重度鹽鹼地開發利用開啟新思路

2020-12-20 中國科學院

    即使含鹽量非常高的鹽土荒地,3年內產量也可以達到良田水平,這樣的科技創新為「一定要守住全國耕地不少於18億畝這條紅線」的後備土地資源開發和鹽鹼化土地治理提供了新途徑。

    科學研究就是要解決問題

    「這樣的工作非常有意義,我國鹽鹼地面積很大,治理不容易,我們過去做黃淮海平原鹽鹼地治理攻關時就體會到這一點。看到這裡重度鹽鹼地上的農作物長得很好,使我們對鹽鹼地改良與利用的信心倍增,成果有很大示範意義,宏觀上講是鼓舞人心的!但還需要進一步深入工作,以獲得大面積推廣。」

    日前,寧夏農業綜合開發項目「農業綜合開發節水灌溉技術試驗示範」課題「滴灌鹽鹼地開發利用和鹹水灌溉技術研究與示範」接受了專家組的現場評議。該研究由中國科學院地理科學與資源研究所、寧夏回族自治區農業綜合開發領導小組辦公室、水利部灌排發展中心和平羅縣農業綜合開發領導小組辦公室等單位共同承擔,專家組考察青銅峽金沙灣和平羅兩個試驗研究示範基地後,中國科學院院士劉昌明這樣表示。

    鹽鹼土是全球陸地分布廣泛的一種土壤類型,全球鹽鹼地面積約9.5億公頃。據我國第二次土壤普查資料,我國鹽鹼地資源面積約5.27億畝,其中鹽鹼耕地0.88億畝。而且,耕地次生鹽鹼化和草場鹽鹼化面積呈增加趨勢。

    鹽鹼土壤的改良是世界性難題。「治病不治癬,治土不治鹼,治鹼不露臉。」作為黃淮海平原鹽鹼地治理的早期攻關者之一,中國科學院地理科學與資源研究所研究員程維新用老話說明治理鹽鹼地的不易。

    為治鹽改鹼,寧夏回族自治區農業綜合開發領導小組辦公室做了很多工作,採取了很多措施。「土的洋的方法都用了!」寧夏回族自治區農業綜合開發領導小組辦公室主任董峰與《科學時報》記者談到鹽鹼地治理問題時,不免有些心情複雜:「沒有一個一勞永逸一下子就可以徹底解決鹽鹼地的辦法,全世界也沒有這樣的成果吧!」

    「蒸發量大於降雨量的乾旱半乾旱地區,鹽鹼地大量存在。黃淮海平原以前是糧食匱乏區,經過數十年努力,鹽鹼地治理成效顯著,成為全國農產品主要基地之一,但如果一些治理區農田拋荒,連續3年不種,鹽分就有可能重新積聚到地表層。」中國科學院地理科學與資源研究所研究員張興權介紹說。

    「康躍虎研究員在『不毛之地』、在『生命的禁區』給我們展現了生命的希望,確實給我們提供了一個很新的思路,怎麼評價他所做的工作都不過分!」董峰表示。

    康躍虎,中國科學院地理科學與資源研究所首席研究員,是「農業綜合開發節水灌溉技術試驗示範」這一多方合作項目的主持人。

    3年前,經水利部專家舉薦,寧夏回族自治區農業綜合開發領導小組辦公室找到康躍虎,在最初的現場考察時,寧夏回族自治區的一位土壤專家也一起參與。作為老朋友,這位土壤專家很嚴肅地對董峰說:「這裡是不毛之地,你們在這麼重度的鹽鹼地上搞研究純粹是瞎折騰!」

    董峰更是對康躍虎說:「甭做了,別把你的聲譽毀在這兒!」

    「科研本身就帶有風險,很可能會失敗,中國科學院作為國立最高研究機構,針對的就是難題,如果沒有問題,就不是科研部門的事情而是生產部門推廣應用的事情了!」康躍虎說,雖然不是所有問題都能得到最終解決,但他覺得很多方面只要去做,總會取得進展。

