我國鹽堿地改良利用技術的發展與現狀

土壤的堿性是一個全球問題。世界鹽堿土約為10億公頃。中國鹽堿土約2460公頃，耕地鹽堿化約770公頃。鹽堿化近1.5%的耕地鹽堿化。其中，生鹽化、生鹽化和各種堿化的分布分別占總面積的52%、40%和8%。新疆鹽堿化耕地約133.33萬公頃,近1/3耕地鹽堿化,其中80%以上為土壤次生鹽堿化。新疆除伊犁河谷、阿勒泰地區和塔城部分地區土壤鹽堿化較輕之外,其他地區土壤均有不同程度鹽堿化,天山南麓、塔里木盆地西部各灌區最為嚴重,一些耕地由于次生鹽堿化加重而被迫成為棄耕地。鹽堿危害造成大量中、低產田和農民貧困,使大面積土壤資源難以利用,農業綜合生產能力下降,嚴重影響農業生產發展和農民生活水平的提高。新疆耕地土壤鹽堿化蔓延,若得不到有效控制和采取積極的治理措施,將制約綠洲灌溉農業的可持續發展。因此,新疆“十一五”規劃重點內容之一就是大力開展鹽堿地的綜合治理工作,目前,鹽堿地改良利用規劃編制工作已正式啟動,伽師、阿圖什、庫車、尉犁等6個自治區鹽堿地改良試點區已實施。新疆鹽堿地改良利用工作的啟動,對于我國內陸干旱農業灌區農村經濟持續健康發展、國土治理、生態環境保護等具有極其重要的現實意義。幾十年來,國家和地方投入大量人力、財力和物力改造鹽堿地,收到了較好的治理效果。隨著我國鹽堿地改良技術和研究的不斷發展,在土壤鹽分成因規律和特征、農田節水灌溉水鹽運行機理、鹽堿地改良利用技術措施等諸多方面都有新的發展和突破,取得了新的成果。鹽堿地改良利用實踐證明,鹽堿地預防和治理是一個系統的綜合治理工程,也是一個循序漸進逐步顯效的過程。1鹽堿地的改良方法和技術根治鹽堿化從而擺脫土壤鹽堿化對農業生產和農業生態帶來的危害,并非易事。正因為如此,在治理鹽堿地的過程中我國科技人員和廣大群眾創造和積累了豐富的技術和方法,取得了卓越的成效。“鹽隨水來,鹽隨水去;鹽隨水來,水散鹽留”,就是人們在長期治理過程中發現和總結出來的土壤鹽分運行受水分運行支配的基本規律。國內鹽堿地改良利用方法和技術歸納起來大致如下:(1)物理改良。平整土地、深耕曬垡、及時松土、抬高地形、微區改土。(2)水利改良。灌排配套、蓄淡壓鹽、灌水洗鹽、地下排鹽。(3)化學改良。石膏、磷石膏、過磷酸鈣、腐殖酸、泥炭、醋渣等。(4)生物改良。種植水稻、種植耐鹽植物田菁等,使用微生物菌肥等。這些改良技術和方法,既有古老的技術,如平整土地、深耕曬垡、及時松土、微區改土、灌水洗鹽、種植水稻、種植耐鹽植物田菁等;也有近代傳統改良方法,如灌排配套、蓄淡壓鹽、灌水洗鹽、地下排鹽以及化學改良技術等;還有利用生物化學新技術所研制的新型土壤改良劑(如NPK增效劑),以及利用新型材料和先進施工技術所實施地下暗管排鹽工程等。近十幾年來,隨著鹽堿地改良利用技術研究應用不斷發展,單一或復合的鹽堿地改良技術不斷出現。1.1暗管排堿技術地下滲管排鹽是耕地鹽堿化改良的常用方法之一,它基于“鹽隨水來、鹽隨水去”的水鹽運行規律,通過鋪設暗管將土壤中的鹽分隨水排走,并將地下水位控制在臨界深度以下,達到土壤脫鹽和防止生鹽漬化目的。滲管鋪設一般為水平封閉式。一級管和二級管相結合,一級管的滲入水匯入二級管中,然后流入污水管排走。