李申,畢梅禎,王建麗,孫勝卓,孫豐剛

山東省典型地區(qū)鹽堿地分布、治理模式研究及效益分析

李申1*,畢梅禎1,王建麗2,孫勝卓1,孫豐剛2

1. 山東省國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)中心, 山東 濟(jì)南 250014 2. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院, 山東 泰安 271018

為探討鹽堿地治理利用方向，針對(duì)山東省典型地區(qū)，利用遙感影像及變更調(diào)查資料，分析研究了典型地區(qū)鹽堿地分布現(xiàn)狀，介紹了“上農(nóng)下漁”、暗管排鹽兩種治理模式，結(jié)合高程、坡度、土壤類型、土壤侵蝕數(shù)據(jù)，進(jìn)一步研究其空間分布和結(jié)構(gòu)變化。以不同治理模式下東營(yíng)市河口區(qū)10個(gè)土壤理化性質(zhì)改良指標(biāo)作為數(shù)據(jù)來(lái)源，采用主成分分析法對(duì)三個(gè)深度的四組治理模式進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明兩種治理方式均能夠改善土壤理化性質(zhì)，達(dá)到較好的治理效果。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)鹽堿地與其它土地利用類型轉(zhuǎn)換情況和變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，重點(diǎn)闡述了鹽堿地開(kāi)發(fā)利用為耕地后潛在經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。最后針對(duì)生態(tài)文明建設(shè)要求下鹽堿地開(kāi)發(fā)治理提出了相關(guān)建議。

鹽堿地; 空間分布; 治理模式

鹽堿地是重要的自然資源，全球廣泛分布，我國(guó)是鹽堿地大國(guó)，鹽堿地面積位居世界第三，主要分布在我國(guó)東北平原、西北干旱區(qū)、東部沿海地區(qū)和黃淮海平原[1]。2021年中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)的《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》[2]明確：深入實(shí)施鹽堿地治理等重大工程，確保在2025年前黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展取得明顯進(jìn)展。以國(guó)家戰(zhàn)略為引領(lǐng)，科學(xué)謀劃鹽堿地治理與開(kāi)發(fā)，對(duì)全面提升黃河下游生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性，促進(jìn)生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)域概況

黃河在山東入海，每年造陸達(dá)2千多hm2。黃河下游區(qū)域位于華北平原，地勢(shì)低平，河行地上，地下水較淺，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)作用后，加之海水侵襲就形成了鹽堿地。目前全省有60余萬(wàn)hm2鹽堿地，其中還有20多萬(wàn)hm2鹽堿荒地[3]，主要分布在東營(yíng)等4個(gè)市，尤其集中在東營(yíng)、濱州二市，是山東獨(dú)有的土地后備資源。多年來(lái)以補(bǔ)充耕地為目標(biāo)的鹽堿地治理持續(xù)開(kāi)展，大量鹽堿地被治理作為耕地利用[4]，為全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了必要的要素支撐。為更好適應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)，亟須對(duì)山東省典型地區(qū)鹽堿地分布、利用及治理進(jìn)行系統(tǒng)分析與評(píng)價(jià)，以期為黃河下游生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

2 鹽堿地分布情況及典型治理模式

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于第二次全國(guó)土壤普查數(shù)據(jù)，研究區(qū)近年遙感影像及變更調(diào)查資料，統(tǒng)計(jì)年鑒等。

2.2 鹽堿地分布情況

利用山東省典型地區(qū)鹽堿地遙感影像資料，對(duì)鹽堿地空間分布和變異情況進(jìn)行分析，主要對(duì)東營(yíng)、濱州、濰坊及德州4個(gè)市35個(gè)縣（市、區(qū)）鹽堿地集中分布地區(qū)進(jìn)行研究，覆蓋面積達(dá)4.39×106hm2，研究對(duì)象是鹽堿地和鹽田（仍按二調(diào)分類標(biāo)準(zhǔn)，鹽田屬采礦用地），得到研究區(qū)鹽堿地和鹽田空間分布，如圖1所示。

圖 1 研究區(qū)鹽堿地和鹽田分布情況

2.3 典型治理模式

國(guó)外對(duì)鹽堿地治理開(kāi)展了大量研究，并取得了較好效果[5]。研究區(qū)在充分借鑒國(guó)內(nèi)外鹽堿地治理成效基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際采用了“上農(nóng)下漁”、暗管排鹽等具代表性的治理模式，兩種模式的基本原理都是遵循“鹽隨水來(lái)，鹽隨水去”的水鹽運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過(guò)降低田塊地下水位抑制土壤鹽分在表層聚集以治理鹽堿地。

