土壤改良技術的應用現狀
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摘 要：隨著世界人口的不斷激增、環境資源的日益消耗，土壤退化已成為全球性問題。研究土壤改良技術及其應用，對防治土壤退化具有十分重要的意義。該文綜合現階段土壤改良技術的應用現狀，對土壤改良劑、鹽堿地水利改良技術、酸化土壤改良技術和科學耕作技術進行簡要概述，以期為土壤治理提供參考。
關鍵詞：土壤改良;土壤改良劑;水利工程;土壤酸化;科學耕作
中圖分類號 S156 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2019）09-0038-3
基金項目：國家級大學生創新創業訓練計劃項目（編號：201810452025）。
作者簡介：董曉菲（1998—），女，山東人，在讀本科生，研究方向：環境工程。 收稿日期：2019-04-04
Abstract：With the rapid increase of world population and the increasing consumption of environmental resources，soil degradation has become a global problem.Research on soil improvement technology and its application is of great significance to the prevention and control of soil degradation.In this paper，the research and application of soil amelioration technology at present are summarized，and the following four kinds of soil amelioration technology are briefly summarized.These include： soil amendment，saline-alkali soil water conservancy improvement technology，acidified soil improvement technology and scientific soil tillage technology.
Key words：Soil Improvement;Soil Ameliorants;Water Conservancy Engineering;Soil Acidification;Scientific Tillage
人類對土壤不合理利用從而導致的土壤質量和生產力下降的過程稱作土壤退化，主要包含侵蝕退化、土壤酸化和肥力退化等方面。隨著經濟的持續發展，土壤退化問題日益嚴重，主要表現為土壤硬化、鹽堿化、酸化、化學污染和侵蝕等，嚴重限制了土地的生產力[1]。土壤不僅對農作物影響極大，而且還是碳的主要儲存庫，具有控制二氧化碳的排放和調節氣候的重要作用。依據2015年公布的《世界土壤資源狀況》報告顯示，一般、較差和很差的土地占世界土地資源比重較大。土壤惡化速度遠遠超過改善速度，全球因侵蝕、酸化、鹽堿化、板結及化學污染而出現中度到重度退化的土壤約占總體的33%[2]。報告顯示，產生土壤問題的主要原因為人口增長、城市化及氣候變化，預計這些變化在未來的幾十年里持續存在。
土壤改良一般是根據各地的自然、經濟條件，采取因地制宜的措施，以有效地達到改善土壤生產性狀和環境條件的目的，其過程就是控制土壤流失量和增加土壤有機質及養分。其中，土壤改良劑能有效地改善土壤養分狀況及其理化性質，對土壤問題起到積極的修復作用。針對鹽堿地的土壤改良技術。本文以水利工程為例，簡要說明地下滲管排鹽、灌溉洗鹽、排水等常用方法。土壤退化的另一個重要方面是土壤酸化[3]，酸化會大大提高土壤的酸度，造成營養元素的大量淋失，對作物的生長產生嚴重影響。本文闡述的改良技術，從控制源頭和緩解土壤酸化兩方面入手來提高土壤質量。除此之外，科學的耕作方式同樣會對土壤的改良起到積極作用，對提高農作物產量及土壤微生物數量和活性也極為有利。
