一、引言
土壤改良在现代农业和土地工程中扮演着至关重要的角色，其目的是通过改善土壤的物理、化学和生物性质，提高土壤的生产力和生态功能。土壤的物理性质，如结构、密度和通气性，直接影响作物的生长环境和水分管理；化学性质，如pH值和养分含量，决定了植物的营养获取；而生物活性则涉及土壤微生物的活动及其对土壤健康的贡献。研究土壤改良技术的应用意义重大，不仅有助于解决土壤退化、盐碱化等问题，还能够通过科学合理的措施，优化土壤的结构和功能，增强土壤的抗逆性和修复能力。通过对土壤深翻、添加有机物料、使用土壤结构改良剂以及建设水土保持与排水系统等技术手段，可以显著改善土壤环境，提升土壤肥力，进而为农业生产和生态环境保护提供有力保障。
二、土地工程中土壤改良的基本原则
（一）土壤物理性质的改善
土壤物理性质的改善旨在增强土壤的结构和功能，提高农作物的生长环境和生产效率。通过优化土壤的物理特性，提升其水分保持能力、通气性和承载力，实现可持续的土地利用。改善土壤物理性质的核心原则是增强土壤的颗粒结构，优化孔隙分布。土壤颗粒的结构对土壤的渗透性和保水能力具有决定性影响，适宜的颗粒级配能够形成稳定的土壤团聚体，提升土壤的抗侵蚀能力和水分保持能力。通过增加有机质含量，促进土壤微生物活性，形成有机黏结物，这些有机黏结物可以将土壤颗粒黏合在一起，增强土壤的结构稳定性。土壤孔隙度的优化也是改善土壤物理性质的重要手段。合理的孔隙结构有助于改善土壤的通气性，并促进根系生长和微生物活动。通过调整土壤的耕作方式，如减少土壤的过度耕作和机械压实，可以避免土壤结构的破坏和孔隙度的降低。增加覆盖作物和轮作制度也有助于保护和恢复土壤的物理性质[1]。另外，土壤的持水能力直接影响植物的水分供应，合理的土壤水分管理可以确保植物在干旱条件下仍能获得足够的水分支持。通过改善土壤的颗粒结构和增加有机质含量，可以提高土壤的保水能力，减少水分流失，增强抗旱能力。
（二）土壤化学性质的调整
调整土壤化学性质的目的是为了改善土壤环境，提供更适合植物生长的条件，确保农业生产的可持续性和高效性。土壤化学性质的调整主要包括调节土壤酸碱度、补充必要的养分和改善土壤的盐分状况。首先，土壤的酸碱度直接影响植物对养分的吸收效率，过酸或过碱的土壤都会抑制植物的正常生长。通过添加石灰、硫磺等改良剂，可以有效调节土壤的pH值，达到适宜的中性或微酸性状态，为植物提供一个良好的生长环境。接着，土壤中的养分状况是决定植物生长和产量的关键因素。通过有机肥、化肥的合理施用，能够补充土壤中的氮、磷、钾等必要元素，增强土壤的肥力。同时，微量元素如铁、锰、锌等对于植物的生长也起着重要作用，这些元素在土壤中的有效性常受pH值的影响，因此需要通过调整土壤化学性质来确保其有效供给。再者，土壤中的盐分含量过高会导致植物失水、枯萎，严重影响农业生产。通过淋洗、添加改良剂等方法可以有效降低土壤盐分，改善土壤结构，增强其持水保肥能力。
（三）土壤生物活性的提升