2.3.1 “上農(nóng)下漁”模式“上農(nóng)下漁”是一種由池塘、臺(tái)田、溝渠共同構(gòu)成的立體生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。通過(guò)“明溝排鹽”和“高臺(tái)田低池塘”兩種措施達(dá)到改良鹽堿地目的，在研究區(qū)“442”模式應(yīng)用最為廣泛，即以10 hm2鹽堿地為1個(gè)開(kāi)發(fā)單元，由池塘和臺(tái)田組成4 hm2池塘、4 hm2臺(tái)田、2 hm2溝渠道路，如圖2所示。開(kāi)發(fā)后，臺(tái)田面積占總面積的40%，水面占40%，坡溝占20%[6]。上部臺(tái)田進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植，下部池塘進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖，適用于地勢(shì)低洼和地下水位較高的鹽堿地區(qū)[7]。

圖2 “上農(nóng)下漁”鹽堿地治理模式

該模式增加了耕作層與地下潛水層相對(duì)距離以抑制鹽漬化，漁農(nóng)結(jié)合，改善生態(tài)環(huán)境，可較好解決鹽堿問(wèn)題。但該模式投資大，坡面易滑坡和淤積，維護(hù)成本較高；且黃河下游淡水資源短缺，枯水期坑塘含鹽量增加會(huì)造成魚類死亡，受水資源限制，大面積推廣受到一定制約。

2.3.2 暗管排鹽模式該模式最早從全球圍海造地最發(fā)達(dá)的國(guó)家---荷蘭引入，根據(jù)研究區(qū)當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境條件發(fā)展而來(lái)。其工作原理是將融解的土壤鹽分滲入地下的水體，然后通過(guò)埋設(shè)的管道排走，從而有效降低地下水位和土壤含鹽量[8]，如圖3所示。

圖3 暗管排鹽技術(shù)原理示意圖

暗管排鹽在節(jié)水節(jié)地，提高耕地質(zhì)量，促進(jìn)土地集約利用方面具有良好的應(yīng)用前景[9]，具有出地率高、經(jīng)濟(jì)效益顯著、節(jié)水潛力大、降鹽效果好的特點(diǎn)，有效提高了耕地的質(zhì)量。調(diào)查顯示，治理后，幾乎絕產(chǎn)的重鹽堿地可在1-2年內(nèi)迅速脫鹽，出苗率由原來(lái)的4成增至8成，接近中產(chǎn)水平。治理3年后，耕作層含鹽量由10～30‰降為3～4‰，接近高產(chǎn)田水平。但暗管管壁堵塞、腐蝕老化等情況需要及時(shí)監(jiān)測(cè)，定期清淤維護(hù)非常必要。

圖4 研究區(qū)高程、坡度、土壤類型、土壤侵蝕空間分布圖

3 結(jié)果與分析

3.1 鹽堿地空間分布分析

3.1.1 疊加分析利用數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model 簡(jiǎn)稱DEM)，將研究區(qū)鹽堿地、鹽田空間分布與高程、坡度、土壤類型、土壤侵蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，可以得到研究區(qū)鹽堿地分布，如圖4所示。

對(duì)空間分布信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可得到研究區(qū)鹽堿地分布情況（見(jiàn)表1～3）：鹽堿地和鹽田絕大部分位于海拔0～15 m的地區(qū)；坡度多在0～6°之間，大多地勢(shì)平緩，坡度較小。土壤類型方面，鹽堿地以濱海鹽土為主，占鹽堿地68.18%，其次是潮土（占21.10%）。成因主要是由于海拔較低，地下水埋藏淺且礦化程度高，溫帶季風(fēng)氣候蒸發(fā)作用強(qiáng)，使得地下水侵蝕鹽分升至地表，導(dǎo)致土壤含鹽量較高。

表 1 研究區(qū)鹽堿地高程及坡度

表2 研究區(qū)鹽堿地土壤類型及比例

表3 研究區(qū)鹽堿地土壤侵蝕類型及比例

3.1.2 鹽堿化土地分布及結(jié)構(gòu)變化分析將鹽堿化土地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到2010年以來(lái)研究區(qū)鹽堿地和鹽田的變化分布情況，見(jiàn)表4和圖5。

