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盐渍化土壤的管理

发布时间:2018-07-17 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1407

(一)盐土和碱土的诊断

盐成土是在各种白然环境因素(包括气候、地形、水文和水文地质等)和人为活动因素的综合作用下,盐类直接参与土壤形成过程,并以盐渍化(或盐碱化)过程为主导作用而形成的。盐成土的标志是在土壤表层30 cm以内范围内出现盐积层或者碱积层。虽然在分类学上很多干旱地区的土壤因为同时具有干旱特征而被分类成干旱土,但实际上盐分的存在是这些土壤的另一个重要属性。

1.盐土

盐积层是鉴别盐土的主要诊断层。目前,国内外常用于鉴别盐积层的厚度为15~30 cm,含盐量10~20g/kg(1 : 1土水比浸提液的电导率EC>30 dS/m)。根据我国盐成土的分布和生物气候特点,盐积层的形成过程较为复杂,在强烈的地面蒸发条件下,盐分随水通过土壤毛管作用,累积于土体上部,有时在地表形成盐霜或厚度不等的盐结皮和盐结壳,反映出盐分的表聚性强,而盐积层的厚度和含盐量大小与干燥度成正相关,干燥度越大,盐积层表聚的厚度越大,含盐量也越高(表9-7)。

表9-7 我国境内区域干燥度与土壤盐积层厚度和含盐量的关系

由于不同的区域土壤含盐量差别很大,因此在盐成土的诊断上,按照区域特点的不同,对干旱地区和非干旱地区的盐土规定了不同的含盐量要求。具体的要求是:

盐积层(Salic horizon):为在冷水中溶解度大于石膏的易溶性盐类富集的土层。它具有以下条件:

1)厚度至少为15 cm。

2)含盐量①在干旱土或干旱地区,≥20g/kg;或1:1水土比提取液的电导率(EC≥30 dS/m;或②其他地区盐土中,≥10g/kg;或1:1水土比提取液的电导率(EC)≥15 dS/m;和③含盐量(g/kg)与厚度(cm)的乘积≥600,或电导率(dS/m)与厚度(cm)的乘积≥900。

2.碱土

碱土是一类特殊的盐土,其本质特征是土壤吸附的钠离子比例超过一定的阈值。碱化过程可以发生在土壤积盐过程,也可发生于土壤脱盐过程,或土壤积盐和脱盐反复过程中。当输入到土壤中的盐分组成以碱性钠盐为主的情况下,在积盐过程的同时可以发生土壤碱化过程。总的来看,碱土含有较多的交换性钠,pH很高(一般在9以上),或多少含可溶性盐。土粒高度分散,湿时泥泞,干时板结坚硬,呈块状或棱柱状结构。

表示交换性钠比例的钠吸附比(SAR, sodium adsorption ratio)是碱土的重要指标。SAR是土壤饱和浸提液中钠离子与钙、镁离子的相对比例:

SAR=[Na]/{[Ca]+[Mg]}0.5       (9-43)

式中,[Na]、[Ca]和[Mg]分别是土壤溶液中Na、Ca和Mg的摩尔浓度(mmol/L)。

一般认为,当SAR大于13时,土壤具有“钠质特性”,但不同的国家和研究者所提供的标准不尽相同(Rengasamy1998)。其他指标,如交换性钠饱和度(ESP)、电导率(EC)和pH,都可以用来作为碱化的标准,并且它们与SAR都存在一定的相关关系(俞仁培1990)。

