其中，陜、甘、寧、青、蒙、新6?。▍^(qū)）鹽堿地面積占全國(guó)總量的66.6%[2]。然而國(guó)內(nèi)針對(duì)鹽堿化改良的研究大多集中在以黃河三角洲、松嫩平原和黃土高原為代表的農(nóng)墾地區(qū)，鹽堿地分布廣泛的西北地區(qū)相關(guān)研究相對(duì)缺乏。西北地區(qū)為高寒、高原的荒漠地區(qū)，干旱少雨，鹽漬化程度高，生態(tài)脆弱性顯著，鹽堿化改良需求迫切。本文通過(guò)綜述研究發(fā)掘高寒高原和荒漠地區(qū)土壤鹽堿化改良的最新研究成果，提出針對(duì)西北高寒高原地區(qū)的土壤鹽堿化改良適用方法及后續(xù)研究建議。

1 綜述研究方法

1.1 文獻(xiàn)檢索

以專業(yè)檢索式“SU=（'高寒'+'高原'）*'鹽堿'*'改良'”檢索“中國(guó)知網(wǎng)”的全部學(xué)術(shù)期刊，共搜索到中文文獻(xiàn)7篇；通過(guò)閱讀人為篩選出相關(guān)研究文獻(xiàn)3篇。以檢索式“TS=（Saline OR Sailnity OR Sailnization）AND TS=soil”檢索“Web of Science核心合集”，并在結(jié)果集中精簡(jiǎn)搜索“Tunisian”“Ethiopia”“Morocco”等荒漠地區(qū)詞條，人工篩選與本文研究相關(guān)英文文獻(xiàn)共4篇（見(jiàn)表1）。

表1 高寒高原及荒漠文獻(xiàn)搜索結(jié)果

因文獻(xiàn)數(shù)量少，進(jìn)一步以專業(yè)檢索式“SU='鹽堿'*（'治理'+'改良'）”擴(kuò)大檢索“中國(guó)知網(wǎng)”的全部學(xué)術(shù)期刊，搜索到文獻(xiàn)共2 981篇。針對(duì)“中國(guó)知網(wǎng)”提供的主題詞進(jìn)行初步篩選和分類。排除如“鹽堿地”“鹽漬土”“鹽堿土改良”此類無(wú)參考性的主題詞，獲得主題詞共43個(gè)。其中，針對(duì)具體改良方法的主題詞共8個(gè)，合計(jì)417篇（見(jiàn)表2），形成本文的中文參考文獻(xiàn)對(duì)象。其中，高被引文章6篇，近3年發(fā)表文獻(xiàn)57篇。

表2 針對(duì)具體改良方法的主題詞分類歸納

另以檢索式“TS=（Saline OR Sailnity OR Sailnization）AND TS=soil”擴(kuò)大檢索“Web of Science核心合集”，搜索到文獻(xiàn)共18 778篇。由于文獻(xiàn)較多，地區(qū)分散，發(fā)表年限在近年急劇增加。篩選近3年的綜述文獻(xiàn)共141篇作為英文擴(kuò)大文獻(xiàn)，在綜述中判斷鹽堿化改良的主要方向。使用Web of Science提供的研究方向?qū)Τ^(guò)15篇的分類項(xiàng)進(jìn)行改良方法的分類歸納（見(jiàn)表3）。

表3 英文擴(kuò)大搜索文獻(xiàn)研究方向歸納統(tǒng)計(jì)

1.2 研究現(xiàn)狀分析

對(duì)上述檢索得到的文獻(xiàn)的研究區(qū)域、改良方法等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，解析高寒高原和荒漠地區(qū)的土壤鹽堿化改良研究進(jìn)展?fàn)顩r；并對(duì)各文獻(xiàn)所涉及的改良方法進(jìn)行歸納總結(jié)，分析其對(duì)于西北高寒高原地區(qū)的適用性，最終在此基礎(chǔ)上分析提出后續(xù)研究方向建議。

