土壤盐碱化现象解析：成因、分布、量测、影响与防治策略

【土壤盐碱化】是什么：定义与特征

土壤盐碱化是一种重要的土壤退化现象，其核心是土壤中积累了过量的可溶性盐类（盐化）和/或交换性钠离子（碱化）。
虽然经常并称，但“盐化”和“碱化”（更准确地说，是钠化或碱性土）是有区别的：

• 土壤盐化 (Salinization)：指土壤水溶液中可溶性盐类含量过高。这些盐类主要包括氯化物、硫酸盐、碳酸盐和碳酸氢盐，它们的阳离子主要是钠离子(Na+)、钙离子(Ca2+)、镁离子(Mg2+)和钾离子(K+)。高浓度的盐分会显著影响植物生长。
• 土壤碱化/钠化 (Alkalinization/Sodication)：特指土壤粘粒表面吸附了过多的交换性钠离子，通常伴随土壤pH值升高（pH > 8.5）。过多的钠离子会破坏土壤结构，使其变得紧实、透水透气性差。

盐碱化土壤通常具有以下可见特征：

• 地表可能出现白色盐霜或盐壳。
• 植物生长不良，矮小、叶片发黄或边缘干枯，甚至大片植被死亡。
• 地表结皮硬化，或土壤团聚体散开，易板结。
• 在干旱条件下，地表可能出现裂缝。

从化学和物理角度看，盐碱化土壤的关键指标是：

• 电导率 (EC)：衡量土壤溶液中总可溶性盐的含量。EC值越高，盐分越高。
• 交换性钠离子百分比 (ESP) 或钠吸附比 (SAR)：衡量土壤中交换性钠离子相对于其他阳离子的比例。ESP或SAR值越高，钠化程度越高。
• pH值：衡量土壤酸碱度。盐化土的pH可能接近中性到微碱性，而钠化（碱化）土的pH通常大于8.5，甚至高达10以上。

根据EC、ESP和pH的组合，盐碱土可以细分为：

• 盐土 (Saline soil)：EC高，ESP低（通常小于15），pH小于8.5。
• 碱土 (Sodic/Alkali soil)：ESP高（通常大于15），pH高（大于8.5），EC可高可低。
• 盐碱土 (Saline-sodic soil)：EC高，ESP高（通常大于15），pH可变（通常小于8.5，但在淋洗掉部分盐分后可能升高）。

【土壤盐碱化】为什么会发生：主要成因

土壤盐碱化的发生是自然因素和人为活动共同作用的结果。核心原因是盐分的输入大于输出，导致盐分在土壤剖面中积累。

自然成因：

• 干旱/半干旱气候：这些地区年降水量少，蒸发量大。地表水和地下水向上蒸发时，溶解在水中的盐分被带到土壤表层或根系分布层，水分蒸发后，盐分就留在土壤中累积。这是盐碱化最普遍的自然背景。
• 地下水水位高且矿化度高：如果地下水位接近地表（通常在2-3米以内），含有高浓度盐分的地下水会通过毛细作用上升到土壤表层，随着水分蒸发而富集盐分。
• 母质或成土母岩含盐高：土壤是由母岩风化形成的。如果母岩本身含有较多可溶性盐类，形成的土壤自然容易盐化。
• 地形地貌：低洼地或内陆盆地缺乏排水出口，径流带来的盐分容易在此汇集并沉积。
• 靠近海岸：沿海地区的土壤容易受到海水侵入或海风携带盐雾的影响，导致盐分积累。

人为成因：

• 不合理的灌溉：
  • 使用矿化度高（含盐量高）的灌溉水，但缺乏足够的淋洗（用足够的水将盐分冲到根系层以下）和排水措施。
  • 漫灌或大水漫灌：这种方法效率低，大量水分蒸发会带盐上升。
  • 灌溉强度过大或过小：过小不足以淋洗盐分，过大可能抬高地下水位。
• 排水系统不完善或堵塞：没有良好的地下排水系统，灌溉水或降水无法有效排出，导致地下水位升高，引发次生盐碱化。
• 不合理的土地利用：
  • 过度开垦、破坏天然植被（如草原、森林），导致地下水位上升，改变水盐运动规律。
  • 在盐碱易发区种植需水量大但不耐盐的作物，需要大量灌溉，加剧盐分积累。
• 化肥使用不当：某些化肥（如氯化钾）会引入盐分。长期大量使用可能加剧盐分积累，尽管这不是主要原因。
• 工业废水排放：未经处理或处理不当的工业废水可能含有高浓度盐分，排入农田或水源会污染土壤和灌溉水。

