國際荒漠化協會聯合主席，水土保持專家王飛先生論基于土鹽-水鹽雙分離的旱區鹽堿地水土資源管理模式

土壤鹽堿化是土壤和土地退化的主要類型之一，通常是指地下水位過高所引發的土壤易溶性鹽類在土壤表層積聚的過程[1]。根據聯合國糧食及農業組織(FAO)估算，全世界鹽堿地面積約為9.32×108hm2，其中鹽化土壤和堿化土壤面積分別為3.51×108hm2和5.81×108hm2。鹽堿地主要分布在世界各地的干旱地區和濱海地區，在澳大利亞、亞洲、美洲和非洲的分布面積分別約為3.58×108,3.17×108,1.47×108和8.00×107hm2，分別約占總鹽堿化土地面積的38.4%,33.9%,15.8%和8.60%[2-3]。據分析，全球約有70%以上的鹽堿地分布在“一帶一路”沿線國家[4-5]。

中國鹽堿地面積約為9.90×107hm2，其中現代鹽堿土和殘余鹽堿土的面積分別約為3.70×107hm2和4.50 ×107hm2，還有約1.70×107hm2的潛在鹽堿土，主要分布在北方地區以及長江以北沿海地帶[6]，涉及到新疆、河西走廊、柴達木盆地、河套平原、銀川平原、黃淮海平原、東北平原西部以及濱海等地區[7-8]。根據鹽漬土分布地區的生物、氣候等環境因素差異，中國鹽漬土主要包括濱海鹽土與灘涂、黃淮海平原鹽漬土、東北松嫩平原鹽土和堿土、半漠境內陸鹽土和青新極端干旱的漠境鹽土等5大片[9]。隨著氣候變化和不當灌溉，耕地次生鹽堿化和草場鹽堿化面積仍有增加的趨勢[10-11]。

鹽堿化土壤中可溶性鹽類含量過高會導致其有機質含量極低，土壤結構不良，土表常有白色鹽分積淀，直接影響植物生長發育和作物生產[2,4,6-7,12]。土壤鹽堿化的誘發因素既包括氣候、地質、地貌、水文及水文地質等自然因素，也包括不當灌溉和施肥等人為因素，而且常常與強烈的水分蒸發過程相伴。生成機理的復雜性致使鹽堿化土地治理成為世界性難題，鹽堿土治理和改良已經是世界農業發展、環境治理的重點內容之一[3-4,10-12]。

干旱地區鹽堿化土壤治理的研究和實踐雖多，但現有治理技術在經濟成本、水資源利用效率和生態風險方面仍存在嚴重不足。本文主要從區域資源綜合利用與水土資源高效利用角度探討干旱地區土壤鹽堿化防治措施，旨在尋求旱區鹽堿地水土資源管理新模式，以促進旱區鹽堿地治理技術創新，防治土壤退化，為干旱地區農業發展和環境治理提供支撐。

1 旱區鹽堿地治理現狀及其存在問題

鹽堿化土地的治理歷史悠久，目前常用的鹽堿地改良利用技術主要包括物理改良(平整土地、耕作松土、抬高地形、小范圍改土、刮出鹽堿)，水利改良(灌排結合、蓄淡壓鹽、膜下灌溉、灌水洗鹽、地下管道排鹽)，化學改良(施用石膏、磷石膏、過磷酸鈣、腐殖酸、泥炭等)和生物改良(種植水稻、種植耐鹽植物、種植吸收鹽分植物、使用微生物菌肥)等[1,3-4,6-8,13-15]。在實際治理中常綜合采用多種方法，從而減少鹽堿化對作物和植被生長的脅迫或危害，對促進區域糧食安全、經濟發展和生態恢復起到一定作用[9,16]。

