農業離不開土壤,土壤是萬物之母。在中國,土壤發生類型可概括為鹽鹼土、紅壤、棕壤、褐土、黑土、慄鈣土、漠土、潮土(包括砂姜黑土)、灌淤土、水稻土、溼土(草甸、沼澤土)、巖性土和高山土等系列。其中鹽鹼土是最不利於農業種植的,必須改良土壤環境。本期小編就帶大家了解一下鹽鹼地。
(一)我國鹽漬土的地理分布
據統計,我國鹽漬土的面積約2500萬hm,其中耕地近670萬hm,廣泛分布在長江以北的廣大內陸地區和北起遼寧,南至廣西壯族自治區的濱海地帶;臺灣、海南島的沿海地帶,也有呈帶狀分布的鹽漬土。
在我國北方廣大內陸地區中,鹽漬土主要分布在淮河以北,大西北青藏高原等內陸乾旱、半乾旱地區的河流衝積平原、盆地和湖泊沼澤地區。如東北的松嫩平原、松遼平原,華北的黃準海平原,內蒙的前後河套平原,大西北的寧夏銀川平原,河西走廊,山西南北盆地,甘肅和新疆的各河流沿岸階地、山前平原和吐魯番盆地、塔裡木盆地、準噶爾盆地、哈密傾斜平原以及青藏高原的柴達木盆地和湟水流域,西藏雅魯藏布江流域等,都有各種鹽漬土分布。
(二)鹽漬土對農業生產的危害
鹽漬土對農業生產的危害主要是妨礙作物的正常發育,造成歉收,甚至顆粒無收,成為農業生產中的低產土壤。危害的原因是由於鹽漬土中含有大量的可溶性鹽,從而發生下列危害現象。
1.高濃度鹽分引起植物「生理乾旱」
根區土壤溶液滲透壓的高低,直接影響對水分的吸收。當可溶鹽類增加時,滲透壓也隨之提高,結爆使作物吸水困難,造成「生理乾旱」,影響生長,嚴重時做作物體內水分「反滲透」而調萎死亡。
2.鹽分的毒性效應
某些離子濃度過高時,對一般作物會產生直接毒害。例如,某些鹽敏感的棉花品種,當其葉中累積過量的鈉離子時,會發生葉緣或葉尖枯焦的「鈉灼傷」,嚴重時可能造成葉片脫落,小枝條乾枯,甚至使植株死亡。
3.高濃度的鹽分幹擾作物對養分的正常攝取和代謝
當土壤溶液中某種離子的濃度過高時,就會破壞作物對其他離子正常攝取,從而造成作物的營養紊亂。例如,過多的鈉離子,妨礙作物對鈣、鎂、鉀的吸收;而高濃度的鉀離子又會妨礙作物對鐵和鎂的攝取,結果導致誘發性的缺鐵和鎂的「黃化症」。
4.強鹼性降低養分的有效性
土壤中的鹼性鹽水解時使土壤呈鹼性反應,磷酸鹽以及鐵鋅和錳等植物營養元素易於形
成溶解度很低的化合物,降低了這些養分的有效性,導致營養失調。
5.惡化土壤的物理和生物學性質
碳酸鈉等強鹼性鹽,對膠體具有強大的分散能力,使土壤團聚體崩潰,土粒高度分散,導致土壤溼黏幹硬,透水透氣不良,耕性惡化。這不但使耕作困難,嚴重妨礙出苗生長,也不利於微生物活動。
那麼這種不利於農業耕作的土壤是怎麼形成的呢?
