李誠(chéng)志

(新疆大學(xué)干旱生態(tài)環(huán)境研究所，綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊830046)

0 引言

土壤鹽結(jié)皮（Soil salt crust，SSC）俗稱為鹽殼，是易溶鹽結(jié)晶體膠結(jié)土壤顆粒在土壤上層形成的一層膠結(jié)層[1]，其廣泛分布于干旱、半干旱區(qū)域．土壤鹽結(jié)皮與土壤生物結(jié)皮在物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)形態(tài)和形成機(jī)制方面均存在較大差異．生物結(jié)皮是由苔鮮類(lèi)、藍(lán)綠藻、地衣類(lèi)、真菌、細(xì)菌和非維管束植物等粘結(jié)土壤顆粒而形成[2]，生物結(jié)皮強(qiáng)度低但韌性大，結(jié)皮形成后具有較強(qiáng)的抗風(fēng)蝕能力[3]，但生物結(jié)皮形成時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，需要幾個(gè)月甚至幾年[2]．土壤鹽結(jié)皮是由鹽晶體膠結(jié)土壤顆粒而形成，土壤鹽結(jié)皮形成速度快且大部分堅(jiān)硬．土壤鹽結(jié)皮形成后表層土壤性質(zhì)、水力特性和土壤生態(tài)等方面發(fā)生了重大改變，土壤抗風(fēng)蝕能力顯著提高．土壤表層水分蒸發(fā)后土壤表層就立即形成了一層能夠抵抗風(fēng)蝕的鹽結(jié)皮層，其能在幾天甚至幾個(gè)小時(shí)就形成一層堅(jiān)硬的結(jié)皮層，可以迅速的抵抗風(fēng)沙災(zāi)害的破壞[3]．因而，鹽結(jié)皮抗風(fēng)蝕性能逐步引起國(guó)內(nèi)外科研工作者關(guān)注[4?10]，成為當(dāng)前研究的新熱點(diǎn)．本文從自然鹽結(jié)皮演變、鹽結(jié)皮形成機(jī)理、鹽結(jié)皮對(duì)土壤風(fēng)蝕影響進(jìn)行歸納總結(jié)，期望為進(jìn)一步開(kāi)展土壤鹽結(jié)皮研究提供參考．