表 4 2010-2020年研究區(qū)鹽堿地對(duì)比

圖5 2010-2020年研究區(qū)鹽堿化土地對(duì)比圖

通過(guò)以上對(duì)比圖和統(tǒng)計(jì)情況可以明顯看出，研究區(qū)鹽堿地在10年間減少了42 387.67 hm2，平均每年減少4 238.7 hm2，但鹽堿地斑塊數(shù)由22 057增加到28 910，增加了31%，平均每年增加3.1%。斑塊的平均面積從8.79 hm2減小到5.25 hm2，說(shuō)明新增鹽堿地的斑塊面積較小，且破碎程度增加。鹽田在2010-2020年間減少2448.77 hm2，平均每年減少244.87 hm2，同時(shí)鹽田斑塊數(shù)由263減少到218，減少了17.1%，斑塊的平均面積從328.10 hm2增加到384.59 hm2，斑塊有擴(kuò)大合并的趨勢(shì)，說(shuō)明原有鹽田的利用基本穩(wěn)定。

3.2 不同治理模式動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究

為進(jìn)一步研究鹽堿地典型治理模式治理效果，選擇鹽堿地占比較大、治理模式具有代表性的東營(yíng)市河口區(qū)為試驗(yàn)田區(qū)。

3.2.1 耕作層土壤理化性質(zhì)分析針對(duì)“上農(nóng)下漁”和暗管排鹽兩種典型治理方式，選取未改良地塊和治理后種植玉米、小麥、榆樹地塊，分別對(duì)土壤理化特性及水鹽平衡進(jìn)行取樣化驗(yàn)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行客觀、科學(xué)的評(píng)價(jià)，所得結(jié)果如表5所示。

表 5 鹽堿地耕作層土壤理化性質(zhì)

對(duì)表5中的鹽堿地耕作層土壤理化性質(zhì)各指標(biāo)含量進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，以樹狀圖的形式將其呈現(xiàn)，得樹狀圖（圖6）。

圖6 鹽堿地土壤理化性質(zhì)相關(guān)指標(biāo)含量變化

由圖6可知，兩種治理模式都使得鹽堿地含水量、含鹽量明顯降低，氮、磷、有機(jī)質(zhì)得到有效提高；土壤pH值達(dá)到7.5-8.5，符合當(dāng)?shù)氐母餍枨?。從土壤養(yǎng)分來(lái)看，暗管排鹽全氮、全磷和有機(jī)質(zhì)緩效養(yǎng)分含量較低，這是因?yàn)榘倒芘披}為近年整治地塊，之前為重度鹽堿荒地，植被量少，土壤積聚緩效養(yǎng)分含量較少，經(jīng)過(guò)改造后一直用作耕地，緩效養(yǎng)分消耗較大；而速效養(yǎng)分（銨氮、硝氮）含量相對(duì)較高，這是由于土壤緩效養(yǎng)分較少，施加大量復(fù)合肥料，增加了速效養(yǎng)分含量。

3.2.2 土壤理化性質(zhì)垂向變化規(guī)律選擇從地表起深度0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm的土壤進(jìn)行取樣分析，結(jié)果如表6所示。經(jīng)相關(guān)性分析可知，土壤各項(xiàng)理化性質(zhì)之間存在相關(guān)性，采用單一指標(biāo)或幾個(gè)指標(biāo)對(duì)土壤改善效果進(jìn)行評(píng)價(jià)不夠全面，為全面分析10種指標(biāo)對(duì)其改善效果的影響，通過(guò)正交變換將指標(biāo)轉(zhuǎn)化為三個(gè)新的綜合變量，因三個(gè)深度的主成分累積均處于90%（見(jiàn)表7），所以采用主成分分析方法可行[10]。

表 6 土壤理化性質(zhì)垂向變化規(guī)律

表 7 總方差解釋

從表7可以看出，三個(gè)深度所對(duì)應(yīng)的特征值大于1的主成分累積可解釋總方差的96.682%，91.650%、96.682%，因此，提取前三個(gè)主成分分別為Y10-20、Y20-20、Y30-20、Y120-40、Y220-40、Y320-40、Y140-60、Y240-60、Y340-60，所選擇的三個(gè)主成分作為治理效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，能夠較好的反映出土壤理化性質(zhì)的原始信息。

表 8 成分矩陣

結(jié)合表8成分矩陣中各指標(biāo)在不同成分中的影響系數(shù)、各主成分系數(shù)和主成分貢獻(xiàn)率大小，運(yùn)用公式（1）（2）（3）得出不同深度下采用不同模式的治理效果綜合得分（表9）。

0-20=0.4293×10-20+0.2906×20-20+0.1839×30-20(1)

20-40=0.4266×120-40+0.2981×220-40+0.1918×320-40(2)

40-60=0.6207×140-60+0.1989×240-60+0.1472×340-60(3)

