我國海水灌溉農業研究概況與實踐進展

王欣+張可+吳惠惠

摘 要：海水灌溉農業是在濱海灘涂地區或者少數內陸鹽堿地上對適宜耐鹽植物進行海水、海水+淡水或者地下咸水的灌溉方式。作為現代化農業發展的新領域，發展海水灌溉農業對于緩解我國日益短缺的淡水資源具有重要的意義。本文從發展海水灌溉的意義、海水灌溉農業的研究概況以及海水灌溉農業存在的問題和建議等方面進行了總結，以期對海水灌溉農業的實施提供理論指導。

關鍵詞：海水；農業灌溉；耐鹽植物

中圖分類號：P731.15 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.02.007

Abstract： Seawater irrigation agriculture is a kind of newly developed technique for salt-tolerant plants by seawater， seawater+fresh water or ground salt water irrigation on coastal saline-alkali area， and seawater irrigation agriculture has great significance for saving freshwater resources. The current status， the existing problems analyzing and the recommendations of seawater irrigation agriculture were introduced in this paper， it can provide theoretical guidance for future research.

Key words： sea water；agriculture irrigation；salt-tolerant plant

我國是世界上13個最缺水的國家之一，人均淡水資源總量為2 300 m3，僅占世界人均淡水資源總量的四分之一，淡水資源短缺問題十分嚴峻，其中農業用水占我國用水總量的60%以上。因此，農業節水是我國節水工作的發展重點，在推廣農業節水灌溉的同時，找到合理的開源方式以緩解淡水資源不足已成為我國長期關注的研究領域。海水灌溉農業正是在此基礎上應用而生的。海水灌溉農業是按照生物學和經濟學原理，運用現代管理手段，在生物技術、土壤改良和引水灌溉等技術的支撐下，在濱海灘涂地區或者少數內陸鹽堿地對適宜的耐鹽植物進行海水、海水+淡水或者地下咸水的灌溉，從而獲取較高經濟效益的農業生產活動[1]。近30年來，海水灌溉農業作為現代農業發展的新領域，已經成為灘涂地、沿海岸線、鹽堿地、沙漠和荒漠等地區發展農業的重要方向。

1 發展海水灌溉農業的意義

發展海水灌溉農業開辟了海陸資源的交叉利用、開發和利用海洋資源的新方向，豐富、拓寬了農業的內涵和外延，具有深遠的戰略意義[2]。自20世紀90年代開始，我國在山東、江蘇、廣東、海南等省近30萬hm2的沿海灘涂地和荒堿地區試行海水灌溉農業，緩解水資源短缺的問題，促進了農業增產、農民增收。山東大學夏光敏教授預測，如果荒堿地區和沿海灘涂地區種植農作物，全國可增加耕地約4 000萬hm2，小麥、水稻和油料等作物增產約1.5×108 t，如果利用海水灌溉可節約22.5億m3淡水資源[3]。

在濱海灘涂地區種植耐鹽植物，由于土壤被植物覆蓋，土壤蒸發量減少，利于保持土壤水分[4]，蒸發造成的土壤積鹽速率也隨之減緩，土壤含鹽量和電導率顯著降低[5-7]，土壤有機質和無機養分增加，土壤微生物數量增加，從而有效改善濱海鹽漬土[8]。另外，我國有豐富的地下咸水資源，微咸水灌溉可以增加土壤濕度，提供作物生長所需要的水分，同時降低土壤溶液的濃度及滲透壓，有利于作物吸收水分[9]。微咸水灌溉在我國華北、西北等干旱半干旱地區有著廣闊的研究和應用前景。

2 海水灌溉農業研究概況

開展濱海灘涂地、鹽堿地適生的耐鹽植物新品種選育，以海水灌溉技術與生物技術相結合，進行土壤、水分、鹽分和作物的水鹽調控技術和管理模式研究，是發展海水灌溉或者鹽水灌溉農業的基礎。

2.1 耐鹽植物的選育與引種研究

植物耐鹽性由其遺傳性決定，不同作物具有不同的耐鹽性，同一作物的不同品種間以及不同的生長階段耐鹽性也存在差異。在生產實踐中，種植耐鹽植物對土壤表層有明顯的脫鹽效果，并且因其基因型的不同，不同耐鹽植物對根際土壤不同離子的選擇吸收作用也不同，因此，篩選種植適合當地的耐鹽品種，確定耐鹽植物的耐鹽極限，對于推動海水灌溉農業、改良濱海鹽漬土具有重要意義。

國內外耐鹽植物研究主要集中在兩方面：一是引種、馴化經濟價值有潛力的耐鹽植物，二是利用種質資源篩選、細胞工程和基因工程培育耐鹽新品種。世界上鹽生植物種類約2 000～3 000種，已經鑒定1 500種左右，包括草生植物、灌木和樹木，分布于濕地、沿海灘涂、沼澤地帶到干旱、內陸鹽化沙漠。目前，我國已經發現的鹽生植物有424種，占世界鹽生植物種類的四分之一，其中海篷子、堿蓬是已經查明的可以直接用海水灌溉、經濟價值很高的耐鹽種質資源。從20世紀60年代開始，我國先后從國外引種種植大米草、互花米草，目的是為了防浪護堤、改良土壤，改善灘涂地生態環境，已經取得一定的成效。天津濱海耐鹽堿植物科技園從2001年開始成功引進國內外耐鹽堿植物90多種，已成為我國北方鹽生植物的種質基因庫和濱海生態建設的大型苗圃，為鹽生植物實現產業化和我國沿海灘涂、鹽堿地的開發利用奠定了扎實的基礎。