核心机制总结：土壤盐碱化是“水”作为载体，将“盐”从低处（地下水、母质、灌溉水）带到高处（土壤表层或根系层），然后“水”离开（蒸发、蒸腾），“盐”留下的过程。当盐分的输入持续大于通过淋洗和排水排出的盐分时，盐分就会积累。

【土壤盐碱化】在哪里普遍发生：全球分布

土壤盐碱化问题并非局限于某个特定区域，而是广泛分布于全球的干旱、半干旱地区以及一些灌溉农区和沿海低地。

主要分布区域：

• 亚洲：
  • 中亚的图兰低地（咸海周边、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦等国）是全球最严重的盐碱化区域之一，与大范围的干旱气候和大规模灌溉有关。
  • 中国：西北干旱区（新疆、甘肃、内蒙古西部）、华北平原的黄河故道及沿海地区、东北平原西部等地是主要的盐碱土分布区。
  • 南亚：印度（尤其是西北部和恒河流域部分地区）、巴基斯坦等。
  • 中东：伊拉克、伊朗、叙利亚等地的干旱灌溉区。
• 非洲：
  • 北非的尼罗河三角洲（灌溉农业区）。
  • 东北部（如苏丹部分地区）。
  • 非洲之角以及南部非洲的一些干旱区域。
• 北美洲：
  • 美国西部（加利福尼亚、亚利桑那、科罗拉多河流域等）的干旱灌溉区。
  • 加拿大西部的一些干旱草原区。
• 南美洲：
  • 阿根廷、智利、秘鲁等国的干旱地区或灌溉绿洲。
• 澳大利亚：
  • 澳大利亚约有四分之一的土地受自然或人为盐碱化影响，尤其是在穆雷-达令盆地等地区，大面积的土地清理导致地下水位上升，引发次生盐碱化。
• 欧洲：
  • 西班牙、意大利、希腊等南欧国家的一些干旱灌溉区。
  • 东欧部分地区（如匈牙利、罗马尼亚的潘诺尼亚盆地）。

总的来说，凡是蒸发量大于降水量，同时存在水源（地表水或地下水）和盐分来源的地区，如果缺乏有效的排水，就容易发生盐碱化。人为的灌溉活动在很多自然条件下并不严重的地区诱发了广泛的次生盐碱化。

【土壤盐碱化】如何量测与全球程度：多少土地受影响

量测土壤盐碱化程度是进行评估、监测和治理的基础。主要方法包括：

量测方法：

• 电导率 (EC) 测定：
  • 最常用的方法，快速简便。通常测定土壤饱和浸提液的EC值（ECe）。
  • 单位常用dS/m (deciSiemens per meter) 或 mS/cm (milliSiemens per centimeter)。
  • 阈值判断（根据美国农业部）：
    • ECe < 4 dS/m：非盐化土壤
    • ECe 4-8 dS/m：轻度盐化
    • ECe 8-16 dS/m：中度盐化
    • ECe > 16 dS/m：重度盐化
  • 也可通过便携式EC计直接测量土壤溶液或土壤浆体的EC值（需要校正）。
• 钠吸附比 (SAR) 测定：
  • 衡量土壤钠化程度的关键指标。计算公式：SAR = [Na+] / √(([Ca2+] + [Mg2+])/2)，其中离子浓度单位为mmolc/L。
  • 通常在土壤饱和浸提液中测定Na+、Ca2+、Mg2+的浓度后计算得出。
  • 阈值判断：SAR > 13 通常被认为是钠化（碱化）土壤。
• 交换性钠离子百分比 (ESP) 测定：
  • 衡量土壤胶体表面吸附的交换性钠离子占总交换性阳离子容量(CEC)的比例。ESP = (交换性Na+ / CEC) * 100%。
  • 通常通过化学分析测定。
  • 阈值判断：ESP > 15 通常被认为是钠化（碱化）土壤。SAR和ESP高度相关，通常使用SAR更方便。
• pH值测定：
  • 测量土壤悬液的酸碱度。
  • 钠化（碱化）土壤的pH通常大于8.5。
• 离子浓度测定：直接测定土壤溶液中主要的离子（Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-, HCO3-, CO32-等）浓度。
• 遥感技术：利用卫星或航空影像，通过监测地表植被覆盖、地表反光率、盐壳分布等信息，结合地面采样数据，可以大面积、快速地评估和监测盐碱化程度。

