潮土、红壤和盐碱地障碍消减技术与产能提升模式研究进展

耕地质量建设是保障我国粮食安全的战略需求。我国中低产耕地亟需解决酸化、盐碱、贫瘠、生物功能衰减等问题,全面提升耕地产能。南京土壤研究所针对红壤、潮土、盐碱土等主要耕地土类,基于长期观测、研究和示范,明确了土壤质量演变规律和退化调控机制,发展了不同农区耕地质量培育理论和技术体系。针对潮土,阐明了有机质、团聚体和微生物联动的内稳性地力形成机制,研发了农田土壤和作物信息监测的传感设备,集成了厚沃耕层构建与大面积均衡增产模式。针对红壤,揭示了土壤酸缓冲性提升抑酸机制和关键微生物驱动养分转化机制,研发了抑酸抗酸协同技术和红壤大团聚体生物培肥技术,分类创建了江西省耕地生态培肥和产能提升模式。针对盐碱土,阐明了土壤水盐调控伴生氮素迁移转化过程,提出盐渍障碍消减与养分增效协同机理与调控技术,创新了滨海盐碱地和河套灌区次生盐渍化生态治理模式。未来研究重点在耕地质量调查与建设管理、耕地土壤障碍消减与产能提升、土壤健康管理与生态保护3个方面,突破土壤障碍消减技术瓶颈,研发系列调理剂和生物培肥产品,提升区域模式落地率,建立我国耕地质量提升和可持续利用的系统解决方案。     

中国盐渍土研究的发展历程与展望

盐渍土在我国广泛分布,西北、华北、东北及沿海是我国盐渍土的主要集中分布地区,耕地中也有大量盐渍化土壤分布。盐渍土是我国最主要的中低产土壤类型之一,人类活动对其作用明显。本文回顾了我国盐渍土研究工作的发展历程,分析了我国目前盐渍土相关研究工作的现状和近期主要研究工作进展,并结合目前国内外相关研究的前沿和热点问题,提出了我国盐渍土研究的展望。建议重点进行土壤盐渍化评估和预警、土壤水盐运移过程及其模拟、植物与土壤盐分相互作用机制、土壤水盐优化调控、盐碱障碍治理与修复和盐渍化的生态环境效应等方面的研究。     

近20年间黄淮海平原典型区盐渍土性质的对比分析

２０００年通过随机选取１９８０年的８８个盐渍土样点中的３３个样点进行对比调查，研究黄淮海冲积平原区曲周县盐渍土壤的全盐量、ｐＨ、有机质、全氮和有效养分的动态变化以及地下水埋深的变动趋势．结果表明，该县耕地盐渍化和脱盐化作用皆存在，原非盐渍土有盐渍化趋势，轻度盐化土有盐渍化加重的趋势，中度、重度盐化上和内陆盐上则经长期改良治理后脱盐化趋势明显．该区盐渍土有机质、全氮和碱解氮含量均有明显提高，有效磷含量有增有减，有效钾含量则明显降低．对区域土壤盐渍化与脱盐化作用影响较大的地下水位明显降低．     

干旱盐渍土区土壤水盐运动数值模拟及调控模式

在干旱绿洲灌区,土壤盐渍化是农业生产和生态保护面临的主要危害之一,而大多盐渍化过程与灌溉水质和地下水埋深密切相关,合理确定灌区水盐调控措施是实现绿洲农业发展的必由之路。该研究基于绿洲农田试验数据,构建了田间尺度二维土壤水盐运移数值模型,并利用监测数据进行了模型校正和验证,结果表明该模型是可信的。该文以小麦作为研究对象,考虑作物需水规律和土壤盐分变化情况,制订了合理灌溉水量和灌溉制度,并以优化后的灌溉水量和灌溉制度,以不同地下水埋深作为宏观调控标准,确定了盐渍土区合理的地下水水盐调控深度。研究结果可为干旱区水资源合理利用和水盐调控提供理论基础。     

