改良剂对盐碱土壤修复的研究进展

河南省土壤肥料站 景鑫鑫

土壤是人类赖以生存和不可或缺的有限资源，是农业生产的基础条件。到2050年，全球农业生产必须增长60%，发展中国家需增长近100%才能满足人们对粮食的需求。受人为不合理耕作方式的影响，土壤板结、沙化、盐碱化、排水与通风性差、保水保肥能力低、侵蚀、水渗透性过强或过弱、钠交换程度高和贫瘠等现象逐渐普遍，造成土壤退化，加大半干旱地区土壤的水分蒸发量，土壤与作物抵御灾害风险能力减弱，农业生产产出率偏低。作为土壤退化的一个重要表现，土壤盐碱化早已引起了人们的高度关注，并围绕土壤盐碱化开展了大量研究，取得了一系列研究成果。这些成果涵盖了土壤盐碱化的成因和机理，土壤盐碱化对粮食生产的影响及其对生态环境的危害等。随着科学技术的发展，越来越多的盐碱地得到了有效利用。盐碱地的地形平坦，土层深厚，适于机耕，具有潜在的肥力。因此，开发利用盐碱地不仅可以扩大耕地种植面积，提高作物总产量，还可以扩大绿化面积，改良生态环境。随着盐碱地改良技术的快速发展，土壤盐碱地的改良技术多种多样。笔者对近年来利用土壤改良剂改良土壤盐碱化方面的研究进行了综述，旨在为以后的相关研究提供一定参考。

一、改良方法的选择

盐碱土壤改良是一项巨大而又复杂的工程，常见的改良措施主要有采取工程水利设施、增施有机肥、种植抗盐碱化植物、改良气候等方法。国内的盐碱地改良起步较晚，主要有工程、化学和生物等改良方法。工程改良法是建立健全排灌工程体系，进行脱盐、排水与洗盐；生物改良法是建设防护林，种植耐盐植物和绿肥；化学改良法是向土壤中添加改良剂，使土壤的理化性状得到改善，从而达到降盐和降碱的作用。

随着科学技术的发展，施用土壤改良剂相比其他方法来说是一种既经济又方便快捷的方法。土壤改良剂主要用于改良土壤的物理性质、化学性质和生物性质，使其更适宜于植物生长，提高作物产量和品质。土壤改良剂的研究开始于 19世纪末，20世纪初西方国家开展了利用天然高分子改良土壤的研究，但由于用量大、成本高而无法大面积推广。20世纪50年代，美国首先开发了合成类高分子土壤结构改良剂，之后人们对大量的人工合成材料进行了较为深入的研究。随着人们经济意识和环保意识的增强，研发高效低用量的绿色环保型土壤改良剂逐步成为人们关注的热点。因此，研究者们往往根据土壤特性及其主要限制因子，应用植物秸秆、磷石灰、石膏等，并加入植物生长所需要的营养元素，开发具有特定功效的改良剂。土壤改良剂类型的不同，对土壤的作用机制也不同，主要通过有效改善土壤物理结构，降低土壤容质量，增加土壤含水量，改变土壤化学性质，增加土壤微生物活动，提高酶活性，增加土壤微量元素质量分数，调节土壤水、肥、气、热，从而达到提高土壤肥力的目的。

二、改良剂的应用研究

（一）低分子改良剂的应用研究

利用改良剂主要是通过向土壤中添加改良剂，直接调节土壤酸碱度，改变土壤溶液的反应，改善土壤营养状况和土壤交替吸附性阳离子的组成，进一步改善土壤结构，增加土壤通透性，从而达到改善土壤的目的。可以使用的低分子改良剂主要有氯化钙、石膏、磷石膏、脱硫石膏、绿矾、硫酸铁、硫酸铝、硫磺、硫铁矿以及天然的矿土资源如褐煤、沸石、泥炭、风化煤等，都具有保水保肥的改良作用，可增加土壤的持水能力。沸石主要通过改变土壤物理结构来调控土壤水盐运动，其最早应用于20世纪60年代的日本。利用沸石的强吸附能力和离子交换能力，可减少土壤盐分，降低土壤碱化度。泥炭和风化煤含有丰富的有机质和腐殖酸以及N、P、K等营养物质，可以提高沙土的有机质、腐殖酸含量，改善土壤结构和培肥能力，又可以减轻土壤中盐分对作物的胁迫。目前，国内外采用较多的是利用石膏等钙质类化合物来改良苏打盐碱地，主要原理是在直接施入的土壤中增加Ca2+含量，通过Ca2+和土壤胶体表面的Na+、Mg2+进行交换，使土壤通过亲水胶体变为疏水胶体，改善土壤结构和通透性，达到脱盐和抑制返盐的作用，同时改善作物的抗旱能力。2010年黄建成研究宁夏盐碱地改良利用脱硫渣进行改良效果明显，脱盐率 34.16%，土壤 pH值下降 0.7，由强碱性降至碱性，脱硫渣配施化肥和有机肥进行处理该地，枸杞产量最高。但是李凤霞等人也指出了脱硫废弃物对植物生长过程可能造成一定的污染，因此对植物及食品的安全问题应该得到进一步的评价。

