【中國自然資源報】奮進新征程 建功新時代·非凡十年
科技賦能松嫩平原鹽堿地綜合治理
第三次全國國土調(diào)查顯示，我國耕地總面積19.18億畝，耕地保護的形勢依然嚴峻，絕不能掉以輕心，必須采取有針對性的措施加以改進。我國現(xiàn)有可利用鹽堿地(現(xiàn)代鹽漬土)5.54億畝，作為重要的耕地后備資源，鹽堿地合理開發(fā)利用對于我國乃至全球的糧食安全都具有重要意義。
2021年10月，習近平總書記在山東東營考察調(diào)研時強調(diào)，18億畝耕地紅線要守住，5億畝鹽堿地也要充分開發(fā)利用。我國的鹽堿地空間分布，主要包括東部濱海鹽堿地、西北內(nèi)陸鹽堿地和東北蘇打鹽堿地三大區(qū)域。松嫩平原是我國鹽堿地主要分布區(qū)域之一，水土資源匹配較好，鹽堿地面積大且集中連片。科學開發(fā)利用好松嫩平原鹽堿地，可有效激發(fā)東北地區(qū)糧食增產(chǎn)潛能，支撐我國糧食安全和區(qū)域生態(tài)安全。
7月21日至23日，第二屆黑土地保護利用國際論壇暨梨樹黑土地論壇在吉林省舉行。在鹽堿地改良利用分論壇上，多位專家圍繞松嫩平原鹽堿地綜合治理技術(shù)、自然生態(tài)重塑、智慧生態(tài)良田開發(fā)等實踐經(jīng)驗和成功模式進行交流。如何通過科技賦能，探索求證東北鹽堿地綜合治理的最優(yōu)解，專家們結(jié)合理論探究和實踐經(jīng)驗給出了對癥良方。
多維統(tǒng)籌，推進鹽堿地生態(tài)系統(tǒng)治理
□ 鞠正山
東北是我國典型的蘇打鹽堿地分布區(qū)，也是全球三大蘇打鹽堿地之一，其針對鹽堿地的研究治理具有特殊重要的意義。
吉林西部蘇打鹽堿地主要分布在松嫩平原，由于大、小興安嶺和長白山包圍的地塹式低洼盆地和冷、濕氣候等特殊的地理環(huán)境條件，形成了特殊的鹽堿地類型。松嫩平原隨著海拔由高到低，形成了棕色森林土—黑土—草甸土(草甸堿土)—鹽堿土—沼澤土(濕地)生態(tài)鏈結(jié)構(gòu)，鹽堿地是該生態(tài)結(jié)構(gòu)重要的組成部分，發(fā)揮著區(qū)域鹽分地球化學循環(huán)過程中匯聚地的作用，是黑土—草甸植被到沼澤濕地的重要過渡生態(tài)類型，具有特殊重要的生態(tài)位。另一方面，土地鹽堿化也是吉林西部土地退化的重要表現(xiàn)形式之一，蘇打鹽堿地土壤呈現(xiàn)pH高、質(zhì)地黏重、土壤顆粒分散無結(jié)構(gòu)的土壤特性，改良難度相對較大。
吉林西部蘇打鹽堿地的開發(fā)利用，集土、水、生態(tài)問題于一身，隨著開發(fā)規(guī)模不同，具有不同的尺度效應。鹽堿地小規(guī)模的開發(fā)利用，是技術(shù)問題;區(qū)域規(guī)模的開發(fā)利用，更多是資源保障問題;進一步擴大到流域規(guī)模的開發(fā)利用，則涉及更高層次的生態(tài)協(xié)調(diào)問題。東北蘇打鹽堿地的開發(fā)利用從可持續(xù)性角度分析面臨三大挑戰(zhàn)：技術(shù)支撐方面，蘇打鹽堿地土壤堿化度高、治理難，對技術(shù)支撐依賴度高;資源保障方面，鹽堿地治理全靠流域調(diào)水，水資源的保障與綜合利用是關(guān)鍵;生態(tài)協(xié)調(diào)方面，鹽堿地的開發(fā)利用對濕地等區(qū)域生態(tài)的影響不容忽視。