河套灌区盐渍土壤原核生物群落特征及其潜在功能研究

辨明盐渍土原核生物群落特征及潜在功能对盐渍化程度和土地利用类型的响应，对理解盐渍土壤元素循环与植物互馈效应、构建良性循环农田生态系统具有重要意义。以河套灌区不同盐渍化程度的农田和荒地为研究对象，结合土壤基本理化性质分析与原核生物高通量测序方法，探究盐渍化土壤中原核生物的群落组成特征、环境驱动要素及其潜在功能。结果表明，农田土壤盐渍化程度显著低于荒地，其原核生物多样性更高，特别是富集了大量农田特有的ASV（扩增子序列变体，amplicon sequence variant）；原核生物的群落组成在农田和荒地间差异最大，并主要受到土壤电导率（EC）、pH和有机质（SOM）等环境因子的驱动。基于群落组成和功能预测的差异分析结果表明，盐渍化农田中具有较高丰度的氮循环相关微生物以及潜在的植物促生菌，如亚硝化球菌（Nitrososphaeraceae）、亚硝化单胞菌（Nitrososmonadaceae）、诺卡氏菌（Nocardioidaceae）和鞘氨醇单胞菌（Sphingomonadaceae）等；而盐渍化荒地富集了以盐杆菌（Halobacterota）为代表的古菌和具有烃类化合物分解功能的原核生物类群。本研究对于明晰北方灌区盐渍土原核生物群落特征与土壤微环境的互馈关系、揭示土壤养分周转对提升土壤-植物-微生物跨域有益协同具有指导意义。     

“耕地保护与粮食安全”专题导读

2020年新冠肺炎在全球蔓延、自然灾害频发、国际形势复杂多变,全球粮食安全面临诸多风险。“仓廪实,天下安”,确保国家粮食安全,把中国饭碗牢牢端在自己手中是事关国家长治久安的重大战略。保障国家粮食安全的根本在耕地,耕地是粮食生产的命根子。因此,开展耕地质量保护与提升行动具有战略性、重要性和紧迫性。 为更好地宣传报道“藏粮于地、藏粮于技”战略,提高农业生产能力,保障国家粮食安全方面的研究成果,本刊特策划“耕地保护与粮食安全”专题。东北黑土区是我国重要的粮食生产优势区,保护黑土地是保障国家粮食安全、促进农业绿色发展的迫切需要。本专题刊发的5篇文章中有3篇是分别关于东北黑土区种植业生产结构调整、保护性耕作技术和农田土壤养分平衡的研究。其中,宋戈等在国家出台的一系列关于统筹调整种植业生产结构政策背景下,研究种植结构调整政策实施期间东北粮食主产区典型地域种植主要粮食作物的耕地利用分化特征,研究结果对于松嫩平原粮食主产区粮食种植结构调整具有一定的参考借鉴意义;邹文秀等通过6年的田间定位试验,较为系统地研究了黑土区耕翻深度和秸秆混合还田深度对土壤物理性质的影响,以及改善黑土物理性质效果最优的农艺措施,研究可为东北黑土区建立以“土壤质量提升、秸秆高效利用”为核心的秸秆还田模式提供理论依据;楚天舒等采用农田土壤养分平衡法从宏观角度对黑龙江垦区2000－2018年农田土壤氮、磷、钾养分资源收支平衡情况进行分析,研究结果对指导当地农田养分管理和面源污染的控制具有重要意义。此外,另外2篇是关于陕西地区耕地细碎化整治和土壤性质空间变异研究。张蚌蚌等系统剖析了陕北榆林市榆阳区的“一户一田”和“一组一田”两种耕地细碎化整治创新模式,通过整合农户土地,对改善农地细碎化问题、提升农地经营效率、推动小农户和现代农业有机衔接具有重要的理论意义和实践价值;王捷等研究了不同田块表层土壤养分的空间变异特征及其原因,结合生产实践进一步明确了表征土壤养分变异度的合理采样方法,研究结果可为田间养分监测设施布设以及农业生产精细化提供重要的科学理论依据。 本专题集中刊发的5篇系列文章,分别来自东北大学、中国科学院东北地理与农业生态研究所、中国农业大学、西北农林科技大学等机构,源于国家重点研发计划专项、国家自然科学基金项目、国家社会科学基金重大项目等的研究成果,研究具有创新性、系统性、实用性等特点,对统筹调整农业生产结构、提升土壤质量、优化土壤养分管理、破解耕地细碎化难题等具有重要参考价值,对促进农业现代化发展、提高农业生产能力,农业绿色发展、保障国家粮食安全等具有重要的理论意义和现实意义。     

