盐碱地开发利用的现状与发展趋势

盐碱地开发利用的现状与发展趋势

世界盐碱地种类繁多，包括近100个国家和地区。据联合国教科文组织(UNESCO)和粮农组织(FAO)不完全统计,全世界盐渍土面积为9.54×108hm2左右,而且还在呈增长趋势,世界可耕地面积面临严峻的考验。我国大约有盐碱地总面积9913×104hm2,主要分布于5个大区的23个省、市、自治区的平原,包括滨海盐碱土区、黄淮海平原盐碱土区、西北半干旱盐碱土区和干旱盐碱土区以及东北盐碱土区。随着世界人口增长、土地退化问题的出现,世界各国高度重视盐碱地改良、开发利用以及土地保护措施。盐碱土改良利用不但可以增加产量,缓解粮食危机,而且可改善生态环境,提高人们的生活质量。1类型改变的影响盐碱土是地球上广泛分布的一种土壤类型,是一种重要的土地资源。我国盐碱地资源约为9913×104hm2,其中现代盐碱地面积为3693×104hm2,残余盐碱地约4487×104hm2,并且尚存在1733×104hm2的潜在盐渍土。近几年,对于我国的盐碱地面积增减变化众说不一,但土壤盐碱化是现实存在的问题。黄淮海平原经过多年治理改造,盐碱地面积有所减少,但2m土体盐分总量并未减少,只是盐分下移的再分配,由于特定的气候和地貌水文条件决定了该区域不可能摆脱盐碱威胁,遇涝年仍有返盐的可能,在低平原区已经出现了春季返盐现象,而且还有667×104hm2剩余难以改良的中度以上盐渍土。沿渤海湾的东营、天津、营口等地,过去采用种稻改碱取得很好效果,但目前由于淡水紧缺,稻改旱后,土壤返盐相当严重,给农业生产带来了很大难题。我国西北许多地方由于干旱加之过度放牧,植被减少,土壤荒漠化、盐碱化呈发展趋势。如新疆近10年间盐碱地面积增加3.52×104hm2;内蒙耕地次生盐渍化面积每年以(1~1.33)×104hm2的速度递增;吉林西部土地盐碱化正在发展和扩大,年递增1%左右,至20世纪90年代重盐碱地面积比1985年增长6×104hm2,尤其是白城地区,自90年代后期以来干旱化加重,并出现碱尘暴,沙碱压地,每年以十几米乃至几十米吞噬耕地,盐碱化灾害不仅影响该地区农牧业的发展,而且危及当地人民的生存。我国的东北三省、山东、江苏均有不同程度的增加。近年来,在开发利用盐碱地方面,由于采用治理技术不当或选用物种不适宜,造成巨大经济损失的事例已屡见不鲜,每年由于盐碱造成的直接经济损失达25亿元。由于当今水文条件的变化再采取以水为主的治理技术,存在很多困难,因此迫切需要发展新的改良治理技术以保护耕地质量,防止土壤环境质量的恶化,提高食物的综合生产能力。2盐碱地的综合防治方法与改良措施研究表明,土壤盐碱化的形成主要是由气候、土壤、水(水文和水文地质)、地形地貌以及人类活动综合作用的结果,盐碱化的加重不但造成资源破坏、农业生产的巨大损失,而且还对生物圈和生态环境构成威胁,表现在环境和经济两方面的危害,一些环境问题的出现与发展,也引发或加重了土地盐碱化问题。另外,盐碱化过程常与荒漠化过程相伴而生,甚至相互促进相互转化。对于盐渍土发生演变,主要有地下水临界水位和水化学观点、生物地球化学观点和季风气候与地学观点等,这些观点阐明了土壤盐分的来源和运动规律,也为改良利用盐碱土奠定了基础。在改良初期的20世纪30~40年代,前苏联学者曾就是否需要采用人工排水来防治土壤次生盐碱化问题展开过激烈的争论,以B.A.萨乌缅为代表的学者认为防治的主要措施应该是控制用水和草田轮作。而以B.A.柯夫达为代表的学者则建议修建排水网作为防治的主要手段。经过长期的研究和实践,利用排水措施来治理改良盐碱化土壤得到广泛认同。世界各国开展了大规模的兴建水利工程,修筑各级排灌沟渠,采用明沟暗管竖井等进行排灌,比较成功的有巴基斯坦的管井排水措施,美国的防渗与排水措施等。我国对盐碱地进行大规模的研究和开发治理工作始于20世纪50年代,多采用水利、农业、物理、化学等单项措施进行改良,60年代中期,在熊毅等人倡导下,利用井灌井排取得很好的效果。至70年代后期进入农、林、水综合治理阶段,进行大规模的农田水利工程建设,排灌配套,并加强了农田复合生态系统和土壤肥力建设,促进水、肥、盐、生物的良性循环,取得显著的治理改良效果。