    鍥而不捨 創造奇蹟

    為發現規律、得到可靠數據和節省資金,康躍虎及其領導的研究小組不但要對每個研究項目做大量田間試驗,而且要親自化驗所採的土樣和植物樣,工作量非常大。

    在平羅試驗基地低洼次生鹽漬化土壤治理試驗前,儘管他們已經作了大量室內和田間模擬試驗,但試驗地第一年還是出現了番茄大量死亡的情況,「根本不可能」、「浪費錢」等不同的聲音隨之而來。

    在失敗面前,他們沒有放棄,經過對土壤、水質和地下水位的綜合分析,提出了新的方案。

    「沒想到去年也就是第二年,竟獲得意想不到的成功,枸杞和棗樹長得很好,而且經受住50年一遇大暴雨的考驗。我們更沒想到的是,剛到第三年,我們研究的技術,就使金沙灣試驗示範基地第三系紅土鹽鹼地120釐米土層內的含鹽量從1.3%~3.0%降到了0.3%以下,今年試種的10多種普通蔬菜和糧食作物都長得很好!」康躍虎興奮地對《科學時報》記者說。

    該項研究的突出點是:探索並發現了滴灌、壟作和覆膜綜合措施對鹽鹼地水鹽分布、作物生長和產量、灌溉水量和灌溉水利用效率、土壤物理性質、土壤化學性質和土壤生物性狀(微生物和酶)的影響規律;提出了控制滴頭正下方20cm深度處土壤水分的滴灌土壤水鹽調控新方法;提出了 「滴灌+壟作+覆膜」模式,分別建立了採用淡水、鹹水滴灌技術開發利用鹽鹼地的技術體系。

    這項新技術體系所顯示的突出成效是土壤脫鹽速度快,土壤理化性質和微生物狀況迅速改善,土壤生產力水平在1~3年內大幅度提高。當滴灌土壤水鹽調控技術和鹽鹼地開發利用技術在寧夏金沙灣第三系紅土鹽鹼土上應用時,白菜、菠菜、糯玉米等作物在當年便開始生長並獲得產出,棗樹成活率達95%以上且長勢旺盛;第二年油葵和糯玉米產量分別達到周圍良田產量的一倍多或接近周圍良田的產量;第三年番茄、黃瓜、高粱等10多種作物生長良好,產量達到或接近周邊良田水平。鹹水滴灌水鹽調控技術、鹹水滴灌技術和鹽鹼地開發利用技術在平羅低洼次生鹽漬土(土壤含鹽量1.3%~1.6%)上應用時,灌溉水礦化度高達7.5克/升,枸杞和棗樹的生長狀況仍然良好。栽植兩年的枸杞,一些主要指標達到特優等級,粒度達到特級等級。

    在評議會現場,一位自稱從來不願吃枸杞的專家,在品嘗了試驗基地新鮮的和曬得半乾的枸杞後說:「不錯!徹底改變了我對枸杞的印象!」

    康躍虎解釋,大部分鹽鹼地開發情況是中度的利用多,重度的利用少。一般土壤含鹽量在0.3%~0.6%,是中度鹽鹼地,0.6%~1.0%是重度鹽鹼地,大於1.0%是鹽土,這裡是鹽鹼化程度很高的地方,金沙灣試驗基地120cm土層含鹽量甚至達到1.3%~3.0%,平羅達到1.3%~1.6%,均屬含鹽量非常高的鹽土荒地。

    現在以色列等國家利用礦化度在2~3克/升的微鹹水灌溉的比較多,7.5克/升的鹹水研究工作已經很少,更不用說利用。

    3年裡,康躍虎研究團隊在試驗區布置了數十個試驗小區,取土樣1.5萬個左右,分析總鹽量、養分、八大離子、土壤細菌、土壤真菌、土壤放線菌、土壤活性酶等多項指標,同時取植物樣約1000個,測定生物量、葉綠素含量、產量等。「中國科學院的研究工作做得很紮實!」對此,國土資源部土地整理中心研究員、國際合作與科技處處長王軍評價說,「連續觀測,積累幾年的數據就很珍貴!」

