我國(guó)鹽堿地治理:現(xiàn)狀、問(wèn)題與展望趙耕毛*, 楊夢(mèng)圓, 陳碩, 蘇紀(jì)康, 呂慧琳, 賈慧昕, 劉兆普(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/海涂工程研究中心,江蘇 南京 210095)??摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,我國(guó)人口、資源、環(huán)境的矛盾與日俱增,可持續(xù)發(fā)展的壓力越來(lái)越大。與耕地一樣，鹽堿地作為以鹽類集積為主要特征的土地資源,不僅承載著污染凈化、生物資源、生物多樣性、全球碳庫(kù)、自然文化遺產(chǎn)、景觀旅游等重要功能，也是人類賴以生存的重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。鹽堿地治理是以減少作物逆境脅迫、作物健康及其高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)為主要目標(biāo),對(duì)于國(guó)家糧食安全、生態(tài)環(huán)境安全、人類健康具有十分重要的意義。近幾十年來(lái)，歷經(jīng)幾代人的努力，我國(guó)科技工作者已基本厘清了鹽堿地治理理論體系，并建立了符合我國(guó)國(guó)情的鹽堿地治理技術(shù)模式。但是，由于鹽堿地類型復(fù)雜多樣,鹽堿化程度不同、治理措施多元化等原因，我國(guó)尚未建立起分類分區(qū)，精準(zhǔn)治理，兼顧高水平與低成本的高效治理方法，更沒(méi)有建立起鹽堿地治理及其長(zhǎng)效管理的技術(shù)與服務(wù)體系框架。本文在論述鹽堿地概念的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹鹽堿地主要障礙因子、鹽堿地治理基本理論與技術(shù)方法、鹽堿地治理效果判別標(biāo)準(zhǔn)以及鹽堿地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要模式，闡述鹽堿地治理主要問(wèn)題及展望，以期啟發(fā)人們對(duì)鹽堿地的科學(xué)認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化鹽堿地治理技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新成果，更好地推動(dòng)鹽堿地農(nóng)業(yè)的發(fā)展。關(guān)鍵詞：鹽堿地; 治理; 糧食安全; 障礙因子; 技術(shù)模式; 效果判別鹽堿地是鹽土農(nóng)業(yè)的核心和基石，只有充分理解鹽堿地的概念、含義及其在鹽土農(nóng)業(yè)中的地位，才能更深刻領(lǐng)會(huì)鹽堿地治理領(lǐng)域相關(guān)術(shù)語(yǔ)及其理論框架。盡管前人已對(duì)鹽堿地概念進(jìn)行界定，但是受限于各種原因，目前仍然沒(méi)有公認(rèn)的、恰當(dāng)合理的定義。在學(xué)術(shù)交流過(guò)程中,筆者發(fā)現(xiàn)鹽堿地研究方面相關(guān)術(shù)語(yǔ)用法混亂，極有必要予以闡釋說(shuō)明。從資源學(xué)的角度出發(fā)，鹽堿地定義為：土壤表層積聚過(guò)多鹽堿成分，對(duì)農(nóng)作物有害的土地。它是鹽地、堿地、鹽化土地、堿化土地的總稱。在土壤學(xué)中，鹽堿地被稱為鹽漬土或鹽堿土，定義為在自然和人為因素作用下，鹽類參與土壤形成，導(dǎo)致土壤鹽化或堿化后含有大量可溶鹽類，從而抑制作物生長(zhǎng)的土壤。在土壤分類學(xué)中，鹽堿地與鹽漬土或鹽堿土同義，多數(shù)學(xué)者認(rèn)同的定義為各種鹽土、堿土及不同程度鹽化和堿化的土壤總稱。在中國(guó)，除了地方標(biāo)準(zhǔn)外，科技工作者至少使用兩套鹽堿土分類標(biāo)準(zhǔn)。一套分類標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)土壤學(xué)會(huì)鹽堿土專業(yè)委員會(huì)于1987年制定:當(dāng)土壤鹽分超過(guò)0.6%～2.0%時(shí)，為鹽土。其中，土壤氯化物下限為0.6%；硫酸鹽-氯化物、氯化物-硫酸鹽，其下限為1.0%；硫酸鹽下限為2.0%。當(dāng)100 g土壤水溶性鹽中至少浸溶0.5 mg當(dāng)量的蘇打時(shí)，屬于蘇打鹽土范疇，其下限設(shè)置為0.5%。當(dāng)土壤pH值大于9、堿化度(exchange sodium percentage,ESP)大于30%(草原堿土大于25%)、表土含鹽量上限是0.5%時(shí)，為堿土。另一套分類標(biāo)準(zhǔn)是由20世紀(jì)50年代美國(guó)國(guó)家鹽土實(shí)驗(yàn)室(US Salinity Laboratory)制定:當(dāng)土壤飽和浸提液的電導(dǎo)率(electrical conductivity,EC)>4 dS·m-1、土壤可交換鈉百分比(exchangeable sodium percentage,ESP)<15%、鈉吸附比(sodium adsorption ratio of a saturated paste extract,SARe)<13、pHe<8.5時(shí)，即為鹽土:當(dāng)ECe<4 dS·m-1、ESP>15%、SARe>13、pHe>8.5時(shí)，即為堿土; 當(dāng)ECe>4 dS·m-1、ESP>15%、SARe>13、pHe>8.5時(shí)，即為鹽堿土。