我國鹽堿地治理利用潛力巨大。隨著近40年的持續(xù)治理和改造,其特點是總面積減少,重度鹽堿地面積比例總體降低,但局部地區(qū)次生鹽堿化加劇,廢棄土地增加,水資源限制越來越明顯。雖然近年來,通過一系列科技研究項目,我國取得了鹽堿地資源的多尺度評價、蒸發(fā)阻斷農(nóng)業(yè)藝術(shù)的高效抑鹽、工程-農(nóng)業(yè)藝術(shù)結(jié)合加強土壤鹽排放、節(jié)水灌溉優(yōu)化排放管理鹽控制、嚴(yán)重鹽堿地和鹽荒地鹽土農(nóng)業(yè)直接利用8 大系統(tǒng)40 實用技術(shù),但缺乏完善的分類管理技術(shù)體系、技術(shù)工程化程度低、長期后期管理保護(hù)、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目和產(chǎn)業(yè)政策聯(lián)系不緊密,導(dǎo)致推廣應(yīng)用困難、治理效果不穩(wěn)定、后期投資不足、社會參與熱情不高。鑒于上述情況,本文提出了鹽堿地分類處理和農(nóng)業(yè)高效開發(fā)利用的問題"基礎(chǔ)研究 前沿技術(shù)研發(fā) 應(yīng)用示范 產(chǎn)業(yè)促進(jìn) 商業(yè)發(fā)展"相結(jié)合的"全鏈條產(chǎn)業(yè)"創(chuàng)新發(fā)展研資用相結(jié)合的新模式,創(chuàng)新發(fā)展思路,形成我國鹽堿地分類治理與水-土-基效利用生物資源的基本理論體系和關(guān)鍵技術(shù)體系,建立合適的鹽堿地分類管理工程配套模式,依托國家鹽堿區(qū)多部門合作,引導(dǎo)新業(yè)務(wù)實體和社會力量參與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,為我國障礙資源管理改造和高價值利用樹立榜樣。
不同類型的鹽堿地是中國重要的現(xiàn)實和潛在的農(nóng)業(yè)資源。在當(dāng)前國家糧食安全戰(zhàn)略形勢下,鹽堿地治理和農(nóng)業(yè)利用進(jìn)一步突出了確保谷物基本自給自足、口糧絕對安全、保持現(xiàn)有耕地穩(wěn)定、嚴(yán)格防止耕地紅線的重要性。2014年,中國科學(xué)院提交的《中國科學(xué)院建議開展全國鹽堿地分類治理技術(shù)示范》報告獲得了國家領(lǐng)導(dǎo)人的重要指示;在此基礎(chǔ)上,國家發(fā)展和改革委員會與科技部、農(nóng)業(yè)部、財政部等10個部委聯(lián)合發(fā)布實施了《關(guān)于加強鹽堿地治理的指導(dǎo)意見》;2015年中央第一文件第一條第一點指出實施糧食豐產(chǎn)科技項目和鹽堿地改造科技示范。這充分表明,國家一級已經(jīng)認(rèn)識到改善鹽堿地治理和農(nóng)業(yè)高效利用對保障糧食、耕地和農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)的重要性和必要性。
土壤鹽堿化問題已成為全球變化研究框架下的重要組成部分。最新研究表明,未來全球土壤鹽堿化的特點是區(qū)域突出與全球加劇并存、濕潤半濕潤區(qū)次生鹽堿化與干旱半干旱區(qū)鹽堿地并存、局部鹽堿化緩慢加劇并存、新技術(shù)應(yīng)用推廣與舊田間管理體系并存。因此,鹽堿地的治理和農(nóng)業(yè)利用技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)推廣已經(jīng)達(dá)到了一個新的水平,成為國內(nèi)外研究的熱點。我國在鹽堿地治理和農(nóng)業(yè)利用方面具有良好的研究基礎(chǔ)和優(yōu)勢,體現(xiàn)在:(1)擁有許多鹽堿地處理和利用研究成果和研究團(tuán)隊、中國科學(xué)院、農(nóng)業(yè)部、國土資源部、水利部等部委,以及國內(nèi)農(nóng)業(yè)院校和科研機構(gòu),在鹽堿化防治、土壤改良、農(nóng)田水利改造、農(nóng)業(yè)高效利用等領(lǐng)域,聚集了一批核心研究團(tuán)隊;(2)野外試驗基地或站分布廣泛,僅中國科學(xué)院或農(nóng)業(yè)科學(xué)院具有20多個綜合研究成熟的研究成果和國內(nèi)農(nóng)業(yè)平臺,在鹽堿化防治、土壤改良好的綜合研究成果和研究成果,例如,20世紀(jì)80年代中后期實施的黃淮海平原旱澇堿綜合治理試驗示范農(nóng)業(yè)綜合發(fā)展重大項目,取得了504億公斤糧食產(chǎn)量增長的顯著成果。近年來,中國科學(xué)院和國內(nèi)相關(guān)力量組織實施了鹽堿農(nóng)業(yè)高效利用配套技術(shù)模式研究示范公益產(chǎn)業(yè)專項項目,最近聯(lián)合科技部啟動了渤海糧倉科技示范項目項目