若污水管道埋的深度較淺不能自行排泄滲水,可在二極管末端設集水井,定期強排。滲管的埋設深度、間距、縱坡等參數主要取決于耕地作物種類、土壤結構、地下水位埋深及氣候等情況。黃河三角洲所在中心城市東營市,利用荷蘭暗管排堿技術實施鹽堿地改良工程,暗管排堿利用專業埋管機械將PVC滲管埋入地下1.8~2.0m處,將地下鹽水截引到暗管,集中起來排到明渠中,使得灌區當年地下水位下降0.5m,含鹽量可降低0.1%,滿足多種作物的生長發育要求。魏云杰、許模論述了新疆土壤鹽漬化形成的地質、地貌、土壤質地和人為灌溉方式不合理等原因,通過調查目前新疆鹽漬化土壤主要有穩定脫鹽型、脫鹽聚鹽混合型、脫鹽聚鹽反復型、持續聚鹽型和灌溉聚鹽型,其中脫鹽聚鹽混合型和脫鹽聚鹽反復型分布最廣,穩定脫鹽型僅分布于豎井排灌區。總結了新疆土壤鹽漬化的治理研究過程及國內外防治土壤鹽漬化的措施,提出了豎井排灌工程是防治新疆土壤鹽漬化最有效措施。通過工程實例證明了豎井排灌具有降低地下水位和灌溉的作用,且經濟效益明顯。1.2新鹽堿土壤改良劑由廣東省農科院蔬菜研究所等單位研究的營養型酸性土壤改良劑(NPK增效劑),該改良劑根據酸性土壤肥力狀況和作物營養特點,采用蒙脫石、橄欖石、硫礦等多種天然礦物為原料,在改良酸性土壤、平衡作物養分、提高化肥利用率等方面有顯著功效。由水稻、玉米、西瓜、蔬菜、粉蕉、荔枝、龍眼等作物進行的大田試驗來看,該改良劑能提高上述作物產量10%以上。成果在國內外居領先水平,并已獲國家發明專利。北京飛鷹綠地科技發展公司將有機絡合催化理論引入鹽堿土壤改良,研制出“禾康”鹽堿土壤改良劑,目前已在山東、內蒙、新疆、東北、天津等地大面積推廣。“禾康”土壤改良劑是一種棕紅色略帶酸味無毒無害的有機液體化肥,可直接作用于土壤,因此它廣泛適用于中、低產田改造、鹽堿地的治理、荒漠綠化等。康地寶技術利用鹽土植物(鹽蒿、海蓬子等)及作物自身通過根系分泌物改善根際微環境來適應逆境的機制,通過生物絡合、置換反應,清除土壤團粒上多余的Na+,活化鹽堿土壤中難利用的P5+、Fe2+、Ca2+、Mg2+等離子及微量元素,使其轉變為可利用狀態被植物吸收,解除植物生理缺素癥狀。同時通過降低Na+,活化Ca2+、Mg2+等離子之后,可使土壤水傳導能(HC)增高,使土壤水分更易流動,從而改善了作物根系環境,促進根系生長,保證作物苗齊、苗壯,使植物能夠在鹽堿地上生長和提高產量。適用于受鹽堿侵害的農田和新開墾土地,利用有機生化高分子絡合土壤中成鹽離子,隨灌溉水將鹽分帶到土壤深處,降堿脫鹽,解除鹽分對作物的毒害作用。由于是從植物根系分泌物中提取的產物,對人、畜、作物、土壤安全無害。鈉離子吸附劑具有很強的交換能力,對鹽堿土中的Na+、SO2-4、Cl-等有吸附能力,改良后的土壤可以降低pH值和堿化度,吸附銨離子和鉀離子并提高土壤陽離子交換量,從而達到改土、脫鹽的目的,使土壤向有利于植物生長方向發展。另外,由于鈉離子吸附劑交換性能好,可用來提高陽離子交換能力,調整pH值,交換土壤中有害金屬離子,降低土壤含鹽量,脫鹽率可達18.6%~29.3%。1.3鹽堿地灌溉土壤鹽分分布特點目前節水灌溉條件下的水鹽運移等方面的研究較多。