土壤改良技术的应用现状
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摘 要：随着世界人口的不断激增、环境资源的日益消耗，土壤退化已成为全球性问题。研究土壤改良技术及其应用，对防治土壤退化具有十分重要的意义。该文综合现阶段土壤改良技术的应用现状，对土壤改良剂、盐碱地水利改良技术、酸化土壤改良技术和科学耕作技术进行简要概述，以期为土壤治理提供参考。
关键词：土壤改良;土壤改良剂;水利工程;土壤酸化;科学耕作
中图分类号 S156 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）09-0038-3
基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（编号：201810452025）。
作者简介：董晓菲（1998—），女，山东人，在读本科生，研究方向：环境工程。 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
人類对土壤不合理利用从而导致的土壤质量和生产力下降的过程称作土壤退化，主要包含侵蚀退化、土壤酸化和肥力退化等方面。随着经济的持续发展，土壤退化问题日益严重，主要表现为土壤硬化、盐碱化、酸化、化学污染和侵蚀等，严重限制了土地的生产力[1]。土壤不仅对农作物影响极大，而且还是碳的主要储存库，具有控制二氧化碳的排放和调节气候的重要作用。依据2015年公布的《世界土壤资源状况》报告显示，一般、较差和很差的土地占世界土地资源比重较大。土壤恶化速度远远超过改善速度，全球因侵蚀、酸化、盐碱化、板结及化学污染而出现中度到重度退化的土壤约占总体的33%[2]。报告显示，产生土壤问题的主要原因为人口增长、城市化及气候变化，预计这些变化在未来的几十年里持续存在。
土壤改良一般是根据各地的自然、经济条件，采取因地制宜的措施，以有效地达到改善土壤生产性状和环境条件的目的，其过程就是控制土壤流失量和增加土壤有机质及养分。其中，土壤改良剂能有效地改善土壤养分状况及其理化性质，对土壤问题起到积极的修复作用。针对盐碱地的土壤改良技术。本文以水利工程为例，简要说明地下渗管排盐、灌溉洗盐、排水等常用方法。土壤退化的另一个重要方面是土壤酸化[3]，酸化会大大提高土壤的酸度，造成营养元素的大量淋失，对作物的生长产生严重影响。本文阐述的改良技术，从控制源头和缓解土壤酸化两方面入手来提高土壤质量。除此之外，科学的耕作方式同样会对土壤的改良起到积极作用，对提高农作物产量及土壤微生物数量和活性也极为有利。
1 添加土壤改良剂
自19世纪末，土壤改良剂通过提高土壤性质和养分来使土壤微生物更好的生存，可以对土壤退化起到一定的修复作用[4]。土壤改良剂可分为4大类，包括天然改良剂、人工合成改良剂、天然—合成共聚物改良剂和生物改良剂。天然改良剂包括无机物料和有机物料2种，其中无机物料含有天然矿物和无机固体废物，而有机物料则包括有机固体废弃物、天然提取高分子化合物和有机质物料[5]。
天然改良剂能够改良土壤，其改良效果包括改善土壤结构、改良盐碱地、缓冲土壤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，沸石就是一种天然矿物，能够改善土壤肥力和提高保水能力。沸石可以吸附铵根离子和磷，但大部分铵根离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，碱化度降低，对土壤酸碱性起到缓冲作用[6]。但是天然矿物在实际应用时，缺乏理论支持，并且储量限制了其大面积的推广应用。此外，生物炭是动植物残体在缺氧的状况下，以小于700℃的温度热解炭化而产生的一种产物，具有良好的理化性质。施用此改良剂，不仅可提高土壤pH值，降低土壤养分流失，促进作物生长;还可通过对土壤理化性状及微生物数量的影响，减少N2O的排放。除此之外，生物炭钝化重金属的效果也会随着受重金属污染的土壤性质产生一定的影响[7]。
合成改良剂是以天然改良剂为原型，从而形成人工合成高分子有机聚合物。其中聚丙烯酰胺（PAM）是最受关注的人工合成土壤改良剂。较低施用量阴离子型PAM能够对土壤板结起到改良的作用，并且可以改善土壤物理性质。用阳离子型PAM处理土壤也可以提高土壤对肥料的吸附和释放作用。土壤中施用PAM还可以增加土壤对NH4+、NO3-等离子的吸附量，减少离子损失量。PAM的作用随着用量增加而增加，研究发现，土壤中的细菌和微生物的数量会随着大分子量的阴离子型线性PAM进入土壤而增加。PAM在应用中尚有不足之处，如增加土壤改良的成本。PAM的吸水性可能会受到土壤溶液和可溶性盐的影响，与土壤中粘土矿物作用机理尚不清楚等。 由于天然改良剂起作用的时间短或量少的限制等问题[8]，其改良效果有限。高成本以及潜在的环境污染风险，限制了人工合成的高分子化合物的广泛应用[9]。因此，许多研究者考虑通过一定的化学方法，研制出天然—合成共聚物改良剂[10]，弥补天然高分子化合物和合成高分子化合物的不足之处。为了弥补单一土壤改良剂的不足之处，可以采用多种改良剂混合使用的办法来解决[11]。
