楊勁松,姚榮江,王相平,謝文萍

中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所,土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210008

河套平原鹽堿地生態(tài)治理和生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式

楊勁松*,姚榮江,王相平,謝文萍

中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所,土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210008

開(kāi)展河套平原鹽堿地的生態(tài)治理對(duì)提升該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、土地生產(chǎn)力和資源利用效率具有重要戰(zhàn)略與現(xiàn)實(shí)意義。為此,科技部通過(guò)“典型脆弱生態(tài)修復(fù)與保護(hù)研究”專(zhuān)項(xiàng)立項(xiàng)了重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“河套平原鹽堿地生態(tài)治理關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范(2016YFC0501300)”。介紹了該項(xiàng)目的背景與意義、主要思路與研究?jī)?nèi)容、整體目標(biāo),并對(duì)項(xiàng)目研究進(jìn)行了展望。該項(xiàng)目采用“基礎(chǔ)理論+核心技術(shù)+新型裝備+產(chǎn)業(yè)技術(shù)+模式示范”一體化思路,旨在揭示河套平原土地鹽堿化形成規(guī)律與鹽堿障礙生態(tài)消減原理,研發(fā)生物適應(yīng)型與生態(tài)導(dǎo)向型鹽堿地治理修復(fù)關(guān)鍵技術(shù),研制大型排鹽控鹽工程設(shè)備與復(fù)合型生態(tài)調(diào)理制劑產(chǎn)品,創(chuàng)建鹽堿地綜合治理技術(shù)體系和特色生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。

鹽堿地；生態(tài)治理；河套平原；節(jié)水控鹽；生態(tài)產(chǎn)業(yè)

河套平原地處內(nèi)陸,是我國(guó)西北最主要的農(nóng)區(qū)與生態(tài)脆弱區(qū),河套灌區(qū)排水不暢,導(dǎo)致原生與次生鹽堿化并存,鹽堿地面積大、程度重,嚴(yán)重影響該區(qū)生態(tài)、農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展[1-3]。因此,迫切需要研發(fā)與該地區(qū)自然資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件相配套、環(huán)境友好型的鹽堿地生態(tài)治理理論與技術(shù),以提升河套平原生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、土地生產(chǎn)力和資源利用效率。

國(guó)內(nèi)外從鹽堿地治理的農(nóng)業(yè)、生態(tài)、生物等多個(gè)角度開(kāi)展了廣泛研究并取得重要進(jìn)展。在基礎(chǔ)理論、試驗(yàn)及數(shù)值模型方面,以美國(guó)鹽土實(shí)驗(yàn)室為代表的研究者闡明了土壤水鹽運(yùn)移機(jī)理及驅(qū)動(dòng)機(jī)制,構(gòu)建了基于水鹽平衡理論和Darcy定律的土壤溶質(zhì)運(yùn)移模型(HYDRUS、UNSATCHEM等),為鹽漬土治理利用研究提供了理論支撐[4-6]。在鹽堿地生物/微生物治理方面,通過(guò)種植耐鹽植物和植被建植等方法控制水鹽平衡、或利用微生物活性修復(fù)鹽堿地也是研究熱點(diǎn),Rozema和Flowers2008年在Science撰文指出生物技術(shù)尤其是培育耐鹽作物有助于解決全球不可逆的土壤鹽漬化問(wèn)題[7],伊朗、以色列等國(guó)家通過(guò)開(kāi)發(fā)地膚或種植鹽生植物海馬齒、高堿蓬以保持鹽堿地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定[8-10],微生物菌劑也被認(rèn)為可以顯著降低土壤pH、含鹽量并提高鹽堿地植物成活率[11-14]。在鹽堿地工程治理與農(nóng)藝調(diào)理方面,國(guó)內(nèi)外學(xué)者從工程排鹽、農(nóng)藝控鹽和調(diào)理改土等角度開(kāi)展了長(zhǎng)期研究,如利用暗管排水措施控制地下水位并降低土壤含鹽量[15-17],運(yùn)用滴灌、微噴灌、劣質(zhì)水再利用以節(jié)水控鹽,通過(guò)地面覆蓋、土壤剖面隔層創(chuàng)建等農(nóng)藝方式調(diào)控水鹽運(yùn)動(dòng)[18-20],或施用石膏、脫硫石膏等代換型改良劑以加速鹽分淋洗[21-23]?？傮w上,國(guó)外學(xué)者在水鹽運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)理論和鹽堿地生物修復(fù)與生態(tài)效應(yīng)研究方面較為深入,而我國(guó)在致力于機(jī)理研究的基礎(chǔ)上,在鹽堿地節(jié)水控鹽和生物-生態(tài)治理利用理論與技術(shù)方面也取得特色成果。

