解除苏打盐渍土逆境胁迫的基本原理

一、置换交换性Na+

松嫩平原苏打盐渍土的ESP很高，由于富含大量的交换性Na+，土壤胶体处于高度分散状态，致使土壤物理性质严重恶化。植物的生长发育受到严重的物理性胁迫。因此，解除松嫩平原苏打盐渍土的逆境胁迫必须降低土壤的ESP。

在理论上，降低土壤ESP一般采用Ca2+置换土壤胶体上的Na+（Ilays，1997），即

Ca2+来源分为两类：外部Ca2+源和内部Ca2+源。外部Ca2+源是指从外部施人土壤的Ca2+源。常用的外部Ca2+源包括石膏、磷石膏、脱硫石膏等。内部Ca2+源是指土壤自身含有的非游离态Ca2+，主要是CaCO3，需要外施酸性物质使Ca2+由非游离态转化为游离态，即

常用的酸性物质包括：硫酸铝（明矾）、硫酸铁（黑矾）、糠醛渣等。

二、排出土壤盐分

松嫩平原苏打盐渍土的渗透势胁迫非常严重，是其阻碍作物生长的主要胁迫机制之一。解除土壤渗透势胁迫的根本途径是排出土壤盐分，使土壤溶液盐分浓度降低到作物正常生长可以忍受的程度。土壤排盐的方法包括垂直淋洗和水平冲洗两种。垂直淋洗将土壤盐分淋溶到底层土壤，水平冲洗通过地表水平排水的方式将土壤盐分排出土体。

土壤盐分垂直淋洗效果与其淋洗效率有关。土壤盐分的淋洗效率是指单位体积的应用水量可以淋洗排除的可溶性盐数量。土壤盐分淋洗效率与土壤盐分的初始含量与分布、溶质组成、土壤结构与质地、土壤的空间变异性、土壤含水量、淋洗方法以及管理水平等因素有关（李法虎，2006）。

在垂直淋洗条件下，盐分的淋洗效率可用下面的经验公式描述（石元春等，1986）：

式中EC i——土壤初始电导率（dS·m-1）；

　　EC f——土壤淋洗后的电导率（dS·m-1）；

　　D w——淋洗水量（mm）；

　　D s——被淋洗的土壤深度（mm）；

　　α、β——经验常数。

土壤水平冲洗排盐过程中应注意两个问题：冲洗排盐标准和冲洗定额（王遵亲等，1993）。冲洗排盐标准是指，经过冲洗后，土壤的盐度要降低到能够保证作物正常生长的程度。因此，土壤冲洗排盐标准包括两个指标：一是允许的土壤盐度，二是土层的厚度。允许的土壤盐度根据作物的耐盐阈值确定，不同作物的耐盐阈值可由Mass-Hoffman方程（Maas and Hoffman，1977）计算，即

式中Y r——相对产量；

　　b——斜率，即土壤电导率每增加一个单位作物产量降低的数量；

　　EC e——土壤饱和浸提液电导率（dS·m-1）；

　　EC t——作物开始减产时的临界电导率（dS·m-1）。

同一作物，不同生育期耐盐能力存在差异，一般作物苗期的耐盐能力最弱，故以苗期作物的耐盐度作为土壤盐度允许指标。土层厚度依作物根系活动层而定，一般采用30 cm。

冲洗定额是指，为使土壤达到冲洗排盐标准，单位面积上所需的冲洗灌溉水量（王遵亲等，1993）。冲洗定额可由公式计算，也可以由田间试验确定。计算冲洗定额的公式很多，我国常用的公式是（王遵亲等，1993）：

式中M——冲洗定额（m3·ha-1）；

　　m 1——冲洗时土层灌至田间持水量所需水量（m 3·ha-1）；

　　m2——冲洗期间排出土层盐分所需水量（m3·ha-1）；

　　E——冲洗期间蒸发水量（m3·ha-1）；

　　P——冲洗期间可利用降雨量（m3·ha-1）。

　　E、P可由当地气候资料估算。m1按下式计算：

式中D——计划冲洗的土层厚度（m）；

　　ρ——计划冲洗的土层的土壤容重（t·m-3）；

　　w1——计划冲洗的土层田间持水量（%）；

　　w2——冲洗前土层田间含水量（%）。

　　m2按下式计算：

式中S1——冲洗前土层含盐量（%）；

　　S2——冲洗后土层含盐量（%）；

　　K——排盐系数（%），即单位体积水量从土壤带走的盐分总量。

冲洗排盐系数K值与诸多因素有关，主要包括土壤含盐量、土壤盐分种类、土壤质地、冲洗技术等。因此，采用公式估算的冲洗定额误差较大，实际生产中的冲洗定额最好通过田间冲洗试验确定。