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。     

发展节水农业与防治土壤盐渍化的关系

本文从发展节水农业对调控土壤水盐动态的作用及区域水盐平衡的观点,论述了盐渍地区发展节水农业有利于防治土壤盐渍化。提出了盐渍地区发展节水农业的主要措施:1.实施合理调控土壤水盐动态的最佳节水防盐灌溉制度;2.采用节水防盐的灌水技术;3.减少输配水系统的渗水损失;4.合理利用水资源。     

山东昌邑海洋特别保护区土壤水盐运移现场原位自动监测研究

随着经济社会的发展,对土壤性质进行时间与空间的监测研究对农业发展和环境保护显得尤为重要,而通过地球物理方法可以对土壤进行原位自动监测。基于温纳法自主开发了一套土壤盐渍化原位、长期监测系统,并利用该系统在潍坊昌邑海洋自然保护区进行了原位测试。通过分析土壤电阻率的变化可以对土壤的水盐运移过程进行辨识,对土壤盐渍化过程进行监测、评估、预测,从而为盐渍区域的修复与可持续利用提供参考信息。监测数据表明,监测区域水盐由下自上运移强烈,容易发展为表聚型盐渍土。在降雨过程中,由于雨水淋洗作用,土壤剖面盐分重新分布。淋洗后表层土壤脱盐现象及下部区域盐峰下移过程明显,土壤剖面0~10 cm处为脱盐区域,10~35 cm处为盐峰下移区域。     

辽宁省滨海盐渍土资源的可持续利用

根据辽宁省盘锦地区的经验，盐渍土改良是一项长期复杂的系统工程，应当因地制宜，综合治理．对灌区盐渍土来说，应加强灌排管理，对地下水位、土壤盐分和养分进行监测，不断培肥土壤，防止次生盐渍化．相应　地，重视盐生物种资源的开发利用，发展盐土农业，实现盐渍土资源的可持续利用．     

Salt-affected soils of the Barguzin Depression

Factual materials on salt-affected soils in the Barguzin Depression (Buryat Republic) are generalized. A geomorphic map of the depression has been developed. The distribution of salt-affected soils and the specificity of salinization in different geomorphic regions are characterized. These soils tend to be developed within the low lacustrine–alluvial plain of the depression, on the floodplain of the Barguzin River and its tributaries. Smaller areas of salt-affected soils are found on the river terraces. They are virtually absent on ancient sandy ridged terraces (kuituns). The genesis and chemistry of soil salinization are mainly related to the discharge of slightly saline deep water along tectonic faults and fissures. An additional source of soil salinity is represented by surface water flows. The presence of permafrost preventing the leaching of salts and the cryoarid climate favoring the migration of salts toward the soil surface during the dry spring and early summer periods and during the soil freezing in the winter contribute to the soil salinization. Slightly saline hydromorphic solonchakous soils predominate among salt-affected soils of the depression; the portion of semihydromorphic saline soils is smaller. Automorphic saline soils rarely occur in the depression. Strongly saline soils— solonchaks—are widespread within lacustrine depressions around salt lakes. Soils of the soda and sulfate salinization predominate. The content of chlorides is small; their increased amounts, as well as the presence of sulfates, are indicative of the discharge of dee ground water onto the surface. The soda type of salinization is also related to the discharge of deep stratal water with further transformation of salt solutions during freeze–thaw cycles. Under anaerobic conditions, the formation of soda is favored the processes of sulfate reduction.     