盡管分類標(biāo)準(zhǔn)有所差異，但鹽堿土、鹽土、堿土分類均有確切的量化標(biāo)準(zhǔn)，切不可混淆使用。鹽堿地主要存在土壤鹽堿、板結(jié)、偏堿性、有機(jī)質(zhì)含量低、養(yǎng)分失衡和生物活力低等障礙。這些障礙因子相互作用，且對(duì)鹽堿地治理及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響等效。在鹽堿地治理過(guò)程中，應(yīng)首先分析鹽堿成因，依據(jù)土壤水鹽運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行灌排調(diào)控，以消減鹽堿障礙至栽培作物的耐受水平。在此基礎(chǔ)上,需改善土壤結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)酸堿度、增加有機(jī)質(zhì)、平衡礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、提高生物活力等。鹽堿地治理是利用的初始階段,鹽堿地利用是更高層次的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐活力。這不僅需要農(nóng)田水利學(xué)、植物保護(hù)學(xué)、園藝學(xué)、土壤學(xué)、植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、生態(tài)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，還需結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，按照“土、肥、水、種、密、保、管、工”農(nóng)業(yè)八字憲法，通過(guò)不斷地進(jìn)行田間生產(chǎn)實(shí)踐,分類分區(qū)建立鹽堿地可持續(xù)利用生產(chǎn)模式。土壤鹽類是指土壤中存在的可溶性鹽，主要包括鈉、鉀、鈣、鎂的硫酸鹽、鹽酸鹽、碳酸鹽或酸性碳酸鹽。這些鹽類通常在土壤表層積累，形成鹽結(jié)皮或鹽霜。土壤鹽類含量超過(guò)一定比例時(shí)，導(dǎo)致土壤鹽漬化，影響土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而影響作物生產(chǎn)。一些常見(jiàn)園藝作物適宜的土壤EC范圍見(jiàn)表1。更全面的各種作物土壤EC范圍參見(jiàn)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(Food and Agriculture Organization,FAO)公布的數(shù)據(jù)。
土壤板結(jié)是指土壤表層因缺乏有機(jī)質(zhì)，結(jié)構(gòu)不良，在灌溉及降雨等外因作用下結(jié)構(gòu)遭到破壞，土粒分散，干燥后受內(nèi)聚力作用使土壤表面變硬的現(xiàn)象。鹽堿地的土壤板結(jié)主要由鈉質(zhì)化作用和缺乏有機(jī)質(zhì)、黏粒或基礎(chǔ)物質(zhì)(如交換性鈣和鐵離子)引起。高交換性鈉飽和度會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)分散和膨脹,從而使有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體崩解。有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體的基礎(chǔ)物質(zhì)包括腐殖質(zhì)和黏土礦物。由于腐殖質(zhì)和黏土礦物帶有負(fù)電荷，相互排斥，通常需要通過(guò)以下幾種方式促進(jìn)其結(jié)合：1)鈣離子的作用：二價(jià)陽(yáng)離子(如鈣)可以通過(guò)共架橋作用促使腐殖質(zhì)與黏土結(jié)合，形成G1類型的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體。這種結(jié)合可以被NaCl轉(zhuǎn)換而中斷。2)鐵離子的作用：帶正電荷的鐵離子也能起到架橋作用。亞鐵(兩正電荷)易溶于水，有助于結(jié)合有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，形成G2類型的復(fù)合體; 而高鐵(三正電荷)難溶于水，不易形成有效結(jié)合。亞鐵在排水不良的水田中較為常見(jiàn)，而高鐵則多見(jiàn)于通氣良好的旱田。3)腐殖質(zhì)的雙性電荷作用：腐殖質(zhì)作為兩性電解質(zhì)，既帶有陽(yáng)電荷又帶有陰電荷，因此能與黏土礦物結(jié)合，形成G3類型的復(fù)合體。這種結(jié)合通常最強(qiáng)，并廣泛存在于土壤中。在鹽堿地治理中，針對(duì)不同種植方式，有選擇地補(bǔ)充土壤腐殖質(zhì)、黏土礦物以及鈣和鐵等架橋物質(zhì)，有助于消除土壤板結(jié)并構(gòu)建穩(wěn)定的土壤結(jié)構(gòu),從而改善土壤的健康和功能(圖1)。
