赵 英，王 丽，赵惠丽，陈小兵

（1鲁东大学资源与环境工程学院，山东 烟台 264025；2中国科学院烟台海岸带研究所，山东 烟台 264003）

0 引言

土壤盐渍化作为世界性的生态资源问题[1]，是由自然或人类活动引起的一种重要的环境灾害或风险。盐碱地作为生态系统的一部分，其独特的土壤理化性质造成农业资源的浪费，影响生态系统功能有效发挥，通常表现出环境和经济两方面的损失[2]。中国盐碱地资源量多且分布广泛，盐碱化和次生盐碱化土地的总面积约为3.5×108hm2，占全球盐碱地总面积的4%左右[3-4]。2010年，中国盐碱土资源利用学术研讨会发布统计显示，中国西北、东北及滨海地区受盐碱作用影响的土地总面积超过3.3×107hm2，其中具有农业利用潜力的盐碱地约为1.3×107hm2，治理改良后可实现大幅增产[5]。中国耕地中低产土壤面积大，土壤有机质含量低于1%的地区达到26%[6]，盐碱化土壤是中国中低产田的主要类型。土壤盐碱化主要表现为：区域盐碱化突出与全球加剧并存、局部盐碱化减缓与加重并存、湿润半湿润地区次生盐碱化与干旱半干旱地区盐碱化并存[7]。全面实施盐碱地精准调控和高效利用对推动农业高质量发展实践，解决耕地补充数量和质量不到位的问题，促进中国农业经济发展和乡村振兴等具有重大的战略意义。土壤盐碱化已成为全球变化研究框架下的重要内容，改良治理盐碱地以及农业生产技术的研发、应用、推广成为当下研究的热点[7]。如20世纪80年代中后期启动实施的“黄淮海平原旱涝碱综合治理试验示范农业综合开发重大专项”，实现了粮食增产2.52×1010kg的显著成效。针对环渤海地区的中低产田和盐碱荒地的粮食生产问题，中国实施了“渤海粮仓科技示范工程”，项目自2013年启动实施以来围绕“改盐增粮、节本增效”的原则，整治了盐碱地1.33×104hm2。目前，黄河流域生态保护和高质量发展成为国家战略，更突显了黄河流域不同地区盐碱地农业高效发展的重要性和紧迫性。

1 滨海盐碱地分布与特点

1.1 滨海盐碱地资源现状

中国海域辽阔，滩涂面积广大且海岸线漫长。中国大陆海岸线北起中朝边境的鸭绿江口，经辽宁、河北、天津、山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西等省、市、自治区，到中越边境的北仑河口，海岸线总长18000 km，海岸带总面积2.17×106hm2，其中95%位于潮间带[8]（表1）。滨海盐碱地作为中国盐碱地的重要组成部分，受河流搬运、浸渍、海水顶托以及潮汐和海浪的共同作用而形成的海退区，绝大多数为泥质海岸带，面积约1×106hm2。由内陆至近海依次为脱盐潮土、轻度盐渍化土、中度盐渍化土、强盐渍化土和滨海盐土[9]。作为海陆交错带的典型位置，是一个多功能、复杂的生态系统，主要分布在渤海西岸、东南沿海各省市，多属沿海经济发达地区[10]。随着沿岸海水冲刷以及修筑堤坝等活动，新的潮滩地区每年增加约30000 hm2[11]。

表1 中国沿海海岸线资源分布

1.2 滨海盐碱地主要特征

滨海地区主要受海潮和地下水两方面的影响，土壤含盐量高、pH 高，有机质含量低[12]。在盐分长期累积下，造成滨海地区土壤结构粘滞、通气性差、养分释放慢。大多数滨海地区地势平坦且地表滞水，地下径流缓慢，地下水位埋藏较浅；加之地表水无效蒸发强烈，土壤表层盐渍化重，常出现土壤硬化、结壳等现象[13]。此外，由于滨海地区土壤盐离子含量高，不同地区的盐渍化程度变异大，且往往缺乏充足的淡水资源，使得滨海盐碱地的改良难度加大。然而，在沿海地区耕地质量恶化、建设用地日益紧缺的背景下，这些盐碱地是非常可贵的资源。沿海地区经济发达、城市化水平高、人口密度大、耕地资源紧张，为保证人口与耕地资源的“占补平衡”，合理开发潜在土地资源变得非常必要。因此，在生态文明的理念下，深入开展土壤盐碱化演变过程和改良技术体系研究，合理高效开发利用滨海盐碱地，对缓解土地资源短缺，实现区域土地可持续健康发展和保障粮食安全具有重要的理论价值和实践意义。