二、鹽漬土的形成條件
鹽漬土的形成過程,實際上是各種可溶性鹽在土壤表層或土體中逐漸積累的過程。鹽分在土壤中的積累,一般是由下列各種不利因素綜合作用的結果。
1.氣候
鹽漬土主要集中於雨水稀少的乾旱、半乾旱和半溼潤地區,在這些地區,由於降雨少,蒸發量大,成土母質風化放出的可溶性鹽,無法淋溶,只能隨水搬運至排水不暢的低平地區,在蒸發過程中,鹽分便聚積於表層土壤內,導致土壤鹽漬化。
2.地形
地勢低平,排水不暢是鹽潰土形成的主要地形條件。在千旱、半乾旱地區,鹽類隨地表水和地下水從高處往低處遷移的過程中:由於本分逐漸蒸發,鹽溶液逐漸濃縮,鹽類則按其溶解度的不同而逐漸分離,並沉澱在不同的地形部位上。最先沉澱的是碳酸鈣,其次是硫酸鈣,再次為碳酸鈉、氯化鈉和硫酸鎂等。很明顯,在地勢較高和地下徑流通暢的條件下,氣候雖然乾旱,土壤也可能不發生鹽漬化,只有在排水不良或徑流不暢的大中地形(如內陸盆地、山間窪地、寬廣平坦排水不良的平原地區等)的條件下,才有可能產生積鹽過程。從小地形來看,在低平地區的局部高處,由於蒸發快,鹽分可由低處往高處遷移,則積鹽較重。這樣往往在相距幾十米或幾米,高差僅為十幾釐米的地方,高處的鹽分含量可比低處高出幾倍,成為斑狀鹽漬土的形成條件。
3.母質
母質對鹽潰土形成的影響,主要決定於母質本身含鹽的程度。含鹽重的母質,有的是某個地質歷史時期積聚下來的鹽分,形成古鹽土含鹽地層,鹽巖或鹽層。在環境極端乾旱的條件下,鹽分得以殘留下來,成為目前的殘積鹽土。有的內陸鹽土,則是巖漿巖或變質巖就地風化釋放大量可溶鹽而來。有些含鹽母質則是海濱或鹽湖的新沉積物,由於受海水和鹽湖鹽水的浸潰而含鹽,濱海鹽漬土就是在這種母質上形成的。
4.生物
在乾旱的荒漠草原或荒漠區,深根性植物或鹽生植物從土層深處及地下水中吸收水分和鹽分,將鹽分累積於植物體中,當植物死亡後,有機殘體分解時又將鹽分返回土壤中,從而加速土壤的鹽漬化。新疆鹽漬土上生長的紅柳和胡楊等都具有這種作用。另外,某些鹽生植物在生長過程中能夠把體內鹽分分泌出來,有時叫它們泌鹽植物。它們分泌出來的鹽分,就地累積於植株的附近,日積月累大大地增加了土壤表層中的鹽分。但是,生物的這種積鹽作用同潛水遷移、蒸發所引起的土壤鹽潰化的作用比較起來是微不足道的。據柯夫達(前蘇聯著名土壤學家)計算,在荒漠地區,由於潛水遷移及其蒸發,每年自潛水中進入鹽土的可溶性鹽高達500~1000t/hm,而植物平均每年自一公頃土壤中所吸收的各種鹽的總量僅0.5t。
5.地下水位
鹽漬土中的鹽分,是通過水分毛管運行帶到土壤中來的。所以在乾旱地區,地下水位的深淺和礦化度的大小,密切地影響著土壤鹽潰化的程度。地下水位越高,含鹽地下水越易通過毛管上升至地表,水分蒸發後,便將鹽分遺留在土壤表層。在乾旱季節,不至於引起表層土壤積鹽的最淺地下水埋藏深度,稱為地下水臨界深度,它是設計排水溝深度的重要依據。臨界深度並非一個常數,因具體條件不同而異。影響臨界深度的主要因素有:氣候、土壤、地下水礦化度和人為措施。一般地說,氣候越乾旱,蒸發量和降雨量的比率越高,臨界深度就越大,地下水礦化度越高,臨界深度也越大。
土壤對臨界深度的影響,主要取決於土壤的毛管性能,如毛管水的上升高度和速度。凡毛管水上升高度大,上升速度快的土壤,一般都易於鹽化。
6.人為活動
人類的灌溉活動對鹽土的形成有很大影響。正確的灌溉可以達到改良鹽土的目的;反之,不正確的灌溉(如灌水量過大、灌溉水質不好)可導致潛水位提高,引起土壤鹽潰化。由於人類不合理的生產措施而發生的鹽漬化,稱次生鹽潰化,由此形成的鹽土,稱次生鹽土。如:灌排系統不配套,有灌無排或排水不暢,使大量的灌溉水補給了地下水;大水漫灌、串灌、渠道滲漏、平原蓄水不當、水稻摘花種植等都是引起土壤次生鹽漬化的因素。
