生物措施防治土壤盐渍化的机理及研究进展_李昂

收稿日期：2012－10－08

基金项目：兰州城市学院博士、科研启动基金项目“秦王川灌区建植混播人工草地防治土壤盐渍化及提高土壤初级生产力和肥力技术研究”资助.

作者简介：李昂（1969—），男，甘肃兰州人，副教授.研究方向：退化环境的恢复和治理.

生物措施防治土壤盐渍化的机理及研究进展

李

昂

（兰州城市学院化学与环境科学学院，甘肃兰州

730070）

摘

要：干旱、半干旱灌区土壤的次生盐渍化已严重影响农业的可持续发展和当地及周边地区的生态环境.

本文简要介绍了国内外盐渍土的分布状况，次生盐渍土形成缘由和各种治理措施的优势和存在的问题；详细阐述了生物措施治理土壤次生盐渍化的机理，即灌水在盐渍地脱盐中起主导作用，茂密的植物地上冠层减缓了土壤的积盐速度，植物吸收的土壤盐分随着收获而被移除，植物地下根系改善了土壤的理化、生物学性质，有利于土壤的脱盐和减弱土壤的盐碱性；最后，简要回顾了国内利用生物措施治理盐渍化的研究现状和存在的问题，

并提出今后的研究方向（豆禾混播防治土壤退化）.关键词：生物措施；土壤次生盐渍化；机理中图分类号：Ｓ１５６．４＋１

文献标志码：A

文章编号：1008－9020（2013）02-056－04

1.国内外盐渍土的现状

盐渍土是土壤里含有过多可溶性盐分而患了“多盐病”的一种土壤.盐渍土按其成因可分为原生盐渍土和次生盐渍土.在自然条件下，

盐碱成分在土体中累积，土壤向盐渍土演变的成土过程称作原生盐渍化，所形成的盐渍土称作原生盐渍土；在人为因素影响下，盐碱成分在土体中累积，土壤向盐渍土演变的成土过程称作次生盐渍化，所形成的盐渍土称作次生盐渍土[1].盐渍土分布广泛，遍及热带、温带和寒带的多个国家和地区.据资料报道，全世界原生盐渍土面积达1X109ha ，占全球陆地面积的25%；次生盐渍土约8X107ha ，其中近60%分布在世界各国的灌区中，而且，每年还以1～1.5X106ha 的速度增长[2-4].我国盐渍土面积约3.6×107ha ，占可利用土地面积的4.9%；其中，西部六省区（陕、甘、宁、青、蒙、新）的盐渍土面积就占了全国的69%[5].我国耕地中的次生盐渍土面积约9.2×106ha,约占耕地面积的6.6%[6].土壤次生盐渍化导致耕地农作物产量急剧下降、甚至绝收，已成为干旱、半干旱灌区

农业可持续发展的主要障碍和最大的环境问题[5，7].

2.干旱、半干旱灌区耕地产生次生盐渍化的原因和治理方法

干旱、半干旱灌区耕地发生次生盐渍化的主要原因是：由于不合理的灌溉（如大水漫灌、过量灌溉）和缺乏完善的排水系统，导致耕地的地下水位上升并超过临界水位，使得地下水和溶解于其中的可溶性盐分沿土壤毛管孔隙上升至地表，水分蒸发而盐分留在地表累积,从而引起土壤发生次生盐渍化.干旱、半干旱灌区水盐运动的基本特征是季节性积盐和脱盐过程的交互更替，即春季强烈蒸发———积盐，夏季淋溶———脱盐，秋季蒸发———积盐，冬季冻结———稳定[8].随着对土壤盐渍化成因的了解，提出的治理方法有：1）水利工程措施.根据盐随水来，盐随水去的规律，一般采取修筑各级灌排

沟渠、

引水灌溉来淋洗土壤盐分[9，10]

.水利工程措施在水资源充裕地区是非常有效的，但在降低土壤盐含量过程中除把Na +、Cl -等盐离子淋溶外，植物必需的一些矿质元素（如N 、P 、Fe 、Mn 、Zn 等）也同时被排走[11].另外，西北内陆半干旱灌区若采取引水洗盐，不仅浪费宝贵的水资源、流失土壤肥力，还有可能加重下游排水地区盐渍化的危害[12].2