由表9可知，深度0～20 cm時(shí)，各模式綜合排序?yàn)椋荷限r(nóng)下漁-玉米＞暗管3年-小麥＞暗管3年-玉米＞暗管1年-榆樹＞對(duì)照組；深度20～40 cm時(shí)，各模式綜合排序?yàn)椋喊倒?年-榆樹＞上農(nóng)下漁-玉米＞暗管3年-玉米＞暗管3年-小麥＞對(duì)照組；深度40～60 cm時(shí)，各模式綜合排序?yàn)椋喊倒?年-榆樹＞上農(nóng)下漁-玉米＞暗管3年-小麥＞暗管3年-玉米＞對(duì)照組，四組治理方式的綜合得分均高于對(duì)照組，說(shuō)明2種治理方式都具有改良鹽分等土壤理化性質(zhì)、提升養(yǎng)分的作用。

表 9 因子得分和最終得分

可見(jiàn)，上農(nóng)下漁的治理方式對(duì)耕層（0～20 cm）的改良效果比非耕層（20～60 cm）好，因玉米生長(zhǎng)于耕層（0～20 cm），故選用上農(nóng)下漁的方式改良效果較好；因榆樹扎根于非耕層（20～60 cm），故選用暗管排鹽的方式能有效改善土壤肥力。

3.3 鹽堿地轉(zhuǎn)化與利用效益分析

3.3.1 轉(zhuǎn)化類型分析鹽堿地作為重要的后備資源，一直是山東省挖掘土地利用潛力的重要途徑，同時(shí)鹽堿地變化也與沿海灘涂、沼澤地、水面區(qū)域等水文過(guò)程關(guān)系密切，這些土地利用類型與鹽堿地、鹽田相互轉(zhuǎn)換較多。通過(guò)分析研究區(qū)土地利用變化情況，得到近年來(lái)研究區(qū)鹽堿地與其它土地利用類型轉(zhuǎn)換矩陣，見(jiàn)表10。

表 10 研究區(qū)鹽堿地、鹽田與其他土地利用類型轉(zhuǎn)換矩陣

就鹽堿地轉(zhuǎn)換為其他土地利用類型看，最主要的是通過(guò)治理后將鹽堿地轉(zhuǎn)換為耕地，占比為11.27%，其次為轉(zhuǎn)換為城鎮(zhèn)建設(shè)用地，占4.23%，還有少量轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌r(nóng)用地。鹽田絕大多數(shù)仍保持現(xiàn)狀，最主要轉(zhuǎn)換類型是轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)建設(shè)用地，占比為1.92%。此外，還有少部分的鹽堿地和鹽田之間的相互轉(zhuǎn)換以及鹽田向湖泊、河流、灘涂等水域的轉(zhuǎn)換。總體來(lái)看，研究區(qū)鹽堿地、鹽田在近年來(lái)得到有效治理，在向非鹽堿地轉(zhuǎn)化以及鹽堿化程度減輕方面，取得了一定進(jìn)展和成效。

3.3.2 效益分析山東省典型地區(qū)最主要的鹽堿地治理方式是通過(guò)“上農(nóng)下漁”和暗管排鹽兩種方式將鹽堿地開(kāi)發(fā)利用為耕地，這種方式符合當(dāng)前將具備開(kāi)發(fā)利用條件的鹽堿地作為主要后備來(lái)源開(kāi)發(fā)為耕地的要求，對(duì)于保障糧食安全、發(fā)揮稟賦優(yōu)勢(shì)、優(yōu)化用地結(jié)構(gòu)、合理配置資源具有重大意義。

（1）產(chǎn)能效益。按照治理前后，新增耕地平均利用等別達(dá)到9等地[11]，產(chǎn)能提高10500kg/hm2[12]；提質(zhì)改造鹽堿類耕地按提高1個(gè)等別，產(chǎn)能提高1500kg/hm2。預(yù)計(jì)可增加糧食產(chǎn)能數(shù)10億kg。

（2）種植效益。依據(jù)山東省一年兩熟標(biāo)準(zhǔn)耕作制度及“冬小麥-夏玉米”指定作物，參照當(dāng)年最低收購(gòu)加權(quán)價(jià)格約2.7元/kg，新增耕地可增加經(jīng)濟(jì)效益約28500元/hm2，提質(zhì)改造的鹽堿類耕地可增加經(jīng)濟(jì)效益約4050元/hm2，若全省鹽堿地及鹽堿荒地均得到有效治理，潛在種植效益可達(dá)數(shù)十億元。