1 添加土壤改良劑
自19世紀末，土壤改良劑通過提高土壤性質和養分來使土壤微生物更好的生存，可以對土壤退化起到一定的修復作用[4]。土壤改良劑可分為4大類，包括天然改良劑、人工合成改良劑、天然—合成共聚物改良劑和生物改良劑。天然改良劑包括無機物料和有機物料2種，其中無機物料含有天然礦物和無機固體廢物，而有機物料則包括有機固體廢棄物、天然提取高分子化合物和有機質物料[5]。
天然改良劑能夠改良土壤，其改良效果包括改善土壤結構、改良鹽堿地、緩沖土壤pH值、提高土壤的保水能力、提高土壤保肥能力和增加土壤肥力。其中，沸石就是一種天然礦物，能夠改善土壤肥力和提高保水能力。沸石可以吸附銨根離子和磷，但大部分銨根離子和磷是可以解吸的。沸石也可以吸附土壤中的Na+、Cl-，使土壤中Na+、Cl-含量降低，堿化度降低，對土壤酸堿性起到緩沖作用[6]。但是天然礦物在實際應用時，缺乏理論支持，并且儲量限制了其大面積的推廣應用。此外，生物炭是動植物殘體在缺氧的狀況下，以小于700℃的溫度熱解炭化而產生的一種產物，具有良好的理化性質。施用此改良劑，不僅可提高土壤pH值，降低土壤養分流失，促進作物生長;還可通過對土壤理化性狀及微生物數量的影響，減少N2O的排放。除此之外，生物炭鈍化重金屬的效果也會隨著受重金屬污染的土壤性質產生一定的影響[7]。
合成改良劑是以天然改良劑為原型，從而形成人工合成高分子有機聚合物。其中聚丙烯酰胺（PAM）是最受關注的人工合成土壤改良劑。較低施用量陰離子型PAM能夠對土壤板結起到改良的作用，并且可以改善土壤物理性質。用陽離子型PAM處理土壤也可以提高土壤對肥料的吸附和釋放作用。土壤中施用PAM還可以增加土壤對NH4+、NO3-等離子的吸附量，減少離子損失量。PAM的作用隨著用量增加而增加，研究發現，土壤中的細菌和微生物的數量會隨著大分子量的陰離子型線性PAM進入土壤而增加。PAM在應用中尚有不足之處，如增加土壤改良的成本。PAM的吸水性可能會受到土壤溶液和可溶性鹽的影響，與土壤中粘土礦物作用機理尚不清楚等。 由于天然改良劑起作用的時間短或量少的限制等問題[8]，其改良效果有限。高成本以及潛在的環境污染風險，限制了人工合成的高分子化合物的廣泛應用[9]。因此，許多研究者考慮通過一定的化學方法，研制出天然—合成共聚物改良劑[10]，彌補天然高分子化合物和合成高分子化合物的不足之處。為了彌補單一土壤改良劑的不足之處，可以采用多種改良劑混合使用的辦法來解決[11]。
2 科學耕作
隨著人口數量不斷增加，社會對農產品的需求越來越大，傳統的農業耕作技術急需依靠現代科技進行改革。如何合理科學地利用土地成為人們關注的焦點，保護性耕作技術自20世紀60年代傳入我國后[12]，許多科研工作者展開了大量研究工作。最初的保護性耕作概念較為狹窄，只包含土壤免耕播種和作物殘茬覆蓋等內容[13]。經過幾十年的發展，保護性耕作明確定義為：在某種種植制度下，能最少維持30%土壤覆蓋，減少水土流失，提高耕地產量[14]。土壤耕作會改變土壤容重，引起土壤一系列參數變化，進而影響土壤微生物特性。趙亞麗等研究證明，深耕使得耕層下部的土壤物理結構趨于良好，并具有影響土壤有機質積累的作用，能夠創造一個適宜微生物繁殖的土壤環境，極大的利于耕層20cm以下土壤微生物數量的增加[15]。
3 鹽堿地水利改良技術
土壤鹽堿化是指土壤底層或地下水的鹽分上升到地表，水分蒸發后，鹽分在表層土壤中積累的過程[16]。我國鹽漬土類型多，分布廣，涉及19個省區，面積約為1億hm2。我國近1/5耕地發生過鹽堿化，發展鹽堿地改良利用技術對提高土地質量、增強環境承載能力具有極其重要的意義[17]。我國土地鹽堿化問題較為嚴重，導致農業土壤質量下降，這使我國農業經濟的發展收到嚴重制約[18]。長期以來，作為改良鹽堿地“四大法寶”的水利法、物理法、生物法和化學法在鹽堿地改良中被廣泛應用。
