東南沿海新生鹽堿地的形成原因及六維改良法探討

付力成，莊定云，郭志強(qiáng)，白勁松，王人民

(1.正大農(nóng)業(yè)科技(浙江)有限公司，浙江 慈溪 315300； 2.慈溪市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)管委會(huì)，浙江 慈溪 315300；3.浙江大學(xué) 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院， 浙江 杭州 310029)

鹽堿土是鹽土、堿土，及各種鹽化、堿化土壤的統(tǒng)稱[1]。鹽堿土在全球100多個(gè)國(guó)家普遍存在，面積達(dá)9.55×108hm2，占全球總面積的10%，且正在以每年100萬(wàn)～150萬(wàn)hm2的速度增加。土壤鹽堿化已經(jīng)成為備受矚目的世界性問題[2-3]。我國(guó)約有9 915萬(wàn)hm2鹽堿地[4]，其中約有1 900萬(wàn)hm2可以開發(fā)利用。東部沿海地區(qū)是我國(guó)人口集聚、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的區(qū)域，部分農(nóng)用耕地已被流轉(zhuǎn)成為建設(shè)用地。為實(shí)現(xiàn)土地利用的占補(bǔ)平衡，確保耕地面積，一些灘涂區(qū)被圍墾造地。每開發(fā)一分灘涂，就為城市發(fā)展多騰出一些地理空間，但新圍墾的土地大多屬于鹽漬土，其理化性狀較差，作物很難正常生長(zhǎng)，鹽堿地的治理與開發(fā)利用迫在眉睫。為此，特在綜合分析東南沿海新生鹽堿地成因的基礎(chǔ)上，結(jié)合鹽堿地治理與綜合利用的案例，探討適用于東南沿海新生鹽堿地的六維改良法，以期為相關(guān)研究、應(yīng)用提供借鑒與指導(dǎo)。

1 東南沿海新生鹽堿地的形成原因

沿海鹽堿土向海岸線方向延伸，逐漸由非鹽堿土變?yōu)槿觖}堿土、中鹽堿土和強(qiáng)鹽堿土，含鹽量和鹽堿化程度越來(lái)越高，鹽堿荒地廣泛分布[5]。東南沿海新生鹽堿地多由泥沙沖積沉淀形成，江河水?dāng)y帶的大量泥沙中包含有鹽堿成分，加之東部沿海新生鹽堿地多在泥沙淤海造地區(qū)形成，地勢(shì)低平，地下水位高，土壤積鹽嚴(yán)重，導(dǎo)致土壤鹽堿化進(jìn)一步加重。同時(shí)，東南沿海新生鹽堿地多位于我國(guó)東南沿海亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，受夏季持續(xù)高溫天氣影響，土壤水分氣化，促使地下水補(bǔ)給土壤水，成為土壤鹽分向上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力條件。土壤、地下水中的可溶性鹽類隨水分上升蒸發(fā)、濃縮，累積于地表。東南沿海工業(yè)發(fā)達(dá)、人口集中，人均淡水資源占有量遠(yuǎn)低于世界平均水平，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水主要為河道中的微咸水。微咸水灌溉會(huì)使土壤理化性質(zhì)進(jìn)一步劣化，導(dǎo)致鹽分聚集在土壤表層，土壤質(zhì)量進(jìn)一步下降，鹽堿化程度加重。此外，東南沿海新生鹽堿地所在區(qū)域的排水設(shè)施大多尚不完善，容易發(fā)生次生鹽堿化。人類生產(chǎn)活動(dòng)，如大水漫灌、只灌不排等，均會(huì)引起土壤深層次水位不同程度的抬高，土壤中的可溶性鹽含量再次上升，造成鹽分積累，在排水設(shè)施缺乏的條件下發(fā)生次生鹽堿化[6]。

總之，東南沿海新生鹽堿地的形成是多方面原因共同造成的，微咸水灌溉、排水不暢、地下水位高、持續(xù)高溫、海潮侵襲等使東南沿海新生鹽堿地仍處于不斷發(fā)展的趨勢(shì)中。

2 東南沿海新生鹽堿地六維改良法

實(shí)踐證明，鹽堿地的改良是一項(xiàng)持久性工程。研究人員就東南沿海新生鹽堿地改良進(jìn)行了大規(guī)模的研究和治理工作，積累了有效的措施和方法，取得了明顯的改良效果[7]。

