环渤海缺水区盐碱地改良利用技术研究

针对淡水资源匮乏制约盐碱地改良利用难题,自1982年以来,中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心在环渤海低平原和滨海平原开展了缺水盐渍区盐碱地改良利用研究与示范工作,取得了以下研究成果:1)研究明确了低平原缺水盐渍区盐碱地改良的浅层地下水埋深调控深度,建立了井灌代排、蓄雨淋盐的盐碱地改良技术模式;2)揭示了咸水结冰融水咸淡水分离在滨海盐土的入渗规律,发明了冬季咸水结冰灌溉改良滨海重盐碱地技术;3)提出了耦合盐碱区土壤水盐运移-气候条件-植物生长发育规律的盐碱地改良思路,建立了微域降盐、秸秆隔盐的盐碱地农艺改良技术模式;4)探讨了盐生植物适应盐渍环境的机理,建立了滨海盐碱地盐渍资源高效利用技术模式。形成了以咸水、雨水、耐盐植物高效利用为核心的工程措施、农艺措施与生物措施相结合的盐碱地改良利用技术体系,为环渤海缺水盐渍区农业发展和生态环境建设提供了科技支撑。     

国际荒漠化协会联合主席，水土保持专家王飞先生论基于土盐-水盐双分离的旱区盐碱地水土资源管理模式

[目的]从区域资源综合利用与水土资源管理角度探讨干旱地区土壤盐碱地治理问题,旨在寻求旱区盐碱地治理与开发利用新模式,以创新旱区盐碱地治理观念与技术,为旱区农业可持续发展、生态保护和环境治理提供支撑。[方法]根据在陕西、宁夏和新疆等省区的野外调查和研究经验,结合有关水土资源高效利用研究成果,通过综合分析目前国内外盐碱地治理方法中存在的主要问题,提出了一种旱区盐碱地水土资源高效利用的管理新模式。[结果]旱区盐碱地水土资源管理新模式是通过高效水调控促进土盐—水盐分离(简称:旱区盐碱地双分离治理模式),可以综合概括为"减少区域水损失,低耗水充分洗盐,集约化水盐分离,水土资源高效利用"。其中"减少区域水损失"是旱区水资源管理与生态保障的前提,"低耗水充分洗盐"是节省洗盐的时间成本和水资源成本的基础,"集约化水盐分离"是实现水盐分离和水盐分别再利用的核心技术,"水土资源高效利用"是旱区农业发展用水的核心经济原则。[结论]旱区盐碱地双分离治理模式通过集约化水土资源管理,可以提高水盐分离效率,提升土地和水资源利用效率,其资源、环境和生态风险小,治理效益持续时间长,有助于维持和提升盐碱地治理的区域经济功能和生态系统服务价值。     

环渤海低平原农田多水源高效利用机理和技术研究

淡水资源严重匮乏是影响环渤海低平原粮食生产可持续发展的重要限制因素。本文针对该区粮食生产中水分利用效率低、提升潜力巨大,同时该区浅层微咸水资源和降水资源较丰富的现状,以中国科学院南皮生态农业试验站最近3年试验研究结果为基础,综述了在挖掘咸水利用潜力、提高雨水和灌溉水利用效率方面研究工作进展。针对冬小麦夏玉米一年两作种植,研究结果显示品种间产量和水分利用效率(WUE)差异显著,最高和最低品种差异达20%左右,通过选用节水高产品种可显著提升产量和WUE;冬小麦通过拔节期灌溉关键水,在促进地上部生物量积累同时,显著促进地下根系生长,使冬小麦充分利用土壤储水,实现限水灌溉下稳产高效;夏玉米通过缩小行距增大株距的缩行匀播,可提升夏玉米苗期单株作物根系所占土壤体积空间,增加水分养分对作物的有效性,提高夏玉米成苗率和苗期所截获辐射量,比常规种植产量提高10%左右;冬小麦在拔节期利用含盐量不大于4 g×L~(-1)的浅层微咸水替代淡水灌溉,产量与淡水灌溉相同;浅层微咸水替代淡水灌溉并配套土壤有机质提升技术和利用夏季降水淋盐,可实现微咸水灌溉下周年土壤盐分平衡。通过上述措施实施,实现以咸补淡、以淡调盐、多水源互补高效利用,在不影响作物产量条件下可节约深层淡水资源,促进区域灌溉农业可持续发展。     