筆者根據在中國西北干旱地區對鹽堿地的野外調查資料，結合有關水土資源高效利用研究成果和長期的研究經驗，并查閱和綜合分析了大量相關文獻，發現國內外目前的各類鹽堿地治理方法在治理效果和環境影響等方面存在以下3個問題。

1.1 經濟成本高昂

物理改良和化學改良需要大規模擾動地表或者搬運其它物質，工程量和投資均較大[4,6-9]；而且大部分鹽分并沒有從土壤和地塊中移除，鹽堿化風險和危害始終存在，需要進行持續投資。例如，在陜西省定邊縣堆子梁鎮鹽堿地治理中，為了改善土壤的理化性質和增加土壤孔隙度，抑制鹽分在土壤表面聚集，采取了覆沙10 cm的措施。如以1.4 t/m3的容重計，需要沙土1 400 t/hm2，若考慮與原有的表面30 cm耕作層土壤混合，成本就會更大[17]。

1.2 水資源利用效率低下

引水洗鹽會耗費大量水資源，加劇干旱區的水資源短缺問題。如在中國新疆南疆灌區，鹽堿地每年洗鹽(排鹽)用水量已經達到6 000～10 000 m3/hm2[18-19]，其他灌區的洗鹽用水量也接近此數。因此當地農業水資源利用效率低下，削弱了水資源承載能力，直接威脅區域經濟和生態的可持續發展。

1.3 生態影響較大

旱區鹽堿地治理涉及的因素很多，目前存在的生態影響主要體現在以下3個方面。

(1) 在涉水生態方面。當旱區地下水埋深小于2 m而且蒸發作用強烈時易發生土壤鹽漬化，通過人工排水降低水位可以減緩鹽堿化[9]，但因此產生的地下水位降低，可能會導致那些與當地水環境已經適應的自然植被缺水，甚至導致自然生態系統退化。例如在塔里木河沖積平原，胡楊幼林地下水適宜埋深為1～2 m，胡楊青壯林能夠吸收2.5～4.0 m深的土壤水分，大量排水會導致地下水位降低，從而可能直接導致一些部位的植被缺水和退化[20]。

(2) 化學成分的生態脅迫。在化學方法中，需要向土壤中添加其他化工肥料或其他成分等，雖然有助于土壤中陽離子成分的變化，可以改善土壤的物理和化學特性，但同時由于新加入的化學成分的長期積累作用，也存在導致土壤理化性狀惡化的風險。如廣泛應用的施用磷石膏的方法，不但會引起土壤中硫酸根離子持續增加，也可能直接導致對土壤和食品有害的重金屬離子進入土壤生態系統[21]。

(3) 傳統洗鹽排水的生態后果。通過渠道排鹽技術，可將表層鹽堿化土壤中45%～70%的鹽分排入當地水系[22-23]，加之灌溉、采礦和道路融鹽等活動，會直接引發河道水體發生次生鹽堿化，并對水生生態系統從個體、種群、群落乃至生態系統產生不良影響，導致水生生物多樣性減少以及溪流的生態服務功能下降[11,19]。而且由于這種影響對濕地生物化學過程具有復雜的非線性作用，對生態系統的綜合效應尚不明晰[10]。通過豎井灌排技術，盡管可以在一定時期內降低地下水位并減少表層土壤含鹽量，但從長遠來看，由于沒有水平方向的排水，鹽分只是從土壤表層下移到了中下層，但仍舊存留在灌區內，并在包氣帶某一層位或地下水中富集[24]。在灌區的外部條件發生變化時鹽分可能上移并讓土壤再次發生鹽堿化，也可能下移導致地下水質惡化，造成不良的生態破壞。

2 旱區鹽堿地治理新模式及其含義

針對中國西北干旱地區鹽堿地治理中存在的問題，近年來，筆者研究團隊在陜西黃土高原南緣鹵陽湖和陜西省榆林市、新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州、寧夏回族自治區平羅縣和甘肅省景泰縣等地開展了系列調查(圖1)，調查內容包括土壤鹽堿化成因與危害，鹽堿土治理技術體系與水資源成本，洗鹽排水方式、危害和治理的經濟成效等。