同樣，利用生物技術培育耐鹽種質資源也是發展海水灌溉農業的基礎。姜健等[10]以紫花苜蓿無菌苗下胚軸為外植體，誘導獲得愈傷組織，通過篩選獲得耐半海水的耐鹽細胞系。肖前谷等[11]采用RT-PCR從鹽生植物北美海篷子中克隆Na+/H+逆向運輸蛋白基因cDNA序列并通過農桿菌介導轉化到模式植物擬南芥中，在NaCl脅迫培養條件下，轉基因擬南芥生長狀況優于野生型植株，具有一定的耐鹽性。朱天藝等[12]采用農桿菌介導法將北美海篷子cmo基因轉入煙草，獲得的轉基因煙草植株經NaCl脅迫處理后，SOD活性、POD活性、CAT活性及PRO含量均高于對照組植株，而MDA含量和H2O2含量則低于非轉基因組，轉基因煙草的耐鹽性得到增強。

2.2 海水灌溉或微咸水灌溉的基礎性研究

隨著淡水資源供需矛盾的日益突出，合理開發海水資源已成為各國關注的問題。國內外學者通過大量的海水灌溉或者咸水灌溉的研究和實踐，在灌溉方法與技術、土壤鹽分對土壤環境和作物的應用、鹽堿地改良技術與方法等方面取得了一些研究成果和經驗。

不同的灌溉方式和灌溉措施對土壤水鹽運動以及作物產量的影響不同。海水灌溉和微咸水灌溉可以直接利用海水或者微咸水、海水+淡水混灌和海水淡水輪灌等形式進行地面灌溉、地下灌溉和噴微灌等，灌溉水在一定的礦化度范圍內，作物可以正常生長，不影響產量。劉兆普等[13]在半干旱的山東萊州地區進行海水灌溉魯梅克斯、菊芋等耐鹽植物的田間小區試驗和室內模擬試驗，結果表明適量的海水灌溉可以緩解濱海鹽土的土壤鹽漬化，減緩濱海鹽土的土壤水分蒸發，1∶1海淡水比例的灌溉產量極顯著優于淡水灌溉產量。隆小華等[14]研究發現，10%海水對菊芋幼苗生長發育沒有抑制作用，甚至有一定的促進作用，25%海水脅迫對菊芋幼苗形態發育具有一定抑制作用，增加磷素濃度后，能顯著緩解其抑制作用。劉玲等[15]研究不同比例海淡混合水灌溉4年對庫拉索蘆薈的全葉鮮質量、葉片含水量和葉片中可溶性糖等的影響，結果表明海水灌溉處理下的葉片可溶性糖顯著高于淡水灌溉處理，隨著海水比例增大，葉片中可溶性糖含量顯著增加，葉片中多糖含量與淡水灌溉處理沒有顯著差異，但蘆薈甙含量增加，75%海水處理達到最大。張世卿等[16]采用6種不同的微咸水輪灌、混灌方式對紅棗進行滴灌，結果表明，微咸水滴灌可提高紅棗可溶性糖、維生素C和可溶性固形物含量，降低有機酸含量。

濱海鹽土改良方法有暗管排水、鋪沙、覆蓋等措施，通過改善土壤環境，調控土壤水鹽運動，達到抑制土壤蒸發、提高入滲淋鹽的目的。實踐表明，農田生態工程措施投資大、成本高、施用技術要求也較高，因此大面積推廣應用受到了限制，而覆蓋方式或者施用土壤改良劑卻彌補了這樣的不足。在洗鹽缺乏淡水、排水渠道不暢的情況下，采用地面覆蓋是抑制土壤水分蒸發、提高土壤水分利用率，減少土壤鹽分表聚的重要手段[17-19]。覆沙或加沙的土壤毛管孔隙大，不能形成毛管吸力作用，限制下層鹽堿土的鹽分上移，起到“沙壓堿”的作用[20]。

因此，根據作物種類、土壤特征確定合理的海水灌溉或者微咸水灌溉制度才能真正有效地利用海水或者微咸水資源，緩解濱海鹽土的土壤鹽漬化，實現農業可持續發展。

3 海水灌溉農業存在的問題及建議

我國擁有豐富的海洋資源，以海水替代淡水進行農業灌溉可以極大程度地緩解由于淡水資源缺乏而造成的用水緊張形勢，具有巨大的經濟效益、生態效益和社會效益。海水灌溉農業是一項比較復雜的系統工程，影響海水灌溉的因素有很多，如水質、氣候、土壤特性、作物種類，灌水方法、農藝措施等。若某一因素考慮不當，比如連續多年[21]或是沒有避開干旱、少雨年份[22]進行海水、咸水灌溉會導致土壤處于積鹽狀態，作物受到鹽分脅迫，造成潛在鹽漬化的危險。因此，對發展海水灌溉農業提出如下建議，以確保海水灌溉農業健康良性發展。

（1）從戰略上高度重視，加大海水灌溉農業的政府支持力度，海水灌溉農業涉及生物技術、土壤、灌溉等多領域，需要政府牽頭協調相關學科研究領域的合作研發，進一步整合各地海水灌溉農業研究院所和企業的科技資源，實現項目信息的資源共享，避免重復研發和同步研發而造成的資源浪費。

（2）加強耐鹽植物篩選培育，開發經濟潛力大的耐鹽植物，同時結合土壤改良和灌溉等技術，高效安全地利用海水灌溉，在滿足作物對水分需求的同時，也要盡可能地防止和減輕海水灌溉引起的土壤鹽堿化趨勢，最大程度地保證土壤安全和作物高產高效。

（3）加強海水灌溉農業的國際交流與合作，引進國外優良的耐鹽新品種、育種新技術，積極借鑒國外先進的栽培灌溉管理技術和市場化運作模式，促進海水灌溉農業的產業化發展。

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