咸水结冰灌溉改良盐碱地的研究进展及展望

冬季咸水结冰灌溉技术是滨海区高矿化度咸水利用和盐碱地改良的有效手段,该项技术依据咸水结冰融化过程中咸淡水分离的基本原理,基于区域气候特点、土壤水盐运移规律以及作物生长发育规律,在冬季抽提当地高矿化度地下咸水对盐碱地进行灌溉,并在冬季低温作用下迅速冻结成咸水冰,春季咸水冰层融化过程中,咸淡水分离入渗,其中先融化的高矿度咸水先入渗,而后融化出的低矿化度微咸水和淡水的入渗对土壤盐分具有较好的淋洗作用,以上过程实现了春季土壤返盐期的土壤脱盐,结合春季地表覆盖抑盐措施和夏季降雨淋盐,土壤的低盐条件得到保持,保证了作物和植物整个生长期的正常生长。该项技术改变了滨海盐碱区土壤水盐运移特征,使春季土壤积盐期变为脱盐期,咸水结冰灌溉后,春季耕层土壤盐分由最初的12g×kg~(-1)迅速降低至4 g×kg~(-1)以下,脱盐率达到66%以上,实现了棉花、油葵、甜菜等作物在滨海重盐碱地中的种植,提高了柽柳、枸杞、白蜡等盐生植物和耐盐植物的扦插移栽成活率,咸水结冰灌溉当年便获得了籽棉产量3 t×hm~(-2)、油葵1.5 t×hm~(-2)、甜菜60 t×hm~(-2),以及90%以上的盐生植物和耐盐植物的扦插成活率,促进了滨海盐碱区盐碱地的开发、农业发展和生态环境建设。近年来,通过系统的研究,我们探明了咸水结冰灌溉过程中咸水冻融咸淡水分离规律,明确了咸水结冰灌溉对土壤盐分的淋洗效果,构建了冬季咸水结冰灌溉改良盐碱地技术体系,确立了冬季咸水结冰灌溉的灌溉时间、灌溉水量和水质等指标体系。本文在以上研究基础上,对盐碱地咸水利用的研究进展进行了总结,并对咸水结冰灌溉基本原理、影响因素以及土壤盐分淋洗效果等方面进行了概述,系统分析了冬季咸水结冰灌溉在盐碱地区农业生产、植被恢复以及咸水利用等方面的作用,并就其未来发展趋势进行了展望。     

暗管排水排盐改良盐碱地机理与农田生态系统响应研究进展

暗管排水排盐技术是通过控制地下水位与高效利用降水或灌溉水资源改变土壤水盐运移规律,从而影响土壤盐分分布规律和土壤特性,达到改良盐碱地的效果。本文在对暗管排水排盐技术自身发展及其应用的关键条件总结概述的基础上,对其改良盐碱地机理与农田生态系统响应两方面的科学研究进展进行了综述。暗管排水排盐技术改良盐碱地机理方面的研究主要集中在暗管埋设对"四水"转化规律的改变以及由此带来的地下水埋深控制或灌溉制度变化、控制性排水和定水位排水条件下的土壤水盐运移规律、暗管埋设条件下土壤水盐运移模型模拟等方面。农田生态系统对暗管埋设排水的响应方面的研究主要集中在以土壤理化性状和土壤养分为主的土壤特性响应、作物生长发育和产量品质的生理生态适应性、农田生态系统土地与种植结构和服务功能的改变等方面。本文最后展望了未来研究的关注点。     

盐碱地水盐运移理论及模型研究进展

我国盐碱地分布广泛,总面积达3600万hm2,土壤盐渍化问题已经成为制约农业可持续发展的重要因素之一。盐碱地治理和改良的关键在于探究土壤水盐运移规律,而水盐模型是模拟和预测农田土壤水盐动态变化最为有效的途径。目前围绕土壤水盐运移的基本理论及模型应用的研究已取得长足的进步,包括水盐运移机理研究及其影响因素和数值模型研究,对其全面分析有助于厘清当前盐碱地水盐运移研究现状,为我国盐碱地改良研究提供借鉴。本文从水盐运移理论机理、影响因素及模型应用等角度进行综述,重点分析了几种常用水盐模型的优缺点及应用效果,并指出未来水盐模型研究应更好地结合GIS技术进行区域/流域尺度上展开。     

