我國(guó)海水灌溉農(nóng)業(yè)研究概況與實(shí)踐進(jìn)展

王欣+張可+吳惠惠

摘 要：海水灌溉農(nóng)業(yè)是在濱海灘涂地區(qū)或者少數(shù)內(nèi)陸鹽堿地上對(duì)適宜耐鹽植物進(jìn)行海水、海水+淡水或者地下咸水的灌溉方式。作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的新領(lǐng)域，發(fā)展海水灌溉農(nóng)業(yè)對(duì)于緩解我國(guó)日益短缺的淡水資源具有重要的意義。本文從發(fā)展海水灌溉的意義、海水灌溉農(nóng)業(yè)的研究概況以及海水灌溉農(nóng)業(yè)存在的問(wèn)題和建議等方面進(jìn)行了總結(jié)，以期對(duì)海水灌溉農(nóng)業(yè)的實(shí)施提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：海水；農(nóng)業(yè)灌溉；耐鹽植物

中圖分類號(hào)：P731.15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.02.007

Abstract： Seawater irrigation agriculture is a kind of newly developed technique for salt-tolerant plants by seawater， seawater+fresh water or ground salt water irrigation on coastal saline-alkali area， and seawater irrigation agriculture has great significance for saving freshwater resources. The current status， the existing problems analyzing and the recommendations of seawater irrigation agriculture were introduced in this paper， it can provide theoretical guidance for future research.

Key words： sea water；agriculture irrigation；salt-tolerant plant

我國(guó)是世界上13個(gè)最缺水的國(guó)家之一，人均淡水資源總量為2 300 m3，僅占世界人均淡水資源總量的四分之一，淡水資源短缺問(wèn)題十分嚴(yán)峻，其中農(nóng)業(yè)用水占我國(guó)用水總量的60%以上。因此，農(nóng)業(yè)節(jié)水是我國(guó)節(jié)水工作的發(fā)展重點(diǎn)，在推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的同時(shí)，找到合理的開(kāi)源方式以緩解淡水資源不足已成為我國(guó)長(zhǎng)期關(guān)注的研究領(lǐng)域。海水灌溉農(nóng)業(yè)正是在此基礎(chǔ)上應(yīng)用而生的。海水灌溉農(nóng)業(yè)是按照生物學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，運(yùn)用現(xiàn)代管理手段，在生物技術(shù)、土壤改良和引水灌溉等技術(shù)的支撐下，在濱海灘涂地區(qū)或者少數(shù)內(nèi)陸鹽堿地對(duì)適宜的耐鹽植物進(jìn)行海水、海水+淡水或者地下咸水的灌溉，從而獲取較高經(jīng)濟(jì)效益的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)[1]。近30年來(lái)，海水灌溉農(nóng)業(yè)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的新領(lǐng)域，已經(jīng)成為灘涂地、沿海岸線、鹽堿地、沙漠和荒漠等地區(qū)發(fā)展農(nóng)業(yè)的重要方向。

1 發(fā)展海水灌溉農(nóng)業(yè)的意義

發(fā)展海水灌溉農(nóng)業(yè)開(kāi)辟了海陸資源的交叉利用、開(kāi)發(fā)和利用海洋資源的新方向，豐富、拓寬了農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵和外延，具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義[2]。自20世紀(jì)90年代開(kāi)始，我國(guó)在山東、江蘇、廣東、海南等省近30萬(wàn)hm2的沿海灘涂地和荒堿地區(qū)試行海水灌溉農(nóng)業(yè)，緩解水資源短缺的問(wèn)題，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收。山東大學(xué)夏光敏教授預(yù)測(cè)，如果荒堿地區(qū)和沿海灘涂地區(qū)種植農(nóng)作物，全國(guó)可增加耕地約4 000萬(wàn)hm2，小麥、水稻和油料等作物增產(chǎn)約1.5×108 t，如果利用海水灌溉可節(jié)約22.5億m3淡水資源[3]。

在濱海灘涂地區(qū)種植耐鹽植物，由于土壤被植物覆蓋，土壤蒸發(fā)量減少，利于保持土壤水分[4]，蒸發(fā)造成的土壤積鹽速率也隨之減緩，土壤含鹽量和電導(dǎo)率顯著降低[5-7]，土壤有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)養(yǎng)分增加，土壤微生物數(shù)量增加，從而有效改善濱海鹽漬土[8]。另外，我國(guó)有豐富的地下咸水資源，微咸水灌溉可以增加土壤濕度，提供作物生長(zhǎng)所需要的水分，同時(shí)降低土壤溶液的濃度及滲透壓，有利于作物吸收水分[9]。微咸水灌溉在我國(guó)華北、西北等干旱半干旱地區(qū)有著廣闊的研究和應(yīng)用前景。

