浅谈土壤的次生盐渍化特征及其修复进展

浅谈土壤的次生盐渍化特征及其修复进展

刘方方

陕西地建土地勘测规划设计院有限责任公司 陕西 西安 710075

摘要：土壤次生盐渍化是栽培土壤的主要障碍性问题，严重制约着中国农业的健康可持续发展。本文综述了次生盐渍化土壤的理化特性与土壤盐基离子种类，并对次生盐渍化土壤修复研究进展进行了总结。通过归纳分析壳聚糖、甜菜碱和γ-聚谷氨酸的化学特性及在土壤修复中的研究现状，提出土壤次生盐渍化绿色化学修复的研究展望。

关键词：次生盐渍化；绿色化学修复；壳聚糖；甜菜碱；

0引言

农业为集约化、高投入、高产出的栽培模式，农民为了追求产量的提升而盲目过量施用化肥，随着栽培年限的增加和高温高湿的栽培环境，肥料矿化速率快，使矿质养分离子在土壤中不断积累，土壤次生盐渍化问题日益严重，从而降低了土壤质量。盐渍化土壤会对植物生长产生严重危害，当土壤中的可溶性盐类含量过多会引起土壤溶液渗透压增加，土壤水势下降，影响作物根系吸收土壤中的水分，引起作物缺水而生长受抑[1]。此外，土壤中盐离子含量失衡还会造成植物对土壤中部分离子吸收过多而产生毒害。而且，氮肥在土壤矿化的过程中，产生一定的H+离子，往往会引起土壤pH的下降，次生盐渍化也往往伴随土壤酸化同时发生。因此，土壤盐渍化是限制作物生长和产量最严重的非生物逆境胁迫因素之一，制约了农业的健康可持续发展[2]。

1次生盐渍化的土壤环境特点

栽培条件下，作物生长环境相对封闭，内的温度和湿度明显高于露地，促使土壤固相物质的分解加快，盐基离子在土壤表层大量积累，导致土壤结构变化，其生态环境与露地土壤有较大差别，土壤理化性质发生一定变化[3]。

1.1土壤物理性质变化

土壤次生盐渍化的表观特征一般分为3个阶段：过量的氮肥，土壤在潮湿度较大的内，表现为绿色藻类大量生长；第二阶段表现为土壤过量的Ca2+、Na+、Mg2+，在土表出现白色盐霜；当土壤含盐量高于10g/kg时土壤表面上则出现块状砖红色结块[4]。大量的盐基离子使土壤团粒结构遭到破坏，土壤颗粒高度分散，大孔隙减少，土壤粘重[5]。一般菜棚随着种植年限的增长，土壤次生盐渍化程度加重，除了上述3种表观症状外，土壤物理性质如土壤容重、孔隙度、有效水含量等也会发生改变，而土壤容重增加、总孔隙度及田间最大持水量下降、土壤板结甚至耕性变差是典型的土壤次生盐渍化特征。

1.2土壤盐基离子组成及化学特性

内高温高湿的环境下，土壤地温高于露地，硝化细菌活性增加，土壤中氮矿化速率增加，硝态氮大量富集，从而导致浓度危害。在不同种植年限日光温室的土壤中，硝态氮含量与盐分含量呈正相关，过量的NO3-离子使土壤固相中的钙以离子形态被释放出来，导致土壤溶液的浓度和渗透压提高，因此次生盐渍化对土壤的另一个主要危害就是渗透压力的胁迫。众多研究表明，栽培条件下土壤电导率显著高于是露地土壤，有机质含量减少，土壤有效磷、有效钾含量均较露地栽培土壤显著增加，耕层土壤盐分含量显著增加。因此土壤次生盐渍化直接影响土壤养分含量，从而不利于作物生长和产量形成，而消除多余的盐基离子是次生盐渍化土壤修复的关键。

1.3土壤微生物和酶活性特点

土壤次生盐渍化会严重影响土壤微生物群落结构及土壤酶活性，土壤中过多的盐分离子会引起土壤渗透压增加，微生物细胞外的渗透压提高，导致细胞失去水分，从而降低微生物活性，抑制土壤酶活性。相关研究表明盐渍化土壤全盐量与土壤过氧化氢酶、转化酶、碱性磷酸酶、脲酶活性均呈显著负相关关系。土壤盐分过多不仅会直接影响土壤微生物的活性，还会通过改变土壤的部分理化性质来间接地影响土壤微生物的生存环境，从而导致内的土壤微生物在其种群、数量和活性均与露地有较大差别。同时，土壤次生盐渍化直接影响土壤的生物化学活性，进而影响土壤氮素转化与循环，对土壤生态环境造成不良影响。

