土壤盐渍化成因危害及恢复

赵起越 夏夜 邹本东

(北京市生态环境监测中心，北京 100048)

引言

土壤盐渍化指土壤中盐类物质的积累，如矿物质的沉积、含盐地下水位的升高等，土壤盐度与土壤中高浓度的可溶盐及低比例的可交换钠离子(Na+)有关，按照美国土壤盐度实验室定义，25℃时土壤饱和溶液电导(EC)>4ds·m-1,可交换Na+比率(ESP)<15%,称为盐渍化土壤[1]。广义的盐渍土包括高盐土、高钠土及高碱土。盐渍土壤破坏了土壤自然生物、生物化学及风化地质周期的规律，导致土壤特征恶化及质量下降，农业资源利用率降低，农作物减产，生态环境、社会文化及人类健康都受会到很大影响，严重阻碍国民经济的发展[2,3]。土壤盐渍化问题不仅与土壤资源和生态环境有关，同时关乎人类生存与发展。了解土壤盐渍化的成因及特征，针对性地采取措施，并进行有效的缓解对彻底解决土壤盐渍化难题，保证农业生态可持续发展具有积极的社会和经济效益[4,5]。

1 盐渍化土壤的分布

土壤盐渍化问题在全世界普遍存在，干旱和半干旱地区尤为显著。根据联合国粮食及农业组织(FAO)统计，全球盐渍土面积约11亿hm2，占总土壤资源的3%，而且还在以200万hm2·a-1的速度增加。在干旱区及半干旱区有18%～43%土壤盐渍化造成粮食减产，全球多个国家受到影响，其中，巴基斯坦、中国、美国、印度、阿根廷、苏丹等国家情况较为严重[6]。土壤盐渍化对农用地影响最大，100多个国家1/3农用地土壤受盐化影响变为盐渍土，近20a中，世界平均每天有2000hm2农田变为盐渍土地，大多数集中在中亚阿拉伯海盆地、印度恒河流域、巴基斯坦印度河盆地、中国黄河流域、伊拉克-叙利亚幼发拉底河流域、澳大利亚莫雷-达利河流域、美国加州圣华金河谷、欧洲地中海沿岸、非洲东、北部及墨西哥东北部[7]。

全球耕地中23%耕地土壤盐渍化，可用地10%为盐渍土。1990年灌溉农用地2.27亿hm2，其中20%～50%受盐渍化影响；2012年，灌溉农用地增加到3.24亿hm2，盐渍土仍占20%。20世纪90年代，农业盐渍化每年耗资120亿美元。2013年经济损失达273亿美元，2014年仅美国加州一地盐渍化带来的损失约37亿美元[8-10]。

中国盐渍土总面积为3690万hm2,约占全国可利用土地面积的5%，占全球盐渍土的1/10，具有面积大、范围广、类型多的特点，其中近期具有农业利用前景的盐渍土面积约为670万hm2。中国盐渍土分布情况详见表1。

表1 我国盐渍土类型、分布及特点[11,12]

2 土壤盐渍化成因

土壤盐渍化成因分为原生(自然)、次生(人类活动)、气候及其变化几种。

2.1 原生盐渍化——自然过程

由于自然原因引起的土壤盐渍化称为原生盐渍化。地球表层成土母质的地质化学风化、大气沉降、海水侵蚀、低洼地区含盐地下水位的上升等均会形成土壤盐渍化，各个地层的沉积物和母质中有可溶盐的存在，常常预示将有盐渍土形成的可能。如，成土母质含有金属碳酸盐或长石的地区易于发生土壤盐渍化；地下水矿化度高，含盐地下水水位较高的地区因地质活动或其它原因使盐分积累在地表会造成土壤盐渍化；滨海地区海潮活动、海风及近海降水也会将盐分带到土壤，造成土壤盐渍化，荷兰、丹麦、比利时的一些农用地的盐渍化就主要由于滨海造成[13-15]。此外，土壤的多孔性、结构、质地、黏土矿物成分、密实程度、渗透速率、储水能力、饱和及非饱和导水能力都影响土壤盐渍化，在自然条件下，盐化过程和脱盐过程经常周期性交替进行，当盐分聚积作用大于淋溶作用时，发生土壤盐渍化。盐分聚集通常在干旱区或旱季发生，雨季时淋溶作用较大，盐类按溶解度差异集聚深度不同，溶解度大的盐分沉积深度较深。