水利改良技術主要包括地下滲管排鹽、灌溉洗鹽、排水等方法。地下滲管排鹽是改良耕地鹽堿化的常用方法之一，通過鋪設暗管的方式將土壤中的鹽分排出，并控制地下水位在臨界深度以下，達到土壤脫鹽和防止生鹽漬化的目的[19]。滲管根據耕地作物種類、土壤結構、地下水位埋深及氣候等情況設置埋設深度、間距和縱坡等參數[20]。
地下滲管排鹽技術在新疆干旱重鹽堿地區的應用表明，鋪設暗管后，種稻灌溉期間排水模數比對照條田高2.0～2.5倍，排水量增加了140～260m3/hm2。對照條田平均土壤含鹽量由1.07%降至0.72%，脫鹽率為32.6%;而鋪設暗管的條田平均土壤含鹽量由0.91%降至0.47%，脫鹽率為48.2%，約為對照條田的1.5倍。疏勒河流域部分鹽堿地使用地下滲管排鹽技術后，土壤脫鹽率提高、排水排鹽量增大、地下水位下降變快、土壤鹽分含量穩定下降，未發生強烈返鹽現象，因此實現了產量的上升。
排水是一項根本性的水利改良技術，由于不同地區的自然條件和地形不同，所以要建立切實可行的排灌系統，自上而下地把表土層中的可溶性鹽堿排灌出去，然后將其排除。對鹽堿土使用灌溉洗鹽的方法效果非常好，使土壤中的鹽分溶解于水中，一部分進入土壤深層，一部分將其排出，從而降低表層土壤含鹽量。
4 土壤酸化改良技術
酸性土壤主要分布在熱帶、亞熱帶地區和溫帶地區，是土壤退化的一個重要方面[21]，表現在土壤氫離子、鋁離子增加，pH降低，重金屬活性增大等方面，導致土壤營養流失加劇、肥力降低、影響農作物的生長[22]。我國酸性土壤主要分布在長江以南等地[23]，面積約為2億hm2。按土壤類型可分為紅壤和黃壤2類，其中紅壤多為華中和華南地區，黃壤為四川、云貴高原等地。這些地區的土壤pH大多數在5.5以下[24]，并且酸化程度和面積繼續增加，尤其是酸性氣體的大量排放，使得大氣中酸沉降的頻率和強度不斷增加，嚴重影響植物的正常生長。
改良土壤酸化應從多方面入手，一方面控制酸雨的形成，另一方面應用改良劑等方法緩解土壤酸化，提高土壤質量。我國的酸雨以硫酸鹽為主，在長江以南分布最為廣泛，通過局部沖刷和中長距離傳輸的方式活化了土壤中有毒金屬離子并且抑制酶的活性，對土壤造成酸化等影響[25]。
緩解土壤酸化一方面可以運用化學改良劑，另一方面可以采取生物措施來達到改良的效果。向酸性土壤中加入傳統的石灰石或石灰石粉化學改良劑后，土壤酸度就會得到降低，且土壤耕層的鈣離子濃度也會有所增加。但是若長期使用化學改良劑，則會加強土壤復酸化程度[26]，因此在使用石灰改良時還應配合其它堿性肥料。除傳統酸性土壤改良劑外，某些礦物和工業廢棄物同樣可以改良土壤酸度，如白云石、磷礦粉和粉煤灰等礦物以及制漿污泥等工業廢棄物[27]。生物改良技術主要是運用綠肥和土壤中的一些動物來改善酸性土壤，研究表明，用格拉姆柱種植花草大幅度增加了土壤的重要營養元素，且隨種植時間的延續，土壤肥力不斷增加。
5 結語
自進入21世紀以來，人口增加，耕地減少，要提高土地生產力，保證食物充足的供應量，就必須重視土壤改良，實現土壤的可持續發展。本文所概述的合理施加改良劑、種植綠肥、科學耕作、建造水利工程等技術，不僅能有效提高土壤肥力，還能促進我國農業發展，使社會經濟得到明顯提升。
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基金項目：國家級大學生創新創業訓練計劃項目（編號：201810452025）。
作者簡介：董曉菲（1998—），女，山東人，在讀本科生，研究方向：環境工程。 收稿日期：2019-04-04
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