滨海新区盐碱地改良技术研究应用现状

康美怡 阴晓珊 高逸霏 刘畅麟 何香颖 韦吉龙 张晨 朱皓颖 许颖怡

（南开大学滨海学院，天津 300270）

1 引言

目前，我国拥有各类可利用盐碱地资源约5.5亿亩，对其改良利用成为解决人口、粮食、资源和环境等问题的重要举措［1］。因此，2008 年以来，国家出台了一系列支持盐碱地改良利用的法规、政策、标准、行动计划和解决方案。

天津市的盐碱地主要分布在滨海地区和内陆低洼地区。天津滨海新区位于渤海湾淤泥质海岸带，盐碱土面积达到1 958.9 km2，占滨海新区土地总面积的86.3%［2］。濒临渤海、面积广大的次生盐碱土，是滨海新区工业建设、农业和生态用地的重要资源，如不能合理利用将严重制约地区经济和生态环境的可持续发展。该盐碱地区地形平坦，土层深厚，适于机耕，含一定肥力，具有较好的改良潜力，进行改良和工程治理具有很高的实际价值与可行性。

2 滨海新区盐碱地的形成因素

盐碱土中含有大量氯化物、碳酸盐和重碳酸盐等可溶性盐类。在水平与垂直分配作用下，可溶性盐类在土壤中不断积聚，形成盐碱土。盐碱土分为盐土与碱土，盐土含有大量氯化物或硫酸盐，pH 不高，含盐量大于0.6%；碱土含有碳酸盐或重磷酸盐，pH 大于9，土壤中Na+交换在阳离子总交换比例中较高。

天津滨海新区地处渤海湾西海岸地带，由于受海相沉积、海水入侵的影响，原生土壤含盐量普遍大于1.0%，是盐碱化严重的主要因素。另一方面，因整体地势低平，海水浸渍及河水侧渗使平均地下水位仅为1 m 左右，高矿化度地下水因毛细管作用上升，使黏重的淤泥质地土壤很容易积盐。此外，植物腐殖质肥源缺乏，致使土壤团粒板结，透气、透水性差，反向影响农作物及其他植物生长，形成恶性循环［3］。土地受协同气候影响，呈现春季积盐、夏季脱盐、秋季缓慢积盐、冬季稳定的规律。总体而言，滨海新区盐碱土兼有盐土和碱土两种特性，盐碱化严重。

3 国内外盐碱地改良技术发展现状

当前对全球盐碱地的合理改良已经成为全球土地资源多元化利用的关键。李建国等［4］研究表明，未来全球土壤盐碱化表现为区域性凸显与全球加剧并存、湿润半湿润区次生盐碱化与干旱半干旱区盐碱地并存、局地盐碱化减缓与加剧并存、新技术应用推广与旧田间管理体制并存等特征。

3.1 国外盐碱地改良技术的发展

在盐碱地改良治理研究中，国外研究人员进行了多年的探索与实践。20 世纪40 年代，苏联等国家的科研人员已经通过耐盐树种的选育等对盐碱地改良进行了较详细研究［5］。20 世纪50 年代，美国也研发出一种有效改善盐碱地理化结构的土壤改良剂［6］。

种植耐盐碱植物是降低盐含量、有效利用盐碱地的途径之一［7］，多个国家的研究人员进行了较多研究。Peck A J 提出利用澳大利亚当地植被维持土壤水盐平衡的观点，实验结果表明，土壤含盐量明显下降［8］。在澳大利亚盐浓度较高的西部地区，选用当地白千层属的耐盐植物对盐碱地改良具有较好效果［9］。美国、埃及等科研机构利用海水浇灌植物的方式，选育出适应能力强的耐盐植物，实践表明，结合一定的水利调节可以取得较好的植物排盐效果［10］。

美国研究人员从微观分子学的角度深入研究了植物改良盐碱地的机理，取得了较大进展［11］。结合相关研究发现，植物改良技术主要通过植物将盐碱土中的Na+与Ca2+进行置换，从而减少土壤中的含盐量［12］。一些耐盐植物能够在体内积累大量盐分，推广种植可以有效控制地下水位上升，降低返盐现象发生的频率；耐盐植物腐殖质可以通过增加土壤肥力、改善土壤物理性质达到盐碱地改良治理的根本目的［13］。Rao D 等将一种木麻栽种于印度北部盐碱地区中，结果表明，土壤中有机质和氮素的含量增加，有效解决了土壤盐渍化问题［14］。

研究人员在利用化学改良剂改良盐碱地方面也展开了深入研究。Amezketa 等通过在作物生长期间施用硫酸改善盐碱土的研究表明，硫酸的应用可使作物产量更高，同时促进盐碱土壤的快速改善。Kosmas 等的研究表明，施加有机质可增加水力传导性；Von Lutzow 等进一步研究发现，有机质促进了更高的养分水平和更大的阳离子交换能力［15］。