基于此，吉林西部鹽堿地治理應從單純的水鹽調(diào)控與改良利用發(fā)展方向，轉(zhuǎn)向生態(tài)系統(tǒng)治理。在技術(shù)層面，推行“以地適種”和“以種適地”兩個技術(shù)途徑相結(jié)合的技術(shù)路徑。“以地適種”，是以降鹽控鹽排鹽為核心的工程治理技術(shù)途徑;“以種適地”，是以生物治理技術(shù)為核心包括耐鹽品種選育技術(shù)在內(nèi)的生態(tài)治理途徑。從資源保障層面，作為半濕潤半干旱的農(nóng)牧交錯帶，松嫩平原大規(guī)模區(qū)域調(diào)水僅用于鹽堿地改良和糧食生產(chǎn)，效率太低，應充分考慮稻田灌溉回水在退化草地和沙化土地防治方面的綜合利用，潤澤整個生態(tài)系統(tǒng)。水的問題是核心，用好了是一筆寶貴的生態(tài)資產(chǎn)，用不好就會形成生態(tài)風險。生態(tài)融合方面，松嫩平原濕地廣布，是國際和國內(nèi)重要的濕地保護區(qū)，大規(guī)模的鹽堿地開發(fā)利用對濕地的影響風險不容忽視。
綜上，吉林西部鹽堿地開發(fā)利用，應遵循習近平生態(tài)文明思想指導下的鹽堿地開發(fā)治理科學邏輯，多維度統(tǒng)籌考慮。強化對水資源的開發(fā)利用，尤其要解決好大規(guī)模稻田回水的管理與綜合利用問題，考慮灌溉回水支持沙化和草地退化治理的技術(shù)路徑及可行性。遵循山水林田湖草沙生命共同體理念，尊重自然規(guī)律，科學提出區(qū)域綜合治理、系統(tǒng)修復方案，明確鹽堿地開發(fā)利用的規(guī)模、空間、方式、時序、生態(tài)負面影響的防治措施。
要注意的是，鹽堿地開發(fā)利用是一個可逆過程。開發(fā)治理后應持續(xù)加強后續(xù)維護管理和必要的資金保障，堅持不懈加大科技支撐力度，開展對鹽堿地改良利用和生態(tài)影響效應的持續(xù)跟蹤監(jiān)測。
(作者單位：自然資源部國土整治中心) 解密鹽堿地自然生態(tài)重塑關(guān)鍵技術(shù)
□ 康躍虎
鹽分離子由地球化學過程尤其巖石風化等過程產(chǎn)生，鹽分離子遷移和土壤鹽堿化過程，是地球表層的一個物質(zhì)循環(huán)過程。鹽堿地是地球表層的重要土地類型，鹽堿地生態(tài)系統(tǒng)是地球表層的生態(tài)系統(tǒng)類型之一。
“鹽隨水來，鹽隨水去。”通過傳統(tǒng)方法治理開發(fā)鹽堿地，遇到不少挑戰(zhàn)。如用水量大，導致水資源損耗;建設傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)難度大，往往需要強排，投資高;相當一部分重度鹽堿地質(zhì)地黏重、土壤鈉吸附比高，水分飽和后土壤顆粒膨脹或分散，孔隙結(jié)構(gòu)破壞甚至關(guān)閉，入滲系數(shù)變得很小甚至接近或為“零”，無法采用傳統(tǒng)方法進行鹽分淋洗;排出大量的鹽分，需要協(xié)調(diào)解決鹽與周邊生態(tài)環(huán)境的關(guān)系。
我們在研究實踐中發(fā)現(xiàn)，應用微灌技術(shù)，小流量、長時間、高頻率微灌，能維持良好的土壤水分狀況。其優(yōu)點是土壤水分非飽和運動，不影響土壤結(jié)構(gòu)，不需要平地，實現(xiàn)鹽分淋洗;維持高的土壤總水勢，有利于根系吸水，且不影響通氣狀況;土壤基質(zhì)勢控制，調(diào)控水鹽運動，抑制鹽分上移;水肥一體化，解決營養(yǎng)元素不足問題。
在微灌水鹽調(diào)控鹽堿地農(nóng)業(yè)與植被建設理論與技術(shù)基礎上，我們開展了松嫩平原鹽堿地自然生態(tài)重塑關(guān)鍵技術(shù)實踐。