1 自然鹽結(jié)皮演變

在干旱、半干旱地區(qū)洼地，土壤鹽結(jié)皮廣泛存在，表面形態(tài)豐富多樣．根據(jù)鹽結(jié)皮地表形態(tài)可分為埋藏鹽殼、垡板狀鹽殼、厚層龜裂鹽殼、薄層龜裂鹽殼和棱狀鹽殼[11]．Goodall根據(jù)鹽結(jié)皮的厚度與表面形狀劃分為兩類(lèi)：厚鹽結(jié)皮（結(jié)皮呈多邊形塊狀，裂縫隆起>10 cm）和薄鹽結(jié)皮（結(jié)皮呈多邊形或類(lèi)似水泡狀，裂縫隆起厚度<10 cm）．薄結(jié)皮是鹽結(jié)皮變化的基本形態(tài)，經(jīng)過(guò)鹽結(jié)晶沉積物變形、鹽溶沉積物塌陷和聚合、以及兩者的混合作用，鹽結(jié)皮地表發(fā)生了顯著變化[12]．從變化過(guò)程看，自然鹽結(jié)皮大致可劃分為三個(gè)階段，即成長(zhǎng)期（Ⅰ階段）、成熟期（Ⅱ階段）和消亡期（Ⅲ階段）．不同學(xué)者對(duì)三個(gè)階段的劃分又存在一定分歧．Artieda對(duì)南美洲四個(gè)鹽盆地（Yungay，Salar de Navidad，Salar de Llamara，Salar Grande）的鹽結(jié)皮進(jìn)行調(diào)查分析指出：Ⅰ階段，地表較平坦，鹽結(jié)皮裂紋輕微隆起（1～3 cm），鹽和土壤顆粒混合形成結(jié)皮，結(jié)皮物質(zhì)組成分布較為均勻，未出現(xiàn)鹽瘤（Nodule）；Ⅱ階段，地表呈規(guī)則碟形狀，四周裂紋隆起，裂紋處出現(xiàn)鹽富集．Ⅱ階段又可細(xì)分為早期和晚期兩個(gè)階段．在Ⅱ階段早期，裂塊呈現(xiàn)一個(gè)非常明顯的中間低四周高的碟形狀，裂塊尺寸相對(duì)較大（直徑約30～90 cm），裂塊中部由鹽和土壤組成堅(jiān)硬而多孔的結(jié)構(gòu)，裂塊邊緣則主要是鹽，土壤顆粒很少．在Ⅱ階段晚期，裂塊尺寸變小，裂塊周邊進(jìn)一步抬升，裂塊中間部分和邊緣部分的物質(zhì)組成差異進(jìn)一步加大，邊緣部分逐步演化成直徑5～20 cm的鹽瘤；Ⅲ階段，因侵蝕作用鹽結(jié)皮邊緣裂縫變得不清晰，隆起部分發(fā)育成圓或不規(guī)則形狀，鹽瘤發(fā)育完全，也有的出現(xiàn)像垂直魚(yú)鰭一樣的結(jié)構(gòu)，經(jīng)常很難辨認(rèn)鹽塊碟形中心[13]．Nield結(jié)合地表形態(tài)、土壤水分蒸發(fā)和土壤侵蝕提出鹽結(jié)皮三個(gè)階段特征為：Ⅰ階段，平坦鹽結(jié)皮階段（Continuous），鹽結(jié)皮地表平坦，土壤水分蒸發(fā)較低，土壤侵蝕量??；Ⅱ階段，脊?fàn)铥}殼階段（Riged），地表呈現(xiàn)高低起伏脊?fàn)畹乇?，這階段土壤水分蒸發(fā)量較大，土壤侵蝕量較小；Ⅲ階段，侵蝕階段（Degraded），地表有較大的土壤風(fēng)蝕量，土壤蒸發(fā)量較?。@三個(gè)階段可以通過(guò)正反饋（土壤表層、次表層和氣象過(guò)程導(dǎo)致地表隆起發(fā)展）、負(fù)反饋（降雨或風(fēng)蝕使地表隆起消亡）和極端事件（極端洪水或降雨導(dǎo)致鹽結(jié)皮溶解）進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換[9]．鹽結(jié)皮地表形態(tài)還具有一定繼承性，Lokier在Abu Dhabi Sabkha海灘觀察發(fā)現(xiàn)，鹽結(jié)皮龜裂縫由下腹的泥脊或石巖微地形控制，表層龜裂鹽結(jié)皮破壞后，新形成的鹽結(jié)皮龜裂裂縫還會(huì)繼續(xù)在原裂縫處形成[14]．

2 鹽結(jié)皮形成機(jī)理

在自然鹽結(jié)皮和土壤（或多孔材料）結(jié)皮實(shí)驗(yàn)中，鹽結(jié)皮根據(jù)其結(jié)晶位置有表面結(jié)皮（efflorescence）和次表層結(jié)皮（subflorescence）兩種[15]．表面鹽結(jié)皮在土壤（或多孔材料中）表面結(jié)晶，根據(jù)其形態(tài)有殼狀（Crusty）或補(bǔ)丁狀（Patchy）鹽結(jié)晶層[16]．次表層結(jié)皮在土壤（或多孔材料中）表面下部的孔隙中形成一層鹽結(jié)晶層[17]．形成何種鹽結(jié)皮與鹽的種類(lèi)和蒸發(fā)條件有較大的相關(guān)性．

2.1 表面結(jié)皮

NaCl在常溫下通常形成表面鹽結(jié)皮[16,18,19]．常溫下土壤顆粒粒徑、粒徑形狀以及粒徑親水性控制著表面結(jié)皮類(lèi)型．Eloukabi進(jìn)行NaCl實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在土壤粒徑5～160μm時(shí)形成“殼”狀（Crusty），在土壤粒徑200～300μm時(shí)形成“補(bǔ)丁”狀（Patchy）[16]．Norouzi Rad運(yùn)用粒徑相近（平均粒徑600μm）的不規(guī)則自然沙粒和球形玻璃珠進(jìn)行NaCl結(jié)皮實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示兩種顆粒都形成補(bǔ)丁狀結(jié)皮，但自然沙粒形成的補(bǔ)丁狀結(jié)皮呈不規(guī)分布，而球形顆粒形成的補(bǔ)丁狀結(jié)皮則幾乎均勻分布[20]．Bergstad研究粒徑范圍為90～250μm（平均粒徑166μm）的普通沙粒和憎水沙粒（普通沙粒浸染n-octyltriethoxysilane溶液）混合對(duì)結(jié)皮形狀的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)普通沙粒形成殼狀結(jié)皮，加入憎水沙粒后形成補(bǔ)丁狀結(jié)皮，隨著憎水沙粒增加補(bǔ)丁狀結(jié)皮面積越來(lái)越小[21]．更多的研究顯示，NaNO[22?24]3、KCl[15,25?27]、KNO[15,24]3形成的鹽結(jié)皮，與NaCl較為相似，常溫下一般形成表面結(jié)皮．