從已有研究看,我國(guó)干旱半干旱區(qū)呈現(xiàn)出土地鹽堿問(wèn)題與灌溉長(zhǎng)期并存、局部鹽堿化減緩和持久性的鹽堿反復(fù)與加劇并存的現(xiàn)狀,運(yùn)用生態(tài)理念綜合治理改良是實(shí)現(xiàn)鹽堿地持續(xù)利用的長(zhǎng)效途徑。楊勁松和姚榮江2015年提出了“基礎(chǔ)研究+前沿技術(shù)研究+應(yīng)用示范+產(chǎn)業(yè)推進(jìn)”的全鏈條式鹽堿地綜合治理理念[24]。因此,河套平原鹽堿地治理利用必須開(kāi)展多層面的生態(tài)化治理關(guān)鍵技術(shù)研究,攻克鹽堿地障礙消減的理論瓶頸和鹽堿地生態(tài)治理利用中的技術(shù)、產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)難題,構(gòu)建鹽堿地治理的可持續(xù)發(fā)展模式,為規(guī)模化生態(tài)治理和利用河套平原鹽堿地提供技術(shù)支撐和儲(chǔ)備。

1 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

項(xiàng)目采用“基礎(chǔ)理論+核心技術(shù)+新型裝備+產(chǎn)業(yè)技術(shù)+模式示范”集研發(fā)、集成、示范、推廣于一體的整體思路(圖1)：從理論上揭示河套平原土地鹽堿化演變規(guī)律、驅(qū)動(dòng)機(jī)制與鹽堿障礙生態(tài)消減原理；在技術(shù)層面,研發(fā)鹽堿地生物優(yōu)選利用、高效節(jié)水控鹽、灌排生態(tài)工程、精準(zhǔn)調(diào)理改土等生態(tài)治理與修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)；在裝備與產(chǎn)品層面,開(kāi)發(fā)新型無(wú)溝排鹽暗管機(jī)、滴灌控鹽裝備等鹽堿地整治工程設(shè)備,研制復(fù)合生態(tài)型鹽堿調(diào)理改土制劑產(chǎn)品；在產(chǎn)業(yè)技術(shù)層面,以?xún)?nèi)蒙、寧夏河套平原不同類(lèi)型鹽堿地以及林果、草飼、糧經(jīng)等特色產(chǎn)業(yè)為對(duì)象,建立資源循環(huán)、節(jié)本高效、環(huán)境友好型的生態(tài)產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù),創(chuàng)建河套平原鹽堿地生態(tài)導(dǎo)向型治理修復(fù)技術(shù)體系與可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)業(yè)模式,實(shí)現(xiàn)河套平原鹽堿地生態(tài)產(chǎn)業(yè)體系上、中、下游無(wú)縫銜接與技術(shù)模式集成、示范、推廣的一體化推進(jìn)。

圖1 項(xiàng)目整體研究框架與思路
Fig.1 General research framework and thinking of the project