——蘇打鹽堿化草原頂級群落(羊草群落)恢復技術(shù)。蘇打鹽漬土土壤鈉吸附比很高，水分飽和后土壤顆粒膨脹，不透水不透氣，自然條件下羊草等植物的種子不能萌發(fā)出苗，采用通常生態(tài)學的方法改良需要數(shù)十年，即便客土造林，成活率也很低，樹木長不大。2008年至2011年，團隊在中科院大安堿地試驗站，發(fā)現(xiàn)以保證土壤濕潤范圍重疊且地表不產(chǎn)生明顯積水為條件，確定滴灌灌水器間距和滴頭流量，平作、低壟、高壟三種情況均可形成一個以滴頭為中心的低鹽區(qū)，直播羊草種子萌發(fā)出苗，從而破解了難題。直播羊草的高度、密度、蓋度均增加迅速，只滴灌水鹽調(diào)控2年，第3年不用灌水，第4年羊草的高度、密度進一步增加，蓋度可達到80%，接近天然群落水平。
——松嫩平原重度蘇打鹽堿地農(nóng)業(yè)技術(shù)。2021年團隊與北京中向利豐科技有限公司共同在大安全域整治區(qū)，開展了重度蘇打鹽堿地“滴灌﹢壟作﹢覆蓋”堿土農(nóng)業(yè)技術(shù)試驗示范。設計安裝精準水鹽調(diào)控水肥一體化滴灌系統(tǒng)，科學設置灌水器流量和間距、灌水均勻度、高峰期耗水量、過濾系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等裝置。鋪設滴灌帶，“旋耕﹢起壟﹢鋪設滴灌帶﹢覆膜﹢播種”一體化作業(yè)，壟高10公分，壟肩寬40公分，壟間距80公分。在特征點埋設負壓計監(jiān)測土壤基質(zhì)勢，設定每個階段的土壤基質(zhì)勢閾值;進行土壤鹽分監(jiān)測，為水鹽調(diào)控提供科學依據(jù)。水肥一體化技術(shù)及時補充植物生長所需的營養(yǎng)元素，配合除草、病蟲害防治等田間管理，在重度鹽堿地玉米實測產(chǎn)量為932.4公斤每畝。
(作者單位：中國科學院地理科學與資源研究所) 智能生態(tài)良田建設的大安實踐
□ 張超
大安市地處松嫩平原腹地，地勢低洼平坦，水庫、泡子、河流、渠系密集。海坨鄉(xiāng)位于大安市東南部地區(qū)，鹽堿地面積占土地總面積27%，開發(fā)潛力大。依托自然資源部吉林大安鹽堿地整治野外科學觀測站，這里在鹽堿土改良、適宜性水稻品種選育、生態(tài)良田大安模式等方面開展了探索和示范，打造出了智能生態(tài)良田，生產(chǎn)出了優(yōu)質(zhì)地理標識大米產(chǎn)品。
地表基質(zhì)調(diào)查剖面對比分析表明，海坨鄉(xiāng)耕地和鹽堿地1.2米土壤剖面略有差異，二者地質(zhì)構(gòu)造相近，鹽堿地通過表層土改良，可以達到與耕地類似的土體構(gòu)型等土壤特性。鹽堿地資源開發(fā)思路，首先是以水定地，科學規(guī)劃。水資源條件好、集中連片的地塊，優(yōu)先整治;水資源較差、零星分布的地塊，規(guī)劃中遠期再整治。其次，因地制宜，精準施策。工程上，有效解決鹽堿地化凍后和雨季到來時無法施工的難題;技術(shù)上，綜合鹽堿地治理技術(shù)，提高項目建設標準;加強后期管護，破解整治后跟蹤監(jiān)測難題。經(jīng)過多年的積累，形成了研發(fā)、設計、施工和運營四位一體的鹽堿地改良大安模式，建立了基地、科技、企業(yè)、品牌的生態(tài)產(chǎn)業(yè)化堿性稻米產(chǎn)業(yè)模式，2017年測產(chǎn)結(jié)果為畝產(chǎn)701.69公斤。
