時間:2020年08月31日 分類:農業論文 次數:
摘要 鹽堿地是我國重要的后備耕地資源。我國鹽堿地面積巨大、分布廣泛,鹽漬化耕地超過 20%。鹽堿地的開發和治理,尤其“三北” 地區對提高糧食產量和改善生態環境具有極其重要的意義。本文對近 60 年“三北”地區鹽堿地治理技術的研究進行綜述,提出鹽堿地治理 的策略和途徑,為未來鹽堿地改良技術的開發提供參考價值。
關鍵詞 鹽堿地;治理技術;建議;“三北”地區
土壤鹽漬化是全球高度關注的資源和生態問題,是一 個世界性的難題。據統計,全球鹽漬土面積為 10 億 hm2 ,且 以每年 125 億 hm2 的速度增長[1]。中國是土壤鹽漬化危害比 較嚴重的國家,鹽堿地總面積為 9 900 萬 hm2 ,約占全國陸 地面積的 10.3%,主要分布在東北、西北和華北地區,并以每 年 1.5%的速度增長[2]。
鹽堿地的開發利用是補充耕地、提高 耕地產能,以保障糧食安全和實現農業可持續發展的重要 途經。土壤瘠薄、水資源匱乏、鹽堿化程度高是鹽堿地開發 的主要限制因素。土壤水鹽運移受氣候、土壤質地、農田管 理措施等因素的影響。
因此,應根據不同區域鹽堿土的特征, 針對性地采取治理措施。 改良鹽堿土是我國面臨的主要難題。近年來,國內外開 展了大量鹽堿土改良方面的研究,并取得了大量成果。鹽堿 地的合理開發和利用對我國農業的可持續發展、改善生態環 境具有重要意義。目前,國內外鹽堿地改良主要包括化學、 生物和物理改良等治理措施[3]。本文總結了“三北”地區關于 鹽堿地治理的措施,并比較不同措施的優缺點。
1 “三北”地區鹽堿地概況
“三北”地區指東北(黑龍江、吉林、遼寧)、華北(北京、 天津、河北、山西、內蒙古)、西北(陜西、甘肅、青海、寧夏、新 疆),橫跨東經 73°26′~127°50′,北緯 33°30′~50°12′,占國土 總面積的 42.4%。“三北”地區鹽堿地面積 2 984.98 萬 hm2 , 占全國鹽堿地面積的 82.2%,輕度、中度、重度鹽堿地面積分 別占“三北”地區鹽堿地面積的 48.8%、35.4%、15.8%[4]。
甘 肅、寧夏和內蒙古鹽堿地以硫酸鹽為主,新疆和吉林分別以氯化物、碳酸鹽為主[5]。20 世紀 40 年代,形成以水利工程為 中心改良鹽堿地的基本理論,如防滲、灌溉和排水等治理措 施[6];50 年代提出植物和化學改良鹽堿地理念;近年對鹽堿 的研究向耕作土壤的綜合改良與治理方面發展[7]。治理鹽 堿化土壤,需要建立在改善生態環境條件,良好的農林牧業 生態系統之上,因而要因地制宜,以水肥為中心,土、水、作 物結合,全面規劃,綜合治理,把鹽堿地區建設成旱澇保收、 穩產高產的農牧業生產基地。
2 鹽堿地治理的基本措施
因地制宜地選擇適宜的改良方法是鹽堿地治理成敗的 關鍵。目前,我國鹽堿地治理有物理、化學和生物等多種途 徑。“三北”地區鹽堿改良方法主要有以下幾類。
2.1 物理改良技術
2.1.1 土壤改良技術。
耕作措施主要包括深松、深翻,可有 效減輕鹽堿危害,增加作物產量。深翻即土層置換 10~12 cm 能抑制鹽堿 3~4 年,置換 13~15 cm 能抑制 10~15 年,置換 16~20 cm 能抑制 20 年左右[8],表明深翻可有效抑制土壤返 鹽。目前,農民整地普遍停留在 25 cm 的深度,25~50 cm 的 土壤多年來一直沒有得到深松、翻耙,已經形成了嚴重的板 結層,土壤中的鹽分得不到有效的沖洗和下沉[9],形成鹽堿 土。深松土和淺翻輕耙可有效改善鹽堿土黏重、土壤團粒結 構和透氣、透水性[10-13],進而減輕土壤鹽漬化。深翻配施有機 肥、秸稈、爐渣等不僅提高了作物產量,也可改善土壤的物 理性狀,提高土壤肥力水平[9-12]。