張瓊、李光永等人研究了棉花膜下滴灌在土壤含鹽量為0.08%和0.8%情況下,灌溉周期對土壤水鹽運動和棉花生長的影響,試驗結果表明:在總灌水量相同的情況下,高含鹽量土壤在棉花的花鈴期高頻灌溉與低頻灌溉相比,可以有效降低濕潤體體內土壤鹽分含量,并且得到了棉花增產28%的結果,而對于低鹽土,灌溉頻率對棉花生長和產量沒有顯著影響。羅廷彬、任崴等人對新疆部分鹽堿灌區調研顯示,在地下水位3~5m、中壤土條件下,利用鹽堿地2~5g/L鹽化水灌溉,土壤1m剖面均為脫鹽狀態。灌溉鹽化水15a后,1m土壤殘留陰離子濃度較小,多點平均為3.709mg/100g土。其中HCO3-相對較多,1m多點平均為0.404mg/100g土。K+、Na+濃度很大,1m多點平均為2.492mg/100g土。這時土壤1m全鹽多點平均為0.248%,在灌溉水礦化度不直接危害作物生長時,不影響耕作和作物正常生長。由此表明,鹽化水在鹽堿地上無排灌溉可行。雷志棟、楊詩秀、尚松浩等人通過對新疆葉爾羌河流域平原綠洲一些典型洼地水量平衡的觀測,基于平原綠洲內部水分遷移,不同土地利用類型土壤鹽分特點和典型洼地蒸發耗水的分析,論述了洼地在容泄綠洲排水、排鹽方面的旱排作用和能力。提出在綠洲排水規劃時,可以將旱排(或內排水)作為一種重要的排水方式,選擇合適的洼地作為主要的旱排規劃區,在進行水資源合理配置時,應重視鹽分的宏觀運、貯規劃。土壤旱季自然積鹽再加咸水灌溉,土壤呈明顯積鹽趨勢。尹美娥的試驗研究表明,小定額灌溉,砂壤土的積鹽程度較中壤土高;大定額灌溉,砂壤土的脫鹽效果較中壤土為好。隨著灌水定額的增加,從咸水帶入土中的鹽分滲濾到作物根層以下的鹽量越多。雨季為土壤自然脫鹽季節,經過降雨淋洗后,土壤含鹽量可降至灌前水平,年內0~60cm土層一般不發生鹽分累積。沈萬斌、董德明等人提出灌區土壤產生次生鹽漬化的防治方法,分析農業灌區發生土壤次生鹽漬化的研究實例,認為鹽隨水來但不易隨水而去,由此認為提高灌溉效率,加強排水,建立鹽水土地處理系統,可保證灌區農業的可持續發展。1.4基于鹽分的灌溉水鹽動態響應模型水鹽模型以及灌溉制度等研究是鹽堿土壤管理利用研究的主要內容之一。根據作物水鹽動態響應函數分析,可把握作物生長與土壤水鹽運動關系,從而建立節水、控鹽、高產灌溉制度優化設計模型,為節水灌溉和微咸水利用提供決策依據。實例分析表明,研究淡水、微咸水交替灌溉條件下灌溉制度的優化設計、合理的模型及管理方法,可為實施節水控鹽顯著提高經濟和環境效益。王仰仁、康紹忠在作物水鹽生產函數和農田水鹽動態模型基礎上,以單位面積純收益最大為目標函數提出了制定咸水灌溉制度的模型。并以山西省永濟市試區進行的棉花咸水灌溉試驗資料為依據,求得了有關模型參數;利用該試區35a系列降雨、旬蒸發量資料,對3種不同灌水時間和灌水次數、7種灌溉咸水濃度,共計49種可能組合的農田土壤鹽分和產量進行了模擬,并與該試區大田試驗數據進行了比較。以模擬產量為依據,在對當地深井和淺井灌溉效益分析的基礎上,提出了咸水灌溉制度及其相應的地下水開發利用策略。含鹽劣質水灌區作物生長受土壤鹽分和含水量狀況的影響,國內外不少學者對作物產量和土壤含鹽量的關系進行研究,建立了一些作物的水鹽模型。