我們針對鹽堿荒地，從工程施工、脫鹽堿材料研制和應用、配套農(nóng)業(yè)技術(shù)和綠色管理方面進行了探索。綜合改良方法，快速創(chuàng)建“淡化表層”，進而熟化土壤耕層;形成一套重塑土壤結(jié)構(gòu)、墾造生態(tài)改良的技術(shù)，實現(xiàn)作物生長條件、土壤微生物群落和農(nóng)田生態(tài)環(huán)境構(gòu)建。其中，有四個關(guān)鍵技術(shù)維度：
一是研發(fā)了物理方法、化學方法、農(nóng)藝方法相結(jié)合的綜合鹽堿土改良技術(shù)。物理上客沙治鹽堿，提高土壤通透性，起到阻隔蒸騰，切斷鹽分上升通道。化學方法上，研制應用了脫硫石膏、酸性磷石膏、高分子化學材料等改良劑。農(nóng)藝方法主要包括耐鹽堿品種，科學洗田、泡田、深松、精平等。針對重度蘇打鹽堿地，研究沙土和磷石膏物理化學同步法，減少洗鹽次數(shù)，減少了用水量，縮短鹽堿土改良年限，水稻產(chǎn)量穩(wěn)步提高。
二是科學選育適合大安的水稻新品種，如20H008號、中科佰澳系列品種，水稻產(chǎn)量超1000斤/畝，大米賣到20~40元/斤。
三是針對鹽堿地水稻種植，自主研發(fā)了農(nóng)田管理系統(tǒng)。將計算機、物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)等引入鹽堿地水稻全生育期管理。傳統(tǒng)人工方法檢測農(nóng)田參量，勞動強度大，實時性、準確度不高，采用智能化傳感器網(wǎng)絡，可實時監(jiān)測農(nóng)田參量變化，實現(xiàn)智能水肥調(diào)控。隨著地表溫度的升高，蒸發(fā)量增大，鹽堿從地下隨毛管上升到耕作層，人工開關(guān)水閘很難精準控水，通過傳感器自動監(jiān)測、平臺數(shù)據(jù)分析，遠程調(diào)控灌排水肥。通過無人拖拉機，利用激光平地技術(shù)，實現(xiàn)了水稻田精平。探索了無人駕駛自動水稻插秧、無人機巡田、無人駕駛水稻收割機等作業(yè)方式。
四是區(qū)域生態(tài)環(huán)境構(gòu)建。實現(xiàn)了從注重項目區(qū)新增耕地面積的單一 開發(fā)整理模式，到整體保護、系統(tǒng)修復、綜合治理模式轉(zhuǎn)變。在鹽堿地開發(fā)治理過程中，留足生態(tài)空間。農(nóng)田周圍設計護路林，地表腐殖層剝離再利用，增強了項目區(qū)的生態(tài)功能。坑塘水面周邊種植蘆葦?shù)人参铮纬缮鷳B(tài)溝(池)初級凈化和自然泡沼再次凈化，防止稻田排水對下游的污染。
大安市通過生態(tài)良田建設，將昔日白茫茫的鹽堿地，變成了今日綠油油的米糧川;從黑土獨領(lǐng)風騷，到黑土、白土齊發(fā)領(lǐng)跑。開展吉林西部極其稀缺珍貴的鹽堿地資源科學開發(fā)利用，有力支撐了吉林西部增產(chǎn)百億斤糧食工程和吉林“千億斤糧食”工程。
(作者單位：中國農(nóng)業(yè)大學土地科學與技術(shù)學院) “三良一體化”推進鹽堿地高效整治
□ 梁正偉
中國科學院大安堿地生態(tài)試驗站(以下簡稱“大安站”)位于東北松嫩平原西南部吉林省大安市紅崗子鄉(xiāng)境內(nèi)，建于2003年，占地面積1500畝，試驗研究東北鹽堿地765萬公頃。
2019- 2020年，大安站先后進入農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“國家農(nóng)業(yè)科學觀測實驗站”序列和科技部“國家野外科學觀測研究站”序列，2021年被正式命名為“吉林大安農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站”。目前，大安站是國內(nèi)首家專門從事蘇打鹽堿化農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)長期監(jiān)測、研究、示范與服務的國家級野外臺站。