）理化改良措施.物理措施如在耕地表层覆盖粗砂[13]，

采取通电提高难溶盐类溶解等[14]，化学方法一般是用改良剂（石膏、磷石膏、黑矾等）中的Ca 2+代换土壤中的Na +，

或用酸直接中和土壤的碱性[15,16].理化措施虽然效果明显、见效迅速，但长期使用或用量不当都会对环境造成二次污染.3）农业措施.如采用松耕、增施有机肥、秸秆覆盖、起槽种植等措施，达到巩固土壤脱盐的效果

[16，17]

.4）生物措施.如通过筛选耐盐品种或采用生物工程措施

来提高作物的耐盐力[11].盐碱地改良不仅要排除土壤盐分，更重要的是要培肥土壤.因此，近年来更多研究开始关注植物与土壤盐分的相互作用机制及盐渍土的生物治理[11,18-20].

3.生物措施改良次生盐渍土的机理3.1灌水在盐渍土脱盐中起主导作用

一般来讲，灌水能快速淋洗、并降低土壤中的盐含量[9,10].如阎顺国研究表明：从播种至第三年生长季末，灌溉淋溶产生的脱盐量占草地总脱盐量的89%[21].对于干旱、半干旱区无植被覆盖的裸地，由于强烈的水分蒸发作用，裸地灌水后不久就会很快积盐，呈现出脱盐、积盐交替变化，

仅有灌水措施

还不能保证土壤脱盐.如李昂等研究发现：小麦生长期间通过2-3次的灌水作用，可使土壤表层盐含量降到较低水平；而当小麦收获、灌水后过一段时间（15天左右），土壤表层的盐含量将迅速累积，增加速度甚至比裸地的还快[22].

3.2植物地上冠层的遮蔽作用减弱了土壤水分蒸发，减缓了土壤表层的积盐速度

耕地种植作物后，由于植物繁茂的地上部分将土壤表层完全覆盖，降低了土壤表层的空气温度、提高了空气湿度，减缓了空气流速，从而减少了土壤水分的无效蒸发，相应减少了随水分上移到土壤表层的可溶性盐分[18,19，22，23,24].据阎顺国对裸地和碱茅草地灌水后脱、积盐速度的研究显示：在0-40cm 土层，裸地的脱盐速度为2.1-10.6g·（m2.d）-1，碱茅草地为1.3-11.6g·（m2.d）-1，二者在灌水条件下的脱盐速度差异不显著；而碱茅草地土壤的积盐速度为1.1-4.1g·（m2.d）-1，裸地土壤的积盐速度达8.9-11.4g·（m2.d）-1，二者积盐速度差异非常明显，碱茅草地的积盐速度仅为裸地的1/7（抽穗期）-1/3（成熟收割期）[21].朱兴运等利用盆栽实验结果表明：裸地的蒸发量为45.7%-46.9%，而发育良好的碱茅草丛可使土壤的蒸发量降低到总需水量的22.1%-28%，其中近53.1%-54.3%的土壤水分通过植物叶面的蒸腾散失到大气中[25].董利苹利用盆栽植物研究淋洗和生物措施改良盐渍土机制的研究中发现：随着培养时间的延长，无论盆中有无植物，土壤电导率值均呈下降趋势；而且，栽有植物土壤的电导率值明显小于未种植植物（对照）的值[26].

3.3植物吸收盐分，减少了土壤中的盐含量

有些植物可吸收并在体内储存盐分，这样，土壤中盐分被植物吸收后，通过收割植物地上部分可带走和去除盐分[27].如赵可夫利用盐生植物在改良盐渍土研究中发现：盐爪爪每个生长季从土壤中吸收的Na+量为9345.6kg·ha-1，碱蓬为6851.4kg·ha-1，西伯利亚白刺为6019.2kg·ha-1，中亚滨藜为6098.4kg·ha-1[11].阎顺国研究表明碱茅属植物可吸收草地总脱盐量的11%以上[21].但也有研究显示在生物措施改良盐渍土的过程中，通过收获植物地上部分除去的盐分仅占其中很小的比例[26，28].

3.4植物根系的穿插挤压作用改善了土壤的物理性状，有利于土壤脱盐

植物在生长期间，地下根茎不断地长长和长粗，通过根系的穿插挤压作用，使耕作层土壤的物理性状（如容重、孔隙度）发生明显变化，为灌溉淋洗土壤盐分到耕层以下提供了大量通道，有利于土壤脱盐.如秦嘉海等研究发现：与裸地相比，种植籽粒苋3～4年可使土壤容重降低0.13～0.20g·cm-3，总孔隙度增加4.91～7.55%，>0.25mm团粒结构增加18.51%～25.87%[29]；吕彪等种植碱茅草3年研究发现：土壤容重降低了0.14g·cm-3，总孔隙度增加了5.29%，团粒结构增加了23.14%[30].