本項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容如下：

(1)鹽堿地形成機(jī)理與鹽堿障礙生態(tài)調(diào)控機(jī)制

主要研究河套灌區(qū)鹽堿土?xí)r空演變規(guī)律,分析不同景觀尺度水鹽的源、匯轉(zhuǎn)化和遷移時(shí)空變化特點(diǎn)。研究鹽堿土形成及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制,分析人為活動(dòng)與地下水-土壤-植物-大氣系統(tǒng)(G-SPAC)中鹽分的遷移、轉(zhuǎn)化以及季節(jié)性動(dòng)態(tài)的內(nèi)在關(guān)聯(lián),揭示鹽堿地形成的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。研究多尺度土壤水鹽動(dòng)力學(xué)過(guò)程與鹽分均衡,分析不同尺度土壤積鹽和脫鹽的動(dòng)力學(xué)機(jī)制,構(gòu)建水鹽運(yùn)移多過(guò)程耦合模型與鹽漬化預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng),分析灌區(qū)鹽分平衡狀態(tài)演變過(guò)程。研究鹽堿障礙生態(tài)調(diào)控機(jī)制,分析外源秸稈、覆蓋、綠肥、有機(jī)肥等生態(tài)化措施對(duì)鹽堿地土壤水鹽運(yùn)移過(guò)程的阻控效果,探討其在促進(jìn)土壤脫鹽、植物生長(zhǎng)以及耕層土壤熟化等方面的作用機(jī)制,研究不同調(diào)控措施下鹽堿障礙土壤的生態(tài)反饋機(jī)理。

(2)生態(tài)導(dǎo)向型鹽堿地長(zhǎng)效治理與修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)

研究鹽堿地微生物治理與修復(fù)技術(shù),篩選出具有耐鹽、抗逆、促生等多功能微生物菌株,研究高效擴(kuò)繁技術(shù)體系,開(kāi)發(fā)出適宜于鹽堿地林果、牧草、農(nóng)作物的生物專(zhuān)用肥,建立配套的優(yōu)化施用技術(shù)并示范。研究耐鹽植物品種篩選和抗鹽種植修復(fù)技術(shù),研發(fā)適合各選育種質(zhì)特點(diǎn)的良種篩選與繁育技術(shù)體系,收集和篩選生態(tài)型特色耐鹽堿林果、飼草、農(nóng)作種質(zhì),并有針對(duì)性地研發(fā)耐鹽植物的配套種植技術(shù),建立耐鹽植物品種抗鹽種植生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系并示范。研究次生鹽堿地節(jié)水控鹽與生態(tài)工程治理技術(shù),研發(fā)高效節(jié)水灌溉植物適宜生境快速構(gòu)建、高成活率微區(qū)生境營(yíng)造等技術(shù),建立基于水鹽信息實(shí)施反饋的灌排信息化管理系統(tǒng),構(gòu)建高效干排鹽生態(tài)工程治理技術(shù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法并示范。

(3)鹽堿地控鹽排鹽型工程裝備與制劑產(chǎn)品研制

研發(fā)無(wú)溝暗管機(jī)、新型滴灌裝備與自走式深松破土機(jī)等控鹽排鹽型鹽堿地整治裝備,研制基于電液控制、機(jī)電液一體化等先進(jìn)手段的高效率、高精度新型無(wú)溝鋪管機(jī)實(shí)用型樣機(jī)并示范應(yīng)用,開(kāi)發(fā)集成控制、過(guò)濾、注肥、土壤墑情監(jiān)測(cè)等關(guān)鍵系統(tǒng)的低壓管道式節(jié)水灌溉裝備并示范,突破深層破土系統(tǒng)關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì),研制大型自走式深松破土機(jī)樣機(jī)并示范應(yīng)用。開(kāi)發(fā)生態(tài)友好型、節(jié)本高效型復(fù)合改良調(diào)理制劑,研制以脫硫石膏為主料、添加高價(jià)陽(yáng)離子等材料的復(fù)合高效土壤調(diào)理劑并示范應(yīng)用,開(kāi)發(fā)由土壤鹽基離子敏感高分子材料與脫硫石膏耦合的高分子吸附型土壤調(diào)理劑并示范,研制優(yōu)化熱裂解與工藝流程、生物質(zhì)炭定向修飾的生物質(zhì)炭基鹽堿地調(diào)理劑并示范應(yīng)用。

(4)鹽堿地綜合治理技術(shù)體系與生態(tài)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式