三、鹽漬土的利用和改良
利用改良鹽潰土的措施,可以概括為4個方面,即水利措施,包括排水、灌溉洗鹽、引洪灌淤;農業技術措施,包括種稻、平整土地、耕作、客土、施肥等;生物措施,包括植樹種草、發展綠肥等;化學改良措施,包括施用石膏及其他化學改良物質。
國內鹽鹼地改良常用的方法包括物理改良、化學改良、生物改良和耕作改良措施。
1.物理改良措施
1.1平整土地
平整土地可使水分下滲均勻,提高降雨淋鹽和灌溉洗鹽的效果,防止土壤斑狀鹽漬化。
1.2深耕深翻
鹽分在土壤中的分布大致為地表層多,而下層少,經過深耕深翻,把表層土壤中的鹽分翻扣到耕層下邊,把含鹽較少的下層土壤翻耕到表面。翻耕既能疏鬆耕作層,切斷土壤毛細管,又能減弱土壤水分蒸發,有效地控制土壤返鹽。
1.3抬高地形(臺田模式)
「上農(棉、糧)下漁」模式是在鹽鹼地上新開挖或將原有坑塘改造為池塘,進行漁業養殖;挖池產生的土方堆築臺田,經淡水或降雨壓鹼改造後進行農林種植的立體生態農業開發模式,該模式對於地勢低洼、地下水位高、土質黏重、透氣透水性差、土壤貧瘠、含鹽量1%左右的重度鹽鹼地較為適宜。
在「上農(棉、糧)下漁」模式開發中,要做到與骨幹水利工程和農田基本建設工程相結合,按流域、灌區對山、水、林、田、路進行統一規劃,合理布局,綜合治理,形成「旱能澆、澇能排、田成方、塘成網、樹成行、渠相連、路相通」的高產、優質、高效農漁業綜合園區,實現漁農良性循環,最大限度地發揮模式綜合效益。
1.4微區改土
深翻改土是把鹽鹼土就地挖溝深翻,表層含鹽量高的熟土墊在溝底,挖出的深層土放在地表。該辦法可以有效地降,低土壤鹽分,但用工量大,維持的時間有限,適用於小面積集,約經營的土地。換土是把鹽鹼土運走,換上一層好土,或者運走一部分,鹽鹼土,把好土與留下的鹽鹼土混合。這樣也能有效地降低,土壤含鹽量,但需要的好土量大,來源和運輸都成問題,因而,生產成本較高,只適用於特殊的土地利用。
1.5隔層阻鹽
隔層阻鹽措施指通過設置隔鹽層來破壞土體原來的毛管系統,增加土壤孔隙度,利用地上降雨、灌溉水對隔層以上土壤淋洗鹽分或通過隔層切斷土壤的毛細作用,阻隔地下水向上層運動引發返鹽。同時,隔層還能通過降低土壤累計蒸發量來降低土壤積鹽量,達到改良鹽鹼的目的。隔鹽材料應用較多且降鹽控鹽效果較為理想的有河沙、爐渣、陶粒、沸石、蛭石、玉米秸稈等,在鹽鹼地刺槐造林中採用沸石、陶粒和河沙作為隔鹽層材料均有助於土壤保墒控鹽、改善刺槐光合特性以及促進刺槐生長,其中以沸石作為隔鹽材料效果最佳。
1.6暗管排鹽
暗管排鹽技術起源於荷蘭,在埃及、伊朗、美國、俄羅斯、日本等國家均有廣泛應用,近年在我國山東、寧夏、河北濱海等地也有大面積推廣。暗管排鹽技術是利用專用機械將帶孔PVC波紋管按照一定坡度埋設在地下水臨界深度以下,高於暗管的含鹽地下水流入暗管後從排水溝集中排走,使地下水位降低至暗管埋深以下,拉大地下水與耕層距離,抑制地表蒸發引發的嚴重返鹽。同時,通過降雨或灌溉水對高鹽土壤的不斷淋洗,降低暗管之上土壤層的含鹽量。 暗管排鹽技術具有無化學材料汙染、易滲水沙壤區效果明顯、佔地面積少、對耕地的機械化耕作無影響等特點,但暗管材料與管徑、方向、間距、坡度均需按照土壤特性及田間排水條件進行設計,鋪設與清洗維護時的機械自動化程度與施工精度對工程排鹽效率有很大影響。
1.7灌水洗鹽
灌水洗鹽在水源豐富的鹽鹼地區常用。一般是在土壤表層鹽分含量高時,用淡水漫灌,使鹽分隨水分下滲到土壤深層。
2.化學改良措施