咸水安全利用农田调控技术措施研究进展

淡水资源短缺已经成为全球性的问题,开发利用地下咸水资源,发展农业灌溉已成为各国关注的焦点问题。微咸水或咸水代替部分淡水进行农业灌溉,在一定程度上可缓解淡水资源的不足,但咸水和微咸水灌溉带来的土壤积盐和作物减产等问题始终是研究的重点和难点。本文从咸水或微咸水灌溉带来的潜在土壤盐渍化危害入手,就如何应对咸水和微咸水灌溉带来的次生盐渍化问题,通过总结前人大量的研究成果,分析了减轻土壤盐渍化对作物危害的各种途径,从微咸水灌溉和咸水灌溉两个层面就优化农田管理农艺措施、生物措施、水利工程措施等方面进行概述。重点介绍了咸水或微咸水灌溉对土壤微环境的影响,优化田间管理农业措施(如合理的灌溉制度和灌溉方式、覆盖、深耕等),土壤中施入有机物质(如植物秸秆、有机肥、绿肥、生物质炭等)和无机土壤改良剂(如石膏、沸石等)、施用根际促生菌肥、种植盐土植物和耐盐作物品种等,以及咸水结冰灌溉、暗管排盐等水利工程措施,这些都是降低咸水灌溉带来的土壤盐害行之有效的方法。以微咸水或咸水补灌为核心,结合雨水资源利用,通过种植耐盐植物品种、增施土壤微生物肥、土壤调理剂等措施提高土壤缓冲能力,配套垄作和地膜覆盖等降低土壤蒸发措施,抑制土壤盐分表层积聚,配套秸秆还田和土壤耕作技术,提高土壤蓄雨淋盐和养分快速提升,集成微咸水安全高效灌溉技术模式,制定规范化的技术应用规程,有机地结合各种改良措施,可有效控制咸水和微咸水灌区土壤次生盐渍化,达到咸水资源的高效安全可持续利用,提升水资源保障能力。     

基于WebGIS的盐碱地水盐动态监测系统

开发利用盐碱地是补充耕地、保障国家粮食安全的重要途径。加强水盐动态监测是掌握水盐运移规律,及时采取针对性调控措施改良利用盐碱地的基础。本文基于WebGIS平台,采用微软Silverlight技术,设计开发了盐碱地水盐动态监测系统,实现了地块信息查询、水盐数据统计分析、水盐空间分析、水盐动态趋势分析及预警等功能,并在山东省无棣县盐碱农田进行了应用。结果表明,该系统可以辅助用户及时、全面掌握盐碱农田水盐动态信息,为田间管理提供决策支持。     

膜下滴灌盐碱地水盐运移特征研究

覆膜种植是一种新型的农业种植技术,而滴灌是一种农业节水灌溉技术,将覆膜种植技术与滴灌技术有机结合起来形成一种开发利用盐碱地的新方法。该文通过室内模拟实验,研究了滴头流量、灌水历时、土壤含盐率对滴灌过程中水盐运移特征的影响,并对利用膜下滴灌的技术开发利用盐碱地有关问题进行了深入分析     

盐碱地膜下滴灌技术参数的确定

覆膜种植是一种新型的农业种植技术，而滴灌是一种农业节水灌溉技术，将覆膜种植技术与滴灌技术有机结合起来形成一种开发利用盐碱地的新方法。该文根据膜下滴灌过程中土壤水盐运移特征，对利用膜下滴灌技术开发利用盐碱地的有关技术要素进行了深入探讨。     