2 盐碱地改良措施及现状

盐碱地改良利用应综合各种因素，如地域特点、盐碱程度以及土地利用方式等，根据全国不同气候带盐碱地形成过程、障碍因素、水文条件、作物布局等方面的差异，因地制宜选择合适的改良技术。目前，滨海盐碱地土壤改良生态调控措施多样，包括各种节水减肥、盐碱障碍消减的物理、化学、生物以及水利工程等多种措施，其核心主要是通过其核心主要是通过减少地表蒸发、创建隔层抑制盐分向上运动,促进盐分淋洗加快土壤排盐排水等途径实现调控。由于重度盐碱地改良利用过程复杂、成本高、进度慢，而轻、中度盐碱地改良利用的次生盐渍化反复等问题，造成盐碱地改良技术推广应用难度大、长效性和可持续性差、社会参与积极性不高等现实问题。

2.1 物理改良

物理改良的核心主要通过改善土壤物理结构进而调控盐碱地蒸发降水比[14]。实践表明，需根据土壤质地、结构与透水性等不同状况，合理选择改良措施。当前，滨海盐碱地物理改良措施主要包括原位土层整改、客土改良、深耕晒垡、微区改土等传统的改良方法以及生物材料、地面覆盖等新工艺[15]。已有研究表明，“池-田”模式可有效降低耕层含盐量，且种植和鱼类养殖业往往可以相互协同[16]。机械化深耕、粉垄耕作处理在重度盐碱地改良中也作用显著，秋季深耕可以减少冬春两季农田土壤蒸发，减少表土盐分的积累。韦本辉等[17]在黄河三角洲农高区试验表明，粉垄耕作可促进盐分下行，减缓了表层土壤含盐量，有利于营造适宜作物发育生长的环境。此外，地面覆盖不仅可以降低蒸降比，抑制地表盐分聚集，且具有增产和节水功效。Haque等[18]研究表明地膜的使用大大降低了土壤的电导率，减少了地表水分无效蒸发，对促进作物生长、土壤健康具有重要意义。然而，地膜使用后不易降解，会对滨海地区环境造成二次污染，由此有更多的研究开始尝试使用生物降解膜，但对其功能和应用效果仍需进一步分析评价。地表水的无效蒸发和潜水上升是滨海地区土壤盐碱化的主要原因，秸秆覆盖可以有效阻断地表水分蒸发，达到保墒抑盐的功效。邓玲等[19]研究显示，秸秆覆盖减少了土壤水分蒸发损失，提高了水分利用效率，在一定程度上抑制了土壤中可溶性盐分的表聚作用。Cui 等[20]研究了降雨联合麦秸覆盖对重盐渍化土壤脱盐淋滤效果，发现秸秆覆盖增强了降雨对土壤盐分的淋失。综上所述，物理改良方法操作性较强，方法简单，几乎所有地域类型及各类盐碱地基本均可适用。但从长远来看，由于物理改良方法盐分消除不彻底、工程量大、其推广应用空间仍然非常有限。