2土壤次生盐渍化修复研究进展

滴灌下水肥一体化措施能有效减少土壤水分淋洗，降低土壤中的盐分，改善土壤酸度，为作物根系生长创造一个适宜的环境。而配方施肥、有机肥替代化肥等技术则通过减少化肥用量从而减少阴阳离子对土壤的输入，是防治土壤次生盐渍化的重要措施。优化种植制度也是改善土壤次生盐渍化的一项有效途径，研究表明通过菜-粮等模式轮作，使土壤电导率下降，土壤理化性状改善，盐渍化现象减轻，但其阴阳离子总含量并没有显著下降。另外，近年来，国内外学者尝试用生物技术进行修复。有机物料如生物质炭等的添加，可以改善土壤结构，吸附或络合盐基离子，取得了长期的改良效果，并且功能性菌剂及菌根的应用也取得了一定的效果，但其修复过程相对较长，投入量及成本相对较高。另外，作物套种也在一定程度上消耗掉了多余的养分，但这些措施短期内无法从根本上解决问题，随着栽培年限的增加，盐渍化现象逐渐加重。

3次生盐渍化土壤绿色化学修复研究现状

3.1壳聚糖

壳聚糖是一种高分子的阳离子型氨基多聚糖，广泛存在于虾、螃蟹等甲壳动物的外壳中，为甲壳素脱乙酰基的衍生物。壳聚糖的性质独特，无毒、具有良好的生物相容性和生物降解性等特性，是一种天然的高分子螯合剂，分子中的氨基和羟基与许多金属离子能形成稳定的鳌合物，具有较强的金属离子配位能力，可以和许多重金属配位成稳定的络合物。同时分子中含有阳离子，可以吸附等价的阴离子。

壳聚糖具有改良土壤、促进植物生长，诱导植物抗逆的作用。相关研究显示，壳聚糖对土壤理化性状有较大的影响，壳聚糖含有N元素，土壤中的微生物可以将其降解，使之作为氮源利用。壳聚糖施入土壤后能明显提高土壤的微生物量碳、氮及矿质氮的含量，从而提高土壤中氮的利用率。壳聚糖能够影响过磷酸钙的结晶过程，减缓磷酸钙产生沉淀的速度，从而提高磷素的利用率。

3.2甜菜碱

甜菜碱主要由植物、动物、微生物体内合成，是一种重要的次生代谢物，在细胞质中存在，起平衡和渗透调节作用。甜菜碱结构中含有一个由3个甲基组成的非极性烃基，为同时含有正负电荷的两性电解质，其正电荷会被土壤所吸附，这将占据了土壤负电荷位点，减少土壤对阴离子的排斥作用。甜菜碱的在植物细胞中的大量积累能使细胞在渗透胁迫下继续保持活性、保持细胞膜的完整性、维护类囊体膜的作用，提高光合系统II中光合放氧的稳定性，维持光呼吸的生理作用、维护生物大分子的结构和功能。

4研究展望

近年来，土壤盐渍化绿色、安全、无污染的修复成为国内外学者们的关注热点。壳聚糖、甜菜碱和γ-聚谷氨酸等材料均为天然、可降解、无毒无污染的绿色高分子化学材料，在农业生产中应用研究刚刚起步。目前，土壤次生盐渍化绿色化学修复正在试验探索阶段，壳聚糖等材料在土壤中的修复机制还不明确，在未来的农业土壤次生盐渍化的绿色化学修复中应关注：（1）次生盐渍化土壤中添加壳聚糖、γ-聚谷氨酸和甜菜碱对土壤水分参数及溶质运移的影响，以明确修复剂对盐渍化土壤的水盐运移规律；（2）土柱模拟试验研究添加物对盐基离子的吸附与解析，明确修复剂对盐渍化土壤的吸附与解析规律；（3）壳聚糖、γ-聚谷氨酸和甜菜碱等对盐渍化土壤物理结构及化学指标的影响，进一步研讨化学添加物对盐渍化土壤的改良效果。

参考文献

[1]胡晶晶.图文直击我国蔬菜产业概况[J].营销界,2021(14):72-83.

[2]刘凤之,王海波,李莉,等.我国果树产业现状、存在问题与发展对策[J].中国果树,2021(11):1-4.

[3]冯永军,陈为峰,张蕾娜,等.园艺土壤的盐化与治理对策[J].农业工程学报,2001(2):111-114.

[4]杨莉琳,李金海.我国盐渍化土壤的营养与施肥效应研究进展[J].中国生态农业学报,2001(2):83-85.

[5]余海英,李廷轩,周健民.土壤次生盐渍化及其对土壤性质的影响[J].土壤,2005(6):581-586.