南亚热带丘陵赤红壤区农业可持续发展的土壤水分管理探讨

焉耆盆地土壤盐渍化日趋严重,直接影响当地农业发展和生态环境建设。作者运用统计特征值、趋势面分析等方法,探讨了焉耆盆地土壤含盐量、盐分化学组成及其空间分布特征。结果发现:(1)除戈壁砾石带外,区内有近60%的土地处于强盐渍化和盐土状态,且主要为氯化物-硫酸盐型盐渍化;(2)荒地土壤的含盐量远大于农田区土壤;(3)表层土壤盐分具有从扇缘到湖滨逐渐增加的趋势,在灌区内土壤盐分随灌溉和排水而呈现季节性变化,但整体上处于脱盐状态。区内土壤盐渍化是在自然和人类活动共同作用下形成的,通过节水灌溉、合理开发地下水、完善灌排系统等措施可有效地改良盐渍土。     

盐碱地水盐调控研究

高效安全利用咸水资源是提高环渤海低平原区农业生产可持续发展的重要保障。本文针对该区淡水缺乏、咸水充沛和土壤盐碱贫瘠等因素制约农业生产的问题,回顾了20世纪80年代以来在以中国科学院南皮生态农业试验站为典型代表站点的黄淮海缺水盐渍区开展的以盐碱地治理和农田生产力提升为目标的农田水盐运移过程及调控研究成果。20世纪50—60年代,该区域的工作主要是通过建立排水系统减少区域洪涝灾害发生。20世纪80年代,通过研究提出了控制盐碱的合理浅层地下水水位阈值,形成了以浅层地下水优化治理盐碱地提高农业生产的技术体系;20世纪90年代以来形成了微咸水资源安全灌溉理论及技术体系,冬小麦咸水灌溉阈值从3 g·L~(-1)提升到5 g·L~(-1),并阐述了微咸水灌溉阈值提升的理论基础;近10年来研究并阐明了农田生态系统水盐运移过程及主要限制因子调控机理,研发了以集蓄雨水、咸水利用、合理引水和节约淡水为核心的农田多水源综合利用技术,集成了农田多水源综合利用模式。根据多年的研究积累,以突破水土资源限制农业生产的问题为导向,实施了国家区域战略性增粮工程渤海粮仓科技示范工程,取得了明显的社会、经济和生态效益。在农田水盐研究方面,未来将以提高综合效益和资源利用效率为核心,开展基于生态平衡的作物产量、质量和资源利用效率的协同提升研究,适应区域水土资源的农业绿色发展研究,微咸水高效安全利用的机理过程、技术研发及示范工作,为该区农业可持续健康发展提供理论依据和技术支撑。     

干旱区农田不同类型土壤盐碱化发生规律

为明晰西北干旱区平原农田典型土壤发生盐碱化的规律,2014年在新疆代表性平原农场采集砾砂、粉土/粉砂、粉土/粉细砂、粉土和亚黏土5类主要土壤进行试验,分析其岩性组成、毛细管作用及土壤表层积盐之间的内在关系,寻求3者相互影响机理。结果表明:土壤中粗颗粒含量越大,早期毛细管现象越明显,土壤表面积盐越多。细颗粒含量越多,早期毛细管作不明显,地表积盐量较少但持续时间较长,最终积盐量大于粗颗粒土壤。5类土壤在盐碱化发生早期(12 d左右)毛细现象最为突出,尤其1~4 d内地表的积盐大,速度最快。粗颗粒的砂性土发生盐碱化时,表面容易形成3~4 mm厚盐痂,阻止了地表盐碱化的发展。当土壤中粉粒和黏粒较多时,地表积盐主要以晶体形式出现。土壤的颗粒级配较好、压实度较大时,土壤表面的积盐量就较少。研究成果可为西北地区不同类型的土壤盐碱化治理方法、治理时段的选取等提供参考。     