三、降低土壤pH

松嫩平原苏打盐渍土的pH过高，大多情况下都超过9.0，对作物的生长发育产生了不利影响。因此在改良苏打盐渍土的过程中必须降低土壤pH。

导致苏打盐渍土pH过高的根本原因包括以下2个方面：

（1）土壤溶液中的HCO3-和CO3

2-水解产生OH-；

（2）土壤胶体上的Na+水解产生OH-。

因此，降低土壤pH的基本原理也包括以下2个方面：

（1）要用Ca2+替换交换性Na+；

（2）将置换下来的Na+与HCO3-、CO3

2-一起排出土体。

四、改善土壤物理性质

解除苏打盐渍土的物理性逆境胁迫必须改善土壤物理性质。改善土壤物理性质应包含以下内容：

（1）降低土壤容重，提高土壤总孔隙度，改善土壤孔隙分布状况；

（2）增加水稳性大团聚体数量；

（3）改善土壤水力学性质，提高土壤人渗速率和饱和导水率。

改善土壤物理性质可以产生以下效果：

（1）大孔隙的形成能够提高土壤水势，降低土壤水吸力，从而减轻或解除基质势胁迫，提高土壤水分有效性（秦耀东.2003；邵明安等，2006）；

（2）土壤水分有效性提高能够促进植物对营养元素的吸收，提高土壤养分有效性；

（3）增强土壤空气流动性，解除土壤中氧气缺乏现象；

（4）大孔隙数量增加，减轻或解除土壤对根系伸展的机械阻力；

（5）土壤通透性提高，促进土壤盐分淋洗。

五、防止土壤返盐

松嫩平原苏打盐渍土盐度的季节性变化规律是，夏季土壤盐度降低，秋季、冬季和春季土壤盐度增加。即夏季土壤发生脱盐过程，秋、冬、春三季土壤发生返盐过程。该区盐渍土的返盐过程与土壤的冻融过程密切相关，表层土壤冻结后的盐分含量与冻结前的盐分盐量相比显著提高（张殿发，王世杰，2000）。

松嫩平原盐渍土地区每年从10月底或者11月初开始冻结，直至翌年6月末或7月初才能化通。土壤在冻结过程中，表层土壤温度首先降低到0℃以下，形成冻土层。冻层土壤与非冻层土壤间存在一定的温度和湿度梯度差（郑冬梅等，2003），引发地下潜水和底层土壤水分借助毛细管作用向冻土层不断运移，致使盐分量随之上升，在冻层中累积（张殿发，王世杰，2000）。表5.1中的数据充分证实了上述说法。

表5.1　冻土中水分和盐分迁移增量（据徐学祖等，1995）

松嫩平原在4～6月份期间，由于气温和地温升高，冻土层开始自上而下融化，由于未融化层的存在，已经融化的水分无法向下排泄，致使冬季积累于冻层中的盐分滞留在表层土壤。同时，由于春季地表蒸发强烈，底层土壤盐分不断随毛管水向地表运移，最终导致地表强烈积盐（张殿发，王世杰，2000；宋长春，2003）。

总之，松嫩平原苏打盐渍土解除逆境胁迫后必须抑制土壤返盐，否则，土壤将再次发生盐渍化。如果这样，苏打盐渍土的改良利用将陷人改良、盐渍化、再改良、再盐渍化的恶性循环。

六、土壤熟化培肥

苏打盐渍土的肥力很差，尤其是磷、钙等营养元素含量很低，而且，在土壤排盐过程中，植物营养元素又处于流失状态。因此，在解除苏打盐渍土逆境胁迫的同时必须通过农业生物措施培肥土壤，补充和提高土壤有机质和植物营养元素，这样才能真正达到改良利用苏打盐渍土的目的（王遵亲等，1993）。

施用化学肥料可以在短时期内快速提高土壤速效养分含量，促进作物增产。但是，土壤肥力的实质是指土壤从营养条件和环境条件方面，供应和协调植物生长的能力（黄昌勇，2000）。土壤肥力是土壤物理、化学和生物学性质的综合反映。在这里，营养条件是指水分和养分，为作物必需的营养因素；环境条件是指温度和空气，虽然温度和空气不属于植物的营养因素，但对植物生长有直接或间接的影响，称之为环境因素；“协调”是指土壤中四大肥料因素，水、肥、气、热不是孤立的，而是相互联系和相互制约的。植物的正常生长发育，不仅要求水、肥、气、热四大肥力因素同时存在，而且要处于相互协调的状态（黄昌勇，2000）。

化学肥料只能为植物生长提供矿质养分，而无法有效改善土壤环境因素，因而无法解除土壤的物理性逆境胁迫。改善土壤环境因素必须向土壤中增施有机肥料，提高土壤有机质含量。只有这样，才能增加土壤水稳性大团聚体数量，提高大孔隙含量，改善土壤结构，最终解除物理性逆境胁迫。

有机肥料的改土培肥作用是众所周知的。苏打盐渍土施人有机肥料后不仅可以增加土壤有机质含量，改善土壤结构，减轻或解除土壤物理性逆境胁迫，还能减少地面蒸发，促进盐分淋洗，抑制盐分上升（王遵亲等，1993）。同时有机肥料还能促进土壤微生物的活动，通过微生物活动产生的各种有机酸，中和土壤碱性，增加土壤有效养分含量（王遵亲等，1993）。

总之，在松嫩平原苏打盐渍土改良利用过程中必须增施有机肥料，培肥土壤，这样才能真正解除苏打盐渍土的逆境胁迫，保证土壤肥力的可持续性。