研究寧夏河套鹽堿地節(jié)水生態(tài)治理和釀酒葡萄、枸杞等特色林果產(chǎn)業(yè)技術(shù)與集成示范,形成基于節(jié)水精量灌溉、暗管排鹽、脫硫石膏等關(guān)鍵技術(shù)的鹽堿林果地綜合治理技術(shù)體系,研發(fā)并耦合釀酒葡萄、枸杞廢棄物資源化利用技術(shù),創(chuàng)建可持續(xù)林果生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式并縣域示范。研究?jī)?nèi)蒙古河套東部鹽堿地抗鹽生態(tài)治理與苜蓿、青儲(chǔ)玉米等優(yōu)質(zhì)草飼產(chǎn)業(yè)技術(shù)與集成示范,形成基于耐鹽草飼品種、改良調(diào)理劑、快速建植生態(tài)修復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)的鹽堿草飼地綜合治理技術(shù)體系,研發(fā)并耦合草飼“產(chǎn)-加-貯”、“生態(tài)-生產(chǎn)-生活”等產(chǎn)業(yè)技術(shù),創(chuàng)建可持續(xù)草飼生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式并縣域示范。研究?jī)?nèi)蒙古河套西部鹽堿地工程-生態(tài)治理與食葵、玉米等高效糧經(jīng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)與集成示范,形成基于暗管洗鹽、深松排鹽、節(jié)灌控鹽等關(guān)鍵技術(shù)的鹽堿農(nóng)作地綜合治理技術(shù)體系,研發(fā)并耦合秸稈循環(huán)利用、控鹽水肥一體化等生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù),創(chuàng)建可持續(xù)糧經(jīng)生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式并進(jìn)行縣域示范。

項(xiàng)目采取的技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目技術(shù)路線
Fig.2 Technology route used in the project

2 總體目標(biāo)

本項(xiàng)目將探明河套平原鹽堿地時(shí)空分布規(guī)律及其演變驅(qū)動(dòng)機(jī)理,揭示鹽堿障礙的生態(tài)調(diào)控機(jī)制,篩選鹽堿地治理與生態(tài)修復(fù)適用微生物和特色耐鹽堿林、草、農(nóng)種質(zhì),建立和完善生物修復(fù)、節(jié)灌控鹽、工程排鹽、調(diào)理改土等生態(tài)導(dǎo)向型治理修復(fù)技術(shù),研制高效率鹽堿地整治無(wú)溝暗管機(jī)、節(jié)水灌溉控鹽裝備、自走式深松破土機(jī)的樣機(jī),開(kāi)發(fā)改良鹽堿地的脫硫石膏型、高分子材料型、生物炭基型改良調(diào)理劑與專(zhuān)用肥產(chǎn)品,建立鹽堿地資源循環(huán)利用型林果、草飼、糧經(jīng)生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù),集成鹽堿地綜合治理技術(shù)體系,創(chuàng)建針對(duì)林果、草飼、糧經(jīng)等生態(tài)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式,在縣域示范應(yīng)用。

