土壤盐渍化

字数:3565

土壤盐渍化是指盐在土壤中的累积，它长久以来就是（且将继续成为）维持世界农业产量的主要挑战之一。在自然和人工生态系统中，盐渍化制约了植物和动物群落的数量，并且决定着水在地上、地下及空中的循环与分配方式。

土壤盐渍化是自然和人为引起的溶解盐在土壤中积累的过程。盐主要通过溶于地下水或灌溉水、从空气中沉积及矿石的风化进入土壤系统。当水通过蒸发和蒸腾（植物对水的吸收）离开土壤，盐分浓度会进一步升高。渗水弱的黏土比渗水强的沙土更易盐渍化。土壤中的盐含量倾向于随地表水或地下水的上涨而增加，也就是从高地到洼地或低地依次升高。这样，盐渍化就影响了生物圈中生物与非生物经化学元素与化合物进行的众多重大的生物地球化学循环。

土壤中的盐主要是氯盐和硫酸盐，它们一般由钠、钙、镁和钾来平衡。盐分高的土壤称为“盐土”（saline），那些盐分中以钠为主要元素的土壤称为“碱土”（sodic or natric soil）。钠盐因其物理、化学和生物特性而尤为有害。过量的钠危及众多植物，尤其是在钙含量低的情况下，会引起pH值飙升（9以上），并加重诸如磷、铜、铁、硼、钾和锌等营养元素的匮乏，从而危害植物。

钠含量高会损害土壤的物理和化学特性，造成土壤和有机物分散成单个颗粒而不是保持絮凝状（即黏土和土壤有机质的多重颗粒结成块或团）。富含钠的土壤是分散的，几乎完全阻碍了水的进入，因为分散的颗粒阻塞了土壤气孔。钠造成的分散也减少了土壤中的气体流动。富含钠的土壤容易受涝并限制了根与微生物等的有氧活动。只有适应良好的耐盐植物和微生物，才能在盐渍化土壤中生长。

在根系区中，植物对盐的耐受力千差万别。容易积累或耐受盐分的植物称为“盐土植物”，包括在沙漠、海岸线和盐沼中土生土长的耐盐杂草、牧草和灌木等物种。多数粮食作物（包括众多豆科植物、玉米、水稻、燕麦和小麦）都不是盐土植物，它们对盐高度敏感。耐受或受益于盐土特性的作物包括甜菜、海枣、菠菜、霍霍巴树和大麦。

盐渍土的地理分布

盐渍化主要出现在干旱、半干旱和半湿润地区。盐渍土在湿润地区并非普遍问题，因为降水足以溶解并滤去土壤中多余的盐分，使其进入地下水并最终到达海洋。有些盐渍土出现在湿润地区的沿海一带，那是海水淹没土壤所致。

全世界富含盐分土壤的广泛存在，说明了土壤盐渍化的重要性。（见表9）在全世界15亿公顷的现有耕地中，盐土或碱土占了1/4到1/3，这一数据显示了盐渍化对世界粮食生产的影响。盐分对灌溉田地最为有害。在灌溉田地中有大面积盐土和碱土的，包括澳大利亚、印度、巴基斯坦、俄罗斯、中国、美国、中东和欧洲。在一些国家，超过50%的灌溉田地受到盐的严重影响。在未来几十年，粮食生产若要成功增加一到两倍，盐渍化将是主要障碍。

盐土和碱土的开垦

盐渍化是一个潜在问题，早期的土壤症状常被忽略。要长期控制盐渍化并维持以灌溉为基础的农业，需要以流域为尺度对当地农田的水和盐量进行土壤分析和认真检测。这样的监控是修复活动的技术基础。

表9 盐土和碱土在五大洲的分布

资料来源：Naidu, R., Sumner, M. E. ＆ Rengasamy, P. (1995). Australian sodic soils. East Melbourne,Australia: CSIRO。

判断土壤盐分问题，需要将土壤样本冲水，检测水的导电性。冲水土壤的导电性与溶解盐的浓度直接相关。很多生长中的植物，其导电性会因盐分而降低，这已被充分证明过。钠的问题也可以通过土壤中钠对钙的比例来判断。