圖1 中國西北地區鹽堿地及治理狀況

調查結果表明，中國西北干旱地區土壤鹽堿化問題非常嚴重，洗鹽頻繁而且用水量大，洗鹽排水沿程蒸發強烈，采用暗管排鹽的地塊管道堵塞嚴重，河道兩側與下游地區土壤和地下水鹽堿化已經出現，亟需探索新的鹽堿地治理模式。

本文在野外實地調查的基礎上，參考世界其他國家旱區鹽堿化成因與對策[1-4]，經過綜合分析，提出“通過高效用水調控促進土鹽—水鹽分離的旱區鹽堿地水土資源高效管理新模式”(簡稱：旱區鹽堿地雙分離治理模式)的建議。該模式可以綜合概括為“減少區域水損失，低耗水充分洗鹽，集約化水鹽分離，水土資源高效利用”。其具體含義簡述如下。

(1) 減少區域水損失。在缺水地區任何形式的水資源都有其潛在的資源和生態價值，不宜通過簡單的排水措施降低地下水位，以免引起區域水資源短缺與涉水生態系統失衡。如確需排水，宜在鹽堿地下游選擇洼地建設湖塘與濕地，但在旱區開放的排堿渠自由水面的蒸發強度很大，必要時可以通過覆蓋減少蒸發損失。

(2) 低耗水充分洗鹽。在鹽堿土除鹽過程中需要節約水資源，盡可能少地消耗有限的淡水和微咸水資源。特別是在洗鹽過程中，在目前以非生育期“大水充分洗鹽”的治理基礎上，需要采用全膜覆蓋、精確控制流量等技術，減少土壤表面蒸發引起的水資源損失；同時盡可能移除土壤剖面各個深度的鹽分，促進水鹽充分分離，以達到節省洗鹽時間成本，延長洗鹽間隔時間和提高土地利用周期的目標。

(3) 集約化水鹽分離。集約化水鹽分離的核心是選擇適宜治理的地塊作為重點治理區，實施水鹽分離及其再利用。主要包括： ①高濃度洗鹽排水的收集，通過封閉管道或覆蓋的渠道排水，減少水面蒸發； ②通過太陽能集熱系統(玻璃溫室、陣列反光鏡系統、集熱式真空管、區域盈余電力等)集約化加熱高濃度洗鹽排水，通過冷凝系統收集淡水以及水汽凝結過程中釋放的熱量，收集的余熱可以繼續用于高濃度排水的加熱與蒸發； ③收集高濃度洗鹽排水水分蒸發后析出的鹽分，就地儲存或者作為工業原料銷售。隨著技術進步，水鹽分離效率將會進一步提高，治理成本也會逐步降低。

(4) 水土資源高效利用。水土資源高效利用是旱區農業水利用的核心經濟原則。可以發展膜下滴灌等節水農業(不會在土壤中形成鹽核)，也能用于發展優質的種植業，如大棚蔬菜水果等，提高作物經濟產量。而且，通過水資源高效利用，可以通過小面積土地高效利用促進區域經濟發展，從而減少鹽堿地的利用面積和相應的農業用水量，進而促進旱區鹽堿化地區的精準治理。

3 旱區鹽堿地雙分離治理模式的應用前景

(1) 集約化管理水土資源，可以提高土地和水資源利用效率。在旱區鹽堿地重點治理區，特別是地下水埋深淺和礦化度高的鹽漬化地區，配合這種新治理模式推廣膜下滴灌節水農業生產技術，對農業水資源進行集約化管理，有利于高效利用當地地下(咸)水資源，提高水分利用效率，擴大灌溉面積。此外，利用該模式對土地資源進行集約化管理，發展大棚果蔬等設施農業，可以提高土地利用效率和經濟收益。