2.2 化学改良

化学改良方法是以酸碱中和、离子平衡为核心提升土壤质量（图1）。一般，通过添加钙质改良剂、酸性改良剂、有机改良剂和矿物资源改良剂等不同类型材料，加速盐碱离子的淋洗，增加盐基代换容量，达到快速治盐改碱的目的。钙质改良剂包括石膏、脱硫石膏、亚硫酸钙、熟石灰等。脱硫石膏主要成分为(CaSO4•2H2O)与天然石膏基本相似。脱硫石膏作为燃煤脱硫废弃物，价格低廉，且在中国的年产量多达7550万t[21]，若能加以合理利用则有望变废为宝。石膏、脱硫石膏主要通过Ca2+置换土壤胶体吸附体Na+并淋洗，降低土壤Na+含量[22]。研究表明，脱硫石膏在降碱排盐、提高微生物活性、促进植株生长等方面效果显著[23-24]。毛玉梅等[25]研究发现，添加不同量脱硫石膏短期内均能显著降低滩涂盐碱土ESP 和pH，减少有害盐离子含量，但过量烟气脱硫石膏（如50 g/kg）则对植物生长产生不利影响。酸性改良剂主要包括：腐殖酸、硫酸亚铁、硫酸铝等。李晓菊等[26]研究表明，施加腐殖酸有利于改善盐碱土理化性质，促进土壤剖面盐分向深层运移并促进盐分的淋洗，降低土壤pH。此外，通过不同环境材料对黄河三角洲滨海盐碱土的改良效果研究发现，与单施腐殖酸相比，烟气脱硫石膏与腐殖酸配施对降低土壤pH、交换态Na+和SAR效果更好[27]。因此，在保证灌溉量的基础上，烟气脱硫石膏与腐植酸的联合应用是滨海盐碱地的有效方法。有机改良剂生物炭、泥炭、糠醛渣等可增加土壤养分，降低土壤含量盐，促进植物生长[28-29]。近年来，生物炭越来越应用于盐碱地土壤修复。张进红等[30]发现生物炭显著降低了土壤容重和水溶性盐总量，提高了盐渍化土壤大团聚体的比例和团聚体稳定性，促进了紫花苜蓿生长。Zheng等[31]研究表明，生物炭通过改善土壤理化性质，促进了田菁和锦葵两种盐生植物的生长。同其他改良方法相比，化学改良措施虽见效快，尤其是在土壤结构差、养分贫瘠的中度、重度盐渍土中效果更佳；但存在效果单一、持续时间短、易发生二次污染等问题。如何进一步研发绿色环保、优质高效的化学改良材料和技术，并通过对改良材料进行生命周期评价(LCA)评估其安全性和经济性，是滨海盐碱地土壤改良的重要研究内容。

图1 化学改良盐碱地示意图

2.3 水利工程措施

通过灌排管理、非常规水的安全利用进而实现耕区水盐平衡是盐渍土改良的重要节水措施[32-33]。通过灌溉和排水系统可以淋洗盐分，显著降低土壤含盐量。明渠排水适用于雨量充沛、入渗量大的地区。通过雨季反复淋洗以保持较低的含盐量，加强了对表层盐分积累和次生盐渍化的控制。Lu 等[34]回顾了农业排水沟的生态功能，发现明渠排水对滨海盐碱区预防涝渍、缩短脱盐周期具有重要作用。在缺少雨水的季节，沟渠中的水又可以补充灌溉。暗管排水排盐是基于水盐运移规律、作物需水与耐盐度的地下水位调控措施，通过在地下铺设平行的排盐管网，利用雨水和灌溉水从地下管道上方的土壤中滤出盐分，使地下水位保持在临界深度以下[35]。为了控制排水，节约水土资源，降低成本，因地制宜地确定灌排参数，如淋洗定额、地下排水管道的最佳间距和深度等非常重要。Xu等[36]利用滴灌和地下埋管开垦滨海盐碱荒地的过程中发现，结合10 mm 的灌溉水量，可使植株存活率保持在85%以上。张金龙等[37]研究表明，漫灌条件下，随着暗管埋设间距增大，田面平均入渗强度变小，导致土壤脱盐不均。在淡水资源缺乏的背景下，优化和发展节水技术，开发农田灌溉替代水资源，是缓解水资源短缺的有效途径。滨海地区非常规水资源相对丰富，近年来，发现利用冬季咸水结冰可以有效降低沿海地区的含盐量，改良效果显著[38]。其原理是咸水在低温下结冰，温度回升时，高含盐量的冰先融化并入渗，低含盐量的微咸水后续融化起到淋溶洗盐的作用[39]。刘海曼等[40]研究表明，春季高浓度咸水灌溉以及地膜覆盖有效降低了耕层土壤盐分，为作物播种萌发提供了适宜的土壤水分、肥力、气环境。此外，滨海盐碱地的另一障碍是在潜水位条件下或者灌溉过程中，容易形成土壤缺氧的问题。在这方面，雷宏军等[41]提出了“循环曝气—滴灌水肥”一体化技术，实现了将水汽混合物同步输送到作物根区，改善了作物生长微环境。总体而言，水利工程措施在淡水资源匮乏，淤泥质土壤和次生盐渍化严重的地区具有明显的脱盐效果。在水资源匮乏、极端气候频繁以及人地供需失衡的背景下，未来应加强微咸水/咸水、农田排水等非常规水资源在盐碱地农田生态系统的安全利用、评价及其生态效应等方面的研究。