化學改良就是應用一些酸性鹽類物質來改良鹽鹼地的性質,降低土壤的酸鹼度和含鹽量,增強土壤中微生物和酶的活性,促進植物根系生長。化學改良鹽鹼土壤的作用方式:一是凝聚土壤顆粒,改善土壤結構。改良劑多有膨脹性、分散性、黏著性等特性,能夠使因鹽鹼而分散的土壤顆粒聚結從而改變土壤的孔隙度,提高土壤通透性,改善土壤結構;二是置換土壤Na+,促進鹽分淋洗。含鈣製劑(如石膏、煤矸石、氧化鈣、石灰石、磷石膏等)和酸性物質(如硫磺、硫酸鋁、硫酸、硫酸亞鐵等)是較常用的鹽鹼土壤改良劑。化學改良劑一般成本較高,所以鹽鹼土改良劑選擇各類工業副產品或固體廢棄物既可以降低成本,也能緩解廢棄物對環境造成的壓力,故沼(礦)渣、粉煤灰、海灣泥、磷石膏等具有較好的應用前景。另外,化學改良劑要將不同類型的改良劑聯合使用,取長補短,以強化改良劑的應用效果。
3.生物改良措施
3.1種植耐鹽植物
種植耐鹽性的植物不但可以防風固土,調節地表徑流,改變土壤結構,提高土壤肥力,抑制表面積鹽,而且植物可以通過蒸發水分,降低地下水位,減輕表面積鹽。常用的耐鹽植物包括甜菜、向日葵、苜蓿、棉花、豆科作物、麻類、地下結實作物、麥類等。
3.2施用微生物菌肥
微生物的活動與植物關係密切,微生物的吸附富集作用、氧化還原作用、淋濾作用、成礦沉澱作用和協同效應等可用來改良鹽漬土。施用活性微生物菌肥後,不僅能夠改善土壤性質,還能夠增加作物產量。
4.耕作改良措施
耕作措施是農業生產的重要部分,在鹽鹼地採取正確適時的耕作措施是減輕鹽鹼危害,增加作物產量的有效措施,主要包括深耕深松,種植綠肥、秸稈覆蓋還田、施用有機肥培肥土壤等。
4.1深耕深松
深耕深松是美國、加拿大等國主要的鹽鹼地改良技術,並多配以秸稈覆蓋來增加效果,深松可有效降低土壤容重,是改良容重大、結構緊實、滲透性差的蘇打鹽鹼土的有效耕作方式。振動深松在深松的同時可以通過振動將犁板前的土壤鬆動,打破板結層,重塑團粒結構,增加土壤對降雨的積蓄,同時切斷鹽分上移的土壤毛細管。全方位深松技術可以打破15~20 cm的犁底層,根系生長空間增大,同時在鬆土層底部形成增加土壤滲透性和持水量的「鼠洞」結構。
4.2秸稈覆蓋還田
地表覆蓋指利用生物質類或其他覆蓋材料通過吸收的降水在下滲過程淋洗耕層鹽鹼或切斷土壤毛管,減少土壤表層蒸發來抑制返鹽。農業生產中廣泛應用的覆蓋材料為秸稈和地膜,地膜具有透光增溫、保水保肥、增產早熟、質輕耐久等特性;秸稈覆蓋可作為緩衝層,增加水分入滲時間,減少地表徑流,調節土壤水分、土壤容重和孔隙狀況,還可作為良好的隔熱層,調節土壤與大氣之間熱量交換,其他覆蓋材料還包括河沙、水泥殼等。利用桔稈覆蓋還田,既能抑制土壤水分的蒸發、防止地表積鹽,還可以增加土壤中氮、磷、鉀等營養元素,促進灌溉脫鹽。可作為改土培肥材料施入土壤的秸稈主要有玉米秸、水稻秸稈、豆秸、棉花秸稈等,秸稈覆蓋還田在改善生態環境,培肥地力,提高資源利用效率和增產增收方面發揮著重要的作用。
4.3有機肥
增施有機肥在培肥土壤、改善土壤結構、增強土壤保水保肥能力的同時也能夠減少水分蒸發,促進淋鹽,抑制返鹽,加速脫鹽;此外有機肥中的有機質可以與鈉離子結合,減少鈉離子毒害作用。在鹽鹼地上施用的有機肥,特別是來源廣、價低易得的畜禽糞施入土壤,如雞糞、羊糞、豬糞、腐植酸、糠醛渣、秸稈、有機廢棄物等均能不同程度改善土壤的理化性質,提高土壤肥力。
4.4綠肥
種植綠肥能有效改善土壤的理化性質,提高脫鹽效果,培肥土壤;種植綠肥還可以有效降低地表徑流和衝刷。綠肥刈割還田能明顯增加土壤中養分含量,並在微生物作用下產生各種有機酸,對土壤鹼度進行中和。綠肥植物對鹽鹼地的改良途徑包括:1)綠肥植物莖葉繁茂,可有效降低土表水分蒸發,抑制土壤返鹽;2)根系發達可伸入土壤深層,提高土壤的透水性和保水力;3)抑制土壤鹽分表聚,並降低地下水位,加速土壤脫鹽。
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