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中國鹽堿土壤修復研究綜述

 2014-06-03    扑克之星亚洲版生物

 

  

中國鹽堿土壤修復研究綜述

日期:2012-03-21 作者:鄧紹云 邱清華 來源:《北方園藝》.-2011,(22).-171-174 點擊:101

 

    土壤是人類農業生產極為重要的自然資源,是植物、作物生長發育的重要載體。然而,由于漫長的歷史進程中.自然或人為作用使得很多土壤出現鹽堿化的趨勢,從而不利于作物的生長發育,影響正常的農業生產,特別是中國西北地區土壤的鹽堿化程度非常嚴重。土壤鹽堿化是一個世界性問題。世界大約20%的灌溉農業用地受到鹽堿化的影響,我國約有1億hm2鹽堿土壤,干旱、不合理耕作、落后的排水設備、設施栽培等因素導致土壤次生鹽堿化日益加重。而土地的有限性決定了人們有必要對鹽堿土壤進行修復研究與實踐,從而修復改良鹽堿土壤,使之適宜農作物的生長發育,便于農業耕作,提高區域經濟,促使區域社會發展。

1  土壤鹽堿化形成條件及類型

    土壤鹽堿化的原因很多,主要與氣候干旱、地勢低洼、排水不暢、地下水位高、地下水礦化度大等因素有關,母質、地形、土壤質地層次等對鹽堿化的形成也有重要影響。

    中國土壤鹽堿化類型主要有以下幾種:一是現代鹽堿化:在現代自然環境下,積鹽過程是主要的成土過程;二是殘余鹽堿化:土壤中某一部位含一定數量的鹽分而形成積鹽層,但積鹽過程不再是目前環境條件下主要的成土過程;三是潛在鹽堿化:心底士存在積鹽層,或者處于積鹽的環境條件(如高礦化度地下水、強蒸發等),從而可能發生鹽堿成分在土壤表面積聚的情況,而導致土壤的潛在鹽堿化。

2  鹽堿土壤修復方法及評述

    修復鹽堿土壤的方法有眾多,按其修復的原理大致可劃分為物理方法、化學方法、生物方法,生物方法又有植物修復法、動物修復法、微生物修復法、其它修復法及利用2種或數種方法的綜合修復方法。

2.1  物理修復方法

    物理修復方法就是建設一定的水利工程,通過水流的作用對其鹽堿土壤進行修復,通過土壤水的動力學運動將鹽堿排除或降低鹽堿含量。利用土壤水動力學行為,可以達到對土壤中鹽堿成分的一定程度的降解,經羅朋研究可知,不同的灌溉方式下,水動力運動方式將對土壤中的鹽堿成分隨水體運動而達到一定程度的降解作用。但改變原有的鹽堿土壤的人滲能力是修復鹽堿土壤的關鍵因素,只有這樣才能有利于鹽堿成分隨土壤水運動達到降解的可能。電流法:通過電流的作用,使土壤中鹽堿成分的陰陽離子定向移動,達到降解土壤中的鹽堿含量。楊柳青等利用電流的作用對干旱區鹽堿土壤進行修復試驗研究,效果良好。土壤成分置換法:有目的地在土壤中添加有效物質,加以攪拌使之拌合均勻,使土壤的容重、孔隙率、滲透系數、pH值、含水率等因素發生有利的改變,改善土壤的物理性狀和化學性狀。

    楊海儒以松嫩平原大慶地區鹽堿地為研究對象,利用石膏、粉煤灰與糠醛渣3種物質的3個水平正交設計了8種不同處理。通過田間試驗,研究了不同改良劑組合對鹽堿土的物理性質、化學性質的影響,并分析了影響機理,結果表明其對鹽堿土壤改良效果良好。

    鹽堿土壤修復的物理方法還應有其它方式,但有待研究開發。物理方法簡單明了,其費用也不是很高,對環境的負面影響極小。

2.2  化學修復方法

    鹽堿土壤的化學修復方法是利用各種化學藥劑或化學物質對鹽堿土壤進行修復,這些化學藥劑和化學物質眾多,其修復的原理在于與土壤中的化學物質發生化學反應,降解原鹽堿土壤的鹽堿成分和其它化學成分,從而達到對鹽堿土壤修復的目的。例如有利用脫硫廢棄物的,如李明等利用脫硫廢棄物改良不同類型鹽堿地種植馬蓮,試驗研究得到良好的效果;有利用脫硫石膏有效降解土壤中堿度的,如張峰舉等利用脫硫石膏對次生堿化鹽土進行改良,發現效果較好;有時2種或數種化學物質被利用于鹽堿土壤改良,例如張葛使用GLS改堿劑和磷石膏對鹽堿土壤進行了改良試驗研究,試驗后鹽堿土的pH值、總堿度、交換性Na、CEC等指標都得到下降,并且改良后的鹽堿土的營養成分和酶活性與原土相比,有一定程度的提高,鹽堿土壤得到修復改良。