2.2 次生盐渍化——人为干扰

人类活动引起的土壤盐渍化称为次生盐渍化。使用含盐水进行灌溉、使用土壤改性剂、施用化肥等都会引起土壤盐渍化。灌溉水分布不均匀、伐薪开荒及排水不畅，导致地下水位上升，调动土层中积累的盐分，达到土壤表层——植物根区，引起土壤盐渍化[16]。一些水利设施会阻塞含盐水的天然排水沟，在蒸腾作用下，使盐分留在土壤表层[17]。除此以外，土壤盐渍化与化肥及改性剂的施用有关，研究表明，农业中过度施用化肥，不仅造成营养浪费，还形成土壤盐渍化及面源污染，有的还污染了地下水;研究表明，地下水是影响盐分迁移、积累和释放的主要因素，地下水过度开采，导致气体和盐分释放，对蓄水层中盐分分布有不利影响[18-20]。对含高盐度的工业废水管理不当、使用高盐度的生活污水进行灌溉都会导致土壤盐渍化[21-24]。集约化农业使用大型机械耕作碾压，增加了土壤密度，降低了孔隙度，不利于土壤中盐分的下移，渗透层土壤密度增加影响植物水分、养分的输送，引起作物减产。滨海地区对地下水过度开采引起海水倒灌，导致土壤盐渍化。过量使用融雪剂也会引起土壤中盐分积累，最终盐渍化[25]。

2.3 气候及其变化

气候及其变化也是引起土壤盐渍化的原因之一，常常与人为活动相伴。全球变暖引起水文循环的变化，温度上升，海平面升高，土壤盐渍化程度加剧。滨海农田因海平面上升，内陆下沉，淡水资源逐渐减少，土壤更容易发生盐渍化。另外，随着温度的升高，灌溉水需求量越来越大，含盐污水使用增加，经蒸发后，盐分会遗留在土壤中。除此以外，气候变化也可能引发洪水和山洪，导致易释放盐分的地质基底释放盐分，溶解后转移至土壤，形成盐渍土。有关研究表明，人为活动与气侯变化对土壤盐渍化的作用比自然原因引起的盐渍化严重[26,27]。

3 土壤盐渍化危害

土壤盐渍化不仅破坏土壤的物化属性，还阻碍植物的生长，对整个生态系统有害，除此以外，还对一些非生态因素，如社会和经济效益产生不良影响。土壤盐渍化对农业生产有显著的负面影响，盐渍土降低了渗透压，土壤中的Na+、Mg2+会毁坏植物细胞形态，限制植物光合作用，降低叶绿素生产量；盐离子在氮代谢中产生有毒中间体，阻碍代谢，导致植物生理性缺水，降低植物养分吸收能力，使其发育不良，产量减少，甚至死亡[28]。科学家还发现，土壤盐分增加会显著提高重金属的迁移能力，加重土壤中重金属污染，提升修复难度[29，30]。

另外，盐渍土会破坏供水及交通基础设施，如盐渍化土壤会使浅层地下水含盐量提高，侵蚀给排水管网[31,32]，盐渍土堆筑的路基因溶蚀极易损坏，溶胀和膨胀的盐渍土路基很容易塌陷，导致道路的破坏[33,34]。2016年匈牙利土壤及地下水的盐渍化对供水基础设施造成1823万欧元损失，同年，西班牙同种原因损失1208万欧元[35]。

土壤盐渍化对生态系统带来极大的负面影响，土壤呼吸、残物分解、营养及去营养等都发生了不利变化，降低了生物多样性及微生物的活性，增加了黏土颗粒分散性及风化水蚀速率，使肥沃多产的土地退化，植被消失[36]。污染地下水，浪费宝贵的淡水资源[37,38]。另外，盐渍土还可以作为大气颗粒物的来源，影响空气质量。2002年北京沙尘成分与内蒙古干盐湖中盐渍土成分显著相关，经主因子溯源分析，认为盐湖中的盐渍土是北京沙尘暴来源之一[39]。除此以外，社会经济效益也受到影响，土壤盐渍化会影响旅游业及居民生活，经济损失很大。2012年，欧共体选定区域进行土壤盐渍化经济影响研究，1a共损失达6亿欧元[40]。

4 盐渍土恢复措施

盐渍土壤的治理包括物理、化学、生物和水利调整等方面。

4.1 物理恢复

通过物理方法和措施，改变耕层土壤物理结构、降低蒸散量、增加深层渗漏量来调节土壤水盐运动，从而提高土壤入渗淋盐性能，抑制土壤盐分上行并减少其耕层聚集量。具体措施包括换土、深耕晒垡、表面平整、深松等耕作及地面覆盖、秸秆深埋等农艺。物理恢复盐渍土的功能常常多方法联合使用，如换土时地表铺设作物秸秆，孙博等研究表明秸秆覆盖会大大提升治理效果[41]。物理恢复方法通常要破坏地表植被，适于耕作区或盐渍化较严重的地区，且只能短期改善表层盐渍土，长期恢复土壤功能需要通过水盐运动，协调灌溉及排水，将多余的盐分排出土壤[42]。

