盐渍土中的盐分积累是地壳表层发生的地球化学过程的结果,其盐分来源于矿物风化、降雨、盐岩、灌溉水、地下水以及人为活动,盐类成分主要有钠、钙、镁的碳酸盐、硫酸盐和氯化物。土壤盐渍化过程可分为盐化和碱化两种过程。
(一)盐化过程
盐化过程是指地表水、地下水以及母质中含有的盐分,在强烈的蒸发作用下,通过土体毛管水的垂直和水平移动逐渐向地表积聚的过程。我国盐渍土的积盐过程可细分为:1)地下水影响下的盐分积累作用;2)海水浸渍影响下的盐分积累作用;3)地下水和地表水渍涝共同影响下的盐分积累作用;4)含盐地表径流影响下的盐分积累作用(洪积积盐);5)残余积盐作用;6)碱化-盐化作用。由于积盐作用和附加过程的不同,分别形成相应的盐土亚类。盐化过程由季节性的积盐与脱盐两个方向相反的过程构成,但水盐运动的总趋势是向着土壤上层,即一年中以水分向上蒸发、可溶盐向表土层聚集占优势。
水盐运动过程中,各种盐类依其溶解度的不同,在土体中的淀积具有一定的时间顺序,使盐分在剖面中具有垂直分异。在地下水借毛管作用向地表运动的过程中,随着水分的蒸发,土壤溶液的盐分总浓度增加,溶解度最小的硅酸的化合物首先达到饱和,而沉淀在紧接地下水的底土中,随后,溶液为重碳酸盐饱和,开始形成碳酸钙沉淀,再后是石膏发生沉淀,所以在剖面中常在碳酸钙淀积层之上有石膏层。易溶性盐类(包括氯化物和硫酸钠、镁)由于溶解度高,较难达到饱和,一直移动到表土,在水分大量蒸发后才沉淀下来,形成第三个盐分聚积层。因此表层通常为混合积盐层。在地下水位高(1米左右)的情况下,石膏也可能与其他可溶盐一起累积于地表。当然,自然条件的复杂性也会造成盐分在土壤剖面分布的复杂性,例如:雨季或灌溉造成的淋溶,使可溶盐中溶解度最高的氯化物首先遭到淋溶,使土壤表层相对富集了溶解度较小的硫酸盐类。又如在苏打累积区,因为碳酸钠的溶解度受温度影响较大,在春季地温上升时期,碳酸钠随其他可溶盐类一起上升到地表。到秋冬温度下降,苏打的溶解度减小,因而大部分仍保留在土壤表层而不被淋洗,所以一般情况下,苏打都累积于土壤的表层。总之,在底土易累积溶解度最小的盐类,包括R2O3、SiO2、CaMg(CO3)2、CaCO3、CaSO4和 Na2SO4等。其他的盐类由于具有较高的溶解度,且溶解度随温度而变,因此具有明显的季节性累积特点,一般累积于土壤的表层。
(二)碱化过程
碱化过程是指交换性钠不断进入土壤吸收性复合体的过程,又称为钠质化过程。碱土的形成必须具备两个条件:一是有显著数量的钠离子进入土壤胶体;二是土壤胶体上交换性钠的水解。阳离子交换作用在碱化过程中起重要作用,特别是Na-Ca离子交换是碱化过程的核心。碱化过程通常通过苏打(Na2CO3)积盐、积盐与脱盐频繁交替以及盐土脱盐等途径进行。
1.当土壤溶液含有大量苏打时,交换性钠进入土壤胶体的能力最强,其反应式为:
以上反应式中,CaCO3和MgCO3不易溶于水(特别当有苏打存在时),因此,钠几乎完全置换了交换性钙、镁。
土壤溶液中苏打的形成有若干途径:
(1)岩石的风化作用:
岩石风化产物使土壤和地下水中含Na2CO3和 NaHCO3。
(2)物理化学作用(碱交换作用),反应式如下:
(3)中性钠盐与CaCO3的作用:
CaCO3+2NaClCaCl2+Na2CO3,或
CaCO3+Na2SO4CaSO4+Na2CO3
(4)生物化学的还原作用:
Na2S+CO2+H2ONa2CO3+H2S↑
(5)植物体的腐解作用:
草原地区植物体内吸收了不少钠离子,当植物腐烂后,就转变为碳酸钠,逐渐累积在地表。
2.当土壤中积盐和脱盐过程频繁交替发生时,促进了钠离子进入土壤胶体取代钙、镁的过程,使土壤发生碱化。土壤中盐分为氯化物或硫酸盐时,其反应式如下:
此反应是可逆的,钠在胶体上仅能交换一部分钙镁。当土壤溶液中钠的浓度与钙、镁总量之比等于或大于4时,钠便能被土壤胶体吸收。季节性干湿交替乃至每次晴雨变化,盐分在土体中都有上下移动,钠盐溶解度大而趋于表聚,钙、镁则向下层淋淀,致使土壤表层中钠盐逐渐占绝对优势,钠离子能进入交换点,碱化过程得以进行。
3.碱土的形成往往与脱盐过程相伴发生。在土壤胶体表面含有显著数量的交换性钠但土中仍含有较多可溶盐(以Na2SO4、NaCl为主,而非NaCO3或 NaHCO3)的情况下,因土壤溶液浓度较大,阻止了交换性钠的水解,土壤的pH值并不升高,物理性质也不恶化。只有当该盐土脱盐到一定程度,一部分交换性钠水解,产生的 OH-使 pH升高,反应式为
胶体 Na+H2O-→ 胶体 H+Na++OH-
时,粘粒上交换性钠的水化程度增加,粘粒分散,土壤物理性质才劣化。如图4-8-3所示,当土壤碱化度(ESP)为 a时,若土壤溶液的电导率(EC)>b,粘粒仍呈絮凝状;当EC<b,则粘粒膨胀、胶溶。