土壤生物活性指的是土壤中微生物、昆虫和其他有机体的活动水平，它们在分解有机质、循环养分和改善土壤结构方面起着关键作用。土壤生物活性的提升依赖于提供充足的有机质来源。有机质是土壤生物的食物，更是它们生存和繁殖的基础。通过施用堆肥、动物粪便和绿肥，可以增加土壤中的有机质含量，从而为微生物提供丰富的营养来源。紧接着，良好的土壤结构能够提供适宜的气体交换和水分保持条件，这对于微生物和其他有机体的活动至关重要。通过适当的耕作方法，如免耕或减少耕作，可以保持土壤结构的稳定，防止土壤压实，从而促进生物活性。而且，大多数土壤微生物在中性至微酸性环境中活动最为活跃。通过施用石灰或硫酸铵等调节剂，可以调控土壤的酸碱度，使其保持在一个适合微生物生长的范围内。当然，水分管理也是提升土壤生物活性的关键。过干或过湿的土壤环境都会抑制微生物活动。通过科学灌溉和排水措施，保持土壤适宜的湿度，可以为土壤生物创造良好的生活条件。生物多样性的增加也能够显著提升土壤的生物活性。不同种类的微生物和有机体在土壤中扮演着不同的角色，它们之间的相互作用可以形成稳定的生态系统。通过轮作和间作等农业实践，可以增加土壤中的生物多样性，促进各类生物的协同作用。值得注意的是，提升土壤生物活性还需要防止污染物的侵入，由于农药和化肥的过量使用会对土壤微生物造成危害，从而降低土壤的生物活性。因此选择生物农药和有机肥料，减少化学投入，可以保护土壤生态环境，促进生物活性[2]。
三、土地工程中土壤改良技术的应用
（一）土壤深翻与耕作
土壤深翻与耕作技术是通过深度翻动和耕作土壤，改善土壤结构和提升土壤肥力的一种农业技术。这种技术的主要用途是打破土壤板结层，增加土壤通气性和水分渗透性，从而促进作物根系的生长和养分吸收。
土壤深翻的核心是使用深翻犁或深耕机等专业设备，将土壤翻到30厘米甚至更深的深度。这个过程可以打破土壤中的硬盘层，使得土壤更加疏松，有利于空气和水分的流通。土壤深翻还能够将有机物质掩埋到土壤深层，促进土壤微生物的活动和有机质的分解，最终提高土壤肥力。耕作是为了进一步细化土壤，提供一个更加适合作物根系生长的环境。耕作通常使用旋耕机、耙子等工具，将翻松的土壤进一步打碎和平整。这样做的好处是形成一个均匀的土层，避免大块土壤影响作物根系的分布和水分的均匀吸收。实施土壤深翻与耕作技术需要考虑土壤的类型和质地。例如，黏土质土壤深翻后容易形成大的土块，这时需要更多的耕作步骤来细化土壤；而砂质土壤则在深翻后容易失去水分，耕作时需要适当保留一些土块来保持土壤的湿润性。
在实际操作中，土壤深翻与耕作的时间选择尤为关键。通常在秋季或早春进行，此时土壤水分适中，避免了过干或过湿的情况。深翻后的土壤需要一定时间的风化和降解，才能达到最佳的耕作效果。深翻与耕作后的土壤通常需要施加有机肥或绿肥，以补充翻动过程中可能损失的养分。在应用土壤深翻与耕作技术时，还应注意土壤的物理和化学特性。针对酸性土壤，可以在深翻前施加石灰等改良剂，以中和土壤酸度；对于盐碱地则需要深翻时加入有机物和改良剂，降低土壤盐分。
（二）土壤有机物料的添加
土壤有机物料的添加是一种提高土壤肥力和改良土壤结构的有效方法，通过添加有机物料，可以显著改善土壤的理化性质，促进植物的生长发育。在土壤改良过程中，有机物料的选择和添加方式尤为关键。常见的有机物料包括堆肥、腐殖质、动物粪便、绿肥和植物残体等。堆肥是由动植物废弃物在微生物的作用下分解而成，富含多种营养元素和有机质；腐殖质则是土壤中有机质经长期分解而形成的稳定有机物；动物粪便经过适当处理后可以作为优质的有机肥料；绿肥是指直接翻压入土壤中的绿色植物；植物残体则是收获后的作物秸秆、落叶等。