滨海重度盐碱地微咸水滴灌水盐调控及月季根系生长响应研究

滨海盐碱地是滨海地区重要的土地资源,随着滨海地区城镇化进程及生态文明建设的发展,迫切需要低成本、快速、可持续的滨海盐碱地原土植被构建技术。针对滨海盐碱地原土建植与咸水/微咸水资源的利用,该研究以月季(Rosa chinensis)为例,采用微咸水滴灌技术进行滨海盐碱地水盐调控植被构建。试验在渤海湾曹妃甸区吹沙造田形成的典型沙质滨海盐渍土上进行,设计了灌溉水电导率(ECiw)为0.8、3.1、4.7、6.3、7.8 dS/m的5个处理,研究滴灌水盐调控对土壤盐分淋洗及月季根系生长和分布特征的影响。结果表明:在渤海湾滨海地区气候条件下,先进行淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗灌溉,随后采用7.8 dS/m的微咸水滴灌,0～100 cm土层土壤盐分得到了有效的淋洗,尤其是根层0～40 cm土壤盐分经过一个月左右,由初始28.33 dS/m降低到均小于4 dS/m,一个低盐适生的土壤环境得到快速营造;随着ECiw的增加,0～40 cm土层土壤最终趋于稳定的盐分呈增加趋势,土壤脱盐过程可以被logistic方程描述,脱盐过程可划分为快速脱盐、缓慢脱盐和盐分趋于稳定3个阶段;94%以上的月季根系主要分布在0～20cm的表层土壤中,随着ECiw的增加,根系生物量显著降低,根系受盐分胁迫生理干旱影响向土壤深处生长以扩大水分空间。研究认为,采用短期淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗淡水滴灌、随后进行微咸水滴灌的方法,可以实现土壤盐分的快速淋洗并维持在较低水平,但受盐分对根系生长的影响会作用于植物地上部分生长及植物存活,因此需要结合植物耐盐性及生产目标(产量、景观)确定适宜灌溉水矿化度阈值。     

不同矿化度微咸水灌溉冬小麦对下季作物产量和周年土壤盐分平衡的影响

冬小麦夏玉米一年两熟是环渤海低平原主要粮食作物种植模式,该区淡水资源匮乏,但浅层微咸水相对丰富,在降水较少的冬小麦生长季,适当利用微咸水代替淡水灌溉对维持冬小麦稳产高产有重要作用。冬小麦季实施微咸水灌溉后土壤盐分累积如何影响下季作物夏玉米生长以及对土壤周年盐分平衡影响,是微咸水能否长期安全利用的关键。为探究上述问题,于2015—2019年连续4年在环渤海低平原中国科学院南皮生态农业试验站进行冬小麦季不同矿化度微咸水灌溉定点试验,共设置含盐量为1 g·L~(-1)淡水(F)、3 g·L~(-1)微咸水(S3)、4 g·L~(-1)微咸水(S4)、5 g·L~(-1)微咸水(S5) 4个梯度,在拔节期灌水1次,灌水量均为70 mm;另以生育期不灌水作为对照(旱作, CK)。结果表明,不同矿化度微咸水灌溉处理间冬小麦产量没有显著差异,但平均比CK显著增产31.6%。同时,冬小麦生长季微咸水灌溉均增加了收获时1 m以上土层的含盐量,并随灌溉水含盐量增加而增加;对1 m以下土层含盐量影响不明显。夏玉米播种时灌溉70 mm淡水不仅解决了土壤墒情不足问题,并可使0～20 cm土层盐分控制在1 g·kg~(-1)以下,保证夏玉米出苗和群体建立,对夏玉米产量没有显著影响。经过夏季降雨的淋洗, S3、S4和S5处理0～40cm土层含盐量降低幅度超过30%,深层土壤含盐量变化不明显,1m以上土层可以实现周年盐分平衡。本研究表明冬小麦-夏玉米一年两季种植,冬小麦耐盐能力较强的特征使其生育期可以通过不大于5g·L~(-1)的微咸水灌溉维持稳产,在保证夏玉米出苗水进行灌溉的条件下,夏玉米季通过雨季降水淋盐维持0～1m主要根层土壤不发生明显积盐过程,可实现长期微咸水灌溉下土壤和作物安全。     

