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土壤盐渍地球化学

研究土壤中盐分的来源、迁移、累积和循环的地球化学过程及演变规律的学科。是土壤学的一个分支,它既是研究盐渍土发生演变和改良利用的理论基础,也是干旱、半干旱地区开发盐渍土地资源、保护农业生态环境及国土整治而采取相应对策的主要依据。

研究土壤中盐分的来源、迁移、累积和循环的地球化学过程及演变规律的学科。是土壤学的一个分支,它既是研究盐渍土发生演变和改良利用的理论基础,也是干旱、半干旱地区开发盐渍土地资源、保护农业生态环境及国土整治而采取相应对策的主要依据。

发展简史

形成盐渍土盐分的主要元素包括钙、镁、钠、钾、氯、硫、碳、氮、氧、氢、硅和硼等,都是地壳中存在最普遍的元素,它们在风化壳中活动性的顺序和强度,早已被地球化学创建者克拉克(F.W.Clarke 1847~1934)、维尔德斯基(В.И.Вернадскии,1863~1945)等人所重视。20世纪20~30年代,一些土壤化学家如匈牙利学者德西格蒙(De′Sigmond 1932)等,相继应用地球化学的观点、原理和方法研究盐渍土的发生演变问题。40~50年代以后,苏联学者柯夫达(В.А.Ковда)在其《盐渍土发生演变》一书中(1946),即以地球化学的观点,揭示盐渍土的发生演变规律。并讨论可溶性盐类的各种离子在自然景观中的迁移和聚积,及不同自然环境的水盐运动特点。他还在《苏联漠境地球化学》一书(1954)中,论述可溶性盐类在成土因素作用下重新分配问题。美国学者凯莱(W.P.Kelley)在《盐碱土》一书(1951)中,对盐渍土的地球化学过程作了较详细说明。重点讨论了土壤中可溶性盐类在发生淋溶、沉淀、交换和吸附反应时,水的重要作用,强调水的运动是盐渍地球化学过程的主导因素。对于不合理的灌溉制度和农业上的落后措施可能引起盐渍土的发展作了许多论述。自60~70年代,巴查列维奇(Н.И.Базилевич,1965)、波洛夫斯基(В.М.Боровскии,1978)等根据土壤地球化学过程,及其所表现的化学元素迁移特征的差异性和相似性进行了以土壤改良利用为目的的土壤盐渍地球化学区划。从而使土壤盐渍地球化学随农业发展进程逐渐成为土壤学的一个独立分支学科;并随着现代测试技术应用、土壤水盐运移过程的研究,已从单因素定性或半定量逐步趋向于多因素综合效应的定量研究。中国的土壤盐渍地球化学研究,也是在发展农业生产的历史进程中逐渐发展起来的。为了发展黄河中下游地区的灌溉农业,50年代曾开展了大规模的土壤调查,研究了从山麓坡地至平原洼地的地形系列条件下,可溶性盐类随水移动而产生的地球化学分异规律。它为全面开展中国土壤盐渍地球化学研究奠定了良好的基础。60年代初,华北平原大规模引黄灌溉,大搞平原蓄水,也曾发生过次生盐渍化灾害,通过对次生盐渍化的发生发展的调查研究,提出了以排水为先导的综合治理措施,有效地控制了次生盐渍化的发展,并进而对低矿化地下水条件下盐渍土的形成和发展规律及区域水盐动态进行定位试验,为土壤盐渍化的预测预报提供了科学依据。1976年,中国科学院南京土壤研究所在原有盐土学科研究组的基础上,正式成立了土壤盐渍地球化学研究室,其任务是发展土壤盐渍地球化学,为合理开发利用盐渍土地资源提供科学依据。重点研究了水盐运动规律与土壤盐渍化发生的关系、盐碱成分对土壤性质与植物生长的影响、土壤盐渍化的防治等。

研究范畴和内容

主要是:①组成土壤中可溶性盐类的各种离子的来源、迁移、累积规律及其与盐渍土发生、演变和分布规律的关系;②盐碱化土壤的特性、类型与环境条件(包括人为活动)的关系;③土壤溶液的组成和浓度对作物生长的影响及作用机理;④水盐动态及土壤次生盐渍化的预测预报;⑤调节水盐均衡,综合防治土壤盐碱化的途径与措施。

研究方法

概括有4种:

野外调查制图法

野外实测是地球科学(包括地球化学)常用的基本方法,它有助于了解各种景观要素之间及各结构单元之间的物质交换过程。以研究盐渍化为目的的调查制图,一般以流域或水盐汇集区为单元,对全区域的水盐运动的来龙和去脉进行综合分析研究。一些技术较发达的国家以遥感材料和方法为主要研究手段,辅以野外实地调查研究收集的有关生物、地理等要素信息,编制出盐渍土地资源分布图,并进行盐渍土的发生、演变及其分类分级的研究。

野外定位观测法

在各典型区设置较长期的固定观测点或水盐平衡观测场,以了解不同区域范围内水盐的时空变化,预测盐渍化的发展趋势。自70年代以后,水盐动态定位观测已较广泛应用,可直接测定土壤溶液浓度变化的盐分传感器及四电极测试技术、电磁感应电导仪等,已较广泛地用于野外定位研究。观测方法正向自动化和遥测方向发展。

室内模拟土柱法

可研究单一因素影响及探求各因素的相关性,并可求得盐类及其离子组成的定量化指标。60~70年代,许多研究者已将盐分传感器、四电极、放射性同位素等测试技术用于室内模拟试验,获得水盐在土壤中连续变化的资料。

数学模型法

国际上十分重视土壤水盐动力学的研究。随着电子计算机和计算技术的发展,有可能利用电子计算机对一些复杂的数学模型进行计算。通过定量分析研究土壤水盐运动,可进一步认识盐渍土形成过程中各主要因素间的联系。然而,因环境因素的复杂性,在测定水盐运动的某些参数方面尚有一定的困难。已有的数学模型和计算方法还不够完善,有些数学模型结果和实际的拟合程度欠佳,不能确切反映田间情况。

发展前景

从盐渍化土壤资源而言,把干旱区大面积的潜在盐渍土和含盐漠境土壤包括在内,中国盐渍土地面积约为9900万公顷。由此可见,盐渍土是尚待开发而具有相当大潜力的土地资源盐渍土的垦殖利用,对于解决当今世界人口不断增长对食物的需求具有重要意义,但其防治却是一个尚待解决的世界性问题。特别是在干旱地区的已垦土地中,因灌溉和耕种不当发生次生盐渍化而弃荒的面积,占已垦土地的半数以上。因此,用地球化学的观点和方法,从理论上