2.4 生物改良

在生态环境脆弱，地下水位高的轻、中度盐渍土改良中，一般认为生物改良措施是长期能“治标亦治本”的方法。生物改良方法主要包括：盐生或高耐盐植物“适盐种植”、引种和驯化耐盐碱植物新品种、抗盐新品种以及转抗盐基因植物的培育。吸盐植物可从土壤中吸收大量可溶性盐，并储存在肉质化的茎叶组织中，植株中的盐分也会随着作物的收割而转移。常见的耐盐碱适种植物有碱蓬、苜蓿、芦苇、旱柳、柽柳、牧草等。大多数盐生植物和耐盐植物都具有特殊的渗透调节机制或泌盐机制，这使得它们能够在高盐环境中生长[42]。伊朗、以色列等国家通过种植海马齿、碱蓬等盐生植物，维持了盐碱地农业生态系统的稳定性[43-44]。杨策等[45]研究了盐地碱蓬对滨海盐碱地的改土效应，结果表明碱蓬的降盐作用主要通过植株吸收盐分，另一方面盐地碱蓬改善了土壤结构，促进了土壤盐分淋洗。不同盐生植物具有不同程度的适应机制。Bueno等[46]研究了3 种盐生植物中脯氨酸、总酚和多胺对盐胁迫的响应，发现酚类物质和多胺水平的增加在耐盐胁迫中发挥了关键作用。通过对耐盐机理的研究，成功地引种、筛选适宜的耐盐植物，可提高滨海盐碱地的利用程度[47]。Zhang 等[48]通过对引种耐盐植物的存活率、生长量和状态进行分析，发现紫薇、火炬树、枸杞在田间生长良好，适应性强，成活率最高(100%)。近年来，也有研究利用分子生物学技术改良盐碱地。Kumari等[49]通过生物基因工程，克隆了一种新型基因SbRPC5L，赋予植物非生物抗逆性的潜力，能够在盐胁迫和渗透胁迫下表现出较好的性能，在沿海气候适应性农业方面具有较大的应用潜力。水稻作为滨海地区盐敏感作物，基因型和环境互作对水稻耐盐性起着重要作用。Fu等[50]研究表明，外源cry1C*基因赋予水稻较强的繁殖能力，显著提高了盐碱地水稻产量，降低了虫害造成的产量损失。除以上生物改良措施外，生物肥料（微生物菌剂和生物有机肥料）是目前盐碱地改良中常用措施。通过在盐碱土上施用微生物肥料能高效促生、补肥和保肥，提高作物产量和质量，提高盐碱土壤系统的功能和可持续性。

3 滨海盐碱地改良研究展望

中国滨海盐碱地改良技术整体发展态势良好，各种改良措施都有其自身的优势，但也存在一些局限。尤其是随着农林资源开发的步伐加快、土地利用强度加大，滨海盐碱地次生盐渍化问题突出。这要求在盐碱地治理方面要不断深入研究，发展配套技术，适时对各种措施加以调整和完善。在全球变化和人类活动双重因素影响下，滨海盐碱土的改良治理是一项长期复杂的工作，应做好整体规划，从盐碱地生物物理过程、盐碱障碍消减和养分扩容增库理论与技术、新型材料研制与应用、土壤固碳与综合治理等方面入手，研究盐碱地综合管理与多维调控措施，防止土地盐碱化，促进盐碱农业高质量发展。