用优质的水来过滤（稀释），有可能解决土壤盐分问题，但开垦碱土无法一蹴而就。钠含量高往往会分散土壤黏粒并极大减低水在土壤中的流速。要让钠的过滤起作用，需要降低土壤中钠对钙的比例。钙，特别是以石膏形式存在的钙，往往会团结或絮凝黏土，让钠溶解并从根系区的土壤中滤去。不过，开垦碱土可能需要大量石膏，有时是每公顷几千公斤。石膏添加剂的代价可能很高，尤其是唯一的灌溉水源拥有较高含量的钠和盐的话。

开垦盐渍土，需要一系列恰当的治理措施。在很多情况下，冲刷出的水太咸而无法直接回收利用。而且在现代农业体系中，农田排水也含有如化肥营养物、泥沙和农药等其他成分，这都可能影响到治理。尽管如此，灌溉用水常被简单地排到江河之中，这一行为会使当地的供水盐化并受到污染。接收农田排水的河流将不断变咸，而下游河段可能将不再适合为人、畜或作物供水。这对地下蓄水层与河口的危害是直接的，并有潜在的严重影响。现今农学（农业中研究农田作物产量和土壤管理的一个分支）的首要任务是提高灌溉土地中水和盐的“收支”效率。

盐渍化的历史

盐渍化影响了最早的伟大农业社会，如苏美尔和阿卡德文化，因为它们是在底格里斯河与幼发拉底河的冲积土上发展起来的。该地位于两河的下游，最初是外围农业区，种植着需要灌溉的粮食作物、草料作物和椰枣。复杂的水道系统便利了运输和灌溉，城市纷纷崛起，文明走向兴盛。天长日久，灌溉地区向两河的上游转移，这一典型变化通常被解释成盐渍影响的下游农业的衰落。苏美尔文明的考古资料显示，数百年间，谷物生产从人们喜爱却对盐分敏感的小麦变成了耐盐的大麦。

科罗拉多牧场的盐碱地。土壤中的盐在地面和栅栏桩基堆积。美国自然资源保护局（NRCS）。

古埃及的盐渍化历史，与美索不达米亚截然不同。就每年的盐分收支和洪水期来说，埃及尼罗河沿岸坡地比底格里斯河与幼发拉底河坡地更利于长期管理。除了三角洲之外，尼罗河两岸的冲积土相对狭窄且排水性好。在很多河段，河道两岸往往都被雕琢成深沟大壑，河水的涨落亦极大影响坡地地下水的波动。人们普遍认为，尼罗河的农业条件近乎完美：水质优良、洪水期可预知、土壤肥沃——富含营养和有机物，诸般要素相得益彰且独一无二。在尼罗河流域，盐渍化没有发展成严重问题，以灌溉为基础的种植模式延续了约5000年之久。

盐渍化亦威胁到历史上的其他农业文明。在这些文明中，最大的一个文明产生于亚洲的印度河流域，大致与古代苏美尔同期。印度河灌溉体系的面积，明显超出古埃及和苏美尔。关于印度文明的记载存世不多，尽管几处遗址挖掘透露了它们的部分故事（如哈拉帕）。虽然考古学家声称是大洪水、地震和土壤毁掉了这些古代文明，但盐渍化大概也是一大问题。在20世纪，盐渍化严重威胁了印度河流域近1500万公顷的灌溉农田。