開展國家鹽堿地治理和農(nóng)業(yè)高效利用,對促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略調(diào)整協(xié)調(diào)發(fā)展、解決耕地占用補償平衡問題、保障和改善鹽堿地民生、促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。有助于全面提高我國鹽堿地治理及其農(nóng)業(yè)高效利用的技術(shù)水平,為我國鹽堿地農(nóng)業(yè)建設(shè)帶來直接的土地增長、糧食增長和收入增長效果。同時,加快鹽土農(nóng)業(yè)特色完整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的培育,促進(jìn)我國鹽堿地傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)調(diào)整,促進(jìn)鹽堿地儲備耕地資源潛力深度挖掘,實現(xiàn)我國鹽堿地農(nóng)業(yè)效率、農(nóng)民收入和民生改善,促進(jìn)我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè),確保國家戰(zhàn)略需求提供重要的技術(shù)支持。
1.1 我國鹽堿地資源的總體分布和潛力
目前,我國有各種可用鹽堿地資源5.5億畝,其中具有農(nóng)業(yè)利用前景的鹽堿地總面積1.851億畝,包括各種未經(jīng)治理改造的鹽堿障礙耕地0.321億畝,以及尚未使用和新形成的鹽堿荒地1.531億畝。目前具有良好的農(nóng)業(yè)發(fā)展價值,改良利用潛力鹽堿地面積1億畝,集中在東北、中北、西北、濱海、華北五個地區(qū),其中東北鹽堿區(qū)3000萬畝,西北鹽堿區(qū)3000萬畝,中北鹽堿區(qū)1500萬畝,濱海鹽堿區(qū)1500萬畝,華北鹽堿區(qū)1000萬畝。從省(區(qū))分布來看,主要分布在吉林、寧夏、內(nèi)蒙古、河北、新疆、江蘇等18個省、市、自治區(qū)。
1.2 我國鹽堿地農(nóng)業(yè)利用的潛力
在我國近期具有良好農(nóng)業(yè)改良利用潛力的1億畝鹽堿地中,3500萬畝鹽堿障礙耕地經(jīng)治理改良后可大幅增產(chǎn),6500萬畝未農(nóng)業(yè)利用的鹽堿地開發(fā)改造后可實現(xiàn)農(nóng)業(yè)利用。合理改造利用上述1億畝鹽堿地后,新增耕地面積6500萬畝,大大提高3500萬畝鹽堿地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力,每年增加糧棉油產(chǎn)量200多億公斤,治理利用潛力巨大。
1.3 我國鹽堿地資源整體治理利用現(xiàn)狀
據(jù)鹽生網(wǎng)統(tǒng)計,目前我國已形成多項水利工程、生物、農(nóng)藝、化工等鹽堿地綜合治理利用技術(shù),并在各鹽堿區(qū)形成了東北鹽堿區(qū)種稻洗鹽改堿技術(shù)、西北鹽堿區(qū)膜下滴灌技術(shù)、濱海鹽堿區(qū)上下改控鹽培肥技術(shù)、中北鹽堿區(qū)生物節(jié)水農(nóng)藝技術(shù)、華北鹽堿區(qū)有機培肥鹽斑改良技術(shù)等一些具有明顯區(qū)域特色的關(guān)鍵技術(shù)。通過近年來的持續(xù)治理和改造,我國鹽堿地呈現(xiàn)出總面積減少、重度鹽堿地面積減少、中輕度鹽堿地比例增加(約占2/3)的趨勢。但在全球氣候災(zāi)害頻繁、農(nóng)業(yè)可用水資源匱乏、沿海灘涂圍墾國家戰(zhàn)略的背景下,部分地區(qū)次生鹽堿化加劇、廢棄地增加、水資源限制越來越明顯。比如中北鹽堿區(qū)河套和阿拉善地區(qū)采用上游咸水和咸井水灌溉,導(dǎo)致次生鹽漬化擴大,西北綠洲農(nóng)區(qū)水資源總量急需加快。