以往多采用单一改良剂进行土壤改良会存在很多弊端，如只加入石膏等改良剂，虽然对土壤中的盐基离子起到置换作用，但容易造成土壤pH值改变过大，作物难以成活。利用多种改良剂配施是近年来主要的研究趋势，李旭霖等人采用多种改良剂对滨海盐碱地进行改良，研究结果表明，磷石膏和生物菌肥影响棉花株高，但磷石膏和有机肥、生物菌肥混施对棉花产量和株高影响最明显。张乐等研究有机无机复合改良剂，结果表明，磷石膏和有机改良剂配施较有机改良剂或无机改良剂单施有更显著的效果。王睿彤等通过添加石膏、牛粪、秸秆、保水剂4种改良剂对黄河三角洲的盐碱地进行改良，综合考虑经济效益和改良效果，对土壤酶、土壤微生物碳氮等生化特性改良的适宜配方为牛粪、石膏、秸秆、保水剂。改良剂配合农业工程措施，如淋洗等改良盐碱地具有显著效果，王嘉航等人研究证明，高脱硫石膏配合淋洗可显著提高食葵的生长指标和产量，脱硫石膏配合淋洗改良能够有效改善碱化土壤的盐分分布及作物生长情况。

（二）工业农业废渣改良剂研究的应用

近年来，有机废弃物和工业废渣应用于土壤盐碱地改良的研究越来越多，具有环保、成本低、净化处理且可直接施用于土壤的特点，方法简单，施用方便。常见的工业废弃物有粉煤灰（燃煤电厂固体废弃物）、糠醛渣（玉米穗轴等农副产品粉碎后加入硫酸或磷酸钙在一系列的水解化学反应后提取糠醛后的废渣）、碱渣土、柠檬酸渣等，其长期堆放造成资源浪费，占用土地，易造成土壤、地下水受到污染；常见的农业废弃物主要有作物秸秆、豆类绿肥、禽畜粪便等。这些废弃物含有丰富的有机质和养分，具有强酸性，合理利用工业农业废弃物改良盐碱化土壤越来越引起人们的重视。

王志平等人在重度盐碱地中采用具有强酸性的工业废弃物糠醛渣进行土壤改良和植物修复研究，通过室内模拟研究，测定改善后的土壤基本理化性质等得出结论，表明通过施用糠醛渣，土壤碱性降低、肥力增加。王文杰等人利用杨树木炭生产过程中产生的杨树木焦油和木醋液等农林废弃物，其因含有较高的有机酸和植物生长调节剂，可以直接改善盐碱地的pH值，具有增加土壤肥力、调节土壤结构的作用。杨海儒等通过研究石膏、粉煤灰与糠醛渣对盐碱土的改良效果，研究证明，3种改良剂都能降低盐碱土的容质量，提高土壤的渗透速度和总孔隙度，粉煤灰和糠醛渣较好，石膏最差，两两结合及三者结合比单施任何一种的效果更显著。3种改良剂均能显著降低盐碱土的pH值，促进Na+的淋洗，降低HCO3-的含量，提高Ca2+、Mg2+、K+的含量，改善盐碱土土壤性质。张万钧研究证明，在海湾泥中掺入粉煤灰或碱渣土，其比例为3：1，具有明显的改良效果。

（三）高分子聚合物改良剂的应用研究

随着科技的发展，高聚物改良剂的应用也得到了广泛关注，聚合物自身对土壤肥料具有吸附作用，可以提高肥料抗淋溶效果和减少肥料流失，应用于干旱土壤中具有保水、减少水分蒸发的作用。总体来说，在一定程度上高聚物施入土壤中模拟土壤有机质尤其是腐殖酸的作用，可使土壤形成团粒结构并具有农学价值，具有松土、保湿、改良土壤理化性状、促进植物对水分和营养吸收的作用。常见的天然有机高分子改良剂主要有天然的腐殖酸、柠檬酸、纤维类等，这些改良剂主要是从天然物中提取出来的天然高分子，这些改良剂通过本身性质改善植物的生长状况，利用植物的生命活动起到改良土壤的作用，有的直接改良土壤的基本理化性质。但是，由于天然改良剂容易被土壤微生物分解且用量较大，难以在农业生产上广泛应用，于是人工合成改良剂的研究逐渐成为人们关注的热点。

