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如何管理土壤盐分?
土壤pH值是衡量土壤肥力的重要参数,它会影响植物营养的有效性,土壤团粒结构,和土壤微生物的活性(土壤酸化对有益微生物的影响)等。根据土壤的pH值,土壤可以被分为酸性土和碱性土两大类, 而在实际生产过程中, pH值大于7的碱性土壤,又因为都含有过量的钠盐,而被统称为盐碱土。但是,却由于不同土壤中,pH值的差异,可交换络合物中过量钠盐的有无和含量差异(表1),盐碱土被分为三大类:1)盐(渍)土(Saline soil)2)盐碱土(Alkaline Soil)3)碱(钠质)土(Sodic Soil)表1  盐碱土分类指标
饱和泥浆浸出液电导率 (EC值,dS·m-1)pH交换性钠离子占阳离子交换量百分数(%)
盐土盐碱土碱土>4>4<4<8.5<8.5>8.5<15<15>15
土壤可溶性盐是强电解质,其水溶液具有导电作用。在一定浓度范围内,溶液的含盐量与电导率呈正相关。阳离子交换量(CEC)值是衡量土壤中阳离子,即钙、镁、钾、钠、氢和铝的容量。CEC值越高,盐问题的去除和修复就越困难。
图1 植物根系盐含量增长,导致植物吸水量下降
三种盐碱地土壤有什么相似之处?
pH值都大于7,因此常常被统称为盐碱土。
土壤溶液的盐离子浓度高,渗透势低,造成植物吸水困难。
土壤的团粒结构形成受阻,持水能力低,透气性差。
植物养分的有效性都很低,不利于植物生长。
土壤生物活动能力差,微生态环境差。
多集中在在降雨量很少的地区(海拔较低的滨海地区),过量施用化肥会加速盐渍化。
盐碱性土壤对种植的影响当盐分在土壤中积累时,问题产生的主要原因有两个:土壤渗透性变差,团聚结构变差;盐分损害或杀死植物。
钠质土土壤结构对植物生长的影响与盐渍土相比,钠质土在阳离子交换位点上吸附了过量的钠(Na+)(图3)。在钠质土壤中, 高水平的可交换钠会导致单个砂质、粉土和粘土颗粒分离,而不会聚集成更大的颗粒。土壤钠质化导致土壤结构退化,这个过程叫做土壤分散。(图4)
图3 钠质土在阳离子交换位点上吸附了过量的钠,15%以上的位点上吸附了钠
图4 土壤颗粒随着盐度增加分散度增加
当过量的钠吸附在粘土颗粒的负电荷上,形成钠粘土颗粒时,将粘土颗粒粘在一起的力大大减弱。潮湿时,钠粘土颗粒容易从较大的土壤团聚体中分解或分散(图4)。一旦干燥,钠质粘土颗粒会堵塞土壤孔隙(特别是大孔隙),并在同一层沉淀下来,形成板结结构(图5中红色现状层)。
图5 健康土壤物理结构(左)和被破坏的土壤物理结构(右)
这种分散性使土壤紧实且不透水,因此它允许很少的空气、雨水或灌溉水渗入土壤。因此,植物可能得不到足够的水分和氧气来生长。盐分可能在土壤表面积聚,因为它们不能从根区淋溶出来。这种不良的物理结构,导致土壤难以耕作,种子发芽不良和植物根系生长受限。 高盐对植物的毒害作用植物可能受到盐效应或毒性的损害。在含盐和含盐碱性的土壤中,过量可溶性盐对植物的主要影响有:生理缺水、高度氧化、盐分毒害和抑制养分吸收。即使在潮湿的土壤条件下,也会限制植物根系吸收土壤水分的能力。正常情况下,土壤水分从高渗透势(低盐浓度)流向低渗透势(高盐浓度) (图2 A)。而在盐碱性土壤中,与植物细胞相比,由于土壤中可溶性盐浓度较高,渗透势较低的土壤溶液将不允许植物根系从土壤中吸收水分(图2 B),从而导致植物出现类似干旱的症状。而在钠土中,高浓度的钠对某些植物则直接具有毒性。
