CN102405707A

CN102405707A - 改良退化滨海盐碱湿地的方法

Info

Publication number: CN102405707A
Application number: CN2011102352251A
Authority: CN
Inventors: 于妍; 陆兆华; 边文; 杨妍; 刘静; 金位栋
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT; China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2031-08-17
Also published as: CN102405707B

Abstract

本发明提供了一种利用芦苇改良退化滨海盐碱湿地的方法。所述方法包括利用芦苇作为添加物施埋于土壤表面下的步骤。

Description

改良退化滨海盐碱湿地的方法

技术领域

本发明涉及一种改良盐碱地，特别是退化滨海盐碱湿地的方法。具体来说，本发明涉及利用芦苇来改良退化滨海盐碱湿地的方法。此外，本发明还涉及芦苇在制备用于改良退化滨海盐碱湿地的改良剂中的用途。

背景技术

土壤盐碱化和次生盐碱化问题在世界范围内广泛存在。据联合国教科文组织(UNESCO)和粮农组织(FAO)不完全统计，全世界盐碱地面积为9.54亿hm²，而且还在呈增长趋势。滨海地区盐碱湿地是其中一类重要的盐碱地。湿地是地球表层的一种水域和陆地之间过渡的地理综合体，它通常具有3个互相关联、互相制约的基本特征：有喜湿生物栖息活动；地表常年或季节积水；土层严重潜育化。滨海湿地则是指近海地区的湿地，包括浅海、河口、滩涂、盐沼、沙滩等。在我国，有着广阔的海岸带，海岸带周边有大量的盐碱地资源，它们主要分布在沿海各省市，例如环渤海滨海湿地(包括黄河三角洲滨海湿地)和江苏滨海湿地、钱塘江-杭州湾、晋江口-泉州湾、珠江口河口湾和北部湾。滨海湿地的生态系统具有不稳定性、敏感性强以及易于退化等特点；受海潮及海水型地下水的双重影响，滨海湿地土壤具有盐分重、养分含量低的特性。目前，包括我国在内的世界上的一些滨海湿地已呈明显退化和盐碱化趋势，退化后的湿地倾向具有半干旱和干旱地区的气候特征，蒸发量远大于降水量，而土壤盐碱化问题尤其严重，导致生态和作物生产受到严重影响。如何改良和治理这些退化的滨海盐碱湿地，是农业和生态研究所面临的重要课题。

对于盐碱土的修复，现有技术中使用的方法主要有物理性方法和化学性方法。物理性方法包括水利技术、深沟排碱、覆盖技术以及振动深松等。水利技术即以水压盐或排盐，此类方法在盐碱地改良中虽然起到一定的作用，但不能保持长久，而且在很多地区因淡水资源紧缺而难以推广。深沟排碱是以挖深沟淋盐为主，配以淡水压碱洗盐。挖排碱沟可以降低地下水位，减少土壤盐分含量，但排碱沟每年要清淤一次，否则排碱沟容易淤积堵塞，沉盐排碱效果降低，导致土壤的次生盐渍化。覆盖技术是指通过地膜覆盖及其他生物质材料覆盖来减少土壤水分蒸发而减缓或防止土壤盐分表聚。但是覆盖技术只是暂时把盐分控制在土壤深层，未能从根本上排除，从而存在返盐的潜在危险。振动深松通过切断土壤毛细管减少土壤盐分向表层迁移以及通过对疏松土壤淋洗作用而将盐分淋洗到根系层以下，而达到脱盐、洗盐的目的，另外其对土壤团粒结构还有重新组合作用，但是，振动深松的作用仍很有限，仅可作为辅助性措施使用。另外还有翻耕与灌溉与种植耐盐碱作物相结合、增施有机肥等措施，但这类方法投资很大，通常为每公顷2000-4000元人民币/年。化学性方法主要是添加化学改良剂，例如含钙物质(石膏、磷石膏等)和酸性物质(如黑矾，风化煤、糠醛渣等)以及保水剂。例如，中国专利200510064463.5公开了一种以沸石为主要原料经酸化充氧煅烧后制成的土壤改良剂，中国专利200810017565.5公开了一种以电厂脱硫石膏为主要原料的改良剂，等等，但这些发明无一例外都存在来源有限、成本较高等缺点；中国专利申请201010101683.1公开了一种吹填海泥的脱盐方法，但该法需要埋设暗管，导致成本较高而难以推广；中国专利申请201010138702.8公开了一种利用棉花秸秆改良滨海盐渍土的方法，但该方法存在工程量大、步骤过于繁琐的缺点。现有技术中还存在其它的一些改良滨海盐碱土的方法，特别是各种各样的盐碱土壤改良剂，但大多数改良剂单纯针对土壤，施用量大，因此即使利用工农业废弃物，单位面积成本也较高，并且往往存在有效期短且盐碱化常复发、不能综合改善土壤特性等缺点。