2.2 次表層結(jié)皮

Na2SO4在常溫下則形成次表層鹽結(jié)皮[15,22,23,27]．在土壤或多孔材料表面下部的孔隙中，Na2SO4晶體吸附于孔壁而逐步沉積，孔隙則逐步被鹽晶體填充[8,28]．隨著Na2SO4晶體增加，土壤或多孔材料孔隙越來(lái)越小，當(dāng)孔隙壁與晶體間僅剩一層非常?。s1～2 nm）的濕幕（Weting Film）時(shí)，孔隙壁與晶體間的Na2SO4溶液再結(jié)晶時(shí)會(huì)產(chǎn)生足以破壞各種材料的結(jié)晶壓力[29]，巨大結(jié)晶壓力使土壤或多孔材料產(chǎn)生膨脹破壞，表面鹽結(jié)皮則不存在這種破壞性．這種鹽結(jié)晶破壞在含鹽的建筑材料中非常普遍[23,24,27,30]，是影響建筑安全的一個(gè)重要因素，國(guó)內(nèi)外學(xué)者非常重視，并進(jìn)行了大量研究[14,22,28,31?35]．Na2SO4結(jié)晶壓力來(lái)自于兩個(gè)方面，一是孔隙溶液的超飽和狀態(tài)，二是Na2SO4結(jié)晶體水合相態(tài)的變化．Scherer和Espinosa通過(guò)Na2SO4結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程模擬和多孔材料破壞壓力測(cè)定，計(jì)算出超飽和是產(chǎn)生結(jié)晶壓力的根源，Na2SO4溶液結(jié)晶時(shí)會(huì)達(dá)到一個(gè)非常高的超飽和度（S=4.4），且這種高的超飽和度持續(xù)時(shí)間非常長(zhǎng)，這種超飽和度產(chǎn)生了巨大的結(jié)晶壓力使土壤或多孔材料產(chǎn)生破壞[15,29]．Steiger和Schiro從Na2SO4-H2O結(jié)晶相位變化圖出發(fā)，則認(rèn)為Na2SO4結(jié)晶相態(tài)變化才是Na2SO4結(jié)晶壓力產(chǎn)生的原因．Na2SO4晶體在水中或潮濕的環(huán)境下重結(jié)晶生成亞穩(wěn)定的Na2SO4·7H2O，再轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定Na2SO4·10H2O，Na2SO4·10H2O溶解度很小，晶體迅速增加，晶體體積增加而產(chǎn)生較大的結(jié)晶壓力[36,37]．Na2SO4結(jié)晶相態(tài)變化與環(huán)境濕度相關(guān)．Na2SO4在濕度>50%時(shí)生成芒硝晶體（Na2SO4·10H2O），在濕度<50%時(shí)生成無(wú)水芒硝晶體（Na2SO4）[28]．環(huán)境濕度大時(shí)無(wú)水芒硝晶體會(huì)潮解形成芒硝，環(huán)境濕度小時(shí)芒硝晶體會(huì)脫水形成無(wú)水芒硝，Na2SO4晶體的潮解與脫水形成晶體體積變化，從而破壞含Na2SO4鹽的土壤或材料．依據(jù)Na2SO4晶體潮解與脫水，Menndez結(jié)合ECOS-RUNSALT模型和空氣濕度變化、建筑材料中鹽含量來(lái)預(yù)測(cè)鹽晶體對(duì)古建筑的破壞作用[24]．自然鹽結(jié)皮中，Na2SO4晶體潮解與脫水使鹽結(jié)皮發(fā)生塌陷和膨脹，是形成自然鹽結(jié)皮龜裂隆起的主要因素[12,14]，在鹽結(jié)皮隆起下部和裂縫處出現(xiàn)一層松軟的芒硝層[38]．MgSO4、K2SO4、Na2CO3與Na2SO4一樣具有多種水合鹽，形成的鹽結(jié)皮也是次表層結(jié)皮，在潮解與脫水過(guò)程中對(duì)土壤和多孔材料也會(huì)產(chǎn)生壓力破壞[23]．