總體上講,這些模型將作物產量或相對產量表示為全生育期灌水量和土壤平均含鹽量的函數,為灌區灌溉管理提供了一定的理論依據,但作為全生育期模型,尚不能據此對作物生長期內土壤水鹽狀況進行動態管理。張展羽、郭相平在上述研究基礎上,考慮作物對土壤鹽漬度的敏感性隨生長發育階段不同而變化這一基本現象,提出作物不同生育階段水鹽動態響應模型,用以指導含鹽劣質水或鹽漬化灌區的優化灌溉管理。趙丹、邵東國等人根據甘肅省河西走廊疏勒河流域灌區節水灌溉條件下的土壤水鹽變化野外和室內實驗成果的分析,建立相應的水鹽動態模擬模型。經數值模擬計算,得出在一定灌水方案下的土壤鹽分分布及脫鹽狀況,并對適宜本地區特點的水鹽調控措施進行了初步探討。1.5鹽堿地綜合治理階段隨著人口增長和水土資源的日趨短缺,我國把中、低產田的治理、開發與持續發展納入國家經濟建設規劃之中。在工程排水洗鹽技術、堿土改良、生物化學改良、電磁改良技術應用,以及鹽堿土壤基礎理論方面進行了卓有成效地研究。我國20世紀50~60年代開始在天津等地開展濱海鹽土種稻改良試驗和引黃灌溉、種稻改堿等農業措施為主的改良;70年代鹽漬土改良進入工程與農業措施相結合的綜合治理發展階段。在黃淮海平原建立了12個試驗區后又在松嫩——三江平原等地相繼建立了中低產田治理與綜合發展試驗區,開展了“六五”至“九五”攻關研究,取得了重大成果,使我國鹽堿地綜合治理技術已走在世界前列。土壤改良劑的研究應用也在20世紀60~70年代開始。在土壤物理、化學改良劑方面做了不少的研究,如石膏、氯化鈣、工業廢酸、工業廢棄物磷石膏、粉煤灰等等,均取得了一定的效果;70年代后應用電磁技術,在全國鹽漬土地區進行了改土試驗;90年代后生物化學土壤改良技術有了發展,如中國農業大學研制的鹽堿土壤生化改良劑——康地寶已推廣應用。2土壤水鹽定向遷移的關鍵技術水利工程措施、農業技術措施、生物措施、化學改良等鹽堿地改良的多種技術和措施具有不同的改良效果。但由于鹽堿地的改良是一個較為復雜綜合治理系統工程,所以對于改良鹽堿土多采取以水肥為中心,包括水利工程措施、農業技術措施、種樹種草等綜合治理方法,這是改良治理鹽堿地的主要方向。在改良鹽堿土的各項措施中,從鹽堿地的整治力度、排鹽效果和推廣使用范圍來看,在多種鹽堿地改良技術方法中,利用工程排水洗鹽是一項重要的水利技術措施,只有健全排水設施,其他措施才能充分發揮作用。但是,從水利改良技術的運用和發展來看,這種改良技術所遵循的是一種延續了上千年沒有改變的原理和方法,這就是“鹽隨水來,鹽隨水去;鹽隨水來,水散鹽留”的水鹽運行基本規律,并利用這種規律由耕地土壤表層向下實施“大水壓鹽、洗鹽,地下排水”的方法,將下滲的土壤鹽分通過地下排水的方法排水洗鹽。所采取的措施多為農田布置較多且較深的明渠或地下暗渠或豎井排灌等工程技術措施,這些傳統的灌排工程技術客觀地存在以下問題:(1)洗鹽排水消耗過多水資源,一般需要4500~7500m3/hm2的大灌溉定額,灌溉用水量高,不利于節水;(2)灌溉排水工程量大,排水工程投入較高,一般0.9~1.2萬元/hm2,不經濟,而且灌排工程施工煩瑣;(3)眾多排水溝渠和大量