图2 高浓度的盐导致植物脱水现象
高pH影响土壤养分的利用效率高盐土壤中的高pH值也会极大地改变植物可利用的养分。这些高pH值改变了许多植物营养素的离子形式,使它们对植物不可用(图6)。
图6 土壤pH对营养元素活性的影响
盐碱土的改良受盐影响的土壤可通过以下方法进行纠正:
改善排水系统
淋洗
减少蒸发
增施有机肥料
应用化学处理
以上方法组合
改善排水:在排水不良的土壤中,可以使用深耕来改善土壤表面以及粘土层和硬粘土层;需要注意的是,虽然深耕有助于暂时恢复土壤,但未被永久破碎的土壤部分可能会重新硬化。
淋洗:淋洗可以用来减少土壤中的盐分。在土壤表面加入足够的低盐水来溶解盐,分并将这些盐分淋洗到根区以下。水必须相对不含盐,尤其是钠盐。当灌溉的地下水矿化度达到2g·L-1时(表2),土壤比较容易盐渍化。所以,灌溉地下水矿化度对土壤盐渍化改良难易程度影响很大。
表2  地下水矿化度的分级标准类别矿化度(g·L-1)水质
淡水弱矿化水半咸水咸水<11~22~3>3优质水可用于灌溉*一般不宜用于灌溉不宜用于灌溉
*用于灌溉的水,其导电率为0.1~0.75 dS·m-1。
减少蒸发:在土壤上覆盖作物秸秆、锯沫或其他覆盖物有助于降低蒸发率。增施有机肥料:有机肥料具有很高的持水能力。当添加足够量的这些肥料时,土壤的持水能力增加,因此土壤溶液的电导率降低,改善土壤的透气性,为微生物活动提供丰富的碳源。化学处理:盐碱土和钠质土在淋溶前,必须先用化学药剂处理,以降低交换性钠的含量。要除去钠或与钠交换,可以加入可溶性钙,如石膏。需要注意的是,需要进行实验室分析来确定要添加多少钙。钙处理后,钠和其他可溶性盐可以一起通过土壤淋溶去除。如果土壤中含有游离的碳酸盐,则可以使用酸性肥料,一方面可以调节土壤pH值,一方面可以和碳酸盐形成石膏,用来去除可交换的钠。加入硫酸、硫磺、硫酸亚铁,它们会在土壤中反应产生酸。然后,酸与碳酸钙(石灰石)反应形成硫酸钙(石膏)、水和二氧化碳。酸性也可能取代一些钠。一般来说,石膏是最安全和最有效的材料。
3种盐碱土的特征:
1. 盐(渍)土(Saline Soil)盐分(Salinity)和盐(Salt)这两个术语经常被混淆使用,许多人把盐和氯化钠(NaCl/食盐)联系在一起,事实上,盐分包含所有能溶于水的无机矿物盐。影响土壤盐分的盐,通常是钠、钙、钾、镁、氯化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐的混合物。盐土的形成有自然因素也有人为因素,具体形成过程可以查阅文章土壤需要低盐饮食吗? 盐(渍)土的特征:(i) 盐渍土通常含有氯化物、硫酸盐、碳酸氢盐,有时还含有硝酸钠。氯化钠和硫酸钠的存在使土壤表面呈现白色。当硝酸盐过量时,它们使土壤呈褐色。(ii)可交换钠含量(ESP)很低,不到总阳离子交换容量(CEC)的15%。(iii)由于ESP较低,通常pH值在7.5到8.5之间变化。(iv)可溶性盐总量大于0.1%,足以干扰大多数植物的正常生长。同一浓度的不同盐分危害作物的程度也不一样。盐分中以碳酸钠的危害最大,增加土壤碱度和恶化土壤物理性质,使作物受害。其次是氯化物,氯化物又以MgCl2的毒害作用较大,另外,氯离子和钠离子的作用也不一样。(v) 饱和泥浆浸出液的电导率(EC)大于4 dS·m-1。(vi)盐渍土保持絮凝状态(颗粒化)。它可以渗透到水和空气中。(vii)盐渍土通常具有白盐的表层,特别是在土壤水分净运动向上的季节。溶解在土壤中的盐类会向上移动到地表,当水分蒸发时,盐类会在地表形成一层外壳。尽管盐渍土含有过量的钠盐,但其土壤胶体尚未被钠化,此时具有足够高浓度的钙和镁盐,就足以抵消钠盐对土壤的负面影响。从盐渍土土壤中淋溶盐分,通常不会增加土壤的pH值。