全球受影响程度：

土壤盐碱化是一个全球性的土地退化问题，影响范围巨大。

• 根据联合国粮农组织（FAO）和联合国教科文组织（UNESCO）的数据，全球受盐碱化影响的土地面积估计超过10亿公顷。
• 在灌溉农田中，约有20-50%的土地受到盐碱化的影响，并且这个比例还在不断增加。灌溉农田的盐碱化被称为“次生盐碱化”，是当前农业生产面临的严峻挑战。
• 全球每年因盐碱化导致的粮食减产损失巨大，严重威胁到受影响地区的粮食安全和农民生计。

这个“多少”不仅是面积上的数字，更是对农业生产力、生态环境和区域可持续发展产生的巨大负面影响。

【土壤盐碱化】有哪些影响：对植物、土壤和环境

土壤盐碱化对生态系统，特别是对农业生产，带来多方面的严重负面影响。

对植物的影响：

• 渗透胁迫 (Osmotic Stress)：土壤溶液中的高盐浓度降低了水的势能，导致植物根系难以从土壤中吸收水分，即使土壤看起来是湿润的，植物也可能表现出缺水症状（生理性干旱），影响正常生长和代谢。
• 离子毒害 (Ion Toxicity)：某些特定的离子，尤其是钠离子(Na+)和氯离子(Cl-)，当在植物体内积累到一定浓度时，会对植物细胞产生直接毒害作用，影响酶活性、膜结构等，导致叶片边缘烧焦、干枯，甚至整株死亡。硼等微量元素在盐碱条件下也可能积累到毒害水平。
• 养分失衡 (Nutrient Imbalances)：高浓度的盐离子会影响植物对必需营养元素的吸收、运输和利用。例如，过多的钠离子会抑制钾离子(K+)和钙离子(Ca2+)的吸收；高浓度的氯离子可能影响硝酸盐(NO3-)的吸收。这会导致植物出现营养缺乏症状。
• 降低种子萌发率和幼苗存活率：高盐环境抑制种子吸水膨胀，干扰酶的活性，严重降低种子的萌发率。即使萌发，幼苗对盐分更为敏感，存活率低。
• 生长受阻：盐胁迫下，植物的根系和地上部分生长都会受到抑制，生物量降低，最终导致产量大幅下降甚至颗粒无收。

对土壤物理和化学性质的影响：

• 土壤结构破坏：过多的交换性钠离子会导致土壤粘粒分散（解聚），破坏土壤团聚体。这使得土壤变得紧实、板结。
• 透水透气性差：土壤结构破坏和孔隙减少，导致水分难以渗透，排水不畅，容易积水；同时，土壤通气不良，影响根系呼吸和微生物活动。
• 易形成地表结皮：钠化土壤表面容易形成一层坚硬的结皮，阻碍幼苗出土，加剧径流和侵蚀。
• 水分有效性降低：尽管土壤可能有一定的含水量，但高盐分降低了水分势能，使得植物实际可利用的水分减少。

• 土壤微生物活动改变：高盐环境对土壤微生物群落的组成和活性产生负面影响，影响土壤有机质分解和养分转化过程。
• 养分有效性降低：高pH环境（碱化土）可能导致某些养分（如磷、铁、锌、锰）的有效性降低，即使土壤中总含量不低，植物也难以吸收利用。

对环境和生态系统的影响：

• 土地退化：盐碱化是严重的土地退化形式，导致耕地丧失生产能力，甚至弃耕。
• 水资源影响：不合理的灌溉方式耗费大量水资源，同时盐碱化使地表径流和地下水盐分升高，影响水质。
• 生物多样性减少：只有少数耐盐植物能在盐碱地上生存，导致植被类型单一，生态系统生物多样性下降。
• 风蚀和水蚀加剧：缺乏植被覆盖、土壤结构差的盐碱地更容易遭受风蚀和水蚀。
• 社会经济影响：影响农业产量，导致农民收入下降，可能引发贫困、人口迁移等社会问题。