    更廣泛的意義

    作為黃淮海平原鹽鹼地改良的早期攻關者之一,張興權總結了他感受到的這個項目的3個特點:難度大、投資小、見效快。

    難度大表現在,試驗基地金沙灣鹽鹼化程度高,地下水位也高,而且紅膠泥鹽鹼地屬第三系紅土鹽土,是黏性土,傳統方法改良很困難,大水淋洗水分入滲慢,鹽分淋洗效果差,這樣的地以前都作為荒地撂荒;平羅基地本身地勢低洼、地下水位高,在沒有有效降低地下水位的條件下,又用7.5克/升鹹水灌溉,難度就更大一些。

    投資小表現在,結合當地情況,利用滴灌技術調控水鹽,簡化了以往治理鹽鹼地的大量工程,比如打井、平整土地等。此外,傳統的鹽鹼地改良,特別是重鹽鹼地治理,一般見效都很慢。這裡第一年作物就可以生長,第三年效果就已經很好,見效顯然很快。

    「至少找到了一個新的方法、新的思路,將來也是開發利用鹽鹼地的一個路子。不能說全部,至少大部分含鹽量高的鹽鹼地利用這套技術應該會取得成功。」談到對這一項目技術的自我評價,康躍虎這樣表示。

    他認為對次生鹽鹼化土地復墾、鹽鹼化草場的人工恢復重建和乾旱區滴灌次生鹽鹼化的防治也具有重要價值。

    康躍虎介紹,現在大面積草原都出現「三化」——沙化、鹽鹼化、退化。鹽鹼化面積很大,這些草場的恢復重建是非常令人頭痛的問題,如果採用首先種植耐鹽鹼植物以改變生境,使植物群落最終恢復到原來群落的方法,過程會非常漫長,而採用本項目研究出的技術或利用其原理,可能是一個快速恢復重建的有效途徑。具體什麼地方怎麼用,當然還有待進一步作具體研究。

    康躍虎表示,乾旱半乾旱灌溉農業區次生鹽漬化問題嚴重,部分耕地因鹽漬化已經撂荒,也可以利用這項技術進行復墾。新疆一些地區棉花膜下滴灌淺層土壤出現積鹽的情況,主要是因為在滴灌灌溉制度中對土壤水鹽的調控考慮不周,這項研究成果的水鹽調控方法有借鑑作用。

    據介紹,近幾年,針對傳統地面灌溉方式不但造成大量水資源浪費、土壤發生次生鹽漬化,而且導致農業效益低下、農民增收困難等問題,寧夏回族自治區農業綜合開發項目加大了對以現代節水灌溉技術為核心的農業綜合技術推廣應用的支持。

    此外,針對大量鹽鹼地資源和鹹水資源尚未得到開發利用等現狀,寧夏回族自治區農業綜合開發領導小組辦公室將鹽鹼地和鹹水資源的開發利用作為下一步的工作重點之一。

    寧夏農業綜合開發領導小組辦公室於2004年7月設立「農業綜合開發節水灌溉技術試驗示範」項目,研究重點之一便是滴灌鹽鹼地開發利用和鹹水資源安全高效利用。

    有關專家更進一步表示,從全國層面來講,在人口增加、耕地面積減少的情況下,要守住全國耕地不少於18億畝這條紅線,鹽鹼地的開發利用具有十分重要的戰略意義。

    我國淡水資源緊缺,但分布著大量的鹹水資源。僅海河流域和黃河流域大於2 克/升的鹹水分布面積就達到14萬平方公裡。開發利用鹹水資源來替代淡水資源,是緩解水資源緊缺的重要途徑之一。

    張興權的設想是,如果西部大量鹽鹼地利用這樣的技術能夠開發,不僅可以節約資源,而且這裡的水資源和土地資源相對東部來說更少受到汙染,更利於生產沒有汙染的有機食品、蔬菜瓜果等,產業規模達到一定程度後,可以減緩東部土地的壓力。

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