4.2 化学恢复

4.3 水利治理——灌排管理

通过不同类型的灌溉手段结合明沟、暗管、竖井等排水方式，控制或降低地下水位、维持耕层或植物根系分布区的水盐平衡，促进土体盐分排出的水盐调控方式。常用的措施包括蓄淡压碱、明沟排盐、暗管排水、井灌井排、沟灌沟排、膜下滴灌等[46,47]。灌溉淋洗压盐系盐碱地改良的主要措施,但同时也会造成地下水上升,带来随作物生育期逐渐出现的土壤耕层的返盐现象,其与暗管排水结合则可提高脱盐效果。于丹丹等对盐渍土中生长的油菜设计了暗管排水结合传统灌溉处理、暗管排水结合节水灌溉处理、暗管排水结合无灌水对照处理3种处理方式,通过监测土壤电导率、pH、含水率,分析土壤盐碱度影响。结果表明,暗管排水条件下在油葵拔节期进行节水灌溉有利于土壤脱盐、脱碱[48]。

4.4 生物恢复

通过提升植物的耐盐抗逆能力在盐渍土上进行适应性种植，利用植物根系生长改善盐渍土理化性质，增加地表覆盖，减少水分蒸发，抑制盐分上升。类似研究很多[49-51]，如陈双生等在戈壁滩上种植小麦、大麦、亚麻及苜蓿4种作物，发现4种作物的种植都会使土壤盐度下降，其中苜蓿降盐效果最好，种植3d后土壤pH值即可趋于中性[52]。另外，微生物发酵菌肥技术也可以用来进行盐渍土的修复，选育耐盐、降盐的菌种是该技术的关键[53,54]。彭喜之等从鸡粪和土壤中分离出4种耐盐耐酸的菌种，通过微生物发酵菌肥修复技术测定其对过酸过碱土壤的恢复能力，在此基础上尝试将几种菌种以一定比例混合后进行肥料发酵，进行恢复能力研究，结果表明,4种菌剂中恢复能力最强的是枯草芽孢杆菌，最佳配比为枯草芽孢杆菌∶巨大芽孢杆菌∶假单胞菌∶酵母菌比例为1∶2∶1∶1，此时，混合肥料对土壤酸碱性降解能力最佳[55]。

4.5 其它恢复措施

包括耕作管理和干旱区水源管理，耕作管理指采用适当的耕作措施如调整作物结构，轮、间、套作，适时伏耕，及时中耕、深耕和耙地保墒等，改善土壤物理、化学、生物和水、热状态，提高渗透率，阻断土壤毛细管，抑制土壤返盐。施肥方面要测土施肥，且多施有机肥，提高盐渍土氮肥的利用率及有效磷含量。需要的时候还可以采用地膜覆盖，提高土壤保水抗旱能力，降低地表蒸发，抑制土壤返盐[56]。

5 结论与展望

土壤盐渍化是土壤退化的主要原因之一，已受到了国内外学者的持续关注。由于自然和人为原因，土壤盐渍化的面积不断扩大，对于土壤资源、水资源、食品安全、人类健康及生态安全均构成很大威胁。2021年世界土壤日的主题定为“防治土壤盐渍化，提高土壤生产力”[57]，世界各国纷纷响应。我国农用地土壤盐渍化情况严峻，虽然“十一五”、“十三五”期间农业及国土资源部门都设置专项进行研究，对于传统盐渍土类型分布、盐渍化发生、演化机理与趋势都有了比较系统的认识，但由于经济快速发展，土壤利用类型发生很大变化，新型土壤利用情况下的土壤盐渍化响应，如设施农业、园艺作物用地等还缺乏深入探索，盐渍土碳动力学和土壤盐渍化绿色消减与健康保育方面监测也存在缺口，另外，对于土壤盐渍化行为的管控机制还很不健全。我国土地资源有限，人口众多，粮食安全非常重要。我国的土壤盐渍化工作应广泛调集全社会各部门力量，尤其是环境保护部门，要将土壤盐渍化工作作为“净土计划”的一部分，加强监测及管控。通过各部门信息共享，多学科交叉融合，多部门联合出台切实有效的政策，最终达到修复盐渍化土壤、优化土壤资源和保护生态环境的目的。