3.1 盐碱地生物物理过程

土壤生态系统的功能复杂性包括大量相互依赖的生物物理过程，形成了土壤有机化合物、气体、细菌和矿物胶体之间的动态梯度，决定了土壤有机-矿物复合物的结构和功能。滨海盐碱地土壤的特征是钠离子水平高，表现出土壤颗粒松散和团聚体结构性问题，并通过影响粘土的溶解、扩散、运输等土壤物理过程间接改变微生物的供应。因此，在土壤溶液渗透胁迫、特定离子效应、营养失衡的情况下，深入理解土壤生物和土壤物理过程的相互作用、及其对外部不同环境条件的响应，才有望建立基于盐碱农田生态系统动态变化的综合改良体系。因此，未来需要进一步研究不同改良措施与地下水-土壤-植物中盐离子迁移、转化以及季节性动态的内在关联，模拟水、热及多种溶质在饱和-非饱和区的迁移与转化过程，揭示盐离子稳态变化对盐胁迫下水化状态和养分有效性影响及盐碱地微生物功能变化机理，解析盐碱地生物-物理相互作用的反馈机制。

3.2 盐碱地障碍绿色消减理论与技术

研发与自然资源与区地环境相配套的环境友好型盐碱地改良治理理论与技术，对提升盐碱地生态系统稳定性、耕地生产力和资源利用效率具有重要意义。在全球灾害频繁、水资源匮乏和土壤健康恶化的大背景下，局地次生盐碱化加重、撂荒地增加、水资源制约愈加显著。因此，攻克盐碱地障碍消减的理论瓶颈和盐碱地生态改良治理技术，构建盐碱地长效性、可持续性发展模式，为发挥盐碱地水-土-生物资源高效利用提供技术支撑，具有现实性的价值意义。运用滴灌、微喷灌、劣质水等非常规水资源实现以控水减肥、绿色发展，重点突破高效“节水控盐”技术，实现咸水、微咸水等多种水源综合利用，是当下应对盐渍农田水肥低效和盐碱障碍等问题的主要措施。因此，从理论上揭示盐碱地演变过程、驱动机制、盐碱障碍高效生态消减原理，从技术上研发高效节水控盐综合管理技术、灌排生态工程等，可形成基于节水精量灌排、控盐水肥一体化的新型灌排方法。

3.3 盐碱地地力提升和养分扩容增库理论与技术

当前中国耕地资源匮乏、耕地质量不高、土地污染严重，在滨海地区更为突出。当前，地力因素成为制约盐碱地农业持续发展的重要障碍因子。一方面，地力因素影响土壤容纳和供应养分的能力；另一方面影响微生物活动和植物根区生长和分布，进而影响土壤—作物系统中的土壤养分和水分的高效循环利用。因此，加速盐碱地脱盐、增肥，对盐碱地养分进行增效调控越来越受到重视。当前迫切需要针对如何提升盐碱地地力和增加养分库容以提高盐碱地土壤养分利用率的问题，建立盐碱地地力提升与养分有效性之间的定量关系，打破障碍因素对耕层蓄纳供应“水—肥—气”能力的壁垒，构建海岸带不同盐碱区域减肥增效的综合管理模式，发展和完善盐碱化障碍耕地肥沃耕层长效培肥的“有机质—养分库—生物功能”协同驱动增效机制与调控理论，阐明盐碱化障碍等关键因子调控土壤养分释放和植物养分利用效率的机理，以期为滨海盐碱地地力提升、养分高效利用和农业面源污染控制提供理论与技术支持。

3.4 改良新材料的研制与应用

环境材料作为一种新型、高效、经济的土壤改良措施，在一定程度上改善土壤的理化性状，减缓土壤盐渍化、次生盐渍化发生的进程；同时，应用改良材料还可增加土壤养分的积累。目前，环境改良材料在盐碱地中的应用主要包括高分子聚合物保水剂和叶面抗蒸腾剂等在盐碱地抗旱节水中的应用，以及向土壤中加入纳米性吸附材料、生物炭基材料（如磁性生物炭、生物炭2D 膜、3D 水凝胶/气凝胶）等重金属固化剂或钝化剂在土壤重金属污染治理中的应用。国内外盐碱地改良材料种类繁多，盐碱地改良材料的性质、组成、作用机理及其施用效果差异较大。因此，基于基础材料的本地化，如滨海地区较为丰富的工业废弃物资料，研发多功能性、环境协调性、舒适性的环境改良材料成为近年滨海盐碱地改良的主要方向。首先，通过物理、化学以及生物技术研发原料丰富型、节约高效型的新型环境材料；其次，加强改良材料在盐碱地的应用基础研究及效果评价，特别是防止改良材料应用后土壤二次污染问题；最后，加强改良材料应用技术与生物技术和农业工程技术的结合。