2 高寒高原和荒漠地區(qū)的土壤鹽堿化改良研究進(jìn)展

目前對(duì)于高寒高原和荒漠地區(qū)土壤鹽堿化改良的方法主要分為生物、工程、農(nóng)藝、化學(xué)4大類。國(guó)內(nèi)研究集中于蒙古高原及甘肅的農(nóng)業(yè)區(qū)，無(wú)青藏高寒高原地區(qū)相關(guān)研究。國(guó)外研究集中非洲東、西部荒漠地區(qū)（見(jiàn)圖1）。擴(kuò)大搜索文獻(xiàn)國(guó)內(nèi)主要為濱海地區(qū)和松嫩平原，無(wú)高寒高原相關(guān)信息。國(guó)外文獻(xiàn)主要集中在中國(guó)、美國(guó)、印度等地區(qū)（見(jiàn)圖2）。綜合所有文獻(xiàn)，國(guó)內(nèi)對(duì)工程、化學(xué)方法研究較多，國(guó)外對(duì)生物方法研究較多（見(jiàn)圖3）。

圖1 高寒高原和荒漠地區(qū)文獻(xiàn)研究地區(qū)統(tǒng)計(jì)

圖2 擴(kuò)大搜索文獻(xiàn)研究地區(qū)統(tǒng)計(jì)

圖3 文獻(xiàn)涉及方法統(tǒng)計(jì)

2.1 方法及技術(shù)研究進(jìn)展

2.1.1 生物方法 生物方法主要利用動(dòng)植物及微生物的代謝能力，吸收鹽分，增加養(yǎng)料。這類方法分為種植耐鹽堿植物、種植豆科綠肥作物植物。

耐鹽植物有蓄鹽器官，可吸收鹽堿，降低土壤pH。研究證明：濱藜屬、鹽角草及天全銀蓮花、蘆葦科及大葉蒲公英[10]有較強(qiáng)的鹽分吸收力[11]。已有學(xué)者論證黃花草木樨可極大程度改善土壤鹽堿化，對(duì)重度鹽堿地也有快速恢復(fù)能力[12，13]。此外，西北地區(qū)有大量具有經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益的耐鹽植物。耐鹽小麥、耐鹽棉花及三角葉濱藜等作物可在鹽堿土上進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植[14]。生態(tài)建設(shè)方向鹽角草、怪柳、枸杞、紫葉李的抗性與改良效果極為突出[15]。埃塞俄比亞采用快速灌溉一年生作物緩解土壤鹽堿化[3]。具體植物種類的鹽堿耐受力以及對(duì)鹽堿地的改善能力有所差異，需要在應(yīng)用時(shí)具體分析。

豆科與綠肥植物可直接翻壓增加土壤肥力，且枝葉覆蓋地面，可防止反鹽。豆科植物能夠固氮，對(duì)于土壤結(jié)構(gòu)的改良更明顯[16]。輕中度鹽堿草地可使用植物主要包括豆科的草木棲、沙打旺、苜?；蚝瘫究埔按篼?、羊草、賴草、芨芨草。重度鹽堿地可使用堿茅屬植物[16]。豆科綠肥植物相比耐鹽植物的效果更好，抗性更強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益更高，其應(yīng)用主要在畜牧業(yè)方向。

2.1.2 工程方法 工程技術(shù)方法包括漫灌法、膜下滴灌和井灌井排，主要針對(duì)土壤給排水，通過(guò)淋洗及阻斷反鹽改良鹽堿化。此類方法多樣，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用普遍。這類方法的拓展也是近幾年較為熱門的研究方向。