研究采用物理方法精确预估用水量，通过蒸发、灌溉、淋洗等方式，结合植物根系延伸使土壤通透性增强，进一步去除过量的Na+，可以达到更好的综合排盐效果［11］。

综上，国外盐碱地改良技术有了较大发展，形成了一定的技术理论，但仍缺乏大规模的应用研究。

3.2 国内盐碱地改良技术的研究与实践

20 世纪50 年代，我国开始了系统的盐碱地改良研究。1953 年年初，陈恩凤教授带领的团队研究发现，排盐不止可以通过排水的方式，也可以利用有机质改良盐碱地的物理化学性质，提高土壤脱碱脱盐效率。单一的排水手段无法有效提高土壤排盐率、改善土壤盐渍化，至1987 年，陈恩凤教授“排水为基础，培肥为根本”的成功实践，说明盐碱土的综合改良更为可行。此后，俞仁培采用水利措施、传统农耕措施与生物措施结合的方式，有效提高了排盐效率与土壤利用率［16］。

邹长明、马献发等研究［17-18］认为，盐碱地中的盐分主要聚集在0～15 cm 土层，含盐量远高于其他土层，主要改良对象应是表层土，针对含盐量不同的盐碱地，应采取相对应的治理措施。目前也有研究表明［19］，采用膜下滴灌的水利改良措施，既可以有效减少土壤水分蒸发，也可以减少盐分的积累。

国内盐碱地治理的实践历程大致分为资源清查、水利改良、综合治理和可持续管理4 个阶段［20-21］，“十一五”到“十三五”期间，我国分别部署和实施了面向全国的公益性行业（农业）专项经费项目“盐碱地农业高效利用配套技术模式研究与示范”，国家科技支撑项目“渤海粮仓科技示范工程”“黄河河套地区盐碱地改良”“典型盐碱地改良技术与工程示范”等，有力地推动了我国盐碱土改良研究工作的发展及研究队伍建设。

国内在学习、引进国外盐碱地治理理论和技术措施的同时，结合国内盐碱地改良、生态修复的研究实践，最终形成了服务于农业与生态、特色明显、多学科交融的盐碱地生态治理理论和方法体系［20］。

4 滨海新区盐碱地改良的研究与实践

滨海新区盐碱地面积大、占比高，是影响当地经济和生态环境可持续发展的重要因素，因此在盐碱地的水利、生物、物理、化学等改良方面都开展了较多的研究和实践。

4.1 水利改良

水利改良主要采用引水洗盐、高灌低排的方式，通过在盐碱地周围贮存水源进行蓄淡压盐，下部设置隔离带与渗透管实现排盐，常用的具体技术有暗管排盐、膜下滴灌、漫灌洗盐等。滨海新区较适用暗管排盐技术、膜下滴灌技术2 种，其优缺点分析见表1。

表1 水利改良措施优缺点

在现有的盐碱地水利改良技术措施中，暗管排盐技术是一项无污染、节水、速度快、有效排盐的技术措施，该技术遵循“盐随水来，盐随水去”的规律。为达到完全治理盐碱地的目的，利用盐随水排的规律，通过降水或灌溉、淋洗土壤的方式，使土壤中的盐分随水淋洗通过暗管排出；同时暗管可以有效控制高矿化度地下水的上移，抑制土壤次生盐渍化。因此，暗管排盐在滨海新区的实施效果较好。王洪义等［22］对暗管埋设深浅的研究表明，间距大小对排盐的影响较大，暗管间距越小，排水脱盐改土效率越好。从经济方面考虑，暗管间距越小，治理成本越高，因此在应用技术过程中可以根据应用目的的不同，采取不同的暗管敷设方式。目前，暗管排盐技术已经形成开沟、埋管、裹砂、覆土等一套完整技术工艺［23］。

研究者与建设者对滨海新区土壤盐碱化较严重的泰达盐碱地与天碱文化中心公园进行了深入研究。泰达盐碱地为低平原地形，海拔均在2.5 m 以下，土壤含盐量为3～8 g/kg。张万钧等［24］建立的“浅密式”暗管排盐绿化技术体系可以有效解决泰达盐碱地问题。刘根学［2］对天碱文化中心公园绿化中的改良进行研究表明，由于天碱文化中心公园受工业生产影响，区域土壤含盐量高于其他区域，不适用单一形式的改良措施，采用化学与水利改良相结合的方法具有较好的技术和经济效果。

“浅密式”暗管排盐充分利用市政雨水管网进行排盐，能够减少固定投资、管网运行及维护费用，同时缩短施工周期。通过暗管排盐技术的实施，土壤脱盐率可提高50%以上，改良效率与效果显著提高。该技术为环渤海及长江以北沿海地区盐碱地治理工作提供了较为可行的技术支撑，为改善我国沿海生态脆弱区生态环境发挥了重要作用。