虽然这些田间水利工程措施,在降低地下水位、防治土壤盐碱化方面起到一定的作用。但灌溉冲洗与排水需要有淡水资源和大量投资,且用于维护与管理的代价也较大,因而一些研究者从对盐碱地资源利用着眼,寻求更加简便、快捷、经济有效的改良措施,在轻度或部分中度盐碱地上直接种植比较耐盐的作物,如棉花、苜蓿、高粱、向日葵、大麦、草木樨、枣树、梨树、榆树、柳树、刺槐等,有淡水条件的直接种稻改碱,还有在高矿化地下咸水区,抽取浅层地下咸水养殖海虾,低洼盐碱地修建台田鱼塘,发展上农下渔的治理模式等。由于各国自然条件差异很大,盐碱土类型各异,各国在研究和应用各项改良措施的同时,也都趋向于强调综合改良措施。我国在防治土壤盐碱化问题的过程中,由单项措施逐步发展到综合治理。总之,在盐碱地的改良上要按照因地制宜、适应生态、合理利用、综合治理的原则。3土壤盐碱化技术的科学研究3.1水稻耐盐育种工作现状目前,从事耐盐碱作物育种工作的美国加利福尼亚大学的Davis实验室、国际水稻研究所、美国盐土实验室、印度中央盐土研究所等,已培育出能在海水灌溉条件下正常生长,平均产量1082kg/hm2,高产可达1500kg/hm2的大麦;能在海水和淡水各50%灌溉条件下正常结实的春小麦;能在海水与淡水为7∶3灌溉条件下正常结实的番茄;能在不同生育期分别耐NaCl浓度2.5~7.0g/kg的水稻。国际水稻研究所自20世纪70年代开展水稻耐盐育种,通过品种间杂交,已育成30多个耐盐水稻品种。1986年,英国剑桥作物所采用基因工程技术,把冰草的耐盐基因转移到小麦染色体的结构中,育成一种耐盐碱小麦。最近澳大利亚、美国都公布了一些最新研究成果,法国、斯里兰卡等国也在进行作物耐盐研究。我国在耐盐育种方面的研究起步较晚,近年来,中国农业科学院棉花研究所培育出耐盐棉花品种,山东德州市农业科学研究院选育出了耐盐小麦,黑龙江省农业科学院等单位进行了大豆耐盐品种的选育及耐盐型鉴定等工作。耐盐作物的开发和盐土农业的发展引起国际学术界和各国政府的重视,20世纪50年代末,以色列学者在蒙特利尔召开的国际植物学会上报告用海水浇灌183种植物的试验结果,推进了耐盐作物的研究。近年来这方面研究活跃的国家有美国、以色列、巴基斯坦、印度、埃及等。许多国家的科学家经过努力,筛选出一系列宝贵的耐盐作物种质资源。如美国亚利桑那大学的科学家从1970年开始,用18年的时间,从800种耐盐植物中筛选出了盐角草(Salicorniabigeloovii);20世纪80年代中期,南京大学仲崇信、钦佩等在苏北滨海县进行的耐盐植物引种,开创了我国滨海盐土植物引种及盐土生态系统的研究,探索盐土农业改良之路,取得明显进展。中国农业科学院德州盐碱土改良实验站通过引进种植和耐盐性鉴定,筛选出耐盐作物、耐盐牧草和耐盐树种,在农业生产上得到应用。3.2改变作物盐渍性的措施作物耐盐性的研究从20世纪40年代开始,前期进展缓慢,近十几年才有较大进展,但与其它抗逆性的研究相比,研究深度还有较大差距。长期以来,许多学者从事作物耐盐性的研究,提出了不少的假说,如Kylin(1975)的膜伤害学说;Sfrogonov(1975)的蛋白代谢干扰学说;Livitt(1980)的原始伤害和次生伤害学说;Lauchil(1984)的脉内再循环学说等等,都从不同侧面反映了植物的耐盐机理。从细胞生物学角度分析表明,盐分对作物的危害主要是因引起离子毒害和渗透压两方面的胁迫,长期在盐渍环境下生活的植物,为了适应土壤过多的盐分,形成了各自的特定耐盐机制,通过各种生理过程和渗透调节,以抵抗高盐的威胁来争得生存。人们根据植物对盐环境的适应类型分成拒盐、聚盐、泌盐、稀盐和避盐五种类型。在提高作物耐盐力方面的报道指出,通过有性杂交、诱变育种或借助转基因工程获得耐盐新品种;播种前用盐水处理种子来提高品种耐盐性,金克尔甚至认为用盐水和其它方法处理的种子获得的耐盐性还能遗传给后代;利用VA菌根真菌亦可明显增强植物的耐盐性,Abd-Alla等1998年研究指出,通过施用麦秆并接种入分解纤维素的真菌,能增强生长在盐环境中豆科植物的固氮能力,增强其耐盐性。