土壤酸堿度(pH)可衡量土壤酸堿反應(yīng)的強(qiáng)弱。pH值在6.5～7.5時(shí)表示中性土壤; 低于6.5為酸性土壤; 高于7.5為堿性土壤。不同植物有其適宜的pH值范圍,超出該范圍會(huì)影響其生長(zhǎng)。1)弱酸性土壤(pH5.5～6.5)肥力條件優(yōu)于強(qiáng)酸性土壤,適合喜酸作物生長(zhǎng)。2)中性土壤(pH6.5～7.5)提供最佳肥力條件。3)堿性土壤(pH7.5～8.5)含有不同量的CaCO3，微量元素(如鐵、錳、鋅)的有效性低,磷的有效性也較低。4)強(qiáng)堿性土壤(pH8.5～9.5)含有高量的CaCO3和少量可溶性重碳酸鹽，且交換性鈉含量高，一般作物難以生長(zhǎng)。鹽堿地的土壤酸堿度通常在堿性至強(qiáng)堿性范圍(pH7.5～9.5)，可通過(guò)施用有機(jī)肥、生理酸性無(wú)機(jī)肥料、土壤調(diào)理劑等方法進(jìn)行改良。常見(jiàn)作物適宜生長(zhǎng)的pH值范圍見(jiàn)表2。
土壤有機(jī)質(zhì)是耕地質(zhì)量的核心，是指各種形態(tài)存在于土壤中的所有含碳的有機(jī)物質(zhì)，包括土壤中的各種動(dòng)、植物殘?bào)w，微生物及其分解和合成的各種有機(jī)物質(zhì)。我國(guó)耕地土壤有機(jī)質(zhì)水平較低，平均含量為18.63 g·kg-1，遠(yuǎn)低于北美、歐洲、東南亞等地區(qū)，與中東、非洲等地區(qū)接近(圖2)。此外,我國(guó)耕地土壤肥力存在明顯的區(qū)域差異，黑龍江省平均耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，達(dá)到37.48 g·kg-1，接近于全國(guó)平均值(18.63 g·kg-1)的2倍(圖3)。土壤有機(jī)質(zhì)含量不僅與地力有關(guān)，還與土壤健康、作物品質(zhì)密切相關(guān)，因此穩(wěn)定提升我國(guó)耕地有機(jī)質(zhì)水平成為當(dāng)務(wù)之急，尤其是在土壤鹽堿化導(dǎo)致土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量顯著減少的情況(損失量約3.47 t·hm-2)下。目前，鹽堿地土壤有機(jī)質(zhì)含量不足1%的面積占鹽堿地總面積的26%。據(jù)估計(jì)，有1/3的糧食減產(chǎn)可歸因于土壤有機(jī)質(zhì)減少和土地退化。
土壤鹽堿化導(dǎo)致有機(jī)碳儲(chǔ)量顯著下降，土壤肥力和作物生產(chǎn)力隨之降低(表3)。這主要是因?yàn)椋?/section>1)鹽堿化環(huán)境中外源有機(jī)物質(zhì)的輸入量低，土壤鹽分積累對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。一方面，滲透脅迫導(dǎo)致植物生理性缺水，從而影響植物的生理過(guò)程，例如，過(guò)量的Na+和Mg2+可能破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu),抑制光合作用，減少葉綠素含量；另一方面，離子毒害抑制了植物的氮代謝。2)土壤膠體顆粒通常帶負(fù)電荷，增加的鹽分(尤其是Na+)會(huì)置換土壤顆粒間的Ca2+或Mg2+。Na+的分散作用破壞了土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，增加了土壤水蝕和風(fēng)蝕的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也提高了團(tuán)聚體內(nèi)受保護(hù)有機(jī)質(zhì)的礦化風(fēng)險(xiǎn)。土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)可以對(duì)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行物理保護(hù)，而有機(jī)質(zhì)的增加反過(guò)來(lái)有助于土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)的形成。土壤鹽分通過(guò)影響團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響土壤的化學(xué)和生物過(guò)程。總之，土壤鹽漬化通過(guò)減少有機(jī)質(zhì)輸入和加速礦化，抑制了土壤有機(jī)質(zhì)的積累。3)高鹽分和堿性條件還抑制了微生物活性，有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)速率下降，降低了微生物殘?bào)w態(tài)有機(jī)質(zhì)的積累。這類土壤中的腐殖質(zhì)含量也較低，土壤結(jié)構(gòu)松散。由于這些因素，鹽堿地的保水保肥能力弱，自然肥力低，對(duì)作物生長(zhǎng)的支持能力有限，導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降。雖然施用有機(jī)肥、秸稈還田、種植綠肥等措施理論上可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，但是由于鹽堿地基礎(chǔ)地力低下，有機(jī)質(zhì)礦化分解作用大于封存作用，有機(jī)質(zhì)積累困難，學(xué)術(shù)界謂之“馬太效應(yīng)”；其次，受限于資源、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件,以上措施的實(shí)施效果因地區(qū)而異。整體而言，提升鹽堿地土壤有機(jī)質(zhì)含量仍是一個(gè)長(zhǎng)期而艱巨的過(guò)程。鹽堿地植被稀疏，農(nóng)業(yè)種植粗放，生產(chǎn)方式單一，加之生物活性低，腐殖化作用弱，有機(jī)質(zhì)積累遠(yuǎn)低于其他耕地。