20自20世紀(jì)50年代以來,國家組織力量對我國鹽堿地資源進(jìn)行了調(diào)查,掌握了不同地區(qū)和類型的鹽堿地條件、土壤和水鹽特性、開發(fā)利用方法等基本數(shù)據(jù)。20世紀(jì)90年代末,黃淮海平原旱澇堿綜合治理試驗示范農(nóng)業(yè)綜合發(fā)展重大項目啟動實施,取得顯著成效。自2009年以來,中國科學(xué)院聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)力量,組織實施鹽堿農(nóng)業(yè)高效利用配套技術(shù)模式研究示范公益產(chǎn)業(yè)專項,全面開展鹽堿處理和農(nóng)業(yè)高效利用實用技術(shù)篩選、改進(jìn)和新技術(shù)研發(fā),在我國主要鹽堿地區(qū)建立了適合不同類型鹽堿處理改造的成熟技術(shù)和模式,取得了1000多萬畝的推廣應(yīng)用。最近,中國科學(xué)院和科技部啟動了渤海糧倉科技示范項目項目,全面開展了渤海灣低平原地區(qū)鹽堿障礙耕地和鹽堿荒地的改造,主要形成了40多項適用于鹽堿土地處理和農(nóng)業(yè)的實用技術(shù)。
2.1 鹽堿地多尺度評價、農(nóng)業(yè)適宜性評價和規(guī)劃技術(shù)體系的利用
該技術(shù)體系是鹽堿地處理利用的重要基礎(chǔ)技術(shù),結(jié)合點、田間、區(qū)域尺度的水鹽監(jiān)測傳感器、近地傳感器、遙感圖像等監(jiān)測手段,對多尺度土壤水鹽動態(tài)、時空演變進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測和監(jiān)測,根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對土壤鹽漬化分區(qū)、土壤質(zhì)量和農(nóng)業(yè)利用適宜性進(jìn)行評價,根據(jù)不同作物/植物的耐鹽性、生態(tài)習(xí)慣和當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣進(jìn)行鹽堿地種植布局規(guī)劃。具有代表性的技術(shù)包括基于實時高精度傳感器的土壤鹽不間斷原位測試技術(shù)、基于多/高光譜圖像的田間土壤鹽磁感快速檢測譯技術(shù)-區(qū)域多尺度鹽漬信息融合技術(shù)、鹽堿地農(nóng)業(yè)適宜性評價技術(shù)等。主要如下:
(1)基于實時高精度傳感器的土壤鹽持續(xù)原位測試技術(shù)。該技術(shù)利用四電極復(fù)合傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多孔陶瓷片土壤鹽傳感器來監(jiān)測土壤鹽的時間動態(tài),大大提高了靈敏度、采集頻率和自動化。
(2)基于多/高光譜圖像的田塊-區(qū)域多尺度鹽信息集成技術(shù)。該技術(shù)集成了大規(guī)模土壤鹽堿化的優(yōu)點,集成了地電導(dǎo)率儀和遙感光譜的大規(guī)模信息/數(shù)據(jù)同化,實現(xiàn)了土壤鹽堿化分布和時空動態(tài)的多尺度聯(lián)合監(jiān)測。
2.2 鹽堿地蒸發(fā)阻斷了農(nóng)業(yè)高效抑鹽技術(shù)體系
該技術(shù)系統(tǒng)以稀釋表面為核心,通過減少蒸發(fā)控制鹽的積累,打破毛管疏松土壤,物理分區(qū)控制鹽的上升,抑制土壤鹽的返回。該技術(shù)已成功應(yīng)用于中國濱海、黃灌區(qū)、黃淮海平原次生鹽堿區(qū)。具有代表性的技術(shù)如下:
(1)旱作鹽堿地上覆下改控鹽培肥技術(shù)。該技術(shù)覆蓋可降解膜,減少無效蒸發(fā),減緩鹽分表聚,利用秸稈旋耕直接還田,施用農(nóng)用有機肥,創(chuàng)造穩(wěn)定的水肥保存層,并在土壤積鹽期間持續(xù)控制鹽分。該技術(shù)適用于我國五大鹽堿區(qū),已成功應(yīng)用于濱海地區(qū)和重度鹽堿地的治理利用。
(2)次生障礙鹽堿地“上膜下秸”控抑鹽技術(shù)。該技術(shù)針對土壤次生鹽漬化特點,通過在地表下設(shè)秸稈隔層,切斷土壤毛細(xì)管的連續(xù)性,控制底層鹽分上移,并在地表覆膜,抑制鹽分表聚。該技術(shù)適合在我國五大鹽堿區(qū)應(yīng)用,目前已在內(nèi)蒙古、寧夏引黃灌區(qū)的中、重度鹽堿地進(jìn)行了成功應(yīng)用。