土壤有机物料的添加过程需遵循科学的方法和步骤。首先要进行土壤检测，了解土壤的现有养分含量、有机质水平及pH值等基础数据。根据检测结果，确定有机物料的添加种类和数量，避免因过量或不合理使用导致土壤盐渍化或其他不良后果。有机物料的添加通常在耕作季节进行，第一步是将选定的有机物料均匀撒布在土地表面，随后进行深耕或旋耕，使有机物料充分混入土壤中。深耕的深度一般为20-30厘米，以保证有机物料在土壤中均匀分布，提高土壤结构的改善效果。经过一段时间的自然分解，有机物料逐渐转化为腐殖质，增加土壤的有机质含量，改善土壤的团粒结构，增强土壤的通透性和保水性。在具体操作过程中，需要注意有机物料的充分腐熟，未经腐熟的有机物料在分解过程中会消耗土壤中的氧气和氮素，可能对作物生长产生负面影响。堆肥和动物粪便应进行充分发酵处理，以减少病菌和杂草种子的传播风险；绿肥植物宜在花期前翻压，以确保其养分含量和生物量处于最佳状态[3]。
有机物料的合理添加不仅能够显著提高土壤肥力，还能改善土壤微生物群落结构，增强土壤的生物活性。这一过程促进了有益微生物的繁殖，抑制了有害微生物的生长，有助于建立健康的土壤生态系统。但是，其效果会受到多种因素的影响，如气候条件、土壤类型、作物种类和管理水平等。因此，需根据具体情况灵活调整有机物料的添加方式和数量，以达到最佳的改良效果。
（三）土壤结构改良剂的使用
土壤结构改良剂用于改善土壤的物理结构，增强土壤的透气性和保水能力。其原理是通过改变土壤颗粒的排列和粘结方式，使土壤更为疏松和稳定。其具体使用流程包括以下几个步骤：第一是进行土壤测试，确定土壤的物理化学性质。通过测试，可以了解到土壤的质地、含水量、pH值以及有机质含量等基本信息。这些数据是制定改良方案的基础，可以帮助选择合适的改良剂类型和用量。接下来，根据土壤测试结果，选择合适的土壤结构改良剂。市面上的土壤结构改良剂种类繁多，主要分为有机改良剂和无机改良剂。有机改良剂如腐殖酸、堆肥等，能够增加土壤中的有机质含量，促进微生物活动；无机改良剂如石膏、石灰等，通过化学反应改善土壤的物理结构，增加土壤颗粒之间的结合力。选择好改良剂后，进入实际施用阶段。施用前需要对土地进行深耕和翻土，这样有助于改良剂均匀分布在土壤中。深耕深度通常在20至30厘米之间，根据土壤的具体情况进行调整。施用改良剂时，可以采用撒施、喷洒或者混合施用的方法。撒施适用于大面积的田地，喷洒适用于土壤较硬的区域，而混合施用则常用于改良效果要求较高的区域。施用后进行灌溉和覆盖，以确保改良剂充分渗透到土壤中。灌溉量和次数视土壤和改良剂的特性而定，通常需要保证土壤处于湿润状态，利于改良剂的化学反应和有机质分解。覆盖物可以使用稻草、秸秆等，能有效减少水分蒸发，保护土壤结构[4]。最后，通过监测和评价改良效果，确保改良剂的使用达到预期目标。可以定期取样分析土壤的物理化学性质，观察土壤结构的变化情况。如果发现土壤结构改良效果不理想，需要调整改良剂的用量和施用方法，甚至更换改良剂种类。
（四）水土保持与排水系统建设
在土地工程中，水土保持技术涵盖了多种措施，例如植被覆盖、护坡、拦沙坝和水平梯田。这些措施通过增强土壤的稳定性，减少表层土壤的流失，从而提高土壤的保水和保肥能力。植被覆盖可以通过种植草本植物、灌木或乔木来实现，这些植物的根系有助于固结土壤，减少雨水冲刷带来的侵蚀；护坡工程通常包括构建石墙、木桩或混凝土挡墙，增加坡地的稳定性，防止滑坡和泥石流的发生；拦沙坝的设置可以截留水流中的泥沙，防止河道淤积，同时也起到拦截洪水的作用；而水平梯田是一种在陡坡上修筑平坦台地的方法，能够有效地减缓水流速度，增加水土的渗透时间，从而减少侵蚀。