3.5植物根系的生化作用改善了土壤的养分和化学性质，减弱了土壤的盐碱化

植物根系的呼吸作用增加了根区的CO2分压、植物根系释放的质子（H+）和有机酸等影响土壤的pH值、养分含量以及土壤中的离子活性（如Ca2+），有利于降低土壤的盐碱化[28,31]；特别是豆科植物根系上固氮菌的活动也加剧了根际的酸化，有利于降低土壤的碱性[32,33].另外，植物枯枝落叶和死根的腐殖作用，促进了土壤微生物的繁殖和生长，改善了土壤养分状况和化学性状，提高了土壤肥力，也相应减弱了土壤中盐碱对植物根系的危害.如赵可夫等研究发现：在盐渍土上种植盐生植物后，可使N提高50%-60%，P增加92%-143%，K增加16%-21%，有机质增加34.3%-69.7%，土壤细菌数量增加151%-287%[11].李发明等研究显示：种植6年苜蓿耕地的pH 值比裸地的值低、有机质含量是裸地的1.95倍，N含量是裸地的2.25倍[20].董利苹研究发现：与非根际土壤相比，根际土壤的pH值均降低，豆科植物根际土壤的pH的降低值大于其他科植物的降低值；新疆大叶苜蓿的根际酸化作用最强，培养120天后，根际比非根际土壤的pH值低0.13个单位[26].

4.国内生物措施改良盐渍土的研究进展及今后研究方向

利用生物措施防治土壤盐渍化多采取种植耐盐植物或单播牧草（如碱茅，红豆草，苜蓿等），一般也主要研究植物的抑盐效果，很少考虑耕地的初级生产力.如赵可夫等研究发现盐生植物（盐爪爪、碱蓬、西伯利亚白刺、中亚滨藜）不仅能吸收大量的Na+，还能增加土壤有机质、N、P、K以及细菌和真菌数量；由于选用的盐生植物本身利用价值不高，种植这些植物后收获的产物利用价值（经济效益）到底有多大实验并没有考虑[11].蔺海明等研究发现单播毛苕子可显著降低土壤中的盐含量，但文中并未提及毛苕子的耕地草产量[19].郭孝研究发现混合碱茅能显著改善土壤结构、降低土壤表层盐含量，提高土壤的保肥和供肥能力，有利于后茬作物和牧草的高产；但文中同样也未提及碱茅的草产量[34].李昂等在防治秦王川灌区土壤次生盐渍化时发现：小麦、小麦套种毛苕子和红豆草处理在生长期间，土壤表层的盐含量均相对较低，而当小麦收获后过一段时间土壤表层的盐含量比裸地的值还高，耕地产量高低顺序为小麦套种毛苕子＞红豆草＞小麦；但遗憾地是实验仅做了多年生牧草（红豆草）的一年产量，并未对其进行多年跟踪研究[22].李发明等在利用种植苜蓿改良盐渍地的研究中发现：随着种植年限的延长，种植苜蓿地的土壤理化性质发生了明显变化，土壤的容重、K++Na+和有下降趋势，土壤有机质、N有显著提高趋势，种植苜蓿比种植小麦、玉米节水110%、210%，用水效益提高5倍多；尽管该实验进行了6年，但文中也未明确给出耕地种植苜蓿的草产量，单播苜蓿地的草产量是否一直高产、稳产也未提及[20].彭红春等在利用混播牧草建植人工草地改良柴达木盆地弃耕盐碱地的研究中发现：与撂荒地相比，建植的高产、稳产人工草地草产量、盖度和可食草比例有了显著提高，土壤盐含量有了显著降低；尽管该实验选用了很多物种，但文中并没有分析所选物种的混播产量是否比单播产量高；而且，草地地上现存量的数据也仅有2年（1999和2000年），是否混播群落的草产量比单播的草产量稳定也未作比较就武断地认为建植的混播群落是高产、稳产草地[18].

土壤的次生盐渍化是土壤退化的一种表现形式，因此，在利用生物措施改良盐渍土时应扩展思路，从防治土壤退化