2.3 工程-農(nóng)結(jié)合增強土壤排鹽技術(shù)體系
該技術(shù)耦合工程鹽排放、物理鹽洗滌和化學(xué)鹽改性方法,通過破碎板結(jié)層加速鹽、離子替代加強鹽排放、暗管排水加強鹽洗滌等原理,加強土壤鹽洗滌效果,加快土壤鹽脫鹽率。目前,該技術(shù)已成功應(yīng)用于中國沿海地區(qū)和西北內(nèi)陸鹽堿地區(qū)重度鹽堿地的處理和利用。具有代表性的成熟技術(shù)包括機械破碎板層技術(shù)、水稻黃成熟延遲排水增強鹽洗滌技術(shù)、暗管處理頑固性堿斑技術(shù)等。主要有:
(1)機械破粘板層技術(shù)。該技術(shù)適用于土壤剖面板結(jié)不透水層、阻礙鹽淋洗的鹽堿地區(qū)。采用開溝機開溝破板結(jié)層,優(yōu)化寬鏈、窄鏈的溝寬、溝距參數(shù),促進(jìn)水分快速滲透和鹽淋洗,實現(xiàn)土壤脫鹽。目前,該技術(shù)已成功應(yīng)用于中國西北內(nèi)陸鹽堿地區(qū)重度鹽堿地的治理和利用。
(2)暗管治理頑固性堿斑技術(shù)。適用于具有一定水資源條件、重度鹽堿地或鹽堿荒地的管道。該技術(shù)將帶孔的管道鋪設(shè)在地下,根據(jù)土壤滲透性設(shè)置管距、埋深等參數(shù),使土壤中的鹽水通過管道孔隙匯入管道后排,離耕作區(qū)。目前,該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于濱海和西北內(nèi)陸鹽堿區(qū)。
2.4控鹽技術(shù)體系優(yōu)化節(jié)水灌管理
該技術(shù)體系以節(jié)水維持根據(jù)水鹽平衡為核心,通過集雨、合理灌排、膜下滴灌、咸水結(jié)冰凍融灌溉等原理,提高土壤淋鹽效率和水資源利用效率。具有代表性的技術(shù)包括鹽堿地棉花精量灌水控鹽技術(shù)、咸水結(jié)冰凍融淋鹽保苗技術(shù)、鹽堿地集雨抑蒸控鹽改土技術(shù)、微咸水滴灌技術(shù)等。主要如下:
(1)鹽堿地棉花精量灌溉和鹽控制技術(shù)。該技術(shù)改善了傳統(tǒng)方法的代表性差(根據(jù)平均土壤水鹽估算作物水脅迫),根據(jù)根區(qū)土壤水鹽和根分布改善作物的用水量和灌溉量,改善了節(jié)水和鹽洗滌效果,該技術(shù)已在西北內(nèi)陸鹽堿區(qū),尤其是膜下滴灌區(qū)進(jìn)行了成功應(yīng)用。
(2)咸水結(jié)冰凍融淋鹽保苗技術(shù)。該技術(shù)作為極具特色的節(jié)水技術(shù),利用咸水結(jié)冰凍融咸淡水分離和梯次入滲原理,冬季利用咸水凍結(jié)灌溉鹽堿地,實現(xiàn)春季作物播種出苗,促進(jìn)了微咸水、咸水等邊際水資源的有效利用,前期已在我國濱海和黃淮海平原鹽堿區(qū)重度鹽堿地上進(jìn)行了成功應(yīng)用。
2.5 土壤生物有機治鹽改土技術(shù)體系
該技術(shù)體系的核心在于生物有機改土培肥,通過加大有機補償、土壤增碳培育、廢棄物資源化利用、根際養(yǎng)分調(diào)控等原理,實現(xiàn)土壤的生物有機農(nóng)藝培肥。具有代表性的技術(shù)包括鹽堿土堆肥與培肥技術(shù)、鹽堿地根際營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)、鹽堿地秸稈快速腐解改土培肥技術(shù)、農(nóng)牧結(jié)合改良農(nóng)田堿斑技術(shù)等。主要如下:
(1)鹽堿地秸稈快速腐解改土培肥技術(shù)。該技術(shù)將催腐劑與氮素的聯(lián)合運用,增施氮肥(c/n=25∶1)與催腐劑聯(lián)合應(yīng)用模式進(jìn)行作物秸稈快速分解,通過激發(fā)微生物活性促進(jìn)秸稈腐解的養(yǎng)分釋放,目前該技術(shù)已在濱海鹽堿區(qū)的中、重度鹽堿地進(jìn)行了成功應(yīng)用。
(2)鹽堿土堆肥與培肥技術(shù)。該技術(shù)以質(zhì)量比4∶6的牛糞與秸稈粉碎后發(fā)酵,控制水分55%—65%,添加尿素1.5%—2.5%、快速發(fā)酵菌劑為2kg/t、10%—15%的腐植酸,發(fā)酵完成后將腐熟的有機肥和磷肥混合施入土壤。該技術(shù)在西北干旱、半干旱區(qū)重度鹽堿地得到成功應(yīng)用。