因此，现有技术中仍迫切需要提供一种有效的、成本较低易于推广的、具有综合效益的滨海退化盐碱湿地土壤改良方法。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的上述缺点中的至少一个或多个，本发明提供了一种改良滨海退化盐碱湿地土壤的方法。

滨海盐碱地常以高盐(高Na⁺浓度)为特征。退化的或正在退化中的滨海盐碱湿地则还兼具程度不同的湿地生态特征，例如有湿地动植物(如芦苇)栖息生存。本发明人基于对沿海湿地生态的研究，出乎意料地发现：利用芦苇作为改良剂来处理退化的或正在退化过程中的滨海盐碱湿地，可以取得良好的效果。

芦苇(phragmites australis)为禾本科芦苇属多年生草本植物，又称普通芦苇。芦苇能够适应不同的生态环境，具有喜湿润、耐水淹、耐干旱与耐盐碱等特性，在土壤和水的中性、微酸到碱性的各种pH生境中均能生长，为世界的广布种。芦苇用途广泛，可用作优良饲料，而且其成熟后纤维素含量高，还是优质的造纸原料。关于芦苇在污水处理方面应用的报道已有较多，关于芦苇在盐碱地恢复方面的应用，目前已有的报道都是利用芦苇作为盐碱地处理后植被恢复的先锋植物，但是还没有直接利用芦苇作为改盐碱地改良剂来处理退化滨海盐碱湿地的报道。

本发明人在研究中出乎意料地发现：可利用芦苇作为盐碱地改良剂来处理已退化的或处于退化中的滨海盐碱湿地。因此，在第一个方面，本发明涉及一种改良退化滨海盐碱湿地的方法，所述方法包括以下步骤：

将土壤翻耕10-30厘米的深度；

以芦苇作为添加物按照10～30g/kg土壤的比例施埋于土壤表面下8-15厘米深度处；以及

每隔一日向所述土壤浇水，浇灌至少15次。

在本发明的方法中，芦苇重量以芦苇植株的干重计。

在本发明方法的一个方面，所述芦苇可以是芦苇植株的不同部分，例如茎、叶、根、秸秆等，也可以是整个植株。在另一个方面，所述芦苇可以是新采集的芦苇，也可以是已干燥的芦苇。所述干燥可以通过晾干来实现。

在本发明方法的一个优选的方面，可将芦苇与适量待改良的土壤预先混合，然后再将所述预混有芦苇的土壤施埋与待改良土壤表面以下。在进一步优选的实施方案中，芦苇与所述用于预混合的土壤的重量比为约1∶1～1∶30，优选1∶5～1∶10。

在本发明方法的另一个方面，可将芦苇的整个植株、植株的一部分施埋于土壤表面以下。在优选的一个方面，将芦苇植株或其一部分进行适当切割或粉碎后施埋于土壤表面以下，例如，可将芦苇切割成长约不超过1厘米，例如0.1至1厘米长或更优选不超过0.5厘米长的段。在更优选的实施方案中，在芦苇干燥后将其进行切割或粉碎。

在本发明方法的又一个方面中，土壤翻耕的深度为10-30厘米，例如10-20厘米、15-20厘米、20-25厘米，优选为10-15厘米。

在本发明上述方法的另一个方面中，作为改良剂而添加的除了芦苇外，还可以同时包括其它添加物，例如包括但不限于以下的添加物：石膏、磷石膏和/或有机肥，也包括其组合。所述其它添加物可以与芦苇一起混合后通过上述同样的翻耕、施埋步骤而施加于同样的深度。本领域技术人员所熟知的其它常用于改良盐碱土壤的添加物均可用在本发明的方法中。优选地，可将所需量的所述其它添加物与芦苇和适量待改良的土壤预先混合，然后再将所述混合物按所需比例施埋于土壤表面以下。