為改善這種情況，可以通過(guò)減少鹽堿障礙、施用堆肥、秸稈還田、種植綠肥(覆蓋作物)、休耕養(yǎng)地、水旱輪作、農(nóng)牧/農(nóng)漁復(fù)合等技術(shù)手段，增加土壤有機(jī)質(zhì)，提升鹽堿地的基礎(chǔ)地力，提高作物產(chǎn)量穩(wěn)定性及其抗災(zāi)減災(zāi)能力。土壤養(yǎng)分平衡是指土壤中養(yǎng)分的消耗與投入之間的關(guān)系,通常以特定時(shí)間內(nèi)單位面積土壤養(yǎng)分的收支狀況來(lái)衡量。這反映了土壤養(yǎng)分的獲得與支出狀況，是我國(guó)土壤管理中面臨的主要問(wèn)題之一。不合理的施肥方式是導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡的主要原因，會(huì)導(dǎo)致作物生理缺素障礙、土壤酸化以及板結(jié)等問(wèn)題。陽(yáng)離子交換量(cation exchange capacity,CEC)是評(píng)價(jià)土壤養(yǎng)分平衡的重要指標(biāo)之一，其次還有C/N、C/P、N/P、P/K等，合理的養(yǎng)分比率范圍反映了最客觀、最根本的自然規(guī)律,與植物健康生長(zhǎng)息息相關(guān)。通常土壤鹽基離子只限于鈣、鉀、鎂3種。鹽基平衡的土壤，以代換性鹽基的量占代換性容量的60%～80%為宜,而其余的20%～40%應(yīng)為吸附的銨態(tài)氮和氫離子占有(圖4)。
在鹽堿土中,交換性鈉占鹽基飽和度的比例較高,這是養(yǎng)分失衡的典型表現(xiàn)之一。鹽堿土的養(yǎng)分失衡需要在減少土壤鹽分的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合調(diào)理?？梢酝ㄟ^(guò)增施有機(jī)肥和黏土礦物以提高土壤養(yǎng)分庫(kù)容，并使用煅燒過(guò)的天然礦質(zhì)肥料調(diào)理土壤養(yǎng)分平衡。土壤養(yǎng)分平衡調(diào)理是土壤改良的重要內(nèi)容之一，通過(guò)科學(xué)的調(diào)理措施以及正確的用肥方法(肥型、肥量、肥法)，可以顯著提高土壤質(zhì)量，增加作物產(chǎn)量與品質(zhì)，增強(qiáng)作物抗性，杜絕當(dāng)前農(nóng)業(yè)普遍存在的作物生理障礙、肥害(用肥過(guò)量)、藥害(包括除草劑藥害)、環(huán)境障害等現(xiàn)象發(fā)生。土壤生物活力是指土壤中各種生物生活強(qiáng)度的總和，其受土壤物理和化學(xué)性質(zhì)影響，包括溫度、濕度、通氣狀況、氣體組成、pH值以及有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)的含量和組成。在鹽堿地中，土壤物理和化學(xué)障礙對(duì)生物活力產(chǎn)生不利影響，表現(xiàn)為礦化、腐殖化、生物固氮等過(guò)程的減弱，有機(jī)物質(zhì)分解緩慢,碳、氮、硫、磷等元素的生物循環(huán)不暢，能量流動(dòng)受阻。此外，微生物固氮、解磷、解鉀等功能顯著下降，分泌的生長(zhǎng)刺激素、維生素和生物酶等活性物質(zhì)減少。在這種環(huán)境下，篩選和應(yīng)用耐鹽堿功能微生物對(duì)于提高土壤生物活力至關(guān)重要。這些微生物在高鹽、高堿條件下生存并執(zhí)行重要生態(tài)功能。鹽堿地施用微生物肥料如生物有機(jī)肥以及具有固氮、解磷和解鉀等功能的微生物菌劑等，可以有效提升土壤生物肥力。生物修復(fù)劑可以利用特定微生物和有機(jī)物料組合修復(fù)受鹽堿影響的土壤，減少有害鹽分,改善土壤結(jié)構(gòu)，提高有機(jī)質(zhì)含量。植物-微生物聯(lián)合修復(fù)是通過(guò)種植耐鹽作物，利用促生菌改善植物根際環(huán)境，提高植物對(duì)鹽堿脅迫的抵抗力。當(dāng)前農(nóng)業(yè)常用的微生物肥料或菌劑大約有30余種，為作物增產(chǎn)增收發(fā)揮了重要作用。此外,通過(guò)消減鹽堿地障礙因子，可以有效提升土壤生物活力。保護(hù)性耕作、覆蓋作物和活力農(nóng)耕等措施，也有助于提高土壤生物活力，促進(jìn)土壤健康和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。土壤中的鹽分隨水分而運(yùn)動(dòng)，在蒸發(fā)過(guò)程中鹽分隨水分輸送到表層。水分蒸發(fā)后鹽分積聚在表層土壤中; 灌溉和降雨入滲的水分又將鹽分帶向深層。在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，如果由于蒸發(fā)而帶到表層的鹽分多于入滲淋洗帶到深層的鹽分，則土壤處于積鹽狀態(tài)；反之，則處于脫鹽狀態(tài)。土壤水鹽動(dòng)態(tài)與灌溉排水條件和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施有關(guān)。干旱、半干旱地區(qū)，如果灌水量過(guò)多，又缺乏排水設(shè)施，將導(dǎo)致地下水位升高，加大蒸發(fā)，使表土鹽分不斷積累，形成次生鹽堿化。在垂直剖面上，土壤水分運(yùn)動(dòng)服從于達(dá)西定律，鹽分主要是通過(guò)水動(dòng)力彌散和對(duì)流而運(yùn)移。其運(yùn)移速度,即鹽分通過(guò)單位斷面積的通量，可用公式表示:
式(1)中：J為鹽分運(yùn)移通量；D為水動(dòng)力彌散系數(shù); c為鹽溶液濃度; z為垂直坐標(biāo),向上為正; q為通過(guò)單位斷面積的水流通量。
式(2)中：K(θ)為土壤的導(dǎo)水率，是體積含水率的函數(shù)，為水力比降; H=hz為土壤的總水頭，h為壓力水頭，對(duì)非飽和土壤 h為負(fù)值，z為重力水頭。在已知土壤水鹽運(yùn)動(dòng)各項(xiàng)要素和參數(shù)的情況下可通過(guò)上式求得土壤鹽分的運(yùn)移通量。3.2 鹽堿地水鹽運(yùn)動(dòng)調(diào)控機(jī)制國(guó)際上，科研人員已經(jīng)在耐鹽適生作物改土機(jī)制、鹽堿地障礙因子消減機(jī)制、根-土界面水肥鹽和微生物多組分耦合互作機(jī)制等方面開(kāi)展了深入研究。我國(guó)著重在物理、化學(xué)、水利和生物等鹽堿地治理途徑上，探索改變土壤的上、下邊界條件和相關(guān)土-水-氣-生參數(shù)，定向調(diào)節(jié)土壤鹽分的運(yùn)動(dòng)與聚集過(guò)程。例如：通過(guò)水分管理形成局部“水肥保蓄層”、減少土面蒸發(fā)和作物蒸騰以抑制鹽分表聚、創(chuàng)建疏松隔層以阻滯鹽分上行，或定向引導(dǎo)鹽分聚集以根區(qū)避鹽，以離子代換、酸堿中和、離子均衡為主要原理，運(yùn)用Ca2+置換出土壤膠體上的Na+并淋洗出土體以降低或消除其水解堿度等?；谕寥浪}調(diào)控的鹽堿地治理關(guān)鍵過(guò)程與原理見(jiàn)圖5(中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所楊勁松研究員課題組提供)。
美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家在植物鈉離子外排耐鹽機(jī)制，鹽脅迫下細(xì)胞壁完整性維持機(jī)制，鹽脅迫響應(yīng)信號(hào)傳導(dǎo)，離子通道、離子泵、離子載體的功能研究等方面具有重大進(jìn)展(圖6)。我國(guó)在植物鹽脅迫響應(yīng)下的信號(hào)傳導(dǎo)、鹽離子受體的發(fā)現(xiàn)、體內(nèi)離子、激素和活性氧自由基的動(dòng)態(tài)平衡耐鹽機(jī)制等方面取得了較好進(jìn)展。但在耐鹽基因挖掘、細(xì)胞器參與耐鹽的機(jī)制、鹽生植物耐鹽機(jī)制等方面都還有待深入研究。
3.4 耐鹽植物種質(zhì)資源創(chuàng)新利用與育種技術(shù)美國(guó)、日本、加拿大等國(guó)家非常重視種質(zhì)資源的收集保存、鑒定評(píng)價(jià)及創(chuàng)新利用,建立了專門針對(duì)耐鹽堿植物的種質(zhì)庫(kù)，如國(guó)際鹽堿農(nóng)業(yè)研究中心的種質(zhì)庫(kù)是世界上最大的耐旱、耐熱和耐鹽植物種質(zhì)庫(kù)(International Center for Biosaline Agriculture)。很多國(guó)家把耐鹽堿性的鑒定評(píng)價(jià)作為種質(zhì)資源的基礎(chǔ)鑒定性狀之一。美國(guó)在種質(zhì)創(chuàng)新方面做得更深入,綜合利用染色體工程、細(xì)胞工程、全基因組選擇、基因編輯等高新技術(shù)與常規(guī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，廣泛利用農(nóng)作物地方品種、野生近緣種等，創(chuàng)制耐鹽堿新種質(zhì)。我國(guó)進(jìn)行了大量耐鹽堿資源的收集、保存、鑒定評(píng)價(jià)工作，如2021年在天津建立“耐鹽堿植物種質(zhì)資源庫(kù)”(www.grhc.sdnu.edu.cn)，保存耐鹽堿喬木類、灌木類、多年生草本類的種質(zhì)資源8 000多種。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、山東師范大學(xué)搶救性收集了我國(guó)沿海地區(qū)種質(zhì)資源4 000多份，并創(chuàng)建了“中國(guó)鹽生植物種質(zhì)資源庫(kù)”等。深圳國(guó)家基因庫(kù)也包含了耐鹽堿植物數(shù)據(jù)庫(kù),是一個(gè)種質(zhì)-DNA-基因數(shù)據(jù)一體的種質(zhì)資源庫(kù)(Biosaline DataBase)。盡管科技工作者在耐鹽植物育種技術(shù)方面付出了巨大努力，但由于耐鹽堿鑒定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，精準(zhǔn)鑒定評(píng)價(jià)技術(shù)不完善，突破性耐鹽堿資源匱乏，強(qiáng)耐鹽堿資源挖掘不足，限制了耐鹽堿品種的培育和創(chuàng)新利用。3.5 鹽堿快速精準(zhǔn)識(shí)別及鹽堿障礙靶向消減技術(shù)田間鹽堿快速精準(zhǔn)識(shí)別或診斷是鹽堿地治理的基礎(chǔ)。對(duì)于作物而言，如不及時(shí)診斷將會(huì)導(dǎo)致管理不善，進(jìn)而造成減產(chǎn)或出現(xiàn)由于鹽堿引起的生理障礙等。依據(jù)診斷結(jié)果采取相應(yīng)的措施，合理制訂鹽堿地改良“處方箋”，是綜合應(yīng)用物理、化學(xué)、生物等技術(shù)，重塑土壤結(jié)構(gòu)、調(diào)整土壤pH值、平衡土壤養(yǎng)分、靶向消減鹽堿障礙的重要前提。美國(guó)利用遙感數(shù)據(jù)確定鹽堿土壤受影響范圍，對(duì)土壤指標(biāo)進(jìn)行定量研究，描繪鹽堿地土壤的動(dòng)態(tài)變化。