2 海水灌溉農(nóng)業(yè)研究概況

開(kāi)展濱海灘涂地、鹽堿地適生的耐鹽植物新品種選育，以海水灌溉技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行土壤、水分、鹽分和作物的水鹽調(diào)控技術(shù)和管理模式研究，是發(fā)展海水灌溉或者鹽水灌溉農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。

2.1 耐鹽植物的選育與引種研究

植物耐鹽性由其遺傳性決定，不同作物具有不同的耐鹽性，同一作物的不同品種間以及不同的生長(zhǎng)階段耐鹽性也存在差異。在生產(chǎn)實(shí)踐中，種植耐鹽植物對(duì)土壤表層有明顯的脫鹽效果，并且因其基因型的不同，不同耐鹽植物對(duì)根際土壤不同離子的選擇吸收作用也不同，因此，篩選種植適合當(dāng)?shù)氐哪望}品種，確定耐鹽植物的耐鹽極限，對(duì)于推動(dòng)海水灌溉農(nóng)業(yè)、改良濱海鹽漬土具有重要意義。

國(guó)內(nèi)外耐鹽植物研究主要集中在兩方面：一是引種、馴化經(jīng)濟(jì)價(jià)值有潛力的耐鹽植物，二是利用種質(zhì)資源篩選、細(xì)胞工程和基因工程培育耐鹽新品種。世界上鹽生植物種類約2 000～3 000種，已經(jīng)鑒定1 500種左右，包括草生植物、灌木和樹(shù)木，分布于濕地、沿海灘涂、沼澤地帶到干旱、內(nèi)陸鹽化沙漠。目前，我國(guó)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的鹽生植物有424種，占世界鹽生植物種類的四分之一，其中海篷子、堿蓬是已經(jīng)查明的可以直接用海水灌溉、經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高的耐鹽種質(zhì)資源。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，我國(guó)先后從國(guó)外引種種植大米草、互花米草，目的是為了防浪護(hù)堤、改良土壤，改善灘涂地生態(tài)環(huán)境，已經(jīng)取得一定的成效。天津?yàn)I海耐鹽堿植物科技園從2001年開(kāi)始成功引進(jìn)國(guó)內(nèi)外耐鹽堿植物90多種，已成為我國(guó)北方鹽生植物的種質(zhì)基因庫(kù)和濱海生態(tài)建設(shè)的大型苗圃，為鹽生植物實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和我國(guó)沿海灘涂、鹽堿地的開(kāi)發(fā)利用奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

同樣，利用生物技術(shù)培育耐鹽種質(zhì)資源也是發(fā)展海水灌溉農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。姜健等[10]以紫花苜蓿無(wú)菌苗下胚軸為外植體，誘導(dǎo)獲得愈傷組織，通過(guò)篩選獲得耐半海水的耐鹽細(xì)胞系。肖前谷等[11]采用RT-PCR從鹽生植物北美海篷子中克隆Na+/H+逆向運(yùn)輸?shù)鞍谆騝DNA序列并通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化到模式植物擬南芥中，在NaCl脅迫培養(yǎng)條件下，轉(zhuǎn)基因擬南芥生長(zhǎng)狀況優(yōu)于野生型植株，具有一定的耐鹽性。朱天藝等[12]采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將北美海篷子cmo基因轉(zhuǎn)入煙草，獲得的轉(zhuǎn)基因煙草植株經(jīng)NaCl脅迫處理后，SOD活性、POD活性、CAT活性及PRO含量均高于對(duì)照組植株，而MDA含量和H2O2含量則低于非轉(zhuǎn)基因組，轉(zhuǎn)基因煙草的耐鹽性得到增強(qiáng)。

2.2 海水灌溉或微咸水灌溉的基礎(chǔ)性研究

隨著淡水資源供需矛盾的日益突出，合理開(kāi)發(fā)海水資源已成為各國(guó)關(guān)注的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)大量的海水灌溉或者咸水灌溉的研究和實(shí)踐，在灌溉方法與技術(shù)、土壤鹽分對(duì)土壤環(huán)境和作物的應(yīng)用、鹽堿地改良技術(shù)與方法等方面取得了一些研究成果和經(jīng)驗(yàn)。