滴灌条件下西北干旱区农田生物排盐研究进展与展望

20世纪末以来,膜下滴灌技术在我国西北干旱区得到了大规模的推广和应用,极大推动了绿洲农业的发展。然而,滴灌带入盐分无法排出导致的农田土壤积盐问题,使得干旱区绿洲农业的可持续发展面临巨大挑战。如何在水资源短缺的情况下防治农田次生盐渍化和利用西北干旱区广泛分布的盐碱地资源,是我国干旱区农业可持续发展中迫切需要解决的问题。本文结合西北干旱区膜下滴灌农田水盐运移的特点,主要从盐生植物耐盐机制及其生长发育对盐分的响应、盐生植物排盐与盐碱土改良的互馈效应以及种植盐生植物对土壤水盐动态的影响等方面对生物排盐的研究进展进行了比较系统的梳理,同时指出了目前西北干旱区在农田生物排盐研究方面存在的不足,并对今后需要开展的研究工作进行了展望,以期为旱区农业制定合理高效的综合排盐制度提供决策依据,对于实现农田盐分平衡、缓解土壤次生盐渍化危机和土壤可持续利用具有重要意义。     

华北平原地下水压采区冬小麦种植综合效应探讨

华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟种植模式为维护国家粮食安全发挥了重要作用。但冬小麦生长期正处于华北平原降水较少的干旱季节,实现高产依赖于灌溉,是华北平原地下水超采的主导因素之一。随着国家地下水限采政策的实施,在地下水超采区如何稳定冬小麦的种植面积和产量是面临的一个重要问题。本文通过综述以往研究并结合典型地点田间试验结果,从冬小麦种植可减少休闲期土壤蒸发损失、具有的深根系系统可充分利用土壤储水、可利用微咸水替代淡水灌溉、通过限水灌溉发展优质麦生产、冬春形成覆盖层美化和防沙尘效应等方面论述了华北平原种植冬小麦的优势,提出华北平原冬小麦生产需要转变传统高耗水高产量理念,充分发挥冬小麦抗旱、耐盐能力强的特点,在不实施大规模压缩冬小麦种植面积条件下,通过冬小麦限水灌溉和微咸水利用满足对地下水压采需求,充分发挥华北平原冬小麦种植冬春防风沙、美化环境的生态功能,同时满足区域口粮安全的保障功能。     

冬季咸水结冰灌溉对河套重盐碱地改良效果研究

采用田间大区试验,连续3年在河套重盐碱区开展了冬季咸水结冰灌溉试验研究,设置冬季咸水结冰灌溉(FSWI)和无灌溉对照(CK)两个处理,其中FSWI处理的灌水量为180 mm,矿化度为6.79～7.97 g·L~(–1),种植作物为青贮玉米,以分析不同处理下土壤水盐和钠吸附比(SAR)的周年动态以及对作物生长的影响,探究冬季咸水结冰灌溉对河套重盐碱地的改良效果。结果表明:与CK相比,FSWI处理显著改变了春季土壤水盐和SAR动态。0～20 cm土层,春季FSWI处理的土壤含水量显著高于CK处理,玉米苗期, FSWI处理的土壤含水量平均为24.3%,显著高于CK的21.6%; FSWI处理的春季土壤含盐量和SAR显著低于CK处理,其中, FSWI处理的土壤含盐量由灌溉前的33.86 g·kg~(–1)降低至玉米苗期的5 g·kg~(–1)以下,而CK处理土壤含盐量逐渐升高至玉米苗期的34.2 g·kg~(–1); FSWI处理土壤SAR由灌溉前的21.9降低至玉米苗期的9.86, CK土壤SAR则逐渐升高至玉米苗期的25.00。后续地膜覆盖和夏季降雨使FSWI处理的土壤含水量维持在23.0%以上,土壤含盐量保持在5 g·kg~(–1)以下,土壤SAR保持在9左右。20～40 cm土层与0～20 cm土层的土壤水盐和SAR变化趋势与表层一致,但没有表层变化剧烈。此外,随着灌溉年限的延长,同时期土壤含盐量和SAR呈逐年降低的趋势。FSWI处理玉米出苗率在70%以上,干物质产量为9～12t·hm~(–2),而CK处理由于土壤含水量较低(21.0%),并且土壤含盐量和SAR均较高,造成玉米出苗率极低,进而导致绝收。因此冬季咸水结冰灌溉改变了土壤水盐动态过程,变春季积盐为脱盐,显著降低了土壤SAR,并补充了土壤水分,保证了饲用玉米的正常种植和生长,这为该地区盐碱地改良和饲料作物种植提供了技术支持。     