    鹽堿土壤的化學修復方法,所花費的費用較高,且其最大的弊端在于在對鹽堿土壤修復的同時,用來作為土壤鹽堿成分的修復用的化學物質,在與土壤中化學物質發生反應之后生產的新物質,很有可能造成二次土壤污染,故較危險,難以準確把握。

2.3  生物修復法

    鹽堿土壤的生物修復方法是最近廣為關注的修復方法,也是最有前景的修復方法,包括植物修復方法、動物修復方法和微生物修復方法3種。

2.3.1  植物修復方法  鹽堿土壤的植物修復方法主要是種植耐鹽或耐堿植物,通過植物的生長發育吸收土壤中的鹽堿成分,從而降低土壤的鹽堿度,達到對鹽堿土壤的修復目的。在這方面,由于修復方法的功效較強,且經濟實惠并自然環保,從而研究成果較多。這些植物主要以某些草類植物為主,哈玲津等針對天津市薊縣、西青和大港的荒地土壤和耐鹽堿的4種野生植物(豬毛菜、草木樨、艾蒿和補血草)進行盆栽試驗。植株生長5個月后,測定土壤的各項理化指標。結果顯示,4種植物均大大降低土壤總鹽量,豬毛菜可以不同程度地降低土壤中碳酸根離子和硫酸根離子和有效磷;補血草對降低土壤硫酸根離子和水溶性鈣較有效;草木樨和艾蒿可以明顯增加土壤有效氮含量。研究結果綜合分析表明,這4種野生耐鹽植物對改良鹽堿地土壤效果明顯。種植星星草可以一定程度地修復鹽堿土壤,丁海榮等綜述了近年來對星星草形態結構、生物學特性、耐鹽生理特性及種植后對土壤養分結構的影響研究,發現經人工種植后星星草在鹽堿地不僅可以正常生長發育,同時具有較好的飼用價值,最主要的是對鹽堿土壤具有很好的改良效果。種植一些耐鹽堿樹木在一定程度上也可以做到對鹽堿土壤進行修復,例如陳志強研究表明,沙棗、白蠟、杜梨、甘蒙檉柳、甘肅檉柳、多枝檉柳、西伯利亞白刺和齒葉白刺較適合在中度蘇打鹽堿土上生長;鹽生白刺、甘蒙檉柳、甘肅檉柳、多枝檉柳、西伯利亞白刺、齒葉白刺適合在高土壤含鹽堿量下種植。肖鑫輝等研究表明,野生大豆也是良好的鹽堿土壤修復植物;閆秀麗研究表明,合歡作為一種耐寒耐旱植物,喜光具有根瘤,對鹽堿土壤也有一定的修復功效。對于鹽堿土壤的修復植物的尋找首先應在鹽生植物中找尋,鹽生植物由于其特有的生理生態特性,對鹽堿成分有一定的抗性,決定了其對鹽堿的耐性,從而達到對鹽堿土壤的修復效果。武春霞等通過植物的耐鹽脅迫試驗發現了草木樨、豬毛菜、艾蒿和補血草4種耐鹽生植物對鹽堿土壤的修復功效;蘇忠研究表明,羅布麻也是一種對鹽堿土壤具有一定修復功效的植物;劉潤進等研究指出,高羊茅和芨芨草也可以作為修復鹽堿土壤的可選植物;馬章全等研究表明,雜交狗尾草對鹽堿土壤也具有一定的修復功效;詩雨介紹了印度海鹽化學研究所研究出在海灘鹽堿地上種植一種被稱為“愛普斯的吸鹽植物來為鹽堿地脫鹽取得了成功。馬章全等研究表明,野豌豆與箭等豌豆、毛苕、山野豌豆耐旱、抗寒、耐瘠薄、抗鹽堿土壤,特別適于紅壤土和生荒地生長。我國科研人員研究表明,植物馬鞍騰、黃花草木樨對鹽堿土壤也有一定的修復功效。張瑛等在種植6a苜蓿的鹽堿地上,通過對苜蓿地和未種植苜蓿的鹽堿荒地(對照)的pH值、鹽分及養分的化驗測定,結果表明,在鹽堿地上種植苜蓿可明顯改良鹽堿土壤;在0~60cm的耕作層中,苜蓿地的全鹽含量比對照下降了29.8%,有機質比對照提高了4.5%。垂柳和四翅濱藜也被用于鹽堿土壤的修復,丁麗萍等的研究表明,四翅濱藜對鹽堿土壤的修復功效高于垂柳。鹽堿土壤的植物修復方法具有很大的潛力,其生態環保、新的修復植物不斷地被探索開發與利用。先進的生物技術利用于鹽堿土壤的植物修復法將大有作為。