2.1.2 水利改良措施。
鹽堿地的水利改良措施基于“鹽隨水 來,鹽隨水去”的水鹽運移規律,進行排水或灌溉減鹽[12],主 要方法包括引水洗鹽、咸水灌溉和引洪淤溉[18]。用含鹽濃度 在 0.7%~2.0%的咸水灌溉,可大大提高多種糧油作物的產 量[8]。
2.2 化學改良方法
2.2.1 天然改良劑。
改良劑的原料為草炭、天然沸石、糠醛 渣及生物菌等,主要作用是改良土壤結構,提高透氣性和可耕 性 [12]。 施 沸 石 3.8 t/hm2 , 產 水 量 5.5 t/hm2 , 比 對 照 增 產 21.7%。施用沸石后,土壤全鹽量由 0.240%降至 0.179%,即 降低 25.42%,土壤 pH 值從 9.5 降至 9.0,堿化度由 13.98% 降至 7.11%,Na +由 0.09%降 至 0.03%,HCO3 -由 0.12%降 至 0.06%[21]。
2.2.2 化學改良劑。
重度鹽堿土改良通常采用化學改良劑與 土壤膠體發生化學反應。常用的化學改良劑主要包括含鈣物 質,如石膏、磷石膏、氯化鈣、過磷酸鈣等[25];酸性物質,如硫 酸、硫酸亞鐵、硫磺、磷酸、鹽酸、硫酸銨和風化煤等[26]。施用化學改良劑可提高土壤脫鹽率、增加作物產量[27-28],如施用 石膏可使水稻產量脫鹽率提高 50%,增產 16.0%~18.5%;施 用磷酸三鈉可中和土壤堿性,補充土壤磷素[29]。
2.2.3 添加肥料。
施用有機肥可有效提高土壤有機質含量、 作物產量和耐鹽性[10,21]。50 kg 腐殖質能吸附約 15 kg Na+ [30], 具有降低土壤電導率的作用[2]。輕度鹽堿地施加氮肥,可以 提高青貯玉米產量和品質[31],氮肥總量減少 10%,水稻品質有所提高[32]。
鹽堿地水稻產量受施肥量和肥料種類的影響。 有機肥施用量 45~60 t/hm2 ,水稻產量較不施肥的處理增加 19.1%~21.6%。有機肥施用量 15~30 t/hm2 ,產量增加 8.5%~17.1%。施用純氮 163.5 kg/hm2 較低施氮量(101.3 kg/hm2 )產 量提高 29.3%[21]。
2.3 生物改良方法
植物蒸騰作用強烈,使地下水位下降,減輕次生鹽堿發 生,可通過植物抗鹽、避鹽等生物特性改良鹽堿地[33]。由于耐 鹽植物對土壤鹽分的大量吸收和體內累積作用,土壤中鹽 分被植物吸收后,通過收割去除鹽分[12]。
2.3.1 植樹造林。
pH 值 8.5~9.6 的蘇打鹽堿地可種植小黑 楊、旱柳、家榆、白榆、黑楊、糖械、水曲柳、檉柳、沙棘、丁香、 沙棗等[34]。檉柳、枸杞可作為重度鹽堿地造林的主栽樹種,但 pH 值大于 9.5 的鹽堿地不適宜種植[35],白榆[36]可作為重度鹽 堿地造林的參考樹種;檉柳、白榆、枸杞可作為中度鹽堿地 造林的主栽樹種[37-39],銀中楊、小黑楊可作為參考樹種;檉 柳、銀中楊、糖槭、枸杞[37]、小黑楊、白榆和四翅濱藜[40]可作為 輕度鹽堿地造林的主栽樹種,沙棗、垂柳可作為參考樹種[41] 。
2.3.2 活性微生物菌肥。