澳大利亚墨累——达令河广大流域的盐渍化历史模式也发人深省，它的历史土地利用对当下土壤及农业生态系统的影响被充分记录了下来。尽管该流域面积只占澳大利亚总面积的15%，但它在全国农业产量中的贡献比却远大于此，而这种贡献多赖灌溉之助。19世纪中叶的欧洲殖民正式开始后，根系发达的桉树林被砍伐并变成了根系较短的一年生谷物系统，这种生态系统的变迁减少了植物的蒸腾（植物对水的利用），让每年的降水更多地渗入土壤并抬高了当地地下水的水位。因为地下水含盐，大量溶解盐流动上升到土壤和根部区域。蒸散（由蒸发和植物蒸腾造成的土壤水分散失）让盐分浓缩，据估计，在约50万公顷的墨累——达令河流域，地表之下2米就有含盐地下水。澳大利亚人称这种情况为“次生盐渍化”（即人为所致的盐渍化），而自然盐渍化一词专用来指天然出现的盐土，后者出现于该大陆干旱地区的盐湖或河口湾附近。

未来盐渍化

今天的灌溉土地总计约3亿公顷，而耕地总面积才15亿公顷。现在粮食总产量中约有35%来自灌溉系统，这一比例预计还会增加。从20世纪60年代到20世纪90年代末，灌溉土地以每年3%左右的速度在增加。有5个国家的灌溉面积占世界的三分之二：中国、印度、巴基斯坦、俄国和美国。其他依赖灌溉系统的国家包括埃及、印尼、伊拉克、约旦和以色列。这些事实表明，在未来，对灌溉中水和盐的管理将越来越重要，因为全球农业生产是如此依赖灌溉。挑战在于，现在对灌溉系统的管理远未达到理想状态，确为未来的严重隐忧。下举几例，以说明这种挑战。

印度河两岸绵长的现代灌溉系统（大部分在巴基斯坦），滋养着当今世界的主要农业区之一。在这一流域中，冲积层与地下水的水槽低，这让喜马拉雅西麓的水汩汩流出。到20世纪90年代，该地有近1500万公顷的灌溉区，灌溉河道、农田水渠和田地沟渠估计超过150万平方千米。在这一庞大系统出现伊始，人们观察到很多田地的含盐地下水水位在根系区域，到20世纪60年代，一项大规模排灌工程启动，至20世纪90年代，整个系统的1/3受惠于此。如今，200万~500万公顷的灌溉田地受盐渍危害。让这一灌溉系统维持运行需要持续的惊人投入，尤其是印度河排灌渠的海拔梯度如此之低（有的梯度约为0.02%），这意味着必须将水输运到数百千米外的入海口。

在现代埃及，在灌溉农业生态系统中控制盐渍化，同样是一个严峻的问题。从古代到19世纪初，尼罗河流域总人口为数百万，多数靠以河流灌溉为基础的农业来维系。在历史上的多数时期，埃及能出口大量食物，这一情形已一去不返。现代埃及拥有约6000万居民，到2030年，其总人口预计将增长到9000万~1亿。在农产品进口增加的同时，埃及的国内粮食生产也在向灌溉土地大开狮口。建于20世纪60年代的阿斯旺大坝，管控住了尼罗河洪流，因此延长了灌溉期。但从另一方面来看，河水涨落被控制，季节性泛滥就不再经常冲刷土壤中的盐分。尤其是在大尼罗河三角洲的冲积土中，盐分越来越成为一个常见问题。未来要扩大灌溉农业，须集思广益，精心设计排灌过程以控制盐分。

未来的盐渍化问题几乎不会仅限于灌溉土地。在干旱和半干旱地区，降雨的自然循环也会导致盐土和碱土的扩展与缩减。乞力马扎罗山脚下的安博塞利国家公园的盐分生态系统，是一个著名而争议颇大的例子。从20世纪50年代起，公园多数植被明显从森林（合欢树）草原变成了耐盐草类与灌木占多数、树木稀疏的景观。对这一生态系统的变迁，长期以来有一种假说：整个20世纪60年代，该地降雨增加，含盐量高的地下水上升到合欢树占多数的草原的根系区域，导致树木大面积死亡。无论盐渍化能否解释安博塞利的变迁，安博塞利都是一个绝好的例子。它证明在未来几十年或几百年，气候变化可能影响广大地区的盐分平衡和盐渍化，进而影响自然生态系统的结构和功能。

小丹尼尔·D.里希特（Daniel D. Richter Jr.）

美国杜克大学

另见《水》《水资源管理》。