近年来施肥与作物耐盐性关系的研究也是植物耐盐性研究的一个重要方面。通过施肥来改善作物营养,以提高作物耐盐能力,减轻盐分对作物的毒害。Feigin(1985)的试验表明,非盐渍条件下的合理施肥方案,同样适用于盐渍条件。当土壤中水溶性钙含量高时,作物的耐盐性增强,因而增施含钙的肥料,可提高盐环境中植物的生存能力及抗病能力,增施有机肥料和种植翻压绿肥可改善土壤结构和减轻钠离子危害,另外增施钾肥、磷肥也能提高作物对盐胁迫的适应能力。有的研究则通过对植物某一发育阶段耐盐性的分析比较,来决定其耐盐性强弱,确定作物敏感期。在作物盐分敏感期一方面可采取必要的管理措施,另一方面可通过调整作物播种期,达到避盐的目的。3.3降低土壤水分根据水盐运动的规律和特点,控制或减少土壤水分蒸发,就可减轻盐分累积,起到改良的作用。随着农业现代化的发展,机械化水平的不断提高,为作物秸秆还田和种植绿肥翻压改土培肥创造了有利条件,秸秆还田面积正在逐步扩大。有关作物秸秆和绿肥施用后对盐碱地改良效果的研究也逐渐深入。秸秆和绿肥还田有两种方式,一是秸秆和绿肥粉碎后耕翻入土,二是地表直接覆盖,研究显示在盐碱地上翻压秸秆或绿肥可改善盐碱土壤不良的理化性状,提升土壤有机质含量,降低土壤盐分含量;覆盖作物秸秆可明显减少土壤水分蒸发,抑制盐分表聚,增加光的反射率和热量传递,降低土表温度,从而降低土壤水的蒸发损耗,同时又起到培肥改土的作用。在加拿大草原区推出的残茬覆盖农作制(Trashcoverfarming),可使原生植被所形成的黑土层(有机质)不被破坏,再通过人工种植绿肥,切碎茎叶覆盖,更能提高土壤保水保墒能力。根据许慰睽等(1990)的研究报道,应用免耕覆盖法,即将现代土壤耕作制与覆盖措施结合起来治理盐渍土,也与此类似。除此之外,还利用地膜覆盖、水泥硬壳覆盖进行盐碱土改良,在减少农田土壤无效蒸发,调节盐分在土壤中的分布,促进春播作物出苗,提高产量等方面具有一定的作用。也有施用土壤改良剂抑制土壤水分蒸发的措施,王久志(1986)在山西榆次市高村中度盐碱地上施用沥青乳剂覆盖地面进行盐碱地改良,结果表明可减少水分蒸发,提高土温,改善土壤结构,降低土壤含盐量,提高出苗率及产量。3.4化学改良剂的应用在盐碱土治理中,碱土比盐渍土的改良难度大。1990年美国盐土实验室的Rhoades和澳大利亚CSIRO的Loveday专门评述碱化土壤(SodicSoil)的改良指出,碱化土壤的改良需加入含钙物质来置换土壤胶体表面吸附的钠或采用加酸或酸性物质的方法改良。我国在试验工作中也肯定了石膏改良碱化土的作用,把改良碱化土壤的化学改良剂大致分为两类,一类是含钙物质,如石膏、磷石膏、亚硫酸钙,另一类是酸性物质,如黑矾,风化煤、糠醛渣等。利用工业“三废”来改良碱化土,可起到既改良土壤又保护环境的双重效果。前苏联利用制碱工业副产品氯化钙,橡胶工业副产品硫酸等改良苏打盐化碱土和碱土都有明显效果。国内利用磷肥厂磷铵车间的副产品磷石膏,柠檬酸厂排出的柠檬酸渣,生产沼气后的残余沼渣、沼液等改良碱土都有显著作用。另外,Sharma和Yaday的研究也指出利用黄铁矿作为垦殖碱化土的改良剂可显著增加作物产量,降低土壤pH值。改良碱土和改良盐土一样,也要依据因地制宜的原则,采取综合治理措施,在用化学改良剂的同时,也要结合施用有机肥,种植绿肥和耐碱作物、耐盐碱牧草和林木等措施。4盐碱土资源保护和农业生物生产技术研究20世纪70年代以后,我国的盐碱土改良治理工作取得了举世瞩目的成就,其治理效果为世界所公认。进入21世纪,由于人口的增加、耕地减少、淡水资源匮乏,在目前的耕作条件下单位面积的产量已近增长极限,为保证充足的食物供应,就要提高单产和土地生产力以及开辟新的土地资源和食物资源,盐碱土资源是很重要的中低产土壤资源之一。开发利用盐碱土对保护人类生态环境,进行国土综合治理,促进农牧业生产发展将起到积极作用。为此,建议加强以下几方面的工作:(1)开展区域水盐动态监测研究,明确气候、水文条件发生改变时的水盐动态规律,进行盐碱化发展趋势评价预测。(2)进行作物耐盐性与生物改良盐碱土技术研究,加强耐盐作物品种的选育,应