我国的盐土面积非常广,不同地区盐土的主要盐分种类差异很大,我国制定了以盐分含量为衡量指标的滨海盐土分级标准(表3),指导生产上调节管理。
在干旱、半干旱地区盐渍化土壤,以水溶性的氯化物和硫酸盐为主。
滨海地区由于受海水浸渍,生成滨海盐土,所含盐分以氯化物为主。
在我国南方(福建、广东、广西等省、区)沿海还分布着一种反酸盐土。
表3  我国滨海盐土的分级标准
盐分总含量(g·kg-1)
盐土类型
1.0~2.0
2.0~4.0
4.0~6.0
>6.0
轻度盐化土
中度盐化土
强度盐化土
盐  土
2. 盐碱土(Alkaline Soil)
盐碱土,土壤中含有钠粘土和过量的可溶性盐。往往由于雨水不足,可溶性钠盐没有被淋失,留在土壤中,因此土壤中含有大量钠粘土和过量的可溶性盐,具有高盐分含量和高钠盐含量的特征。
盐碱土的特征:(i) 交换性钠含量(ESP)高,大于总阳离子交换容量(CEC)的15%。(ii)可变pH值,取决于可交换钠和可溶盐的相对含量。当可溶性盐向下浸出时,pH值将上升到8.5以上,但当可溶性盐再次累积时,pH值再次下降到8.5。(iii)一般可溶性盐含量大于0.1%。(iv)饱和泥浆浸出液的电导率(EC)大于4 dS·m-1。尽管校正盐碱土的步骤不同,但水在这些盐碱土中的流动与在盐渍土中的一样。简单地把盐分从土壤中淋溶出来,就会土壤从盐碱土转化成钠土。
3. 碱(钠质)土(Sodic Soil)
钠质土是典型的苏打土,富含碳酸钠,土壤盐分中钠离子含量高。
碱(钠质)土的特征:
(i) 交换性钠含量(ESP)高,大于总阳离子交换容量(CEC)的15%。
(ii) 碳酸钠含量高,pH值范围为8.5至12(强碱性)。
(iii)可溶性盐(钠)总量小于0.15。
(iv)电导率(EC)通常小于4 dS·m-1。
(v) 胶体络合物被溶解和分散。粘土膨胀并堵塞了土壤的孔隙。因此,对水和空气的渗透性差(或渗透和曝气慢)。
(vi)游离碳酸钠对植物根系有毒害作用。此外,土壤的高pH值和恶劣的物理条件也对植物生长产生不利影响。
(vii)碳酸钠吸收有机物,有机物消耗大,土壤比较贫瘠。
钠质土壤不适合许多植物生长,因为钠含量高,可能导致植物生根问题,
这种高钠水平扰乱了粘质土壤的化学和物理成分,因此,土壤表面对空气、雨水和灌溉水的渗透性都很低。钠质土壤在潮湿时通常是粘性的,但干燥时会形成坚硬的土块和结壳。由于沙质土壤中缺乏粘土含量,这种现象基本不会发生在非常多沙质的土壤中。
在碱性土壤中,还有一种退化碱土。退化碱土的游离碳酸钙极少,在长期淋溶过程中,钠粘土水解氢氧化钠,氢氧化钠与二氧化碳或土壤空气结合,形成碳酸钠,呈碱性。碳酸钠(Na2CO3)溶解腐殖质,腐殖质(有机质)沉积在土壤下层而变成黑色。同时,土壤胶体表层交换性钠的一部分被氢取代,形成酸性、不稳定的H-粘土。最终成为上层酸性,下层黑色碱性,渗透性差的退化碱土。
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