印度注重研發(fā)生物修復(fù)鹽堿地的技術(shù)，通過(guò)種植玻璃麥汁、巴里拉、鹽麥汁等植物消減鹽堿障礙,增加生物多樣性并快速恢復(fù)土壤地力。荷蘭在圍海造田和暗管排鹽工程技術(shù)方面具有優(yōu)勢(shì)。我國(guó)科研工作者研發(fā)了潛群井強(qiáng)灌強(qiáng)排治理重鹽堿地技術(shù)、“淡化肥沃層”技術(shù)、“上膜下秸”技術(shù)、膜下滴灌高效節(jié)水技術(shù)、咸水結(jié)冰灌溉治理技術(shù)、農(nóng)投品化學(xué)改良技術(shù)等鹽堿地治理技術(shù)。通過(guò)深挖塘、高抬田進(jìn)行抬田壓堿。在低洼鹽堿地挖池蓄水，養(yǎng)殖耐鹽堿魚類，池塘里挖出來(lái)的土堆在2個(gè)池塘之間，經(jīng)過(guò)平整后，施肥改造土壤，種植各種經(jīng)濟(jì)作物，達(dá)到生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益雙豐收的目的。該模式是繼“上農(nóng)下漁”和“臺(tái)田-池塘”模式又一重要的鹽堿地治理模式，適用于重度及以上鹽堿地，是我國(guó)北方沿黃灌區(qū)極有前景的鹽堿地治理模式，既解決了鹽堿水排放出路，發(fā)展了鹽堿水漁業(yè)，又能實(shí)現(xiàn)鹽堿地土壤持續(xù)脫鹽熟化和高效利用。鹽堿水土循環(huán)利用技術(shù)模式見(jiàn)圖7(由河海大學(xué)佘冬立教授課題組提供)。
種稻洗鹽是一種很古老的鹽堿地治理方法，我國(guó)種稻洗鹽擁有2 000多年的歷史。種稻排水洗鹽符合鹽堿地改良與利用相結(jié)合的原則。實(shí)踐證明，種稻洗鹽是重度鹽堿地治理最有效的方法之一。水稻耐淹性強(qiáng)且田間蓄水量大，在水源充足且適于種植水稻的地區(qū)，種稻洗鹽不僅可以建立田面水層,還滿足沖洗土壤鹽分的要求，使表層土壤含鹽量迅速降低，同時(shí)滿足水稻生長(zhǎng)期水分需求。重度鹽堿地脫鹽至中輕度鹽堿地之后，可發(fā)展“稻-麥”“稻-豆”“稻-油菜”等水旱輪作模式。在重度及以上鹽堿地上發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)，首先要解決排水、排鹽的問(wèn)題。明溝、暗管是鹽堿地主要排水方式。明溝即開(kāi)挖各級(jí)排水溝，形成排水溝網(wǎng)，水由田間溝網(wǎng)(墑溝、毛溝、農(nóng)溝)進(jìn)入輸水溝網(wǎng)(斗溝、支溝、干溝),最后流入容泄區(qū)(河、湖、海)。暗管則在地下埋設(shè)暗管以排除農(nóng)田土壤多余水分、降低地下水位。一般除管道外，多數(shù)暗管排水設(shè)計(jì)也會(huì)有挖一定深度的溝，上蓋土垡或溝底填濾水材料，再回填土，這稱暗溝；還有用特制的鼠道犁在田面以下土層中穿透出管狀通道，用以排水，稱鼠道排水。明溝暗管旱作模式也是較為常見(jiàn)的鹽堿地治理模式，廣泛適用于我國(guó)東部平原鹽堿區(qū)和具有地面灌溉條件的中西部鹽堿地區(qū)。膜下滴灌是指在膜下應(yīng)用滴灌技術(shù)。這是一種結(jié)合了以色列滴灌技術(shù)和我國(guó)覆膜技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的新型節(jié)水技術(shù)。即在滴灌帶或滴灌毛管上覆蓋一層地膜，這種技術(shù)是通過(guò)可控管道系統(tǒng)供水,將加壓的水經(jīng)過(guò)過(guò)濾設(shè)施濾“清”后，和水溶性肥料充分融合，形成肥水溶液，進(jìn)入輸水干管-支管-毛管(鋪設(shè)在地膜下方的灌溉帶)，再由毛管上的滴水器一滴一滴均勻、定時(shí)、定量浸潤(rùn)作物根系發(fā)育區(qū)，供根系吸收。膜下滴灌是我國(guó)新疆、內(nèi)蒙古、甘肅等地鹽堿地治理主要利用模式。鹽土農(nóng)業(yè)是以各類鹽漬土、荒漠土為基底,用咸水、海水進(jìn)行灌溉,種植有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的耐鹽堿植物的農(nóng)業(yè)。在我國(guó)沿海干旱和半干旱海水入侵地區(qū)或內(nèi)陸干旱且地下咸水豐富地區(qū)，鹽土農(nóng)業(yè)是因地制宜、“以種適地”鹽堿地利用模式。鹽土農(nóng)業(yè)包括鹽土種植業(yè)、海水養(yǎng)殖業(yè)、鹽土林業(yè)等,鹽土農(nóng)產(chǎn)品包括糧食、蔬菜、油料、香料、藥材、飼草等，以鹽土農(nóng)產(chǎn)品為原料可生產(chǎn)食品、藥品、工業(yè)原料等。鹽土農(nóng)業(yè)是以耐鹽植物適應(yīng)性種植為核心,區(qū)域水鹽平衡為宗旨的鹽堿地利用模式。鹽土農(nóng)業(yè)模式可衍生出其他模式，如鹽堿地生態(tài)農(nóng)牧化模式，就是把鹽土農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，重在解決鹽土農(nóng)業(yè)地力培育這一核心問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧業(yè)的良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展。上述介紹的“以漁降鹽治堿”模式，是把鹽土農(nóng)業(yè)與漁業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的鹽堿地治理和利用模式，也是一種鹽土農(nóng)業(yè)的衍生模式。