3.5 盐碱地土壤有机碳固存

促进表土大团聚体结构的形成是滨海盐碱地改良的重点之一。土壤有机碳被普遍认为是促进土壤团聚体形成和稳定性的重要“粘合剂”。研究表明，提高土壤有机碳的“结合”作用，在一定程度上可“抵消”交换性Na+的“分散”效应，促进盐碱地土壤团聚体的形成和稳定。然而，土壤盐碱化会降低土壤净初级生产力和碳输入以及地上部碳储量。目前对不同盐碱化程度土壤碳固存的研究较少。通过提高土壤有机碳固存进而实现盐碱地土壤结构的改善是亟待解决的问题。因此，为改善盐碱地土壤结构，促进盐碱农业持续高效发展，需从滨海盐碱地农田生态系统固碳过程多维调控及不同有机物料对盐碱地土壤碳库形成的影响机制出发，增加盐碱地土壤有机碳库容并揭示其动态变化过程和影响因素，评价有机碳驱动下土壤结构与盐碱地土壤地力提升的耦合关系，分析不同盐碱胁迫下土壤有机碳矿化过程及其动态，为盐碱化土壤碳固持与土壤结构稳定性的互馈过程提供理论基础和技术支撑。

3.6 生态导向型综合治理与修复

从已有研究看，中国盐碱地呈现出土地盐碱化与灌溉长期并存、局部盐碱化减缓和次生盐碱化反复与加剧并存的现状。研发与滨海地区自然资源与社会经济条件相配套、环境友好型的生态导向型综合治理理论与技术，以提升滨海盐碱地土地生产力和资源利用效率具有重要战略与现实意义。目前，基于水热盐运移规律的水利工程措施成为滨海盐碱地改良的核心（图2），包括以盐碱地高效节水控盐、灌排生态工程等生态治理与修复关键技术为基础，通过地面覆盖、土壤剖面隔层创建等农艺方式调控水盐运动，通过研究耐盐植物品种筛选和抗盐种植修复技术、有益微生物筛选及扩繁技术等；同时研发土壤盐基离子敏感高分子材料与石膏耦合的高分子吸附型土壤调理剂、生物质炭基盐碱地调理剂，形成基于高效节水精量灌溉为主的耐盐筛选及适盐种植、节本高效型复合改良剂的盐碱地工程-生态综合治理模式。如此，可实现从单纯的土壤理化性质的改变到脱盐、培肥相结合，形成水利工程排盐、物理化学调理改土、生物生态修复的滨海盐碱地综合改良利用体系，构建良好的水盐协同生态环境。

图2 滨海盐碱地复合改良调控示意图（“＋”代表2种措施的结合）

4 结论和建议

基于中国人口众多，资源匮乏的基本国情，未来粮食安全与生态环境安全仍然十分严峻。滨海盐碱地作为后备耕地资源，对其合理开发利用对沿海地区生态环境建设、可持续的农业集约化发展具有重要意义。本研究综合国内外关于滨海盐碱地改良技术进展，阐述了物理改良、水利改良、化学改良、生物改良等措施对滨海盐碱地的改良都有良好的效果，但也存在一定的弊端。进入21世纪，受气候变化和人类活动双重因素影响，土壤盐渍化已成为全球性的生态问题，滨盐碱地的开发利用也面临更大挑战。滨海盐碱地改良是一项复杂的系统工程，未来滨海盐碱地改良过程中应加强多学科交叉融合研究，基于土壤盐渍化生物物理过程，结合已有的改良技术，攻克盐碱地障碍消减的理论瓶颈，构建和完善生物修复、节灌控盐、调理改土等生态导向型综合改良体系；重点关注以生物介导为主体等新技术的应用与研发，为规模化盐碱农业高质量发展和滨海盐碱地持续利用提供技术支撑和储备，达到“藏粮于地、藏粮于技”的目的。