4.2 生物改良

传统的生物改良措施主要以栽种耐盐碱植物为主。栽种耐盐碱植物不仅有治理盐碱地的作用，同时具有较高的观赏性价值。在选育适合滨海新区环境生长并且耐盐碱能力较强的植物研究中，刘寅［25］的研究表明，龙柏是耐盐植物中耐盐能力突出的植物，黄杨、朝鲜黄杨、福禄考是耐盐能力较强的植物，而红王子锦带、矮牵牛等为中度耐盐植物，小叶女贞为轻度耐盐或不耐盐植物。调查研究发现，适应滨海新区环境并且耐盐碱能力，园林可种植的植物主要有白蜡属植物、杨属、柳属、国槐、合欢、梅属（桃、杏等）、榆属、枣树、侧柏、龙柏、油松、忍冬属、紫穗槐、蔷薇类等［26］。

在滨海新区范围同样实验了微生物肥料改良盐碱地的技术。研究表明［27］，利用生活垃圾微生物有机肥中菌株的耐盐、耐热特点，有益微生物菌群的固氮、解磷、解钾功能使土壤中植物腐殖质增加，通气性、透水性增强；此外，由微生物产生的多糖是土壤形成团粒结构的黏合剂，团粒结构提高土壤疏松性，有利于提高水利改良效率。

实践表明，基于可持续发展理念，从有效利用自然资源的角度出发，选育耐盐碱植物或添加微生物肥料是适用滨海新区盐碱地改良较为经济有效的方法，并能取得很好的绿化效果。

4.3 物理改良

物理改良是通过土层整改的方式改良盐碱地，具体方法如平整土地、微区改土等。平整土地是消除局部高地的措施，治理盐碱地效果显著。微区改土是采用通过客土抬高地势、地表覆盖等措施，能够相对降低地下水位，防止土壤返盐和次生盐碱化［23］。

梅红等［28］的研究表明，仅采用单一的物理改良可能会导致土壤发生次生盐渍化，甚至造成大量植物死亡。因此，滨海新区在盐碱地的工程改良中，通常采取物理改良与水利改良技术相结合的形式，通过转移表土或铺设隔盐层的方式，增强土壤透水性或直接阻盐。

李东阳［27］研究了塘沽滨海森林公园的盐碱地改良，该公园占地面积大，土地表面凹凸不平，适合采用物理改良的方法。在森林低洼处开挖人工湖，将挖出来的土堆在高处形成小山，山脚处挖掘一个排盐沟。结合水利改良措施，对山体进行淋洗，土壤中的盐根据“高处流向低处”的原理，随水流到山脚，集中于排盐沟后进一步处理。根据公园当前现状表明，该技术较为成功。

物理改良措施操作相对简单，适用范围广，但在实际应用中生产成本高，资源受限制，易对土壤造成二次污染，未来发展空间有限。

4.4 化学改良

化学改良技术主要对盐碱地施加土壤改良剂，改变土壤结构，减少水分蒸发，提高水利排盐的效率，达到降低土壤含盐量的目的［29］。目前普遍被应用的土壤改良剂有磷石膏、脱硫石膏、硫黄、腐殖酸等。李彦等［30］的研究表明，脱硫石膏可以有效降低土壤的碱度，促进Na+的交换含量。磷石膏作用机理与脱硫石膏相似，李季等［31］的研究表明，磷石膏所含的磷元素可转变为土壤的肥料，有效促进植物的生长。需要注意的是，石膏类改良剂的使用取决于土地类型，针对不同类型的土地，施用的化学改良剂、施用量、施用周期均有所不同。邵玉翠等［32］的研究表明，土壤中施用过量的化学改良剂，土壤中的SO42-和Ca+含量过高，将导致土壤含盐量上升，不利于盐碱地改良。

电厂粉煤灰中的铜、锰、硼等元素都是植物生长所必需的微量元素，且蜂窝状结构使煤粉尘具有渗水性强的特点。李东阳［27］研究将煤粉尘与土壤以1 ∶6的比例混合，经排水洗盐、种植耐盐碱植物，可使土壤含盐量与碱度均呈下降趋势，显著提高了盐碱地治理效果。

5 结论

（1）盐碱地治理应从可持续发展理念出发，遵循自然规律、生态学原理等，以实现经济发展与生态环境保护双赢。结合滨海新区盐碱土的复杂性，应综合利用水利、生物、物理和化学改良等技术实施改良，可有效提高盐碱地利用率，并改善生态环境。

（2）目前滨海盐碱地改良已经实际应用的技术主要有暗管改碱、淡水洗盐、管线排碱、客土法改良等。综合滨海新区盐碱土治理的研究实践表明，采用多种改良措施相结合的方法，对于盐碱地的改良能取得显著效果。

（3）生物改良技术既可有效改良盐碱地，又可减少资源浪费，相对更为经济、环保，在完善“浅密式”暗管排盐等技术的基础上，滨海新区盐碱土改良的研究重心可侧重于生物改良。

（4）滨海新区盐碱地改良已形成一套较完整的技术体系，一些新技术、新材料也在更新应用，但仍未实现大规模推广。盐碱地改良的研究及应用属于技术密集型领域，支持其发展有利于地区的科技进步。因此，建议大力完善盐碱地综合治理的服务体系，在盐碱地治理上给予更多的政策支持，如加大科研经费投入、成立地区性研究中心等，以更好地促进地区经济、科技发展和生态改善。