在田間判斷作物的生長(zhǎng)和土壤環(huán)境狀況，被稱之為土壤與作物的實(shí)時(shí)診斷。在作物種植前和生長(zhǎng)過(guò)程中，如不及時(shí)診斷將會(huì)導(dǎo)致管理不善，進(jìn)而造成減產(chǎn)。依據(jù)診斷結(jié)果采取相應(yīng)措施，特別是鹽堿地障礙因子消減和地力培育方面，應(yīng)建立相應(yīng)診斷基準(zhǔn)。鹽堿地障礙診斷相對(duì)簡(jiǎn)單(表4)，除上文介紹EC、有機(jī)質(zhì)、土壤結(jié)構(gòu)診斷外,診斷基準(zhǔn)還包括pH值、有效磷、有效硅、游離氧化鐵、CEC、交換性鉀、交換性鈣、交換性鎂、鹽基飽和度、鈣鎂比、鎂鉀比等。鹽漬土診斷基準(zhǔn)是鹽堿地改良的核心，也是鹽堿地改良定量化標(biāo)準(zhǔn)(圖8)。目前我國(guó)尚未建立起鹽堿地治理的土壤診斷基準(zhǔn),亟需以縣域?yàn)閱挝?根據(jù)作物種植制度,分區(qū)分類建立鹽堿地診斷基準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
根據(jù)土壤診斷結(jié)果和診斷基準(zhǔn)，制作“處方箋”。在鹽堿地治理技術(shù)與模式應(yīng)用基礎(chǔ)上，根據(jù)“處方箋”縝密計(jì)算改良材料用量。通過(guò)指標(biāo)平衡圖驗(yàn)證鹽堿地治理效果,并持續(xù)跟蹤治理效果(圖8)。鹽堿地治理是一項(xiàng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程,涉及水利工程、土壤結(jié)構(gòu)改良工程、化學(xué)調(diào)理工程、生物改良工程、農(nóng)藝工程等,同時(shí)鹽堿地利用又是以良種工程和作物栽培技術(shù)為核心的系統(tǒng)工程，可見(jiàn)鹽堿地改良利用的復(fù)雜性和任務(wù)的艱巨性。鹽堿地治理綜合方案如圖9所示。
6.1 鹽堿地治理面臨人才儲(chǔ)備不足的局面美國(guó)、澳大利亞、以色列等發(fā)達(dá)國(guó)家的鹽堿地治理研究始終引領(lǐng)全球。近年來(lái)，從發(fā)表的研究論文數(shù)量看，鹽堿地研究明顯處于低谷期，人才儲(chǔ)備不足。中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所、中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所、中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所、中國(guó)科學(xué)院遺傳發(fā)育所農(nóng)業(yè)資源研究中心、中國(guó)科學(xué)院北京地理科學(xué)與資源研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院資源與環(huán)境研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、揚(yáng)州大學(xué)、山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院等單位在鹽堿地治理領(lǐng)域有較好傳承,培養(yǎng)了一批專業(yè)人才。但是，我國(guó)鹽堿地科研實(shí)力相對(duì)薄弱,創(chuàng)新隊(duì)伍規(guī)模小且較為分散,相關(guān)創(chuàng)新平臺(tái)數(shù)量少、投入不足，鹽堿地科技創(chuàng)新成為鹽堿地治理和利用的主要短板。全國(guó)范圍內(nèi)鹽堿地相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)相對(duì)分散，“山不多、峰也少”。另外，鹽堿地適生作物“小作物”多。受經(jīng)費(fèi)、平臺(tái)、項(xiàng)目和績(jī)效考核等方面的限制，從事鹽堿地相關(guān)科研人員相對(duì)較少，基礎(chǔ)性科研工作不深不透，少有可以大面積推廣應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù)和模式。6.2 鹽堿地治理研究須由重理論向重實(shí)踐方向轉(zhuǎn)變鹽堿地治理是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),涉及土壤肥料、作物種植、園藝、農(nóng)業(yè)工程、畜牧養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖等專業(yè)知識(shí)。它的特點(diǎn)就是將前人建立的科學(xué)知識(shí)直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中。這需要長(zhǎng)期地、不間斷進(jìn)行實(shí)踐和探索，將基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為具體的生產(chǎn)技術(shù)和方法。當(dāng)前，鹽堿地治理技術(shù)研究受限于實(shí)驗(yàn)室的土培、砂培、水培等試驗(yàn)，缺少長(zhǎng)期田間定位試驗(yàn)、田間生產(chǎn)技術(shù)和農(nóng)業(yè)管理經(jīng)驗(yàn)，致使理論和技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可操作性不強(qiáng)，這制約了我國(guó)鹽堿地農(nóng)業(yè)守正創(chuàng)新發(fā)展。