為了使滄海變桑田，保障國(guó)家糧食安全，“鹽堿地六維改良法”應(yīng)運(yùn)而生。它整合了水利工程、物理改良技術(shù)、化學(xué)改良措施、抗逆性品種、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)與分析6大要素的技術(shù)配套方法。根據(jù)各地鹽堿地情況，各要素可自由搭配，因地制宜，量身定制最優(yōu)解決方案。

2.1 水利工程

水利工程改良措施是依據(jù)“鹽隨水來(lái)、鹽隨水去，鹽隨水上、鹽隨水下，水化汽散、汽散鹽積”的水鹽運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行改良。淡水的沖洗可以使土壤的鹽分沿著土壤毛細(xì)管下滲，降低土壤鹽分[8]。鹽堿地改良水利工程措施的關(guān)鍵是要解決快捷進(jìn)水、排水和降低地下水位的問題，“農(nóng)田高水位灌溉系統(tǒng)”和其升級(jí)版的“進(jìn)排施(路)一體化系統(tǒng)”“井字形田間溝系配套系統(tǒng)”不僅能夠快速改良鹽堿地，而且能夠增加土地面積15%以上，有效解決東南沿海由高地下水位所引起的次生鹽漬化問題。

2.1.1 農(nóng)田高水位灌溉系統(tǒng)

該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)水、排水的分開，還能夠?qū)崿F(xiàn)一次性提水、快速進(jìn)水排水。該系統(tǒng)包括由電灌泵站、一條干渠、若干條給水斗渠、給水農(nóng)渠、給水管構(gòu)成的給水系統(tǒng)，以及由若干根排水管、排水農(nóng)渠、排水斗渠、一條排水總渠構(gòu)成的排水系統(tǒng)。給水農(nóng)渠與排水農(nóng)渠互不交叉。該系統(tǒng)適用于鹽堿灘涂的開發(fā)復(fù)墾，具有省水、省電、省人工的優(yōu)點(diǎn)。

2.1.2 進(jìn)排施(路)一體化系統(tǒng)——智能化進(jìn)排施(路)一體化改造

隨著人口的增加，土地資源越來(lái)越緊缺。為進(jìn)一步節(jié)約土地資源、提高土地利用率，研究人員提出通過實(shí)施進(jìn)排施一體化項(xiàng)目來(lái)改造鹽堿地的設(shè)想。進(jìn)排施一體化改造基于高水位灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行了改良優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)水、排水、道路的三位一體(圖1)，可有效節(jié)約土地資源15%以上，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)排水閘門的智能化控制，節(jié)約人工管理成本，提高生產(chǎn)效率。

圖1 智能化進(jìn)排施(路)一體化

2.1.3 “井”字形田間溝系配套系統(tǒng)——高地下水位區(qū)域排水方案

慈溪市新生鹽堿地區(qū)域地下水位較高，田間排水問題一直困擾各家種植企業(yè)。高地下水位排水難造成農(nóng)作物減產(chǎn)并引發(fā)各類病害，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。正大公司研究實(shí)施了“井”字形田間溝系配套方案，即在原有的主進(jìn)排水渠、各類支進(jìn)排水渠的基礎(chǔ)上，在田塊內(nèi)將機(jī)械輪胎開溝和開溝機(jī)開溝相結(jié)合，使各類主進(jìn)排水渠與支進(jìn)排水渠、田間大溝與小溝有一定的高度差，田間大溝、小溝排列成“井”字形，豐富田間“井”字形溝系的配套，以實(shí)現(xiàn)水的速進(jìn)速排，且不影響機(jī)械化作業(yè)。

2.2 物理改良技術(shù)

物理改良技術(shù)是運(yùn)用物理方法，如土地深翻耕、土地平整等對(duì)鹽堿地進(jìn)行改造，通過人為改變土壤結(jié)構(gòu)，對(duì)土壤中的水分和鹽分進(jìn)行合理分配，以有效減少土壤蒸發(fā)，進(jìn)而減少鹽分、堿分上行，提高上水淋鹽效果[9]。其中，客土改良的方法，一般用于鹽堿度高的鹽堿地，特別針對(duì)極重度、難治理的鹽堿地。

2.3 化學(xué)改良措施

通過施用富含微生物的有機(jī)配方肥和改性石膏作為土壤定向調(diào)節(jié)劑，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)土壤鹽堿度、活化土壤、補(bǔ)充微量元素的目的，同時(shí)也可消解重金屬殘留，改善土壤結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)“鹽堿土”向土壤的轉(zhuǎn)變。