【土壤盐碱化】怎么办：预防与修复策略

应对土壤盐碱化是一个复杂且长期的过程，需要采取综合性的预防和修复措施。策略的选择取决于盐碱化的类型、程度、自然条件以及经济技术可行性。

预防措施：

预防是最好的策略，尤其是在尚未发生或轻度盐碱化的区域。

• 合理灌溉：
  • 使用低矿化度水：优先使用含盐量低的河水、雨水或淡化水进行灌溉。
  • 改进灌溉技术：推广节水灌溉技术，如滴灌、喷灌。这些方法能提高水分利用效率，减少无效蒸发，避免大水漫灌抬高地下水位。
  • 进行充分的淋洗灌溉：在适当时候（如作物播种前或休眠期）用足量的淡水进行灌溉，将根系层的盐分向下冲洗到根系范围之外。淋洗量取决于土壤质地、盐分含量和灌溉水质。
• 完善排水系统：
  • 建设和维护农田排水沟渠：确保灌溉水和降水能够及时排出，防止地表积水。
  • 安装地下排水管网：在地下水位高的区域，通过安装盲沟或瓦管等地下排水设施，降低地下水位，并将淋洗下来的盐水排出农田。这是控制次生盐碱化最有效的工程措施之一。
• 监测地下水位和水质：定期监测地下水埋深和矿化度，及时采取措施控制地下水位，避免其上升到临界深度。
• 选择耐盐（碱）作物：在盐碱易发区或轻度盐碱地上，优先种植对盐分有较高忍耐能力的作物，如甜菜、大麦、高粱、棉花、向日葵、某些牧草等。
• 覆盖地表：利用秸秆、地膜等覆盖土壤表面，减少水分蒸发，从而降低盐分随水上升积累。
• 改良耕作措施：如深松、秸秆还田等，改善土壤结构，增加渗透性。

修复（治理）措施：

对于已经发生盐碱化的土壤，需要采取措施将盐分移除或转化为无害形式。

• 水利改良（洗盐与排水）：
  • 洗盐 (Leaching)：这是最根本的化学改良措施。通过大量低盐分的淡水灌溉，将土壤中的可溶性盐类溶解并冲到根系层以下，并通过排水系统排出。洗盐效果取决于水质、水量、洗盐方法（如间歇洗盐、连续洗盐）以及土壤的透水性。
  • 排水 (Drainage)：洗盐必须与排水系统结合才能有效。没有良好的排水，淋洗下来的盐分会滞留在土壤剖面中，甚至抬高地下水位，适得其反。工程排水（如地下暗管排水）是重度盐碱化治理不可或缺的手段。
• 化学改良（针对钠化/碱化土）：
  • 施用石膏 (Gypsum, CaSO4·2H2O)：石膏是最常用的化学改良剂，特别适用于钠化（ESP或SAR高）土壤。石膏中的钙离子(Ca2+)可以替换土壤胶体上吸附的钠离子(Na+)，被替换下来的Na+形成可溶性盐（如Na2SO4），易于通过淋洗排出。施用量取决于土壤的钠化程度。
  • 施用其他钙源物质：如氯化钙(CaCl2)、钙肥等，其原理类似石膏，提供可交换的钙离子。
  • 施用酸性物质（针对高pH碱土）：如硫磺、硫酸亚铁、硫酸铝等。这些物质在土壤中氧化或水解产生酸，降低土壤pH，同时产生的阳离子（Fe2+, Al3+）也能部分替换Na+。但这些方法成本较高，且需注意用量。
• 农业改良（农艺措施）：
  • 深翻或犁耕：将表层盐分翻入下层，或将下层好的土壤翻到上层。但效果有限，且可能扰动盐层。
  • 施用有机肥和绿肥：增加土壤有机质含量，改善土壤结构（增加团聚体稳定性，提高透水性），增加土壤缓冲能力，促进有益微生物活动，有助于减轻盐害和提高作物耐盐性。
  • 种植耐盐（碱）植物或先锋植物：在重度盐碱地上，可以先种植如盐地碱蓬、碱茅、苜蓿等高度耐盐植物，这些植物能改良土壤或作为生物措施的一部分。
  • 合理的轮作和间作：与耐盐作物和非耐盐作物轮作，或将耐盐作物作为屏障保护不耐盐作物。
• 生物改良（植物修复）：
  • 植物吸盐 (Phytoextraction)：种植能吸收并积累盐分（尤其是钠离子）的植物（如盐生植物），然后收割并移走这些植物，将盐分带出土壤。
  • 植物耐盐 (Phytostabilization)：种植耐盐植物来覆盖地表，减少蒸发，降低地表盐分积累，同时改善土壤结构。

治理土壤盐碱化是一个系统工程，往往需要水利、化学、农艺、生物等多种措施的组合应用，并根据当地的具体条件制定长期规划和管理方案。持续的监测和评估也至关重要，以确保治理措施的有效性。