6.3 技術(shù)推廣應(yīng)用長(zhǎng)效性和復(fù)雜性目前重度鹽堿地治理過(guò)程復(fù)雜、成本高、進(jìn)度慢，而輕、中度鹽堿地改良利用的次生鹽漬化反復(fù)等問(wèn)題，造成鹽堿地改良技術(shù)推廣應(yīng)用難度大，鹽堿地種植戶的投入也高于非鹽堿地，社會(huì)參與積極性不高等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。鹽堿地的鹽分積累和土壤特性變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，如果后續(xù)監(jiān)測(cè)和管理跟不上，就難以保證長(zhǎng)期效果。此外，缺乏完善的技術(shù)服務(wù)體系和長(zhǎng)期的政策支持，也不利于鹽堿地治理技術(shù)的可持續(xù)應(yīng)用。要改善這一狀況，需要加大研發(fā)力度以不斷優(yōu)化技術(shù)，建立多元化的投入機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)農(nóng)民的培訓(xùn)和指導(dǎo)，完善政策配套和技術(shù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等。7.1 創(chuàng)新耐鹽堿育種技術(shù)體系亟需開(kāi)展不同作物的轉(zhuǎn)基因、基因編輯、全基因組選擇、分子設(shè)計(jì)、航天育種等現(xiàn)代育種技術(shù)優(yōu)化和創(chuàng)新，構(gòu)建適合不同作物的耐鹽堿育種技術(shù)體系；以強(qiáng)耐鹽堿性和高產(chǎn)為主要目標(biāo)，兼顧品質(zhì)、抗病性等其他重要育種性狀，選取耐鹽堿種質(zhì)作為平臺(tái)材料，采用常規(guī)育種與現(xiàn)代生物育種技術(shù)相結(jié)合、耐鹽分子標(biāo)記選擇和高世代耐鹽堿鑒定相結(jié)合，創(chuàng)制耐鹽堿新材料，培育耐鹽堿性狀突出的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲、抗逆、適宜機(jī)械化生產(chǎn)的突破性作物新品種。7.2 突破改土、節(jié)水、生態(tài)保護(hù)等系列關(guān)鍵技術(shù)、新產(chǎn)品、新模式鹽堿地長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)研究體系尚不健全，土壤鹽分脅迫消減與地力快速提升、土壤固碳、生物改良等機(jī)制尚不明確，不同類型鹽堿地系統(tǒng)治理技術(shù)體系不完善，尤其是快速改善鹽堿地土壤結(jié)構(gòu)與生物功能的關(guān)鍵核心技術(shù)供給不足。亟待研發(fā)土壤綠色調(diào)理、抗鹽微生物應(yīng)用、水肥優(yōu)化管理、多水源利用、土壤快速增碳培肥等關(guān)鍵技術(shù),開(kāi)發(fā)鹽堿地安全高效功能型調(diào)理劑、環(huán)境友好型功能肥料等綠色投入品，形成鹽堿地利用配套技術(shù)模式和綜合解決方案。7.3 創(chuàng)建鹽堿地高效生態(tài)智慧農(nóng)業(yè)模式,加快鹽堿地特色產(chǎn)業(yè)和高值農(nóng)業(yè)發(fā)展針對(duì)鹽堿地農(nóng)業(yè)基本數(shù)據(jù)采集分析技術(shù)、農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)應(yīng)用水平低、范圍小,鹽堿地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化控制、精準(zhǔn)化運(yùn)行的應(yīng)用場(chǎng)景少等問(wèn)題，亟待突破鹽堿地土、肥、氣、生等數(shù)據(jù)自動(dòng)化獲取、算法與模型構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù),研發(fā)鹽堿地農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、芯片、傳感器等關(guān)鍵技術(shù)、元器件等，集成創(chuàng)建智慧化鹽堿地農(nóng)業(yè)模式，開(kāi)展鹽堿地逆境環(huán)境下林果作物及特色植物的功能性評(píng)價(jià)，提取功能生物活性成分，研發(fā)高附加值功能產(chǎn)品，形成鹽堿地特色產(chǎn)業(yè)。*通信作者:趙耕毛,教授,主要從事土壤改良、耐鹽作物高效栽培、鹽土高值生態(tài)農(nóng)業(yè)、濕地生態(tài)修復(fù)等方面的研究,E-mail:[email protected]。文章PDF全文下載請(qǐng)點(diǎn)擊文末“閱讀全文”趙耕毛,楊夢(mèng)圓,陳碩,等.我國(guó)鹽堿地治理:現(xiàn)狀、問(wèn)題與展望[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2025,48(1):14-26.來(lái)源：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（2025年2月6日）
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