漫灌法在國(guó)內(nèi)應(yīng)用時(shí)間很長(zhǎng)，最原始的技術(shù)為抬高地面和明溝排水[4]，使用大水漫灌壓鹽，使土壤快速通體脫鹽[5]。其弊端為需要大量淡水，易造成地下水位升高和快速反鹽，對(duì)于水資源匱乏的高寒高原地區(qū)施行難度較大。有實(shí)驗(yàn)證明：僅在沙土和深層地下水的田間才能實(shí)現(xiàn)有效淋濾，對(duì)于高地下水位地區(qū)易加重鹽堿化問(wèn)題[7]。近年對(duì)漫灌壓鹽的改良方向主要集中在防止反鹽及提高洗鹽效率。防止反鹽又可分為通過(guò)改變排水方式防止下層土壤反鹽以及通過(guò)隔鹽層抑制反鹽。排水方式由明溝排水轉(zhuǎn)向暗管排水，可按照排水方向設(shè)置毛細(xì)透排水管或波紋吸水管以防止明溝漫灌造成的反鹽，毛細(xì)透排水管在排鹽及防止反鹽方面優(yōu)于波紋吸水管[17]。國(guó)外有實(shí)驗(yàn)探索維管植物仿生毛細(xì)管排鹽方法，對(duì)于黏土質(zhì)地的洗鹽效率更高[18]。隔鹽層主要通過(guò)設(shè)置土壤夾層，阻止下層鹽分交換，保證上層儲(chǔ)水。早期隔鹽層使用礫石等顆粒材料，之后有研究表明生物炭隔鹽效果更好[19]。也可使用間歇漫灌與增大水量提高效率[20]。高寒高原地區(qū)地下水位與土質(zhì)條件很適合使用漫灌法，但淡水資源稀缺問(wèn)題需要解決。

膜下滴灌技術(shù)主要應(yīng)用于西北干旱缺水地區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。通過(guò)覆膜滴灌改善漫灌法大量用水的缺點(diǎn)。同時(shí)，覆膜減少水分蒸發(fā)，可以有效控制反鹽現(xiàn)象[21]。對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的改良方法主要集中在膜下改良劑的應(yīng)用，包括“上膜下秸”隔鹽技術(shù)[22，23]到有機(jī)、無(wú)機(jī)改良劑的應(yīng)用[21]。其大體思路相似，即通過(guò)施加土壤改良劑，改善滴灌過(guò)程中的土壤成分和菌群結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)技術(shù)克服了漫灌的季節(jié)性和反鹽問(wèn)題[22]，有持久經(jīng)濟(jì)的效果。

井灌井排可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)下降地下水位與淋洗壓鹽[22]，該種方法目前的研究較少。由于地下水位低，取井水易造成沉降等問(wèn)題，該方法僅適用于地下水較高的地區(qū)，并不適用于高寒高原的廣泛地區(qū)。

2.1.3 農(nóng)藝方法 農(nóng)藝方法通過(guò)改變種植、耕作方法及施用有機(jī)材料改善耕種過(guò)程中的鹽堿化。此類方法廣泛推廣于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，但多數(shù)方法見(jiàn)效慢，需要多年累積，不適用于景觀領(lǐng)域。具體包括深翻深松、土壤增肥及種植改良。

深翻深松主要通過(guò)加深耕層，處理土壤鹽堿化造成的土壤板結(jié)現(xiàn)象，增加土壤疏松度和透氣性，使植物生長(zhǎng)情況改善[16]。此方法主要針對(duì)農(nóng)墾地區(qū)耕地處理，本質(zhì)上無(wú)法改變鹽堿土壤的性質(zhì)。

土壤增肥應(yīng)用廣泛，主要前沿探索在于施肥材料及其效用橫向?qū)Ρ?。有機(jī)肥可改善土壤結(jié)構(gòu)，維護(hù)土壤菌落環(huán)境，同時(shí)為植物提供有機(jī)質(zhì)[24]。有機(jī)肥種類極廣，秸稈粉碎還田[6]是最直接的有機(jī)質(zhì)添加辦法，此外施地佳、禾康、腐殖酸肥料[14]等有機(jī)肥料及沼渣、生物炭等綠色堆肥[25]均可達(dá)到改良土壤鹽堿化的效果。國(guó)外有研究表明：生物炭與沼渣[25]或富里酸[26]混合使用可明顯提高土壤鹽堿化改良效果。高寒高原的堆肥受水分、溫度等條件限制，難度較大?？赏ㄟ^(guò)避免翻肥[27]和覆膜通氣[28]等手段促進(jìn)堆肥過(guò)程。

合理密植作物作為輔助措施可減少反鹽現(xiàn)象[24]，但作用效果十分有限。稻魚、蟹混養(yǎng)是以養(yǎng)殖業(yè)手段改良土壤鹽堿化的新興方法[29]，但并不適用于高寒高原地區(qū)。