中国盐渍土研究：历程、现状与展望

盐渍土研究是以盐渍土和盐渍生境作为主要研究对象，以盐渍土和盐渍化的发生与演变过程、环境要素和人类活动对盐渍化的影响与作用机制、盐渍土的治理、改良和利用的理论与技术为主体的研究领域。我国盐渍土面积巨大、种类繁多，盐渍化问题突出，对农业生产和生态环境造成不同程度的影响。我国科学家提出的盐渍土“水盐调控”“水盐平衡”，“淡化肥沃层”和“障碍消减”等理论与技术方法，为发展农业生产、提高土地产能、保障粮食安全、拓展耕地资源等发挥了积极作用。近期我国在土壤盐渍化演变过程的监测与多源数据融合、土壤水盐运移过程模拟与尺度转换、盐渍农田养分循环与减损增效、盐渍障碍的生态消减、盐渍障碍微生物修复、盐渍农田灌排优化管理与边际水安全利用等方面取得了积极的进展和成果。建议今后深入开展盐渍土精准控盐的高效和安全用水、土壤盐渍障碍的绿色消减与健康保育、盐渍农田养分库容扩增与增碳减排、土壤盐渍化与区域生态的耦合响应和协同适应等方面的理论与技术研究。应面向农业、资源、生态、环境等领域和行业，致力于拓展理论和新技术的研究，为国家农业升级、粮食安全、耕地保护、生态安全、高质量发展发挥重要作用。本文回顾了我国盐渍土研究工作的...     

微咸水灌溉下土壤水盐动态及对作物产量的影响

华北平原农业灌溉用水非常紧缺,水资源日益缺乏与粮食需求日益增多之间的矛盾尖锐。充分利用微咸水资源是缓解这一矛盾的重要途径之一。该文以中国农业大学曲周试验站1997－2005年冬小麦和夏玉米微咸水灌溉田间长期定位试验为基础,研究了充分淡水、充分淡咸水、关键期淡水、关键期淡咸水和不灌溉等5个处理下土壤饱和电导率和含盐量的动态变化,探讨了微咸水灌溉对冬小麦和夏玉米产量的影响。结果表明：土壤水盐动态呈受灌溉和降雨影响的短期波动和受季节更替影响的长期波动;在正常降雨年份,使用微咸水进行灌溉是可行的,不会导致土壤的次生盐渍化;微咸水灌溉虽然导致冬小麦和夏玉米产量降低10%～15%,但节约淡水资源60%～75%。如果降雨量达到多年平均水平以及微咸水灌溉制度制订合理,微咸水用于冬小麦/玉米田间灌溉前景广阔。     

咸水结冰融水入渗对土壤水盐运移和玉米苗期生长的影响

依据咸水冰盐水融离原理,利用土柱模拟试验,设置4个灌溉方式,分别为对照处理(淡水)、咸水灌溉、咸水结冰灌溉和咸水结冰灌溉+秸秆覆盖,研究咸水结冰灌溉条件下土壤水盐的独特运移机制。结果表明,与淡水灌溉相比,咸水灌溉处理表层0~40 cm土壤水分含量偏低,而深层土含水量则较高;咸水结冰灌溉下这一规律更为明显。但配合秸秆覆盖措施能在一定程度提高咸水结冰灌溉后各土层土壤含水量。咸水直接浇灌使各土层土壤盐度EC1:5偏高,盐分累积量增大,且盐分具有明显表层聚集特性,表层0~40 cm盐分累积量占0~80 cm土体的62.2%;而咸水结冰后灌溉则显著降低表层0~40 cm土层的盐分累积,仅占18.6%;咸水结冰后灌溉配合秸秆覆盖则进一步促进表层的脱盐率提高,特别在0~10 cm土层,土壤盐度仅为0.15 dS·m -1,盐分累积67.8 g·m-2,与淡水处理间差异未达显著水平(P>0.05)。咸水结冰灌溉配合秸秆覆盖可促进表层土壤的脱盐,使土壤根系分布密集层保持较低盐分水平,缓解或消除盐分对作物生长的危害,使玉米的生长状况达到淡水灌溉处理的效果。