排水系统建设是土壤改良中的一项重要工作。有效的排水系统能够防止土壤过湿，避免土壤结构被破坏，提高作物的生长环境。排水系统通常包括地表排水和地下排水两种方式。地表排水系统通过修建排水沟渠，将多余的地表水引导至蓄水池或河流，避免地表水长期滞留导致土壤盐碱化；地下排水系统则是通过埋设排水管道，排出土壤深层的积水，防止地下水位过高对作物根系造成损害。地下排水管道通常采用塑料或陶土材料，具有良好的耐久性和排水性能。
在水土保持与排水系统建设过程中，科学的土壤分析和合理的设计方案是成功的关键。第一步仍是对土壤类型、地形条件和气候特点进行全面评估，以确定最适宜的保持和排水措施。接下来，根据实际情况进行设计和施工，确保每个环节都符合土壤改良的要求。在实施过程中，技术人员需要密切监测土壤和水文状况，及时调整方案，以应对可能出现的问题。通过有效的水土保持和排水系统建设，可以大幅减少水土流失，提高土壤肥力，促进植物生长，保护生态多样性。这不仅有利于农业生产，还对防洪抗旱、改善环境质量具有积极作用。
（五）盐碱土改良技术
盐碱土改良技术是一项旨在改善和修复盐碱化土壤，使其恢复或提高农业生产力的关键技术。这项技术对于全球许多地区，尤其是干旱和半干旱地区，具有重要的现实意义，因为这些地区经常受到土壤盐碱化的困扰。
盐碱土改良的核心在于降低土壤中的盐分含量，改善土壤结构，提高土壤的保水保肥能力。首先，通过灌溉和排水系统，引入淡水以稀释土壤中的盐分，并通过排水系统将盐分排出土壤。然后，施用有机物料，如农家肥、绿肥或堆肥，可以增加土壤有机质含量，改善土壤结构，提高土壤的透水性和保水能力。种植耐盐碱植物也是一项有效的措施，这些植物能够在盐碱土壤中生长，并通过其根系吸收土壤中的盐分，从而降低土壤盐分浓度。在实施盐碱土改良技术时，需要考虑土壤的物理、化学和生物特性，以及当地的气候条件和灌溉水源。例如，土壤质地、pH值、盐分组成等因素都会影响改良的效果。因此，盐碱土改良往往需要进行土壤测试，以确定最合适的改良方案。盐碱土改良是一个长期的过程，需要持续的监测和管理。改良后的土壤需要定期进行土壤测试，以确保盐分含量保持在适宜水平，同时也要注意防止土壤次生盐碱化的发生[5]。
（六）土壤肥力提升技术
土壤肥力提升技术的主要用途在于提高土壤的养分含量和结构，使其更加适宜作物生长，从而增加农业生产的产量和质量。土壤肥力提升技术的核心在于通过一系列科学方法和手段，优化土壤的物理、化学和生物性质，进而改善土壤的生产力。这包括有机肥和无机肥的合理施用、有益微生物的引入、土壤结构的改良等具体措施。
有机肥是土壤肥力提升的基础。通过施用腐熟的有机肥料，如堆肥、绿肥、厩肥等，可以增加土壤有机质含量，提高土壤的团粒结构，增强土壤的保水保肥能力。有机肥料还能够促进土壤微生物活动，增加土壤中养分的循环利用效率。无机肥的施用则需要科学的管理和规划。无机肥料主要提供氮、磷、钾等作物生长所需的主要营养元素。在施用过程中，要注意氮肥、磷肥、钾肥的合理搭配，避免营养元素的单一施用导致土壤酸化或盐碱化问题。根据土壤和作物的具体情况，采取分次施肥、基肥与追肥结合等方式，可以更有效地利用无机肥料，减少养分的流失，提高肥料利用效率。引入有益微生物也是提升土壤肥力的重要手段。通过施用微生物肥料，如固氮菌、磷细菌、钾细菌等，可以增强土壤中氮、磷、钾等元素的有效性，促进作物的吸收利用。而且，这些微生物还能改良土壤结构，提高土壤的透气性和保水性，抑制有害病原菌的生长，为作物提供一个更健康的生长环境。