2 科学耕作
随着人口数量不断增加，社会对农产品的需求越来越大，传统的农业耕作技术急需依靠现代科技进行改革。如何合理科学地利用土地成为人们关注的焦点，保护性耕作技术自20世纪60年代传入我国后[12]，许多科研工作者展开了大量研究工作。最初的保护性耕作概念较为狭窄，只包含土壤免耕播种和作物残茬覆盖等内容[13]。经过几十年的发展，保护性耕作明确定义为：在某种种植制度下，能最少维持30%土壤覆盖，减少水土流失，提高耕地产量[14]。土壤耕作会改变土壤容重，引起土壤一系列参数变化，进而影响土壤微生物特性。赵亚丽等研究证明，深耕使得耕层下部的土壤物理结构趋于良好，并具有影响土壤有机质积累的作用，能够创造一个适宜微生物繁殖的土壤环境，极大的利于耕层20cm以下土壤微生物数量的增加[15]。
3 盐碱地水利改良技术
土壤盐碱化是指土壤底层或地下水的盐分上升到地表，水分蒸发后，盐分在表层土壤中积累的过程[16]。我国盐渍土类型多，分布广，涉及19个省区，面积约为1亿hm2。我国近1/5耕地发生过盐碱化，发展盐碱地改良利用技术对提高土地质量、增强环境承载能力具有极其重要的意义[17]。我国土地盐碱化问题较为严重，导致农业土壤质量下降，这使我国农业经济的发展收到严重制约[18]。长期以来，作为改良盐碱地“四大法宝”的水利法、物理法、生物法和化学法在盐碱地改良中被广泛应用。
水利改良技术主要包括地下渗管排盐、灌溉洗盐、排水等方法。地下渗管排盐是改良耕地盐碱化的常用方法之一，通过铺设暗管的方式将土壤中的盐分排出，并控制地下水位在临界深度以下，达到土壤脱盐和防止生盐渍化的目的[19]。滲管根据耕地作物种类、土壤结构、地下水位埋深及气候等情况设置埋设深度、间距和纵坡等参数[20]。
地下渗管排盐技术在新疆干旱重盐碱地区的应用表明，铺设暗管后，种稻灌溉期间排水模数比对照条田高2.0～2.5倍，排水量增加了140～260m3/hm2。对照条田平均土壤含盐量由1.07%降至0.72%，脱盐率为32.6%;而铺设暗管的条田平均土壤含盐量由0.91%降至0.47%，脱盐率为48.2%，约为对照条田的1.5倍。疏勒河流域部分盐碱地使用地下渗管排盐技术后，土壤脱盐率提高、排水排盐量增大、地下水位下降变快、土壤盐分含量稳定下降，未发生强烈返盐现象，因此实现了产量的上升。
排水是一项根本性的水利改良技术，由于不同地区的自然条件和地形不同，所以要建立切实可行的排灌系统，自上而下地把表土层中的可溶性盐碱排灌出去，然后将其排除。对盐碱土使用灌溉洗盐的方法效果非常好，使土壤中的盐分溶解于水中，一部分进入土壤深层，一部分将其排出，从而降低表层土壤含盐量。
4 土壤酸化改良技术
酸性土壤主要分布在热带、亚热带地区和温带地区，是土壤退化的一个重要方面[21]，表现在土壤氢离子、铝离子增加，pH降低，重金属活性增大等方面，导致土壤营养流失加剧、肥力降低、影响农作物的生长[22]。我国酸性土壤主要分布在长江以南等地[23]，面积约为2亿hm2。按土壤类型可分为红壤和黄壤2类，其中红壤多为华中和华南地区，黄壤为四川、云贵高原等地。这些地区的土壤pH大多数在5.5以下[24]，并且酸化程度和面积继续增加，尤其是酸性气体的大量排放，使得大气中酸沉降的频率和强度不断增加，严重影响植物的正常生长。
改良土壤酸化应从多方面入手，一方面控制酸雨的形成，另一方面应用改良剂等方法缓解土壤酸化，提高土壤质量。我国的酸雨以硫酸盐为主，在长江以南分布最为广泛，通过局部冲刷和中长距离传输的方式活化了土壤中有毒金属离子并且抑制酶的活性，对土壤造成酸化等影响[25]。
缓解土壤酸化一方面可以运用化学改良剂，另一方面可以采取生物措施来达到改良的效果。向酸性土壤中加入传统的石灰石或石灰石粉化学改良剂后，土壤酸度就会得到降低，且土壤耕层的钙离子浓度也会有所增加。但是若长期使用化学改良剂，则会加强土壤复酸化程度[26]，因此在使用石灰改良时还应配合其它碱性肥料。除传统酸性土壤改良剂外，某些矿物和工业废弃物同样可以改良土壤酸度，如白云石、磷矿粉和粉煤灰等矿物以及制浆污泥等工业废弃物[27]。生物改良技术主要是运用绿肥和土壤中的一些动物来改善酸性土壤，研究表明，用格拉姆柱种植花草大幅度增加了土壤的重要营养元素，且随种植时间的延续，土壤肥力不断增加。
5 结语
自进入21世纪以来，人口增加，耕地减少，要提高土地生产力，保证食物充足的供应量，就必须重视土壤改良，实现土壤的可持续发展。本文所概述的合理施加改良剂、种植绿肥、科学耕作、建造水利工程等技术，不仅能有效提高土壤肥力，还能促进我国农业发展，使社会经济得到明显提升。
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（责编：王慧晴）
基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（编号：201810452025）。
作者简介：董晓菲（1998—），女，山东人，在读本科生，研究方向：环境工程。 收稿日期：2019-04-04
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