钠质土壤具有特殊的物理化学行为。在干的钠质土壤中,团聚体由黏粒与其他大颗粒通过多种结合机理连接构成。在钠质土壤中,键合离子主要为Na+,它将极大地影响土壤的性质。当土壤湿润时,Na+容易水解,黏粒趋向于分离,土壤趋向于分散;当水含量不足以饱和时,水解受到制约因而团聚体膨胀。随着水分含量的增加,水解作用加强,黏粒进一步分散为单个颗粒。通常在二价离子键合的情况下,即使是水分饱和,水解作用也会受到制约,不至于出现土粒完全分散的情形。当钠质黏粒通过水解作用互相分离达到7 nm以上时,由于电性相斥(净负电荷的存在)所以会维持分散状态。即使是二价离子键合的黏粒在机械分散以后,也会由于上述原因维持分散状态。但是,当游离电解质浓度超过一定水平时,渗透压的增加会克服电荷斥力而使分散黏粒趋向絮凝,该电解质浓度也称为临界电解质浓度(TEC, threshold electrolyte concentration),超过该临界浓度时,黏粒则不会从团聚体中分散(Rengasamy et al. 1991)。

钠质黏粒的分散和钠质团聚体的膨胀往往破坏土壤结构,减少土壤孔隙和渗透性,即使在高含水量时也会增加土壤的强度,因而钠质土壤有很多限制根系生长和空气、水分传导的不良属性,如在降雨或者灌溉后立即泥泞,或者很快变得太干,不利于植物生长。对植物生长没有限制的土壤水分含量范围(NLWR, non-limiting water range)非常小(Letey1991)。

(二)盐渍土的管理

大多数盐渍土是自然地质、水文和土壤学过程作用的结果,这是所谓原生盐渍化过程。但是,人为活动从一开始就影响着这些自然过程,导致了大量盐渍土的产生和严重的土地退化,即所谓的次生盐渍化作用。众所周知,在美索不达米亚(Mesopotamia)、黄河流域和尼罗河等形成古老文明的社会里,有很多不合理的灌溉导致大量的土地变为不毛之地的例子;同样,森林破坏和过度放牧也间接地导致大面积的盐渍化土壤的产生。

次生盐渍化作用实际上贯穿了人类发展的历史。在现代文明以前的几千年来,人类既没有足够的知识预言和解释它,更没有好的技术手段来避免和征服它。这种现象甚至直到今天还在不同程度的继续,等到土壤退化和其他有害的后果出现以后,才意识到补救的手段或许多少有些太迟了。

不合理的灌溉、排水不良和农业技术的落后,导致了盐化土壤的产生。全球范围内土壤次生盐渍化的面积和灌溉土地面积有着高度相关性(Szabolcs1998)。总体来说,次生盐、碱化的面积甚至超过了灌溉面积,因为其中包括了大量历史上的部分盐渍化灌溉土地。这样的事实,加上灌溉引起的次生盐渍化不仅仅影响灌溉土地本身,而且导致了随着灌溉土地的扩展而使次生盐渍化急剧上升。

虽然在绝大多数情况下不合理的灌溉是导致次生盐碱化的原因,但是其他一些人为活动亦会强化或者诱发次生盐碱化过程。所有影响水分平衡和改变土壤形成过程中能量和物质流动的人为因素,都会影响次生盐碱化过程,其中主要包括森林植被破坏、过度放牧、土地利用和耕作方式的改变、淡水的贫瘠、生物物质耗竭和化学污染。在快速工业化的地区,化学沾污或污染尤为严重,在大型工矿附近经常伴随土壤盐分增加的问题,这主要是化学盐类,包括硫酸盐、氯化物和硝酸盐,以及其他无机化合物,向土壤中大量排放的结果。

因此,在实际的土壤管理实践中,一方面必须了解土壤的发生学特性、空间分布状况、地形特性和盐碱度水平,另一方面要了解有关环境和景观特征,如气候、水文、水文地质和地形地貌等,同时还要了解灌溉水水质和水量、地下水深度和水质、灌溉技术以及植物的耐盐水平等,这些都是影响盐分平衡的重要因子,都应该作为建设灌溉系统的基础信息。

在实施灌溉的过程中,为了防止次生盐渍化的产生,必须实时监测土壤和地下水的盐碱度、地下水的水位和化学组成、灌溉水的化学组成、水分入渗属性、土壤其他物理性质以及土壤和水中的其他污染物质水平。

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