通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施,將闡明河套平原鹽堿地形成演變驅(qū)動(dòng)機(jī)理,揭示鹽堿障礙生態(tài)調(diào)控機(jī)制；形成河套平原鹽堿地微生物、植物和工程化的生態(tài)治理關(guān)鍵技術(shù)10—15項(xiàng),建立河套平原鹽堿地資源循環(huán)利用生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)6—8項(xiàng)、鹽堿地綜合治理技術(shù)體系6—8項(xiàng)、可持續(xù)生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式3—5套；制定地方標(biāo)準(zhǔn)15—20項(xiàng),并提交咨詢(xún)報(bào)告3份；優(yōu)選耐鹽堿林、草、農(nóng)種質(zhì)20—30份,申報(bào)新品種3—5個(gè),審定新品種3個(gè)；研制新型無(wú)溝鋪管機(jī)、大型自走式深松破土機(jī)各1套、節(jié)水控鹽灌溉設(shè)備3套；開(kāi)發(fā)復(fù)合生態(tài)調(diào)理劑配方10—15個(gè),產(chǎn)品申報(bào)8—10項(xiàng),登記2—4項(xiàng)；申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利20—30項(xiàng)、軟件著作權(quán)2—4個(gè),發(fā)表論文100—120篇,其中SCI 論文30—40,撰寫(xiě)或出版專(zhuān)著2—4部；在典型縣域建立3個(gè)千畝以上規(guī)模核心示范區(qū)并累計(jì)示范推廣4萬(wàn)hm2。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著近年來(lái)分配給河套灌區(qū)的黃河水資源逐年減少,河套平原灌區(qū)及周邊的脆弱生態(tài)系統(tǒng)面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[25-26]。盡管河套平原鹽堿化土壤改良與植物適應(yīng)性種植技術(shù)已有較好積累,但生態(tài)系統(tǒng)的形成與穩(wěn)定具有長(zhǎng)期性,河套平原鹽堿地生態(tài)治理仍任重而道遠(yuǎn),需要長(zhǎng)期的關(guān)注與投入；傳統(tǒng)的灌溉洗鹽方法受灌區(qū)淡水資源不足、地下水埋深淺、地形地貌的影響導(dǎo)致整體排水排鹽困難,增強(qiáng)控鹽排鹽對(duì)維持局部區(qū)域水鹽平衡至關(guān)重要,因此需要重視高效率、低成本、自動(dòng)化控排鹽工程裝備的研發(fā)；同時(shí),當(dāng)前以生態(tài)修復(fù)為目標(biāo)的鹽堿地林、草、農(nóng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高,耐鹽林、草、農(nóng)品種的篩選應(yīng)注重低成本、高品質(zhì)與高附加值。低強(qiáng)度人為影響條件下,節(jié)水型快速土壤改良和植被構(gòu)建與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定技術(shù),以及灌區(qū)尺度灌排系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)水灌排制度是近期及未來(lái)鹽堿地生態(tài)治理修復(fù)研究的重點(diǎn)[27]。河套平原次生鹽堿地土壤質(zhì)地粘重,灌溉后土壤入滲性能與淋洗效率降低,應(yīng)重點(diǎn)突破咸水/微咸水等多水源綜合利用高效節(jié)水控鹽技術(shù)；此外,建立基于現(xiàn)代傳感、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的水鹽實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),制定配套的節(jié)水控鹽灌溉制度,實(shí)現(xiàn)灌區(qū)地表水-地下水多水源聯(lián)動(dòng)與精量灌溉水鹽均衡調(diào)控。

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Research on ecological management and ecological industry development model of saline-alkali land in the Hetao Plain, China

YANG Jingsong*, YAO Rongjiang, WANG Xiangping, XIE Wenping

StateKeyLaboratoryofSoilandSustainableAgriculture,InstituteofSoilScience,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China

Ecological management and amendment of saline-alkaline land is of great importance for enhancing the stability of ecological system, improving soil productivity, and promoting utilization efficiency of resources in Hetao Plain, China. For this reason, the Ministry of science and technology approved the project of National Key Research and Development Program “Research and Demonstration on Key and Integrated Technologies of Ecological Management of Saline-alkali Land in Hetao Plain (2016YFC0501300)”, via special program "Typical fragile ecological restoration and protection research”. This paper introduced the background and significance of the project, the main ideas and research content, the overall goal, and the research prospect. The project adopted the integration ideas of basic theory, core technology, novel equipment, and industry technology and model demonstration. This project aimed at revealing the principle of the formation and ecological reduction of salinization in Hetao Plain, developing key technologies of biological and ecological adaptation to amend soil salinization, manufacturing large salt-control engineering equipment and compound ecological soil conditioning products, and creating a comprehensive technology system of saline-alkaline land management as well as development model of characteristic ecological industry.

saline-alkali land; ecological management; the Hetao plain; salinity control with water-saving; ecological industry

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0501300)

2016- 10- 18

10.5846/stxb201610182130

*通訊作者Corresponding author.E-mail: jsyang@issas.ac.cn

Yang J S, Yao R J, Wang X P, Xie W P.Research on ecological management and ecological industry development model of saline-alkali land in the Hetao Plain, China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7059- 7063.