以富含微生物的有機(jī)配方肥為例，該配方肥內(nèi)富含有益微生物、有機(jī)肥，及氮磷鉀等化學(xué)肥料，其中，微生物能夠分解動(dòng)植物殘?jiān)罨寥?，補(bǔ)充微量元素；有機(jī)肥能部分中和鹽堿；氮磷鉀肥料能夠平衡土壤肥力，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。

程鏡潤(rùn)[10]通過在鹽堿地加入脫硫石膏，使得土壤孔隙度變大，滲水性能提高，土壤含鹽量降低。經(jīng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，改性石膏在改良鹽堿地、凈化土壤方面的效果要優(yōu)于脫硫石膏。改性石膏具有很強(qiáng)的吸附能力，可以吸附包括重金屬在內(nèi)的大量離子，降低重金屬活性。此外，磷石膏富含植物生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)元素，可促進(jìn)土壤養(yǎng)分平衡的建立。

2.4 抗逆品種

選育抗逆品種是公認(rèn)的最有效、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)的鹽堿地改良措施。耐鹽植物的種植既可以減少地表水分的蒸發(fā)，又可以防止鹽分上行。李海英等[11]和李昂等[12]研究表明，種植苜蓿的鹽堿地土壤含鹽量明顯降低，且隨著種植年限的延長(zhǎng)降幅增加，種植5 a苜蓿土壤30～60 cm土層含鹽量比種植1 a苜蓿的降低了76.3%。以袁隆平院士為首的海水稻團(tuán)隊(duì)通過培育、種植耐鹽堿水稻、低鎘稻、耐旱水稻等抗逆性較強(qiáng)的水稻品種，不僅加快了鹽堿地的改良進(jìn)程，更保證了國(guó)家糧食安全。2017年，海水稻團(tuán)隊(duì)已研究出適應(yīng)6‰鹽度并能取得高產(chǎn)的水稻材料。通過實(shí)施六維改良法，正大溫州蒼南鹽堿地(鹽度為0.9%～1.2%)于2018年試種海水稻材料取得成功。

2.5 農(nóng)業(yè)技術(shù)措施

農(nóng)業(yè)技術(shù)措施主要是通過各項(xiàng)農(nóng)藝措施來(lái)調(diào)節(jié)鹽堿地的水鹽運(yùn)移動(dòng)態(tài)與土壤水分蒸發(fā)，達(dá)到快速降鹽堿、減少鹽分上行、降低作物耕作層土壤含鹽量、改善作物生長(zhǎng)環(huán)境的效果，實(shí)現(xiàn)鹽堿地改良的目的，是保證作物正常生長(zhǎng)生產(chǎn)的重要措施[13]。農(nóng)業(yè)技術(shù)措施主要包括鹽堿地快速降鹽堿和優(yōu)勢(shì)雜草防治、增施有機(jī)肥、覆蓋技術(shù)、稻作改良等。

2.5.1 鹽堿地快速降鹽堿和優(yōu)勢(shì)雜草防治

我國(guó)有大片的灘涂資源，但因?yàn)辂}堿度較高，蘆葦和互花米草等植物侵占空間等，開發(fā)難度大、費(fèi)用高，使得鹽堿灘涂不能得到有效利用?，F(xiàn)有的灘涂治理方法耗時(shí)長(zhǎng)，一般需要通過2～3 a的淡水養(yǎng)殖，及種植吸鹽、耐鹽植物等來(lái)改良土壤，治理效果不理想，不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

鹽堿灘涂綜合快速治理方法具體包括如下步驟：(1)排盡咸水；(2)割除互花米草、蘆葦，并粉碎其根莖；(3)配備完善的灌溉系統(tǒng)，引入淡水；(4)翻耕土地；(5)淡水洗鹽、水淹除草；(6)平整土地。通過刈割、翻耕、水淹等對(duì)互花米草進(jìn)行清除，排盡原有咸水，并采用泡田前后多次翻耕，進(jìn)水、排水嚴(yán)格分開，避免淡水和咸水相互摻雜等手段，在較短時(shí)間內(nèi)解決了鹽分降低的問題。同時(shí)，利用物理方法去除蘆葦?shù)入s草，減少了化學(xué)藥劑的使用，有效保護(hù)了自然環(huán)境。該方法開創(chuàng)了在當(dāng)年褪去海水的灘涂上大面積種植水稻的先例。