（3）指標(biāo)效益。若將鹽堿地治理后的新增耕地納入補(bǔ)充耕地范疇，產(chǎn)生的耕地占補(bǔ)平衡指標(biāo)按270萬(wàn)元/hm2省內(nèi)流轉(zhuǎn)；鹽田整理后作為建設(shè)用地指標(biāo)，產(chǎn)生的節(jié)余指標(biāo)按750萬(wàn)元/hm2省內(nèi)流轉(zhuǎn)。預(yù)計(jì)全省每年產(chǎn)生指標(biāo)收益百億以上。

（4）配置效益。將鹽堿地進(jìn)行整理、復(fù)墾、開(kāi)發(fā)，形成的土地資源要素在全省層面進(jìn)行配置，對(duì)于支持全省重點(diǎn)城市發(fā)展，如濟(jì)南加快建設(shè)國(guó)家中心城市、高水平建設(shè)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換起步區(qū)，青島加快建設(shè)全球海洋中心城市、增強(qiáng)開(kāi)放門戶樞紐效應(yīng)具有戰(zhàn)略意義。

4 結(jié)論與建議

（1）研究結(jié)果表明“上農(nóng)下漁”和暗管排鹽2種治理方式均可滿足種植條件，在降低土壤pH值和鹽分的同時(shí)，土壤有效磷、有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)含量也得到提高，說(shuō)明兩種治理方式都值得進(jìn)行推廣使用。通過(guò)主成分分析法對(duì)4組治理方式的土壤理化性質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：在耕作層（0～20 cm）種植作物時(shí)，上農(nóng)下漁的改良效果比暗管排鹽好一些；在非耕層（20～60 cm）種植樹木時(shí)，選取暗管排鹽的治理方式可有效的改善土壤肥力，用于林網(wǎng)建設(shè)的同時(shí)，也對(duì)鹽堿地起到一定程度改良作用。隨著治理方式投入時(shí)間的推移，鹽堿地的改善效果將更加顯著。

（2）鹽堿地治理將產(chǎn)生良好的種植、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，并對(duì)于優(yōu)化用地結(jié)構(gòu)、統(tǒng)籌發(fā)展空間具有重大意義。在注重經(jīng)濟(jì)利益和當(dāng)下效益的同時(shí)，針對(duì)黃河下游鹽堿地綜合利用，應(yīng)堅(jiān)持尊重自然，生態(tài)優(yōu)先，充分考慮既有的生態(tài)平衡；堅(jiān)持耕地保護(hù)，著力加強(qiáng)耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”保護(hù)[13]；堅(jiān)持多措并舉，設(shè)立鹽堿地綜合開(kāi)發(fā)示范基地，進(jìn)一步探索“微生物+種質(zhì)資源+工程治理”復(fù)合修復(fù)治理模式，推動(dòng)由治理鹽堿地適應(yīng)作物向選育耐鹽堿植物適應(yīng)鹽堿地轉(zhuǎn)變，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)鹽堿地永久保護(hù)和永續(xù)利用。

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Analysis on Distribution, Management Mode and Benefit of Saline-Alkali Land in Typical Areas of Shandong Province

LI Shen1*, BI Mei-zhen1, WANG Jian-li2, SUN Sheng-zhuo1, SUN Feng-gang2

1.250014,2.271018,

In order to explore the management direction of the typical saline-alkali land in Shandong province, this paper firstly analyzed the current spatial distribution situation of the typical saline-alkali land area, by utilizing the remote sensing images and survey data. Then two management modes, i.e., "Agriculture (top)-fishery (bottom)” and salt drainage by hidden pipes are introduced. Combined with the elevation, slope, soil type, and soil erosion data, the spatial distribution and structure change are further studied. Specially, this paper takes ten properties as the improvement indexes to measure the effect of different management modes for Hekou District, Dongying city, where the principal component analysis (PCA) was used to dynamically monitor and comprehensively evaluate the four governance modes combination from three aspects. The results showed that the two governance modes could improve the soil physical and chemical properties and achieve better management effects. On this basis, the paper analyzed the conversion situation and changing trend of saline-alkali land and other types of land, and expounds the potential economic and social benefits after the development and utilization of saline-alkali land into arable land. Finally, the paper puts forward some suggestions on the development and governance of saline-alkali land under the requirement of ecological civilization construction.

Saline-alkali land; spatialdistribution; governance mode

F301

A

1000-2324(2022)02-0302-08

10.3969/j.issn.1000-2324.2022.02.018

2021-10-14

2021-11-25

山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2019GNC106106);山東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(ZR2019MF026)

李申(1980-),男,碩士研究生,高級(jí)經(jīng)濟(jì)師,研究方向:土地經(jīng)濟(jì)學(xué),國(guó)土綜合整治.E-mail:10403491@qq.com

Author for correspondence. E-mail:10403491@qq.com