2.1.4 化學(xué)方法 化學(xué)方法使用含鈣物質(zhì)與酸性物質(zhì)改良土壤的理化性質(zhì)。這一類方法效果顯著，適用范圍廣泛。

含鈣物質(zhì)通過(guò)鈣離子減少可交換性鈉的比率，降低鹽堿化程度。目前石膏、磷石膏、石灰石等材料均有大量應(yīng)用[30]。國(guó)內(nèi)研究推薦磷石膏改良[31，32]。國(guó)外研究表明：石膏對(duì)極鹽漬土壤的pH中和極為有效，但脫硫技術(shù)要求較高[8，33]。酸性物質(zhì)如硫酸亞鐵、硫酸鋁等[30]可中和土壤堿性，效果迅速直觀。此外，有國(guó)外文獻(xiàn)描述突尼斯南部綠洲以添加石膏砂、石英砂、硅質(zhì)砂改善鹽堿地，以硅質(zhì)砂效果更好[9]。此類方法成分穩(wěn)定，均對(duì)高寒高原地區(qū)土壤鹽堿化改良有借鑒意義。

2.2 西北高寒高原地區(qū)的適用技術(shù)方法

表4匯總了主要的適用技術(shù)方法，并評(píng)述了其經(jīng)濟(jì)效益。

表4 適用方法

3 西北高寒高原地區(qū)土壤鹽堿化改良的研究方向建議

當(dāng)前高寒高原和荒漠地區(qū)的土壤鹽堿化已成為制約當(dāng)?shù)厣a(chǎn)及生態(tài)發(fā)展的重要因素，然而西北高寒高原地區(qū)目前所采用的鹽堿地改良方法仍以漫灌明溝排水、客土置換等為主，技術(shù)落后。通過(guò)文獻(xiàn)綜述分析得到諸多對(duì)于高寒高原地區(qū)具有借鑒意義的改良方法，在此基礎(chǔ)上還可開(kāi)展進(jìn)一步的針對(duì)性實(shí)驗(yàn)研究，以有效推進(jìn)方法的優(yōu)化和應(yīng)用實(shí)踐。

一是高寒高原地區(qū)已有較多植物品種可作為耐鹽堿植物及綠肥作物種植。此類植物雖具有耐鹽堿存活能力，但其耐鹽堿機(jī)制及對(duì)鹽堿的吸收能力未有深入研究對(duì)比。對(duì)此進(jìn)行深入研究可篩選鹽堿地改良的優(yōu)選植物品種。此外，在沿海鹽堿化地區(qū)研究應(yīng)用較多的真菌、蚯蚓改良技術(shù)[34]，對(duì)于高寒高原地區(qū)也有適用可能性，可通過(guò)進(jìn)一步研究其高原適生性，發(fā)掘菌種，填補(bǔ)此類內(nèi)容的空白。

二是高寒高原地區(qū)堆肥難度較大，高寒、缺氧環(huán)境限制了堆肥相關(guān)菌落的活性，有機(jī)肥料匱乏影響了當(dāng)?shù)赝寥涝龇蚀胧?。目前?guó)內(nèi)外對(duì)這一方向的研究較少。后續(xù)可從保溫技術(shù)、接種菌種幫助分解及增加有促進(jìn)作用的物質(zhì)等方面入手，提高堆肥效率。此外，高寒高原多為常綠針葉林，且植物生長(zhǎng)緩慢，原料來(lái)源也應(yīng)予拓展。

三是西北高寒高原地區(qū)地下水位低，水源稀少，抽取地下水會(huì)產(chǎn)生斷流、沉降等巨大問(wèn)題，對(duì)工程方法的應(yīng)用產(chǎn)生了很大的限制。目前普遍采用的漫灌方法需要大量水源，如何解決取水問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。此外，漫灌改良技術(shù)如隔鹽層與暗管排水等具有推廣應(yīng)用價(jià)值，但其在高寒氣候下的有效性仍需進(jìn)一步證實(shí)，且如何保護(hù)隔鹽層與暗管不受低溫凍土影響也是一個(gè)問(wèn)題。