2.3 混合鹽結(jié)皮

兩種或兩種以上鹽混合對(duì)鹽結(jié)皮有較大影響[22,24,26]．混合鹽對(duì)表面結(jié)皮形態(tài)產(chǎn)生了改變．Gupta研究了抑制劑亞鐵氰離子（[Fe(CN)6]4?）對(duì)結(jié)皮晶體的影響，NaCl溶液加入亞鐵氰離子后，結(jié)晶開(kāi)始之前的超飽和度顯著提高，NaCl晶體由無(wú)抑制劑的立方晶體變?yōu)閿U(kuò)展晶體，單個(gè)晶體積增大．在NaCl-KCl和NaCl-LiCl的混合溶液中加入亞鐵氰離子后，結(jié)晶開(kāi)始之前的超飽和度則比單鹽要低，晶體則變?yōu)槿菀罪L(fēng)蝕的樹(shù)枝狀晶體[26]．混合鹽產(chǎn)生的次表層結(jié)皮的破壞作用顯著減輕．Menndez比較了NaCl（溶度6%）、Na2SO4·10H2O（溶度6%）、飽和CaSO4三種單鹽和三種鹽混合（溶度6.2%）的結(jié)皮，發(fā)現(xiàn)混合鹽同時(shí)具有表皮結(jié)皮特征和次表層結(jié)皮特征，但混合鹽對(duì)多孔材料產(chǎn)生的破壞作用明顯小于Na2SO4單鹽產(chǎn)生的破壞[24]．Cardell研究了單硫酸鹽（CaSO4、MgSO4、Na2SO4、K2SO4）和混合硫酸鹽在石灰石上的結(jié)皮，也發(fā)現(xiàn)混合鹽對(duì)多孔材料的破壞要小于單鹽的[39]．De Clercq和Lindstr¨om對(duì)多種硫酸鹽混合進(jìn)行研究也發(fā)現(xiàn)混合鹽生成的次表層結(jié)皮的破壞作用要明顯小于單鹽．MgSO4和Na2SO4等摩爾混合鹽還生成了晶體比單鹽大得多的多種復(fù)合鹽：Na2Mg(SO4)2·4H2O（白鈉鎂礬），Na2Mg(SO4)2·5H2O（五水鎂鈉礬），Na12Mg7(SO4)13·15H2O（鈉鎂礬）和Na6Mg(SO4)4（無(wú)水鈉鎂礬）[22,40]．混合鹽還影響鹽的潮解和水分蒸發(fā)．Sawdy研究了（Mg(NO3)2·H2O，NaCl，NaNO3，KNO3，CaSO4·2H2O）兩種鹽混合結(jié)晶，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于單鹽而言混合鹽的潮解/溶解點(diǎn)和溶解速率增加，但蒸發(fā)速度比單鹽的蒸發(fā)速度要慢，在吸收和干燥的循環(huán)中混合鹽破壞性更小[41]．

鹽結(jié)皮類(lèi)型不僅受鹽種類(lèi)影響，還受多孔材料的孔隙尺寸、表面蒸發(fā)速度、液體的傳輸性能影響[15,23,41]．Sawdy在孔隙非常小的石灰石中發(fā)現(xiàn)了一層Na2SO4的表層結(jié)皮[41]．Espinosa在研究NaCl和Na2SO4結(jié)皮時(shí)指出，NaCl在蒸發(fā)迅速的條件下也能形成次表層結(jié)皮，Na2SO4在空氣濕度飽和的慢速蒸發(fā)條件下也能形成表面結(jié)皮[15]．鹽結(jié)皮類(lèi)型受多種因素影響，其形成機(jī)理十分復(fù)雜，到目前為止還未完全清楚，還有待于進(jìn)一步揭示．