2.5.2 增施有機(jī)肥

有機(jī)肥是指用雞糞、羊糞、豬糞、腐殖酸、有機(jī)廢棄物等發(fā)酵而成的肥料。有機(jī)肥中的有機(jī)質(zhì)可以與鈉離子等結(jié)合，降低土壤含鹽量。同時(shí)，有機(jī)肥可改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤的保水保肥能力，提高土壤肥力。

2.5.3 覆蓋技術(shù)

在鹽堿地上覆蓋作物秸稈等可減少土壤水分蒸發(fā)，對(duì)地表水分上行起到阻隔作用，減少表土層的鹽分積累，同時(shí)還可增加光的反射和熱量傳遞，降低表土溫度，從而降低蒸發(fā)失水，減輕土壤返鹽。

2.5.4 稻作改良

稻作改良主要是通過種植水稻，保持田間水層，以水壓鹽，減少土壤鹽分上行，從而起到較好的鹽堿地改良效果。正大桑田慈溪公司通過種植水稻改良鹽堿地(圖2)，經(jīng)過6 a的試驗(yàn)與推廣種植，土壤鹽分已由8‰降低到2‰左右，現(xiàn)可種植水稻、小麥、油菜、西瓜、蔬菜等。

圖2 正大慈溪區(qū)塊新生鹽堿地稻作改良

2.6 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)與分析

近年來(lái)，隨著地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感技術(shù)(RS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)等技術(shù)的逐漸成熟與應(yīng)用，現(xiàn)已初步實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤、作物發(fā)展演變數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與測(cè)量，形成了鹽堿地改良的高新監(jiān)測(cè)技術(shù)體系，為鹽堿地決策咨詢服務(wù)體系的構(gòu)建創(chuàng)造了條件[14-15]。正大集團(tuán)與袁隆平院士海水稻研究團(tuán)隊(duì)合作，共同研究物聯(lián)網(wǎng)在鹽堿地治理中的應(yīng)用。具體來(lái)講，采用最先進(jìn)的微型環(huán)境理化因子傳感器，與NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)相結(jié)合，將植物生長(zhǎng)和水土循環(huán)過程中的地下水肥條件、地上生長(zhǎng)環(huán)境、作物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)、病蟲害等信息即時(shí)傳送至大數(shù)據(jù)中心，通過人工智能(AI)和專家化診斷處理系統(tǒng)過程控制的方式，實(shí)現(xiàn)水土肥藥的智能化控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鹽堿地鹽分控制和土壤改良。土地?cái)?shù)字化物聯(lián)網(wǎng)成套裝備是一套集成了傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)的智能化農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)平臺(tái)，如圖3所示。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)與分析成套設(shè)備

3 展望

鹽堿地改良的相關(guān)研究雖多，但大多集中在常規(guī)改良技術(shù)與相關(guān)措施上，且與大面積生產(chǎn)推廣存在一定的距離，且對(duì)智能化、信息化措施在改良中的應(yīng)用研究較少。本研究通過對(duì)東南沿海鹽堿地墾造、治理與利用的現(xiàn)實(shí)案例的研究，展示了適用于東南沿海大面積鹽堿地治理的六維改良法。不同地區(qū)鹽堿土的鹽堿化程度不同，土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)不同，水資源情況也不同，所以針對(duì)東南沿海新生鹽堿地改良問題仍需做深入研究，特別是對(duì)不同區(qū)位的具體案例擬定實(shí)施措施時(shí)，需要因地制宜，將理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，逐步完善鹽堿地改良的綜合措施。

當(dāng)前，鹽堿地改良開發(fā)可朝著以下2個(gè)方面推進(jìn)。(1)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遙感技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)已相對(duì)成熟，可以通過對(duì)田間或區(qū)域鹽堿地水鹽運(yùn)移動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，建立長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)而定期評(píng)估鹽堿地鹽堿化的變化情況，從而加強(qiáng)對(duì)土壤水鹽動(dòng)態(tài)變化的監(jiān)測(cè)管理，通過分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型等，對(duì)后續(xù)鹽堿地的改良發(fā)展做出科學(xué)預(yù)測(cè)和指導(dǎo)。(2)鹽堿地改良中，尤其是在化學(xué)改良措施的實(shí)施中，要注重以生態(tài)開發(fā)為前提，對(duì)有害重金屬元素等嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，將長(zhǎng)效監(jiān)測(cè)和定位監(jiān)測(cè)相結(jié)合，樹立生態(tài)開發(fā)的治理理念。