土壤结构改良是提升土壤肥力的关键环节。采用深耕、旋耕、秸秆还田等措施，可以打破土壤板结层，增加土壤的通透性和渗透性，改善根系的生长环境。秸秆还田不光能增加土壤有机质含量，还能促进土壤微生物活性，进一步提升土壤肥力。对土壤pH值的调控也是提升土壤肥力的重要内容。通过施用石灰、石膏等调节剂，可以矫正土壤酸碱度，使其维持在适宜作物生长的范围内。合适的pH值有利于作物对养分的吸收，并改善土壤微生物的生存环境，进一步提高土壤的生产力[6]。土壤肥力提升技术的应用，需要综合考虑土壤和作物的具体情况，因地制宜地采取适当的措施。现代农业的发展要求我们在提高作物产量的同时，注重保护和改善土壤环境，维持土壤的可持续生产力。
四、土壤改良技术面临的挑战与问题
（一）土壤退化与污染问题
土壤退化通常表现为土壤结构的破坏、养分流失、肥力下降，而土壤污染则表现为有害物质的积累，如重金属、有机污染物和农药残留等。这些问题的根源在于不合理的土地利用和过度施用化学肥料及农药。
应对这些问题，技术人员可以改良耕作方法来恢复土壤结构。例如，采用保护性耕作技术，如免耕或少耕，以减少土壤侵蚀，保持土壤的有机质和水分。针对土壤污染问题，生物修复技术是一种有效的方法。如种植超富集植物，这些植物能够吸收和积累土壤中的重金属，进而通过收割和处理这些植物，将污染物移出土壤环境。土壤微生物修复技术也是一种重要手段，利用特定微生物降解有机污染物或将其转化为无害物质，这种方法具有高效、低成本的优点。物理和化学修复技术在土壤改良中也起着关键作用，例如，土壤淋洗技术通过溶剂或水的冲洗，能够有效去除土壤中的污染物。化学固化和稳定化技术则通过添加化学试剂，将有害物质转化为不易移动或生物不可利用的形态，从而减少其环境风险。为确保土壤改良的长期效果，监测与管理同样重要。建立完善的土壤质量监测体系，定期检测土壤中的污染物含量和土壤健康指标，可以及时发现和解决土壤问题。而且合理的土地利用规划和严格的环境保护法规，能够从源头上减少土壤退化和污染的发生[7]。
（二）土壤改良技术的局限性
土壤改良技术需要大量的资金投入。这些投入包括购买改良剂、机械设备、人工成本等。对于一些资金不足的小型农场或经济欠发达地区，实施大规模土壤改良项目往往是不现实的。这就导致了技术的推广和普及受限，无法在大范围内真正发挥其应有的效益。土壤改良剂的长期有效性也存在问题。有些改良剂在短期内能显著改善土壤结构，但经过一段时间后，其效果可能会逐渐减弱，甚至完全消失。再者，不同地区的土壤类型、气候条件、种植作物等因素各不相同，这就要求土壤改良技术具有高度的适应性。然而，现有的改良方法往往是针对特定条件设计的，难以在不同环境中取得同样的效果。
面对这些挑战，科学界和农业技术人员一直在探索有效的应对措施。一方面，研发低成本、高效益的土壤改良剂是关键。通过充分利用本地资源或废弃物来制备改良剂，比如使用农作物秸秆、畜禽粪便等这些有机废弃物材料，经过堆肥或者发酵处理之后，可以将其转化成有机肥料。这样不仅大幅降低了成本，而且还成功实现了废物的再利用。另一方面，根据不同地区特定土壤和气候条件，制定差异化、个性化的改良方案是非常重要的。首先进行详细的土壤测试和深入分析，以了解土壤存在的具体问题，然后选择最适合的改良方法。例如，对于酸性土壤，可以施用石灰或生物炭来中和酸度；而对于盐碱地，则可以尝试引入耐盐植物或者采用灌溉洗盐的方法来进行改善。