在本发明上述方法的又一个方面中，对用于浇灌土壤的水没有限制，只要是淡水即可，具体来说，所述水可以是来自地下水、湖泊、水库等的天然水源，也可以是处理后的工业或生活废水，包括中水，例如经处理的造纸废水。所用浇灌水的量，可根据实际需要由本领域技术人员来确定，但每次浇灌量应以至少润湿土壤的翻耕深度为宜。

在本发明的另外一方面，提供了芦苇在制备用于改良盐碱地(特别是退化滨海盐碱湿地)的改良剂中的用途。

具体实施方式

以下将详细描述本发明的具体实施方案。然而，应当理解，虽然以下的详细描述和具体实施例表明了本发明优选的实施方案，但它们仅是以举例说明的方式给出的；对于本领域普通技术人员而言，根据这些详细描述，可容易地在本发明的精神和范围内做出各种变化、改动和改进。

在本发明的一个具体实施方案中，提供了一种改良退化滨海盐碱湿地的方法，其包括以下步骤：

将土壤翻耕10-30厘米的深度；

每隔一日向所述土壤浇水，浇灌至少15次。

在本发明的另一个具体实施方案中，所述改良退化滨海盐碱湿地的方法包括以下步骤：

将土壤翻耕10-15厘米的深度；

将干燥的芦苇植株(或其部分)粉碎或切割成长度不超过约1厘米的段，

以上述芦苇作为添加物按照10～30g/kg土壤的比例施埋于土壤表面下8-15厘米深度处；以及

每隔一日向所述土壤浇水，浇灌至少15次。

在本发明的另一个优选的具体实施方案中，所述改良退化滨海盐碱湿地的方法包括以下步骤：

将土壤翻耕10-15厘米的深度；

以上述芦苇作为添加物按照15g/kg土壤的比例施埋于土壤表面下10-15厘米深度处；以及

每隔一日向所述土壤浇水，浇灌至少15次。

在本发明的又一个优选的具体实施方案中，所述改良退化滨海盐碱湿地的方法包括以下步骤：

将土壤翻耕10-15厘米的深度；

以上述芦苇作为添加物按照10g/kg土壤的比例，并同时将石膏、磷石膏和/或有机肥作为添加物施埋于土壤表面下10-15厘米深度处；以及

每隔一日向所述土壤浇水，浇灌至少15次。

在上述方法中，芦苇重量均以芦苇植株的干重(干燥后的重量)计。

本发明方法的技术效果通过以下实验加以证实。

实验方案：

实验用土壤为黄河三角洲的退化滨海盐碱地土壤，位于沾化县。为保证土壤具有代表性，多点取土壤样品，充分混合后测量土壤的初始背景值，结果如下表所示：

表1：土壤初始背景值

将所述土壤混合样装填于用于实验操作的箱体内，滚压压实，保证压实后土层厚度在80厘米以上，划取四块区域进行实验，其中一块区域添加本发明的芦苇(第1组)，第二块区域添加石膏(硫酸钙)(第2组)，第三块区域同时添加芦苇和石膏(第3组)，第四块区域不添加任何改良剂，但进行其它处理，作为对照(对照组)。

实施例1

分别将上述各组作如下处理：

第1组：将土层翻耕20厘米，将干燥的芦苇植株切割成长度约1厘米的段，按15g/kg土壤的比例将上述切好的芦苇施埋于土壤表面下15厘米深度处，每隔一日向所述土壤浇水，浇灌15次；

第2组：将土层翻耕20厘米，按15g/kg土壤的比例将石膏施埋于土壤表面下15厘米深度处，每隔一日向所述土壤浇水，浇灌15次；

第3组：将土层翻耕20厘米，将干燥的芦苇植株切割成长度约1厘米的段，将15g/kg土壤比例的上述切好的芦苇和5g/kg土壤比例的石膏混合施埋于土壤表面下15厘米深度处，每隔一日向所述土壤浇水，浇灌15次；

第4组：如上进行所述翻耕、埋土和浇灌处理，但不加入任何处理剂。

完成上述处理后，测定各组的上述各指标相对于处理前的变化率，结果列在表2中。

表2：处理后相对处理前土壤中各项指标的变化率(％)