(2) 治理效益持續時間長，生態風險小。集約化水鹽分離過程可以把土壤中鹽分大量去除，達到“一次洗鹽，多年利用”的效果，也可以把鹽分單獨存儲，減少鹽分對下游土壤、濕地和水體的影響。據估算，對于重度鹽堿化(平均含鹽量5‰左右)土地30 cm耕層土壤，土壤容重按照1.35 t/m3計，總含鹽量約為20.25 t/hm2(存儲約需10 m3左右空間)。充分洗鹽后，如果用水鹽分離的淡水灌溉，土地就可以持續利用。如果用含鹽量為1 g/L的水灌溉，即使地塊每年蒸騰蒸發量為750 mm，或者7 500 m3/hm2的灌溉水完全就地蒸散發，表層土壤養分再次積累到重度水平也需要3 a，因此每次洗鹽后的土地可利用時間明顯延長。如果采用含鹽量更低的灌溉水，或者結合地膜覆蓋等技術減少土壤表面蒸發與鹽分積累，采用該模式每次洗鹽之后的耕地可利用的時間就更長。同時，土鹽分離和水鹽分離后的干燥鹽分如果儲存起來或用于工業生產，則既充分利用了水資源也不會產生新的鹽堿化危害。

(3) 鹽堿化地區能源特征及水資源淡化技術可以提高水鹽分離效率和數量。中國旱區鹽堿化地區的光熱資源豐富，年降水量少而蒸發量極大，有利于集約化水鹽分離[25]。同時中國每年廢棄大量的清潔能源，如2018年全國棄水、棄風和棄光的電量分別約為6.91×1010，2.77×1010和5.50×109kWh，總計超過1.00×1011kWh，和2017年相應電量接近。2016年僅主要集中在西北和東北地區國網范圍內的棄風棄光電量就達到了4.65×1010kWh[26]；土地鹽堿化嚴重的西北地區，2015—2017年光伏發電量為9.51×1010kWh，其中棄光電量就達到1.86×1010kWh，棄光率達19.57%，而新疆和甘肅兩省區的棄光率均超過32%[27]。如果結合現有的海水淡化技術，也可以用于水鹽分離，促進鹽堿化土壤治理[25, 28]。

(4) 應用“雙分離的旱區鹽堿地治理模式”不僅可以提高中國鹽堿地的質量和生產能力，保障中國的耕地安全、水安全和糧食安全，也可以改善中國鹽堿化土地分布較為普遍的落后地區的生產條件，促進中國精準扶貧和鄉村振興目標的順利完成。

(5) 由于鹽堿地在“一帶一路”沿線國家和地區(如中亞的哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦等)廣泛分布，開發和治理鹽堿地，提高旱區水資源利用效率，將為中國“一帶一路”戰略創造更多具有吸引力的國際合作機遇，有利于深化與升級和相關國家與地區的鹽堿地治理方面的合作，打造有國際競爭力的鹽堿地水土資源保護技術、鹽堿地經濟產業發展和水鹽分離裝備制造能力等。例如，鹽堿地灌排設備與技術、水鹽分離設施、太陽能集熱系統、太陽能光伏技術與產品、溫室栽培系統等，可為實現聯合國2030可持續發展目標貢獻中國智慧和中國力量。

致謝：本文在觀點形成過程中吸收了西北農林科技大學、中國科學院水利部水土保持研究所李銳研究員、穆興民研究員、馮浩研究員、馬永清研究員，中國科學院新疆生態與地理研究所田長彥研究員、桂東偉研究員，陜西省土地工程建設集團劉社堂高級工程師和程科工程師、新疆建設兵團第二師科技局陸江立局長、新疆國土資源廳耕地保護處副調研員王蓓等專家的建議。韓劍橋博士和張體彬副研究員參與了部分野外考察，并在文章撰寫過程給予了很大幫助，謹此致謝！