3 鹽結(jié)皮對(duì)土壤風(fēng)蝕影響

土壤鹽結(jié)皮顯著地改變了土壤抗風(fēng)蝕性能．鹽結(jié)皮中的鹽晶體吸附于土壤顆粒表面，將分散的土壤顆粒膠結(jié)成大土壤顆?；?qū)⑼寥滥z結(jié)為整體．大土壤顆粒增大了土壤風(fēng)蝕起動(dòng)風(fēng)速閾值，提高了土壤抗風(fēng)蝕能力[42]，固結(jié)成整體的土壤則幾乎沒(méi)有風(fēng)蝕現(xiàn)象．然而，不同形式、不同類(lèi)型的鹽結(jié)皮對(duì)土壤風(fēng)蝕的影響不同．一般情況下表面鹽結(jié)皮有助于提高土壤抗風(fēng)蝕性能．Nickling在細(xì)沙土表面噴灑不同溶度的NaCl和KCl溶液（溶度為：0.5、1.0、5.6、7.5、10、15、20、30 g/L）形成表面殼狀鹽結(jié)皮，然后在風(fēng)洞中測(cè)試沙土表面起動(dòng)風(fēng)速閾值，結(jié)果顯示表面殼狀鹽結(jié)皮大大提高了沙土的抗風(fēng)蝕性能，沙土表面的起動(dòng)風(fēng)速閾值隨著鹽溶度的增加而增大，即使很低的鹽溶度也能顯著的提高沙土的起動(dòng)風(fēng)速閾值[43]．MgC12和CaCl2溶液形成的表面結(jié)皮也得到相似的結(jié)論[44]．厚表面殼狀鹽結(jié)皮相比于薄表面殼狀結(jié)皮具有更大的起動(dòng)風(fēng)速閾值．Nield對(duì)實(shí)驗(yàn)生成的薄表面殼狀鹽結(jié)皮和厚表面殼狀鹽結(jié)皮進(jìn)行風(fēng)洞測(cè)試，發(fā)現(xiàn)厚表面殼狀鹽結(jié)皮比薄表面殼狀鹽結(jié)皮有較高的起動(dòng)風(fēng)速閾值；但表面殼狀鹽結(jié)皮一旦破裂后或表層鹽結(jié)皮是補(bǔ)丁狀時(shí)，結(jié)皮的起動(dòng)風(fēng)速閾值則與厚度不相關(guān)，表面的起動(dòng)風(fēng)速閾值都迅速降低．土壤風(fēng)蝕發(fā)生后，含鹽的土壤也能顯著的減少?gòu)谋砻嫔涑龅念w粒流[45]．OBrien測(cè)試鹽溶度從320 g/kg降低到80 g/kg時(shí)，發(fā)現(xiàn)從表面射出的顆粒流明顯增大，顆粒流的增大與風(fēng)速和顆粒碰撞速度不相關(guān)[46]．Argaman將鹽結(jié)皮大幅增加土壤起動(dòng)風(fēng)速閾值歸結(jié)于鹽結(jié)皮中緊密堆積的鹽晶顆粒和土壤細(xì)顆粒本身的粘結(jié)性[42]．

次表層鹽結(jié)皮生成于表層下部，鹽晶體吸附土壤孔隙壁，將土壤顆粒膠結(jié)在一起，但次表層結(jié)皮一般存在鹽膨脹作用，鹽膨脹使膠結(jié)的土壤層隆起開(kāi)裂產(chǎn)生破壞，因此次表層結(jié)皮土壤的抗風(fēng)蝕性能不如表面結(jié)皮土壤．Nield在風(fēng)洞中比較NaCl和Na2SO4的土壤結(jié)皮的抗風(fēng)蝕性能發(fā)現(xiàn)，Na2SO4結(jié)皮土壤更容易被侵蝕．Na2SO4結(jié)皮土壤結(jié)皮在溫度和濕度循環(huán)變化的作用下潮解、脫水，鹽結(jié)皮膨脹形成多邊形塊狀的脊?fàn)畹乇恚@種地表增大了地表粗糙度，在隆起裂縫處容易被風(fēng)侵蝕[45,46]．在風(fēng)蝕作用下，地表由脊?fàn)铥}殼階段演變?yōu)榍治g階段．自然條件下，Na2SO4通常與其他鹽混合形成混合鹽結(jié)皮，混合鹽結(jié)皮土壤的風(fēng)蝕破壞作用則明顯小于純Na2SO4鹽結(jié)皮土壤[46,47]．