鹽堿地施酵素生物菌肥料,采用簡塑盤大棚育壯秧,淺翻,洗鹽排堿,配施氮、磷、鉀、鋅肥,綜合 防治病蟲草害等綜合栽培措施,水稻產量達到 8.5 t/hm2[48]。
2.3.3 種植綠肥。
綠肥是培養地力的重要物質基礎。田菁是 北方鹽堿改良極有發展前途的重要先鋒綠肥[19]。草木樨一年 可以固氮 75~240 kg/hm2 ,具有生物固氮的效用,也可作飼草[49]。 綠肥可選一年生的豆科毛葉苕子、多年生的百脈根和小冠花, 毛葉苕子 1 年可收 2 茬鮮草,合計產量 266.7 kg/hm2 ,折合干 物質產量 43.3 kg/hm2 ;多年生的百脈根和小冠花,播種后第 2 年產鮮草 200 kg/hm2 ,累計干物質產量大于 33.3 kg/hm2 [50]。
2.3.4 種植耐鹽堿植物。
堿茅草是改良我國“三北”地區鹽 漬土的理想牧草[51-52]。堿茅草在土壤含鹽量 1.5%~2.5%的重 度鹽堿地生長旺盛,種植 1 年后 0~60 cm 土壤含鹽量由 3.8% 下降至 0.9%,0~40 cm 土壤有機質增加 1 000 kg/hm2 [27]。0~ 30 cm 土層,以硫酸鹽為主的鹽漬土含鹽量 3.0%~5.0%,以 氯化物為主的鹽漬土含鹽量 2.0%~3.0%,以蘇打鹽為主的鹽 漬土含鹽量 1.0%~1.5%,均適宜種植堿茅草[53]。
堿茅草在蘇 打堿土及 0~5 cm 土層的總鹽量達 3.17%、pH 值為 10 的重鹽 堿上能生長繁茂;在 pH 值 8.9、總鹽含量 4.90%的(0~100 cm)氯化物鹽土上出苗率達 100%[54]。堿茅種子出苗期適宜的土 壤鹽堿度為 1.71%,臨界鹽堿度為 3.10%。苗期以后耐鹽性 逐漸提高,可在 2.47%~2.79%的鹽堿土正常發育生長,成株 的耐鹽堿度高達 4.25%[55]。 不同牧草及其品種對鹽堿地改良效果和耐鹽性存在明顯差異[56]。
如禾本科牧草林肯無芒雀麥、奧比特高冰草和北 美雀麥等為耐鹽品種(鹽脅迫適宜值 0.41%,鹽脅迫臨界值 0.77%)。紫花苜蓿適合在輕度和中度鹽堿地種植,虎尾草、 馬藺可在重度鹽堿地種植,具有改善土壤物理性狀和減少鹽 分的作用。因此,在鹽堿地改良的過程中,要考慮初始土壤鹽堿含量、牧草種類及其品種。
此外,黑龍江省種植水稻可以有效改良土壤鹽堿地[19,70-78]。 但鹽堿地水稻種植需要保溫旱育苗[79],配合化肥深施可明顯 提高水稻產量[80]。1984 年之前吉林鹽堿地水稻產量由原來 的 4.3 t/hm2 [22]增至 5.6~6.0 t/hm2 [81]。鹽分含量 0.3%的中度鹽 堿土壤種植水稻,3 年平均產量可達到 7.5 t/hm2 [82]。鹽堿井灌 稻區水稻產量為 7.68 t/hm2 ,比旱育苗人工插苗提高 8.8%, 且提早 5 d 成熟[83]。
3 鹽堿地改良建議
3.1 培育壯苗,旱育稀植,拋秧種稻
pH 值 6.5~7.0 旱地育苗,提高幼苗對鹽堿地的適應性, 促進水稻根系發育,育苗成功后帶營養土向稻田上空拋撒 方式種稻[16],通過對插秧前四葉期苗情調查,拋苗平均莖粗 0.3 cm,根長 6.0 cm,根數 18~22 條;常規育苗平均莖粗為 0.25 cm,根長 4.0 cm,根數 13~15 條[22]。吉林水稻壯苗稀植平 均產量 7.5 t/hm2 [84]。
3.2 實行高效種植模式