从上面结果可以看出，用芦苇处理(第1组)后，SAR和ESP均显著降低，有机质、速效氮(N)和有效磷(P)含量显著升高，含盐量和pH值均略有降低。

钠吸附比(sodium adsorption ratio，SAR)是指土壤溶液中的阳离子中钠离子浓度与钙镁浓度之和的平方根比。钠碱化度又称交换性钠百分率(exchangeable sodium percentage，ESP)，是指土壤中交换性钠离子占交换性阳离子总量的百分数。ESP和SAR数值的下降说明土壤胶体表面上所吸附的钠离子被钙离子和镁离子所替代，土壤胶体表面上的钠离子比例减少，进入土壤溶液中，而土壤溶液中钠离子由于受到灌溉水的淋溶作用而向下运动，从而降低了土壤表面钠离子的含量。ESP和SAR是盐碱土壤最重要的两个指标，其数值的降低对盐碱土改良、降低碱害有着非常重要的意义。

有机质是植物营养来源和能源物质，也是形成土壤结构的重要因素。土壤有机质的含量在一定程度上说明了土壤的肥力水平。其改善对于土壤质量的改善有重要意义。

根据《第二次全国土壤普查技术规程》，对第1组而言，经过处理后，有机质从缺乏状态改善为较缺乏状态，有效P从较缺乏状态改善为中等水平，速效N从极缺状态提高到缺乏状态。

在用石膏处理(第2组)后，EAP、pH和SAR也有显著降低，与第1组接近。另外含盐量升高，但有机质和有效P及速效N几乎没有变化；石膏是改良盐碱土尤其是碱土的最早和最多使用的改良剂，但是其改良作用仅对土壤的SAP和ESP以及pH值有较大的降低作用，但与处理组1相比，由于尚不能同时补充营养物质因而其对土壤有机质、速效N和有效P基本没有作用。

在用芦苇+石膏处理(第3组)后，芦苇和石膏的共同处理在降低SAP和ESP方面表现出某些协同作用，其它指标亦有改善。注意在该组中石膏的用量仅为单用石膏处理的第2组中用量的三分之一。

对照组除含盐量略有降低外，其余指标无显著变化。

实施例2

考察用经处理的造纸废水进行灌溉的效果。

除采用经处理的造纸废水进行灌溉外，其余处理均与第1组相同。所述造纸废水采用厌氧-好氧-兼性塘处理工艺，其COD为980mg/L，BOD为92mg/L。

处理后，与第1组相比，土壤有机质含量有较大提高，提高了约25％；其余指标相似。

实施例3

除了将芦苇的用量增加为25g/Kg土壤外，其余处理均与第1组相同。

处理后结果如下表3。

表3：按25g/Kg土壤添加芦苇进行处理后的结果(与处理前相比的变化率(％))

项目

SAR

ESP

有机质

含盐量

pH值

速效N

有效P

变化率(％)

-61.50％

-58.50％

+121.30％

-11.5％

-10.9％

+434.2％

+32.9％

尽管本说明书给出了本发明的一些优选实施方案，但是本领域技术人员应当理解，可在不背离权利要求所涵盖的思想和基本原则的情况下对其中的方法和条件进行另外的改变(包括组合)而不背离本发明的实质精神和范围。此外，可进行许多改进以使得具体的方法、步骤和条件等适应本发明的目的、精神和范围。所有这些改进均在本文权利要求的范围内。

Claims

1.一种改良退化滨海盐碱湿地的方法，包括以下步骤：

将土壤翻耕10-30厘米的深度；

每隔一日向所述土壤浇水，浇灌至少15次。

2.根据权利要求1的方法，其中所述芦苇为新鲜芦苇植株或植株的一部分经干燥后切割或粉碎而成的段，其长度不超过1cm。

3.根据权利要求1的方法，其中所述芦苇的添加比例按芦苇干重计为15g/kg土壤。

4.根据权利要求1的方法，其中所述施埋深度为土壤表面下10厘米。

5.根据权利要求1至4中任一项的方法，其中所述添加物除芦苇外，还包括同时添加选自以下的添加物：石膏、磷石膏和/或有机肥。

6.根据权利要求1至4中任一项的方法，其中所述添加物除芦苇外，还包括同时添加石膏。

7.根据权利要求6的方法，其中所述石膏的添加量为5～15g/kg土壤。

8.根据权利要求1至4中任一项的方法，其中所述用于浇灌土壤的水为经处理的工业或生活污水的二级出水。

9.权利要求8的方法，其中所述用于浇灌土壤的水为经处理的造纸废水。