近年来，人工合成的高分子聚合物改良剂的应用研究引起了国际的广泛关注，其中，均聚物改良剂应用研究开展较早、种类繁多，包括丙烯酸及其酰胺、酰睛和酰肼等衍生物、乙烯基类聚合物、苯乙烯基铵盐和烯丙基铵盐的聚合物以及聚苯乙烯生物的磺化物等以及其他种类的高聚物。崔文明等人采用新型土壤改良剂乙酰化葡萄糖，可以降低土壤pH值和土壤盐碱化程度，增加土壤中的有效钾和有机质质量分数，同时可以生成促进作物生长的葡萄糖，有利于土壤中微生物的繁殖，提高土壤的有机质质量分数。在施用乙酰化葡萄糖的同时，配施有机肥牛粪或者猪粪等，各项指标皆优于单施改良剂，说明改良剂同有机肥配施对改善土壤盐碱化具有明显的效果。贺海升等人研究了多种常见的高聚物土壤改良剂改良重度碳酸钠型盐碱地对种子萌发和生长的影响，研究证明，聚马来酸酐具有提高盐碱胁迫能力下的发芽率、发芽指数、活力指数及降低pH值的作用。王文杰等6人同时得出聚马来酸酐携带负电荷可以吸附K+、NH4+、Ca2+、Mg2+，避免阳离子的流失，并可以在植物的根系附近与H+交换后供植物吸收利用，具有保肥作用，同时具有降盐降碱作用。而相比聚马来酸酐，聚丙烯降盐碱的作用较弱，影响植物生长。人工合成的高分子化合物的高成本以及存在的潜在环境污染风险限制了它的广泛应用。

（四）生物改良剂的应用研究

目前，研究和应用的生物改良剂包括一些商业的生物控制剂、微生物接种菌、菌根、好氧堆制茶、蚯蚓等。国内外相关研究表明，生物措施是改良、开发和利用盐碱地的有效途径，通过生物措施改良的盐碱地具有脱盐持久、稳定且有利于水土保持以及生态平衡的效果。研究证明，在重金属污染的土壤中施用生物改良剂具有良好的效果。

目前，应用最广泛的是微生物接种菌剂。王立平等人研究生物菌剂修复盐碱地，在单一功能菌剂的基础上合成复合功能菌剂，能有效地复合有机肥、无机肥、微生物肥、微量肥等长效、短效、缓效复合，集肥、药、生长素三位一体，促进作物全方位生长发育，具有相比其他改良剂明显的优势。卢建男等人研究兰州市新区的盐碱土进行盆栽，结果表明，嗜盐碱微生物菌肥对盐碱土的改良效果最好。结果证明，相比于无机改良剂，微生物改良剂依靠其含有的有益微生物菌群、有机质等物质，通过增加土壤微生物数量等方式，不改变矿质养分质量分数，达到改善土壤、改善土壤环境的效果。2010年黄建成等人研究宁夏回族自治区盐碱地改良，利用脱硫渣配施生物有机肥和糠醛渣、腐殖酸，盐碱土壤改良效果较其他复合结果都好。李旭霖等人采用多种改良剂对黄河三角洲地区滨海盐碱地进行改良，研究结果表明，各种改良剂均对盐碱地有显著作用，其中，生物菌肥和有机肥进行混施可以有效提高棉花产量，生物有机肥和磷石膏、生物菌肥、有机肥进行混施可以有效改良盐碱土的物理性质、化学性质、生物性质。王金满等人通过室内模拟的方法研究证明微生物菌剂的改良效果比脱硫石膏好，且脱硫石膏与微生物菌剂联合使用改良效果最显著，但主要适用于盐碱化程度较低的土壤，而且要严格控制脱硫石膏的用量。

韩桂鸥等人在林下闲置盐碱地养殖蚯蚓，结果证明，蚯蚓具有通气透水、保墒肥土的作用，可明显改善盐碱地的物理性质、化学性质，有利于苗木的生长。颜栋研究证明高盐胁迫下渗透调节物质的累积受到抑制，添加蚯蚓粪可以提高盐胁迫条件下水飞蓟和薄荷体内可溶性蛋白含量。同时研究证明，接种蚯蚓能明显促使秸秆进入土壤，进而加快有机物在盐碱土壤中的降解与转化，但是蚯蚓的适用性和土壤有机质分解的问题仍需要进一步研究。

三、总结与展望

土壤盐碱化是制约干旱区植被生长最主要的生态环境地质问题之一，也是土地资源利用的主要障碍因子之一。随着农业生产的快速发展和土地资源的快速开发，土壤盐碱化问题日趋严重，人们对加强盐碱化改良的需求越来越高，因此，不断探索改良利用盐碱地的新工艺、新技术日益亟待。

盐碱地是农业可持续利用的一项系统工程，涉及改良、推广、管理等多个方面，目前使用的各种改良剂对盐碱地的改良均有良好的效果，但是各种改良剂的施用还需要不断改良。使用高分子聚合物改良剂配合有机无机肥以及其他农业技术具有良好的改良效果，使用微生物菌剂及采用生物改良等方法对盐碱地改良具有显著效果。土壤环境复杂，含有重金属的工业废弃物的施用是一个非常慎重的问题。工业废弃物的利用在考虑用量的同时，本着生态环境可持续发展的原则，还需要进一步考虑对土壤—作物—地下水系统的环境影响评价。总体来说，盐碱地改良需要采取多种改良方式的结合，提高效率，降低成本，确保绿色无污染，保护生态环境。

土壤盐碱化问题的解决，应建立在长期监测的基础上，目前的研究方法主要局限于田间试验和模型模拟等方式，对改良剂的研究周期和方法需要进一步探索。