小麥套種草木樨,玉米間種草木樨[16],加拿大小麥與三 葉草、雀麥草和紫花苜蓿輪作 8 年后,0~30 cm 土層電導率 下降了 55%[8]。星星草與羊草混播的覆蓋率最高,覆蓋率達 90%,是紫花苜蓿的 6 倍[9]。pH 值 8.68 的鹽堿土種植水稻可 以獲得較高的產量。
水稻田每晝夜滲漏 1 cm 水層、施用有 機肥 750 kg/hm2 的處理產量較無滲漏、單施化肥的處理極 顯著增產,分別增加 0.19、1.02 t/hm2 [85]。1969—1973 年,糧草 輪作區(草木樨-草木樨-高粱-谷子-玉米)5 年糧食總產量 4.8 t/hm2 和糧食輪作區(玉米-谷子-高粱-谷子-玉米)5 年 糧食總產量 4.1 t/hm2 比較,增產 0.7 t/hm2 [49]。吉林魚麥輪作 模式減輕了土壤次生鹽堿化的危害[86]。向日葵耐鹽堿適應性 強[87],可與草木樨和紫花苜蓿套種,此種模式下苜蓿地上部 分鮮重可達 1.5 t/hm2 [88]。
3.3 覆蓋免耕控鹽
秸稈覆蓋、地膜覆蓋、水泥硬殼覆蓋和瀝青覆蓋[89]都可 應用到改良鹽堿地。裸堿地上扦插和平埋玉米秸稈可使土 壤表層可溶性鹽分明顯下降[12],扦插玉米秸稈對重鹽堿地改 良有良好的效果。免耕鹽堿地覆蓋秸稈,農田土壤含水量增 加 1.37%~5.24%,脫鹽率達到 40%~70%,增產 44.2%~94.1%[8], 大豆比常規措施增產 21.5%。農作物秸稈還田還具有增加腐 殖質、降低鹽堿度和提高 Ca 活度等作用[25]。
3.4 合理植物配置
弱鹽堿地,楊柳科 2 種(新疆楊、銀白楊);豆科 1 種(紫 穗槐);菊科 2 種(菊芋、波斯菊);鳶尾科 1 種(馬藺)。輕鹽 堿地,菊科 2 種(菊芋、波斯菊);鳶尾科 1 種(馬藺);豆科 1 種(紫穗槐);藜科 1 種(堿蓬)。重鹽堿地,菊科 1 種(菊 芋);鳶尾科 1 種(馬藺)[90]。
草業論文投稿刊物:草業學報刊載學術價值較高的草業科學專論、綜述、評論等,探討草業發展的新理論與新構思,是草業新秀成長的園地,推動草業科學發展的論壇。
3.5 綜合防治
重鹽堿地通過洗鹽堿或置換土層,洗鹽堿廢水調低鹽堿 度后可再次灌溉,置換的重鹽堿土層可用于構建溫棚。經過 洗鹽堿洗堿或暗管排鹽降低土壤鹽堿含量,通過施加有機 肥和細沙可進一步降低鹽堿地對植物的毒害作用,用檉柳和 枸杞將鹽堿地分割成小面積土地后,可種植馬藺、虎尾草和 堿茅等,化肥引路,選取酸性化肥如硫酸銨、過磷酸鈣、硫酸 鉀,秸稈還田,適量施用磷肥[91]。2 年后可種植苜蓿和草木樨 等,3 年可恢復農田生產。
4 參考文獻
[1] CHERNOUSENKO G I,PANKOVA E I,KALININA N V,et al.Salt - affected soils of the Barguzin Depression[J].Eurasian Soil Science,50(6): 646-663.
[2] 王倩姿,王玉,孫志梅,等.腐植酸類物質的施用對鹽堿地的改良效 果[J].應用生態學報,2019,30(4):152-159.
[3] 趙彬玥,孫兆軍,何俊,等.暗溝對寧夏引黃灌區鹽堿地改良及垂柳生 長的影響[J].節水灌溉,2019(8):1-4.
[4] 楊光瀅.內蒙河套平原鹽堿地水鹽運動研究[J].林業科學,1999,35(4):107-110.
[5] 朱興運,鄭波.堿茅屬植物草地后作物地土壤鹽分調控研究[J].草業學報,1994,3(3):76-80.