建站近20年來，大安站面向國家糧食安全與生態(tài)安全重大需求，系統(tǒng)開展了蘇打鹽堿地土壤、植被和地下水、氣候等長期監(jiān)測，鹽堿地生態(tài)恢復與改良以及鹽堿地農(nóng)業(yè)高效綜合利用研究。先后主持了國家973計劃項目、國家重點研發(fā)項目和科技部基礎調(diào)查專項等國家和省部級重要科研項目40余項。目前正在參與中科院“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)大安示范區(qū)項目。經(jīng)近多年不懈努力，大安站創(chuàng)建了“良田﹢良種﹢良法”三良一體化鹽堿地高效治理模式，包括3大技術(shù)模塊，針對新墾重度鹽堿地，采用酸性磷石膏等低本高效土壤調(diào)理劑，建立了以改土培肥為核心的良田技術(shù)模塊;培育出“東稻”系列耐鹽堿水稻品種，構(gòu)建了以耐鹽堿品種為核心的良種技術(shù)模塊和以密植高產(chǎn)栽培技術(shù)為核心的良法技術(shù)模塊。“三良”中，良田是基礎、良種是關(guān)鍵、良法是手段，良法包括農(nóng)機、農(nóng)藝、農(nóng)技等生產(chǎn)工具與種植技術(shù)，“三良一體化”系統(tǒng)施策、標本兼治，任一要件缺一不可。
大安站科研團隊20年如一日，以鹽堿地治理與綜合利用科技創(chuàng)新為己任，破解了重度蘇打鹽堿地高效利用的難題。在“以草治堿”和“以稻治堿”關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新方面取得重大突破，先后于2010年和2015年榮獲國家科學技術(shù)進步二等獎2項，獲全國首屆創(chuàng)新爭先獎1項;獲國家授權(quán)專利40余項;審定水稻新品種9個。先后被評為吉林省生態(tài)省建設先進集體、中國科學院先進集體、黃大年式科研團隊以及全國工人先鋒號，為我國東北鹽堿地高效治理與綜合利用科技創(chuàng)新作出了突出貢獻。
下一步，大安站將繼續(xù)推進實施“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)，在松嫩平原西部大力推廣“三良一體化”鹽堿地高效治理與綜合利用大安模式，加速實現(xiàn)鹽堿地由低產(chǎn)變中產(chǎn)、中產(chǎn)變高產(chǎn)、高產(chǎn)再高產(chǎn)的治理目標，為吉林省“千億斤糧食”工程提供強有力的科技支撐。
(作者單位：中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
清華團隊“讓領(lǐng)跑技術(shù)體系成功落地”
□ 王淑娟
清華大學鹽堿地綜合治理技術(shù)的研發(fā)源于1995年，經(jīng)過15年左右的實驗室研究、田間實驗和示范，形成了成熟的技術(shù)體系。2010年，由清華大學牽頭成立了華清農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，專門進行專利技術(shù)推廣，以科研成果服務國家重大需求。截至目前，該項技術(shù)應用推廣面積達136萬畝。