不同的灌溉方式和灌溉措施對(duì)土壤水鹽運(yùn)動(dòng)以及作物產(chǎn)量的影響不同。海水灌溉和微咸水灌溉可以直接利用海水或者微咸水、海水+淡水混灌和海水淡水輪灌等形式進(jìn)行地面灌溉、地下灌溉和噴微灌等，灌溉水在一定的礦化度范圍內(nèi)，作物可以正常生長(zhǎng)，不影響產(chǎn)量。劉兆普等[13]在半干旱的山東萊州地區(qū)進(jìn)行海水灌溉魯梅克斯、菊芋等耐鹽植物的田間小區(qū)試驗(yàn)和室內(nèi)模擬試驗(yàn)，結(jié)果表明適量的海水灌溉可以緩解濱海鹽土的土壤鹽漬化，減緩濱海鹽土的土壤水分蒸發(fā)，1∶1海淡水比例的灌溉產(chǎn)量極顯著優(yōu)于淡水灌溉產(chǎn)量。隆小華等[14]研究發(fā)現(xiàn)，10%海水對(duì)菊芋幼苗生長(zhǎng)發(fā)育沒(méi)有抑制作用，甚至有一定的促進(jìn)作用，25%海水脅迫對(duì)菊芋幼苗形態(tài)發(fā)育具有一定抑制作用，增加磷素濃度后，能顯著緩解其抑制作用。劉玲等[15]研究不同比例海淡混合水灌溉4年對(duì)庫(kù)拉索蘆薈的全葉鮮質(zhì)量、葉片含水量和葉片中可溶性糖等的影響，結(jié)果表明海水灌溉處理下的葉片可溶性糖顯著高于淡水灌溉處理，隨著海水比例增大，葉片中可溶性糖含量顯著增加，葉片中多糖含量與淡水灌溉處理沒(méi)有顯著差異，但蘆薈甙含量增加，75%海水處理達(dá)到最大。張世卿等[16]采用6種不同的微咸水輪灌、混灌方式對(duì)紅棗進(jìn)行滴灌，結(jié)果表明，微咸水滴灌可提高紅棗可溶性糖、維生素C和可溶性固形物含量，降低有機(jī)酸含量。

濱海鹽土改良方法有暗管排水、鋪沙、覆蓋等措施，通過(guò)改善土壤環(huán)境，調(diào)控土壤水鹽運(yùn)動(dòng)，達(dá)到抑制土壤蒸發(fā)、提高入滲淋鹽的目的。實(shí)踐表明，農(nóng)田生態(tài)工程措施投資大、成本高、施用技術(shù)要求也較高，因此大面積推廣應(yīng)用受到了限制，而覆蓋方式或者施用土壤改良劑卻彌補(bǔ)了這樣的不足。在洗鹽缺乏淡水、排水渠道不暢的情況下，采用地面覆蓋是抑制土壤水分蒸發(fā)、提高土壤水分利用率，減少土壤鹽分表聚的重要手段[17-19]。覆沙或加沙的土壤毛管孔隙大，不能形成毛管吸力作用，限制下層鹽堿土的鹽分上移，起到“沙壓堿”的作用[20]。

因此，根據(jù)作物種類、土壤特征確定合理的海水灌溉或者微咸水灌溉制度才能真正有效地利用海水或者微咸水資源，緩解濱海鹽土的土壤鹽漬化，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3 海水灌溉農(nóng)業(yè)存在的問(wèn)題及建議

我國(guó)擁有豐富的海洋資源，以海水替代淡水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉可以極大程度地緩解由于淡水資源缺乏而造成的用水緊張形勢(shì)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益。海水灌溉農(nóng)業(yè)是一項(xiàng)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，影響海水灌溉的因素有很多，如水質(zhì)、氣候、土壤特性、作物種類，灌水方法、農(nóng)藝措施等。若某一因素考慮不當(dāng)，比如連續(xù)多年[21]或是沒(méi)有避開(kāi)干旱、少雨年份[22]進(jìn)行海水、咸水灌溉會(huì)導(dǎo)致土壤處于積鹽狀態(tài)，作物受到鹽分脅迫，造成潛在鹽漬化的危險(xiǎn)。因此，對(duì)發(fā)展海水灌溉農(nóng)業(yè)提出如下建議，以確保海水灌溉農(nóng)業(yè)健康良性發(fā)展。

（1）從戰(zhàn)略上高度重視，加大海水灌溉農(nóng)業(yè)的政府支持力度，海水灌溉農(nóng)業(yè)涉及生物技術(shù)、土壤、灌溉等多領(lǐng)域，需要政府牽頭協(xié)調(diào)相關(guān)學(xué)科研究領(lǐng)域的合作研發(fā)，進(jìn)一步整合各地海水灌溉農(nóng)業(yè)研究院所和企業(yè)的科技資源，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息的資源共享，避免重復(fù)研發(fā)和同步研發(fā)而造成的資源浪費(fèi)。

（2）加強(qiáng)耐鹽植物篩選培育，開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)潛力大的耐鹽植物，同時(shí)結(jié)合土壤改良和灌溉等技術(shù)，高效安全地利用海水灌溉，在滿足作物對(duì)水分需求的同時(shí)，也要盡可能地防止和減輕海水灌溉引起的土壤鹽堿化趨勢(shì)，最大程度地保證土壤安全和作物高產(chǎn)高效。

（3）加強(qiáng)海水灌溉農(nóng)業(yè)的國(guó)際交流與合作，引進(jìn)國(guó)外優(yōu)良的耐鹽新品種、育種新技術(shù)，積極借鑒國(guó)外先進(jìn)的栽培灌溉管理技術(shù)和市場(chǎng)化運(yùn)作模式，促進(jìn)海水灌溉農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

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