鹽結(jié)皮的晶體形狀也顯著的影響土壤風(fēng)蝕．Buck在美國(guó)加利福尼亞Salton Sea利用原位便攜式風(fēng)蝕儀（PI-SWERL）測(cè)量不同類(lèi)型鹽結(jié)皮的風(fēng)蝕量，運(yùn)用掃描電鏡觀測(cè)相應(yīng)鹽結(jié)皮結(jié)晶形態(tài)，發(fā)現(xiàn)針狀或棱柱狀晶體的鹽結(jié)皮具有較高的風(fēng)蝕通量．形成針狀或棱柱狀晶體的鹽有含水或脫水的芒硝/無(wú)水芒硝、尤鈉鈣礬/鈣芒硝、石膏/燒石膏和多種硫酸鎂鹽[48]．在環(huán)境變化下，這些鹽反復(fù)溶解和結(jié)晶，形成一種沒(méi)有粘合的細(xì)小獨(dú)立晶體，在鹽結(jié)皮表層下部形成一層蓬松鹽層，使結(jié)皮與土壤脫離，造成鹽結(jié)皮破壞后具有較高的風(fēng)蝕通量[15,28]．一般而言，沒(méi)有開(kāi)裂的鹽結(jié)皮強(qiáng)度越大的其抗風(fēng)蝕性能也越好，但結(jié)皮形成過(guò)程中均會(huì)出現(xiàn)不均性[3]，造成結(jié)皮破壞，從而造成鹽結(jié)皮的抗風(fēng)蝕性能差異大．

在鹽結(jié)皮增強(qiáng)土壤抗風(fēng)蝕性能中，除了鹽晶體膠結(jié)土壤增大起動(dòng)風(fēng)速閾值外，鹽結(jié)皮保持上層土壤水分從而間接增加土壤抗風(fēng)蝕性的作用也是不可忽略．從鹽結(jié)皮形成機(jī)理可知鹽晶體沉積于表層或表層下部的土壤孔隙中，在均質(zhì)土壤內(nèi)部細(xì)小孔隙幾乎全部被結(jié)晶鹽堵塞，水汽無(wú)法通過(guò)，在非均質(zhì)土壤小孔隙被鹽晶體堵塞，大孔隙依靠水蒸氣傳播，土壤水分蒸發(fā)嚴(yán)重減弱．土壤中毛細(xì)管吸上來(lái)的水被阻礙在結(jié)皮下部，使上層土壤保持一個(gè)較大的土壤水分，從而增加土壤的抗風(fēng)蝕性能[48]．國(guó)外大量學(xué)者對(duì)自然鹽結(jié)皮土壤水分蒸發(fā)進(jìn)行了大量觀測(cè)研究，鹽結(jié)皮的存在嚴(yán)重地阻礙了土壤水分蒸發(fā)．Chen在澳大利亞Amadeus湖觀測(cè)到鹽結(jié)皮水分蒸發(fā)量為70 mm/a，僅為鹵水蒸發(fā)的10%左右．不同類(lèi)型的鹽結(jié)皮土壤水分蒸發(fā)量相差較大[49]．Kampfa在智利北部Salar de Atacama鹽湖運(yùn)用渦動(dòng)對(duì)鹽結(jié)皮土壤水分蒸發(fā)進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)光滑鹽結(jié)皮土壤水分蒸發(fā)量為0.1～1.1 mm/d，邊緣植被區(qū)域鹽結(jié)皮土壤水分蒸發(fā)量為0.4～2.8 mm/d，而在粗糙鹽結(jié)皮地表則未觀測(cè)到土壤水分蒸發(fā)量[50]．自然鹽結(jié)皮裂縫出現(xiàn)后會(huì)增大鹽結(jié)皮土壤水分蒸發(fā)，其蒸發(fā)速率相比于沒(méi)有裂隙的鹽結(jié)皮大幾個(gè)數(shù)量級(jí)[51,52]．Nield研究指出：Ⅰ階段平坦鹽結(jié)皮土壤水分蒸發(fā)量較低；Ⅱ階段脊?fàn)铥}結(jié)皮土壤水分蒸發(fā)量變大；Ⅲ階段侵蝕鹽結(jié)皮土壤蒸發(fā)量又變小[48]．李誠(chéng)志在塔里木河下游對(duì)比無(wú)鹽結(jié)皮土壤和有鹽結(jié)皮土壤的上層土壤水分時(shí)，發(fā)現(xiàn)有鹽結(jié)皮的上層土壤（0～15 cm）水分要明顯高于無(wú)鹽結(jié)皮的土壤水分[53]．在土壤風(fēng)蝕期，鹽結(jié)皮地表即使破裂，上層較大土壤水分可以迅速蒸發(fā)形成新的鹽結(jié)皮，從而有效的提高土壤的抗風(fēng)蝕性能．