改良人员还可应用现代科技手段，提高土壤改良的精准度和效率。利用无人机和卫星遥感技术，对大面积农田进行实时监测，获取土壤湿度、养分含量等数据，及时调整改良措施；通过智能农业设备，精准控制肥料和水分的施用量，避免过度使用导致的环境污染和资源浪费。再者，推广保护性耕作和有机农业模式，减少对土壤的破坏和化学品的依赖。保护性耕作通过减少耕地翻动，保护土壤结构，防止水土流失；有机农业则强调使用自然材料和生态方法，提升土壤肥力和生物多样性[8]。
（三）环境与经济的平衡问题
在土地工程中，土壤改良技术的应用常常面临着环境与经济的平衡问题。这个问题主要表现为在改良土壤时既要确保生态环境不受破坏，又要保证改良过程的成本和效益能够被农民或相关企业接受。环境与经济的平衡问题的具体表现包括以下几方面：第一，过度使用化学肥料和改良剂会导致土壤和水源污染，破坏生态环境；第二，生态友好的改良措施往往成本较高，普通农户或小型企业难以承受；第三，缺乏长效机制，短期内看不到经济效益的改良手段难以推广和持续。
面对这些挑战的核心是在保护环境的同时，经济成本也能得到合理控制。制定合理的土壤改良规划是基础。通过科学评估土壤状况，确定改良的具体需求和目标，避免盲目投入，减少不必要的浪费。引入经济可行且环保的土壤改良技术是关键。例如，利用农田生态工程，通过种植绿肥作物、覆盖作物等方式改善土壤结构和肥力。这类技术成本相对较低，同时能够提高土壤有机质含量，改善土壤微生物环境，从而达到长效改良的目的。接着，发展农民合作社和农业企业联盟，通过集约化管理和规模化生产，降低单个农户的投入成本。合作社和联盟可以共同投资购买先进设备和技术，统一进行土壤改良作业，提高改良效果和经济效益。通过合作社的组织形式，还能更好地获得政府和社会资金支持，减轻个体经济压力。政府政策和资金支持正是推动平衡发展的重要手段。通过政策引导，鼓励农民采用环保型土壤改良技术，如提供财政补贴、税收优惠等措施，降低农民的经济负担。同时再建立土壤改良技术推广体系，通过技术培训、示范项目等方式，提高农民的技术水平和应用意识，让更多的农民了解并掌握科学的土壤改良方法。环保和经济的平衡还需要加强社会各界的合作与参与。通过广泛宣传和教育，提升公众的环保意识，让更多的人了解土壤改良技术的重要性和必要性，形成全社会共同关注和支持土壤保护与改良的良好氛围。建立多方参与的管理机制，政府、企业、科研机构和农民共同合作，共同解决土壤改良过程中遇到的问题和挑战。只有通过科学规划、合理技术选择、政策支持和社会参与，才能有效解决这一问题，实现农业可持续发展和生态环境保护的双赢局面。
结语
土壤改良技术的有效应用，需要综合考虑土壤的物理、化学和生物特性，因地制宜地采用多种技术手段，实现土壤的综合改良。面对土壤退化和污染等挑战，改良技术的选择和应用必须在环境和经济效益之间取得平衡，确保技术的可持续性和可推广性。未来的土壤改良技术应朝着更加精细化、生态化和智能化的方向发展，通过先进的科学技术和管理手段，提高土壤改良的效率和效果。在全球环境变化和人口增长的背景下，土壤改良技术的不断创新和优化，将为保障粮食安全、保护生态环境和促进可持续发展提供重要支撑。这需要科研人员、农民和政策制定者的共同努力，构建一个多方合作的平台，共同推动土壤改良技术的发展与应用。
参考文献
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