【摘 要】
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我国盐碱地面积广阔,大部分分布在干旱和半干旱地区,是重要的待开发耕地资源。盐碱地土壤的pH较高,游离盐分含量大,板结化严重,很大程度上阻碍了农作物的正常生长。原位超稳矿化法具有无污染、操作简单、改良效果显著且成本低的特点,可大规模应用于土壤改良领域。此技术的核心在于施加的矿化剂在盐碱土环境中形成层状双金属氢氧化物（LDHs）的过程中,能够将游离的OH-和CO32-固定在稳定的LDH结构中,降低盐碱
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我国盐碱地面积广阔,大部分分布在干旱和半干旱地区,是重要的待开发耕地资源。盐碱地土壤的pH较高,游离盐分含量大,板结化严重,很大程度上阻碍了农作物的正常生长。原位超稳矿化法具有无污染、操作简单、改良效果显著且成本低的特点,可大规模应用于土壤改良领域。此技术的核心在于施加的矿化剂在盐碱土环境中形成层状双金属氢氧化物（LDHs）的过程中,能够将游离的OH-和CO32-固定在稳定的LDH结构中,降低盐碱土的碱性。具有表面永久负电荷和阳离子交换性能的凹凸棒石能够吸附盐碱土中的水溶性Na+,耦合矿化剂协同参与超稳矿化过程,降低土壤盐碱度。原位超稳矿化法最终将盐碱地改良为优质农田,验证了此方法在大范围盐碱土改良实践的可行性。（1）CaCl2和FeCl3在常温自然条件下,经过21天的老化放置,在碱性溶液中形成了Ca Fe-LDH结构,为土壤中的原位矿化实验提供了可行性依据。在苏打盐盐碱土壤的原位矿化实验中,考察了酸性金属盐比例、用量和矿化时间对土壤碱性降低程度的影响。结果表明,最优的原位超稳矿化法的矿化剂为摩尔比为2:1的Ca SO4和Fe2（SO4）3,施加量为土壤质量的0.16%。改良时间为150天后,土壤的pH由10.5下降到7.3,CO32-含量由20.1 g/kg下降到6.8 g/kg,说明土壤碱性已下降到正常水平。采用X射线衍射光谱（XRD）、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）等多种表征手段和DFT计算探究了苏打盐盐碱土碱性降低的具体机理。矿化剂中的Ca2+和Fe3+与土壤中的OH-和CO32-形成了稳定的Ca Fe-LDH结构(ΔG=-66.92 e V,Ksp=1.512×10-61),Ca Fe-LDH形成过程中将OH-和CO32-固定在其层间进而导致土壤中OH-和CO32-的存在形式从游离状态转变为稳定状态,使土壤pH和CO32-浓度降低。（2）凹凸棒石对土壤中水溶性Na+的吸附性能随着凹凸棒施加量和改良时间的增加而提升。单独施加凹凸棒石时,盐碱土中的水溶性Na+含量由0.45 g/kg降低到0.39 g/kg,这是由凹凸棒石表面的永久负电荷对Na+的静电引力作用导致的。当凹凸棒石与高价金属盐Ca SO4和Fe2（SO4）3共同施加时,盐碱土中水溶性Na+浓度由0.45 g/kg显著降低到0.29 g/kg。吸附机理为高价金属盐的酸性使凹凸棒石部分解离,溶出Mg、Al和Fe离子,从而扩大了凹凸棒石的阳离子交换容量,能够吸附更多的水溶性Na+,并且高价金属盐的酸性将凹凸棒部分微孔扩大为介孔和大孔,增大了总孔径和孔体积,为土壤中水溶性Na+提供了更多的吸附位点。（3）原位超稳矿化法用于大规模盐碱地改良实践,改良五个月后,盐碱地的pH由10.5降低到7.6,CO32-浓度从20.1 g/kg降低到7.1 g/kg,电导率（EC）由736.5μs/cm降低到295.0μs/cm,可溶性Na+浓度由0.45g/kg降低到0.25 g/kg,土壤的盐碱性大幅下降。同时,土壤容重由1.82g/cm~3下降到1.38 g/cm~3,土壤板结程度下降,土壤结构由致密贫瘠变为透气保水。种植的食叶草出苗率由0%提高至98.3%,且生长状况良好,盐碱地被改良为优质农田。
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