4 進(jìn)展與展望

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤鹽結(jié)皮進(jìn)行了大量的研究，取得了豐碩的研究成果，這些研究成果為繼續(xù)研究土壤鹽結(jié)皮提供了基礎(chǔ)．通過(guò)文獻(xiàn)梳理和比較，從土壤風(fēng)蝕角度看土壤鹽結(jié)皮仍存在一些值得深入研究的內(nèi)容．

4.1 鹽結(jié)皮類(lèi)型影響

從現(xiàn)有文獻(xiàn)看，鹽結(jié)皮顯著提高土壤抗風(fēng)蝕性能已成為眾多學(xué)者共識(shí)．在表面鹽結(jié)皮風(fēng)蝕性能研究中，目前主要集中于殼狀鹽結(jié)皮的抗風(fēng)蝕性能研究，補(bǔ)丁狀鹽結(jié)皮的抗風(fēng)蝕性能則未見(jiàn)報(bào)道．殼狀鹽結(jié)皮在土壤表面生成一層全覆蓋的鹽結(jié)皮，松散土壤顆粒全置于鹽結(jié)皮保護(hù)下，土壤風(fēng)蝕過(guò)程中需破裂表面鹽結(jié)皮后才能運(yùn)移下部松散土壤顆粒．補(bǔ)丁狀鹽結(jié)皮則未完全覆蓋土壤表面，部分土壤顆粒直接裸露在外，土壤風(fēng)蝕過(guò)程中可能被氣流直接夾帶，形成風(fēng)沙流破壞補(bǔ)丁狀鹽結(jié)皮．補(bǔ)丁狀鹽結(jié)皮土壤風(fēng)蝕過(guò)程與殼狀鹽結(jié)皮土壤風(fēng)蝕過(guò)程應(yīng)該存在較大的差異，但補(bǔ)丁狀鹽結(jié)皮風(fēng)蝕過(guò)程還未見(jiàn)報(bào)道，其風(fēng)蝕過(guò)程還未知，需要深入研究．在現(xiàn)有的表面鹽結(jié)皮研究中，生成表面鹽結(jié)皮的鹽多數(shù)為NaCl，少量的KCl、MgC12、CaCl2和NaNO3，其他表面鹽結(jié)皮鹽則幾乎沒(méi)有．不同鹽結(jié)晶的晶體大小、晶體形狀以及組合都不一樣，結(jié)晶體間作用力大小也存在差異，生成的表面鹽結(jié)皮抗風(fēng)蝕能力應(yīng)該也存在較大差異．王大環(huán)對(duì)NaCl、CaCl2、Na2CO3、NaHCO3進(jìn)行風(fēng)沙土結(jié)皮實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同鹽形成的表面鹽結(jié)皮強(qiáng)度差異很大，CaCl2形成的鹽結(jié)皮強(qiáng)度非常高，Na2CO3、NaHCO3結(jié)皮面出現(xiàn)明顯的“發(fā)酵”蓬松現(xiàn)象，結(jié)皮強(qiáng)度則非常低，甚至低于風(fēng)沙土本身的強(qiáng)度[54]．鹽種類(lèi)是影響表面鹽結(jié)皮風(fēng)蝕性能的一個(gè)重要因素，其影響有待于進(jìn)一步研究．

次表層鹽結(jié)皮風(fēng)蝕性能研究中，目前研究對(duì)象主要為Na2SO4形成的次表層鹽結(jié)皮．這類(lèi)鹽結(jié)皮最典型的特征是：鹽晶體會(huì)在溫度和濕度循環(huán)變化的作用下潮解、脫水，鹽結(jié)皮會(huì)膨脹形成多邊塊狀的脊型裂縫地表．這種結(jié)皮增加了土壤表面粗糙度，在裂縫處容易風(fēng)蝕．形成次表層結(jié)皮的鹽一般為水合鹽，晶體能與水形成不同水分子的水合鹽．水合鹽在環(huán)境溫度和濕度的變化下能相互轉(zhuǎn)換，不同水合鹽的晶體類(lèi)型、晶體體積和晶體膠結(jié)力均不同，其形成的次表層鹽結(jié)皮的強(qiáng)度差異較大，其風(fēng)蝕性能也完全不同．然而，目前關(guān)于環(huán)境條件對(duì)次表層鹽結(jié)皮風(fēng)蝕影響的研究很少，其影響機(jī)理暫未明了，還有待于深入研究．另外，形成水合鹽的鹽種類(lèi)非常多，目前僅有Na2SO4和MgSO4的相關(guān)研究，其他的水合鹽還有待于進(jìn)一步探究．

