土壤是养活迅速增长的全球人口的重要资源,预计到2050年,全球人口将超过98亿。土壤中存在的过量盐分使其盐碱化,并对农业生产力、环境健康构成重大威胁。根据FAO*/UNESCO**世界土壤地图,盐碱地总面积为3.97亿公顷,约占世界陆地面积的3.1%(粮农组织,2005)。此外,对未来气候变化和人口增长的预测表明盐碱地的范围也将相应扩大。
*FAO:联合国粮食及农业组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations,FAO),简称“粮农组织”, 于1945年10月16日正式成立,是联合国系统内最早的常设专门机构。
**联合国教科文组织为联合国教育、科学及文化组织的简称,英文缩写为UNESCO(United Nations Educationnel, Scientific and Cultural Organization)。
盐分在根区或土壤表面的积累会导致土壤肥力的丧失,改变土壤的性质,从而对土壤功能和支持植物生长的能力产生有害影响。
盐分限制了水的摄取和土壤含水能力,造成地表径流和侵蚀,导致土壤退化。
土壤盐碱化改变甚至干扰了土壤固有的生物化学特性。因此,盐碱化程度的提高将导致可用土壤资源的损失,影响农业发展和生态福祉。如果置之不理,从长远来看,这种情况可能会发展成为严重的社会经济和人类健康问题。
土壤盐碱化有两个主要原因:自然因素(原生盐渍化)和人为因素(次生盐渍化)。土壤盐碱化的主要自然原因是成土母质的侵蚀、矿物的物理或化学风化以及海水入侵。由于长期干旱,使用劣质水灌溉作物,同时大量施用化肥,是造成土壤盐碱化的主要人为因素。在排水不良的地方,这些情况甚至更糟。灌溉区更容易出现土地退化,每天有14平方公里以上的肥沃土地因土壤盐碱化而消失。
土壤中增加的可溶性盐,如钠和氯化物,对全球农业构成重大风险,主要是在干旱地区。在这些地区,盐分倾向于在土壤中积累,因为高蒸腾量提高了渗透胁迫,并对土壤中的水向作物传导产生负面影响。根区中盐的过剩与吸收水的能力降低有关。这影响了植物良好生长的能力并降低了产量。
不同的植物对盐碱条件的反应不同,在同一物种中也是如此。盐分对植物的影响主要有渗透和毒害两种机制。当根膜外的盐浓度超过根内浓度时,渗透效应发生,这限制了植物从土壤中提取水分的能力,进而导致枯萎。
另一方面,植物提取的一些水是根细胞中特定水通道的主动作用。这种活性水提取与活性离子提取一起作用于根细胞,增加了植物组织内的总离子浓度。植物有不同的方法来适应增加的离子浓度,通过将多余的离子储存在特定的细胞中,或者通过水维管将盐冲到叶尖。这就是为什么在许多情况下,盐的影响可以通过烧焦的叶尖看到。
盐度主要通过降低渗透势来影响微生物,从而降低其活性并改变微生物群落的组成。这些变化对土壤有机质分解有一定的影响。
最近的研究预测,由于植物生长的减少和微生物活动的减少,全球盐碱地土壤有机碳(SOC)的损失将减少这些土壤中SOC的输入,并增加这些土壤中剩余碳的排放。这项研究表明,盐渍化土壤可损失高达17%的有机碳储量,可达3.99吨。
展望未来,未来看起来很”咸”。最近的研究表明,全球范围内盐积累的趋势各不相同,有些区域增加,有些区域减少。这些趋势威胁到农业为迅速增长的人口提供足够粮食的能力。此外,由于气候变化、水供应不足和土壤退化,今天的主要作物种植区明天可能不再那么肥沃,而其他地区将成为全球主要的粮食供应地。这将影响我们今天所知的整个全球政治和经济版图。
虽然我们不能彻底消除土壤盐碱化,但我们可以通过灌溉管理来控制和减轻其影响。在不同的灌溉系统下,根据水流情况,盐分会在土壤剖面的特定位置形成。当使用漫灌时,由于湿润锋,最大盐度出现在较深层,而最低盐度出现在表层。此外,在每个灌溉周期结束时,土壤变干,盐分浓缩,对作物产量产生不利影响。在沟灌中,盐分容易积聚在土埂上,并立即影响植物的根系。
但是,当使用滴灌时,水以小剂量精确地输送到植物的根部。当以可控的量提供水时,水可以被更有效地吸收,留下更少的水蒸发并在土壤表面形成盐层,并防止盐分在土壤中积累。
在滴灌条件下,盐分沿着不断扩大的湿土带的边缘积聚。在靠近水源的地方,盐分浓度最低,而在土壤表面和两个滴头之间的湿润土壤体积的中心,盐分浓度最高。换句话说,滴灌将根区的高浓度盐分推到外围,为作物提供了无盐水和有利的生长条件。
此外,滴灌系统可以设计为将肥料直接输送到植物的根区,减少所需的肥料总量,并防止土壤进一步盐碱化。
重点是?通过使用滴灌来控制土壤盐分,农民可以提高作物产量并减少用水量,使其成为可持续农业和保障未来粮食安全的理想解决方案。