2.3.2  動物修復方法  鹽堿土壤的動物修復法可以利用一些土中生存的動物,如蚯蚓在生長發育的過程中,將體內的某些分泌物排放于鹽堿土壤中,與土壤中的鹽堿成分發生化學反應,達到降解土壤鹽堿度,改良鹽堿土壤。同時由于動物的生理活動,松動土壤,改善土壤的孔隙度和含水率等。但鹽堿土壤的動物修復法研究成果欠缺,有待于繼續探索研究。

2.3.3  微生物修復方法  鹽堿土壤的微生物修復方法是利用某些微生物的生理活動達到改變土壤中的鹽堿成分,進而達到降低鹽堿濃度和鹽堿量。這方面的研究,最近較為活躍,并有不少研究成果。有利用真菌來對鹽堿土壤進行修復的,如柳威等利用叢枝菌根真菌在鹽堿土壤中大量分布,研究指出它的存在可以增強鹽堿植物的生長、促進營養吸收、提高光合作用和抗氧化,同時分析了鹽脅迫對叢枝菌根真菌的孢子萌發、菌絲生長、菌根形成和菌根侵染的影響。利用具有活性的微生物菌肥施用于鹽堿土壤中,通過微生物的生長、繁殖等作用于鹽堿土壤使其鹽堿成分得到降解,如宋家清等對濱海鹽堿土壤施用活性微生物菌肥,探討菌肥濃度分別對表土層和5cm土層土壤養分、鹽分和pH值的作用,研究結果表明,施用菌肥后表土層銨態氮含量增加明顯,速效鉀含量一定程度增加,速效磷變化不大,硫酸鹽含量降低明顯,氯化鹽含量下降需要較高菌肥濃度;5cm土層銨態氮含量下降明顯,速效鉀含量一定程度增加,速效磷變化不大;硫酸鹽升高明顯,氯化鹽變化較小;施用菌劑處理后土壤酸堿度降至中性。利用耐鹽堿細菌對鹽堿土壤進行修復,要求細菌對植物沒有過大的損害作用,故此張廣志等不少科研人員在此方面,對鹽堿土壤中的耐鹽細菌進行了大量的篩選和簽定研究工作。鹽堿土壤中嗜鹽堿細菌對鹽堿土壤的修復具有良好的效果。中國科研工作者多年的研究實踐表明,利用外生菌根菌對pH12以下的鹽堿土壤進行修復,已取得一定的成效。

2.4  其它修復方法

    某些情況在進行鹽堿土壤修復研究中,難以對該修復方法進行歸類,因修復的主導因素難以確定。一般情況下,利用植物對鹽堿土壤進行修復過程中,植物根部的菌類在此過程中起到很大的作用。殷小琳等綜合近年來國內外在菌根植物抗鹽堿方面研究成果,從植物生理的角度總結和論述了在鹽脅迫下菌根提高寄主抗鹽堿性的機理,闡述了菌根在提高寄主抗性的同時對鹽堿地土壤的改良作用,為用生物方法改良鹽堿地提供參考。

    此外,人們還可通過一定的鹽堿土壤種植制度來達到對鹽堿土壤的修復目的,陳冠文等研究表明,鹽堿土壤的改良與種植制度是一對互相制約、互相促進的矛盾;對新疆29團場近幾年資料的分析結果表明,不同輪作方式對地下水埋深、土壤含鹽率和土壤返鹽率均有明顯影響;指出合理的輪作方式,應在保證當年豐收的同時,還應有利于改土治堿的長遠目標。張金政等研究發現,中國鹽堿土壤中含有大量的AM菌,這一發現將有利于人們進一步開發利用AM菌對鹽堿土壤進行修復。