不同改良措施下新疆重度盐渍土壤盐分变化与脱盐效果

为了比较盐渍化土壤不同改良措施的治理效果,以新疆新开垦的重度盐渍化农田为研究对象,设置5个处理分别为农业改良措施、根区隔盐+农业改良措施、暗管排盐+农业改良措施、化学改良+农业改良措施和天然对照区,通过3 a的试验研究土壤盐分运移的影响因素、动态变化与不同改良措施脱盐效果。结果表明:人为灌溉、农田蒸散量、地下水埋深与土壤盐分均达到极显著相关,生育期灌水对耕层土壤盐分影响最大,相关系数为-0.871。整个改良过程中农业改良措施处理表层和底层盐分含量较高,根区隔盐处理盐分表聚现象明显,暗管排盐、化学改良处理均表现出底层盐分明显高于表层。从各处理3a的脱盐效果来看,第1年脱盐效果均不理想,第2年脱盐率显著提升,其中根区隔盐和暗管排盐处理各土层脱盐率均超过44%,改良效果最好,由于土壤总盐分含量减少第3年各措施脱盐率明显降低。总体来看,各改良措施均能够有效降低耕层土壤盐分,根区隔盐、暗管排盐处理在0~80 cm耕层脱盐率分别为61.33%、59.37%,优于其他处理;化学改良处理0~40 cm土层脱盐效果优于底层,其脱盐率为55.32%,明显高于农业改良处理的脱盐率45.42%,但0~80 cm土层脱盐率2处理间差异不大。新疆盐碱化程度重,农田根区隔盐、暗管排盐工程改良结合农业深耕、秸秆还田、增施有机肥等措施是综合治理重度盐渍化土壤的有效途径,研究结果能够为新疆干旱区盐渍化土壤有效改良和合理开发利用提供理论依据和参考。     

盐碱地的生态修复研究

随着人口不断增长和社会经济的发展,耕地面积逐步减少,土地质量也在降低,世界范围内土地盐碱化问题越来越严重。为了科学、合理地治理盐碱地,应当以系统论的观点,从盐渍土资源、植物资源、水资源等诸方面综合考虑,把盐碱地作为一种可利用的资源,根据生态恢复学原理,对盐碱地进行生态修复,统筹开发利用与水土保持、经济效益与景观效果之间的关系,努力拓展盐碱地开发利用新途径,积极推进盐碱地资源的生态利用与产业化开发。     

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。     

东亚和邻近地区受盐影响土壤的性质及盐化危险

Asia is the largest distribution area of salt-affected soils in the world,Very few countries in Asia could escape from hazard of salinization.This paper deals with various salt-affected soils spreading in East Asia and its neighboring regions (including China,Japan,Kampuchea,Democratic Peolpe‘s Republic of Kores,Republic of Korea,Laos,Mongolia,Burma,Thailand and Vietnam),Principles of occurrence of salinization,and features of salt-affected soils in these regions have been studied in the present paper,Based on studies on types,features and distribution patterns of salt-affected soils.a salt-affected soil map of East Asia and its neighboring regions has been complied.Mechanism and manifestation of the salinization hazard on the regional agriculture and ecological environment,measures of preventing salinization hazard and exploiting salt-affected soils in these regions are also discussed.     

新疆浅层暗管排水降低土壤盐分提高棉花产量

土壤盐渍化问题严重制约着干旱区农业可持续发展,为达到土壤脱盐的效果,增加作物产量,该文针对膜下滴灌棉田,采用完全随机试验方案,在装有暗管的中度和轻度盐渍化土壤上种植棉花,分析暗管降盐技术对轻度和中度盐渍化农田土壤盐分变化规律及棉花产量的影响。结果表明:轻度和中度盐渍化农田土壤盐分剖面特征均由表聚型向脱盐型变化,中度盐渍化土壤0~20 cm土层盐分下降最快,其他土层盐分含量均呈现显著下降趋势;轻度和中度土壤最高脱盐率分别为50.96%和90.89%,中度盐渍化土壤盐分可降低至轻度水平;暗管排水的电导率变化范围为7.53~11.16 dS/m,pH值变化范围7.08~8.20;轻度和中度盐渍化棉田增产幅度分别为25.3%和55%。研究表明与滴灌配套的浅层暗管排水降盐技术可有效治理盐碱土壤,提高作物产量,该研究可为盐渍化土地的可持续利用提供依据。     

盐渍土壤特征及改良措施研究进展

全球盐渍土壤面积大、分布广,且近年来在自然和人为因素等综合影响下,土壤盐渍化进程加速.盐渍化对土壤环境以及作物生长发育造成严重不良影响,盐渍土壤改良对改善土壤环境、提高作物生产力尤为重要.我国盐渍土壤占世界盐渍土壤面积近1/10,盐渍土壤复垦和土壤盐渍化防治已成为我国农业可持续发展的当务之急.因此,采取适当且具有成本优...