該技術(shù)以煙氣脫硫石膏為主要改良材料。煙氣脫硫石膏是一種工業(yè)副產(chǎn)物，目前年產(chǎn)量超過8000萬噸。由于其粒徑小、有毒有害成分少等優(yōu)點，特別適合于改良鹽堿土壤。改良機理主要是通過離子置換、鹽類轉(zhuǎn)化等過程，將鹽堿土壤中有害的交換性鈉代換出來，改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤的通透性，使其適合于作物生長。
煙氣脫硫石膏對于鹽堿土壤的改良是一種化學改良方法，在實際鹽堿地改良實踐中，與工程措施、物理措施、生物措施相結(jié)合，實現(xiàn)鹽堿地區(qū)的生態(tài)修復。為了適應技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應用，我們建立了相應的各項土壤指標檢測方法和鹽堿地改良驗收標準，形成了鹽堿地綜合治理的關(guān)鍵技術(shù)體系。實踐表明，該技術(shù)改良效果穩(wěn)定，而且具有長效性。一塊旱地在改良17年后，改良土壤深度超過了60公分，土壤各項指標依然是當?shù)亓继锏乃剑黠@優(yōu)于未進行改良的對照區(qū)。大安示范基地的改良田各項土壤指標持續(xù)向好，改良深度在7年后就超過了40公分。
目前，華清農(nóng)業(yè)建立了基礎配套、鹽堿改良、地力提升、種植示范的四位一體的鹽堿地治理全流程解決方案，打造了高效的產(chǎn)業(yè)化推廣模式，已經(jīng)應用于內(nèi)蒙古、寧夏、新疆、山西、天津、吉林等13個省份。
大安市四棵樹鄉(xiāng)建設村是清華大學在吉林開展鹽堿地規(guī)模化改良的第一個地方，從2012年起，至今已有11個年頭，總計改良面積155公頃。去年，我們在這里建立了野外觀測站，這里也成為清華大學鹽堿地治理技術(shù)綜合展示的一個窗口。
2017年，清華團隊在叉干鎮(zhèn)民樂村開展了鹽堿地改良技術(shù)服務項目。用時66天完成1265公頃的改良，實現(xiàn)了當年改良當年種植，當年每公頃產(chǎn)量就超過9000公斤，村民、集體都獲得了可觀的經(jīng)濟收入，新增耕地1000多公頃，為脫貧攻堅作出了重要貢獻。
2018年，中央農(nóng)村工作領(lǐng)導小組組織了針對叉干項目的專題調(diào)研并形成報告，報告指出：清華大學自主研發(fā)“利用脫硫石膏改良鹽堿地技術(shù)”在吉林大安的治理實踐，是讓領(lǐng)跑技術(shù)體系成功落地、合理開發(fā)利用鹽堿地資源，實現(xiàn)國家級貧困縣項目區(qū)農(nóng)民精準脫貧的成功案例。
2019年，華清農(nóng)業(yè)中標乾安縣鹽堿地改良社會資本項目，2020年10月被省自然資源廳推薦納入國家全域土地綜合整治試點。該項目分三期，一期108公頃已經(jīng)完成，二期910公頃正在建設中，三期1000公頃也已經(jīng)完成了設計工作，共將新增耕地指標2000公頃。
清華團隊探索搭建的“基地﹢科技﹢企業(yè)﹢品牌”的鹽堿地堿性稻米產(chǎn)工銷生態(tài)產(chǎn)業(yè)模式，為鹽堿地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、農(nóng)民致富提供了一條有效途徑。未來還將繼續(xù)通過省校合作、政企合作，積極參與吉林省百萬畝鹽堿地改良示范項目，為保障國家糧食安全、推動鹽堿地區(qū)鄉(xiāng)村振興貢獻力量。
(作者單位：清華大學鹽堿地區(qū)生態(tài)修復與固碳研究中心)
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吉公網(wǎng)安備22017302000214號