2.5  綜合修復方法

    鹽堿土壤的綜合修復方法是利用2種或3種甚至數種方法同時對鹽堿土壤進行修復。這種綜合利用的目的是互相彌補不足或加大修復功效。綜合修復方法往往達到更好的效果,這是研究的前沿所在。研究成果也像雨后春筍一樣大量涌現。

    張金柱等將生物有機肥施人輕度鹽堿土中,研究其對土壤理化性質的影響,結果表明,生物有機肥可以改善輕度鹽堿土pH值,有效緩解由于植物生長所造成的土壤養分的消耗,指出生物有機肥可在輕度鹽堿土中廣泛使用,在施用時應根據不同地區的土壤氣候條件確定最佳施肥量。

    由于土壤鹽堿的排解必然和土壤中的水動力學運動密切相關,從而可建立生態濕地,利用其物理、化學和生物的綜合作用對鹽堿土壤進行修復,柴秀梅等撰文闡述了該修復方法的可行性。

    范建征等就鹽堿土壤的綜合治理提出了一些新的思路,指出可以通過不同的耕種方式、施肥并結合灌溉排水來達到對鹽堿土壤的修復目的。

    隨著科技的發展,一些鹽堿改良劑被用于鹽堿土壤的修復治理,魏坤峰等指出利用鹽堿改良劑治理園林綠地土壤是一項可行、投資小、實用的捷徑,能顯著地提高綠化成活率。李國萍等將鹽堿改良劑“施地佳”用于鹽堿土壤改良和補充鹽堿耕地營養源,并闡述了修復機理。白亞妮利用硫磺和微生物的共同作用對鹽堿土壤進行修復,取得一定的研究價值。楊宇等研究驗證了生化黃腐酸土壤改良劑對鹽堿土壤的改良效果及對蔬菜作物生長發育的影響。指出菜田鹽堿土壤施用一定量的生化黃腐酸土壤改良劑有較明顯的改堿效果,并可改善植株的生長發育。陳金海等利用互花米草和羊糞混合堆肥還田對濱海鹽堿土壤進行修復,結果表明效果良好,在達到一定程度降解鹽堿成分的同時增強土壤肥力。據張文儉等研究可知,不同的農業耕作模式也是對鹽堿土壤修復的不同方式,對土壤的諸多物理、化學和生物指標有不同的影響效果。張國榮等采用淺耕翻、施用磷石膏、施用糠醛渣、施用有機肥、建植星星草人工草地或星星草+羊草人工草地等不同改良方法對鹽堿土壤進行修復研究,結果表明,綜合使用效果比任何單一方法都好。

    鹽堿土壤的綜合修復方法具有涉及因素多、全,各因素相互作用、相互促進,考慮全面和修復功效高的特點,是鹽堿土壤修復的發展方向。

3  存在問題與展望

    鹽堿土壤的修復是生態環境的修復的一個重要方面,修復的方法眾多,功效不一,故其評價指標和體系有待于選定和建立,以判斷各修復方法的優劣。修復鹽堿土壤的植物和動物及微生物的篩選將耗費眾多科研工作者的大量精力,但又必須去努力實踐方能不斷擴充鹽堿土壤的生物修復方法。能否通過高科技手段,縮短實踐時間,更為準確和有效找尋到高效修復鹽堿土壤的生物。因為知道鹽堿地野生植物具有良好的耐鹽堿特性,其本身很有可能作為鹽堿土壤修復優選植物,故在篩選鹽堿土壤的修復植物時可以少走很多彎路。

    如何正確地綜合數種修復方法相互促進、相互鞏固修復功效是廣大科研工作人員非常值得探索的科研難題。同時,新的高科技應當應用到此方面,例如基因工程就可以應用于選育鹽堿土壤的修復生物。

    總之,在鹽堿土壤的修復研究方面,中國科研人員有很大的研究起色和眾多研究成果,但研究探索的道路還很長,還得不斷努力,只有找準方向才能取得更大的碩果。

    作者單位:(1.伊犁師范學院,新疆 伊寧 835000,2.西安科技大學,陜西 西安 710054)

    文章采集:caisy

    注明:教育部科學技術重點資助項目(2012049)

 

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