4.2 混合鹽結(jié)皮影響

自然界鹽結(jié)皮幾乎全部為混合鹽結(jié)皮，混合鹽結(jié)皮土壤風(fēng)蝕機(jī)理研究有助于我們進(jìn)一步利用鹽結(jié)皮有益部分抑制鹽結(jié)皮有害部分．從鹽結(jié)皮形成機(jī)理可知，兩種及兩種以上的鹽混合對(duì)鹽結(jié)皮的形成具有較大影響．混合鹽結(jié)晶時(shí)存在相互抑制，這種相互抑制明顯地降低了次表層鹽結(jié)皮的膨脹破壞作用，減輕次表層鹽結(jié)皮破壞造成的土壤風(fēng)蝕．目前，混合鹽研究集中于Na2SO4與NaCl、Na2SO4與NaNO3、Na2SO4與MgSO4等少數(shù)的幾類(lèi)混合鹽中，混合鹽的研究范圍有待于進(jìn)一步擴(kuò)展．混合鹽不僅與混合鹽種類(lèi)有關(guān)系，還與混合鹽之間的比例存在復(fù)雜關(guān)系．李沼鵜對(duì)NaCl和Na2CO3、NaCl和NaHCO3、Na2SO4和Na2CO3、Na2SO4和NaHCO3、NaCl和Na2SO4、KCl和Na2SO4、CaCl2和Na2SO4七種混合鹽，9個(gè)配比梯度(1︰9，2︰8，3︰7，4︰6，5︰5，6︰4，7︰3，8︰2，9︰1)，6個(gè)總鹽質(zhì)量（1%，2%，3%，4%，5%，7%）進(jìn)行試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)混合鹽形成的結(jié)皮形態(tài)和結(jié)皮強(qiáng)度與混合鹽種類(lèi)、混合比例和總鹽量存在非線性的復(fù)雜關(guān)系[55]．鎂類(lèi)混合鹽結(jié)皮還能增強(qiáng)土壤表面的吸濕性，增加土壤表面濕度，增大土壤表面顆粒的起動(dòng)風(fēng)速閾值，減少土壤風(fēng)蝕量．目前，混合鹽結(jié)皮對(duì)土壤風(fēng)蝕的研究?jī)H停留于結(jié)皮表觀狀態(tài)觀測(cè)和結(jié)皮風(fēng)蝕破壞，環(huán)境變化下混合鹽結(jié)皮晶體形態(tài)變化以及晶體-土壤作用力變化的研究還未見(jiàn)報(bào)道．混合鹽結(jié)皮的土壤風(fēng)蝕機(jī)理尚未清楚，揭示混合鹽結(jié)皮機(jī)理還需大量研究．

自然鹽結(jié)皮普遍形成于低洼盆地，這類(lèi)盆地通常認(rèn)為是空氣粉塵的主要來(lái)源[56]．許多學(xué)者從全球尺度對(duì)這類(lèi)低洼盆地的粉塵釋放量進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬從地表釋放到空氣中的粉塵量[57]，為全球氣候變化、全球物質(zhì)交換提供支撐數(shù)據(jù)．然而，這類(lèi)全球模型在考慮低洼盆地的粉塵釋放量時(shí)均未考慮鹽結(jié)皮減少土壤風(fēng)蝕作用，造成鹽結(jié)皮地表模擬的粉塵釋放量明顯偏高．結(jié)皮對(duì)土壤風(fēng)蝕影響其實(shí)早已運(yùn)用于土壤風(fēng)蝕模型中．Rice在土壤風(fēng)蝕模型中采用定量描述土壤類(lèi)型、土壤組成等方式引入土壤結(jié)皮對(duì)土壤風(fēng)蝕的影響[58]．Fryrear在修改土壤風(fēng)蝕方程（RWEQ）中把土壤黏粒百分比作為土壤結(jié)皮抵抗風(fēng)蝕予以考慮[59]．現(xiàn)有土壤風(fēng)蝕模型中，鹽結(jié)皮降低土壤風(fēng)蝕作用一直未合理地考慮，在鹽結(jié)皮地表使用土壤風(fēng)蝕模型受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)．合理確定全球粉塵釋放模型和小尺度的土壤風(fēng)蝕模型均需要將鹽結(jié)皮的作用引入，引入的方程和參數(shù)均需要進(jìn)行廣泛的研究．