東南沿海新生鹽堿地的形成原因及六維改良法探討

付力成，莊定云，郭志強，白勁松，王人民

(1.正大農業科技(浙江)有限公司，浙江 慈溪 315300； 2.慈溪市現代農業開發區管委會，浙江 慈溪 315300；3.浙江大學 農業與生物技術學院， 浙江 杭州 310029)

鹽堿土是鹽土、堿土，及各種鹽化、堿化土壤的統稱[1]。鹽堿土在全球100多個國家普遍存在，面積達9.55×108hm2，占全球總面積的10%，且正在以每年100萬～150萬hm2的速度增加。土壤鹽堿化已經成為備受矚目的世界性問題[2-3]。我國約有9 915萬hm2鹽堿地[4]，其中約有1 900萬hm2可以開發利用。東部沿海地區是我國人口集聚、經濟發達的區域，部分農用耕地已被流轉成為建設用地。為實現土地利用的占補平衡，確保耕地面積，一些灘涂區被圍墾造地。每開發一分灘涂，就為城市發展多騰出一些地理空間，但新圍墾的土地大多屬于鹽漬土，其理化性狀較差，作物很難正常生長，鹽堿地的治理與開發利用迫在眉睫。為此，特在綜合分析東南沿海新生鹽堿地成因的基礎上，結合鹽堿地治理與綜合利用的案例，探討適用于東南沿海新生鹽堿地的六維改良法，以期為相關研究、應用提供借鑒與指導。

1 東南沿海新生鹽堿地的形成原因

沿海鹽堿土向海岸線方向延伸，逐漸由非鹽堿土變為弱鹽堿土、中鹽堿土和強鹽堿土，含鹽量和鹽堿化程度越來越高，鹽堿荒地廣泛分布[5]。東南沿海新生鹽堿地多由泥沙沖積沉淀形成，江河水攜帶的大量泥沙中包含有鹽堿成分，加之東部沿海新生鹽堿地多在泥沙淤海造地區形成，地勢低平，地下水位高，土壤積鹽嚴重，導致土壤鹽堿化進一步加重。同時，東南沿海新生鹽堿地多位于我國東南沿海亞熱帶季風氣候區，受夏季持續高溫天氣影響，土壤水分氣化，促使地下水補給土壤水，成為土壤鹽分向上運動的動力條件。土壤、地下水中的可溶性鹽類隨水分上升蒸發、濃縮，累積于地表。東南沿海工業發達、人口集中，人均淡水資源占有量遠低于世界平均水平，農業生產用水主要為河道中的微咸水。微咸水灌溉會使土壤理化性質進一步劣化，導致鹽分聚集在土壤表層，土壤質量進一步下降，鹽堿化程度加重。此外，東南沿海新生鹽堿地所在區域的排水設施大多尚不完善，容易發生次生鹽堿化。人類生產活動，如大水漫灌、只灌不排等，均會引起土壤深層次水位不同程度的抬高，土壤中的可溶性鹽含量再次上升，造成鹽分積累，在排水設施缺乏的條件下發生次生鹽堿化[6]。

總之，東南沿海新生鹽堿地的形成是多方面原因共同造成的，微咸水灌溉、排水不暢、地下水位高、持續高溫、海潮侵襲等使東南沿海新生鹽堿地仍處于不斷發展的趨勢中。

2 東南沿海新生鹽堿地六維改良法

實踐證明，鹽堿地的改良是一項持久性工程。研究人員就東南沿海新生鹽堿地改良進行了大規模的研究和治理工作，積累了有效的措施和方法，取得了明顯的改良效果[7]。

為了使滄海變桑田，保障國家糧食安全，“鹽堿地六維改良法”應運而生。它整合了水利工程、物理改良技術、化學改良措施、抗逆性品種、農業技術措施、物聯網監測與分析6大要素的技術配套方法。根據各地鹽堿地情況，各要素可自由搭配，因地制宜，量身定制最優解決方案。

2.1 水利工程

水利工程改良措施是依據“鹽隨水來、鹽隨水去，鹽隨水上、鹽隨水下，水化汽散、汽散鹽積”的水鹽運動規律進行改良。淡水的沖洗可以使土壤的鹽分沿著土壤毛細管下滲，降低土壤鹽分[8]。鹽堿地改良水利工程措施的關鍵是要解決快捷進水、排水和降低地下水位的問題，“農田高水位灌溉系統”和其升級版的“進排施(路)一體化系統”“井字形田間溝系配套系統”不僅能夠快速改良鹽堿地，而且能夠增加土地面積15%以上，有效解決東南沿海由高地下水位所引起的次生鹽漬化問題。

2.1.1 農田高水位灌溉系統

該系統不僅能夠實現進水、排水的分開，還能夠實現一次性提水、快速進水排水。該系統包括由電灌泵站、一條干渠、若干條給水斗渠、給水農渠、給水管構成的給水系統，以及由若干根排水管、排水農渠、排水斗渠、一條排水總渠構成的排水系統。給水農渠與排水農渠互不交叉。該系統適用于鹽堿灘涂的開發復墾，具有省水、省電、省人工的優點。

2.1.2 進排施(路)一體化系統——智能化進排施(路)一體化改造

隨著人口的增加，土地資源越來越緊缺。為進一步節約土地資源、提高土地利用率，研究人員提出通過實施進排施一體化項目來改造鹽堿地的設想。進排施一體化改造基于高水位灌溉系統設計，并對其進行了改良優化，實現了進水、排水、道路的三位一體(圖1)，可有效節約土地資源15%以上，同時可實現對進排水閘門的智能化控制，節約人工管理成本，提高生產效率。

圖1 智能化進排施(路)一體化

2.1.3 “井”字形田間溝系配套系統——高地下水位區域排水方案

慈溪市新生鹽堿地區域地下水位較高，田間排水問題一直困擾各家種植企業。高地下水位排水難造成農作物減產并引發各類病害，導致農產品質量受到影響。正大公司研究實施了“井”字形田間溝系配套方案，即在原有的主進排水渠、各類支進排水渠的基礎上，在田塊內將機械輪胎開溝和開溝機開溝相結合，使各類主進排水渠與支進排水渠、田間大溝與小溝有一定的高度差，田間大溝、小溝排列成“井”字形，豐富田間“井”字形溝系的配套，以實現水的速進速排，且不影響機械化作業。

2.2 物理改良技術

物理改良技術是運用物理方法，如土地深翻耕、土地平整等對鹽堿地進行改造，通過人為改變土壤結構，對土壤中的水分和鹽分進行合理分配，以有效減少土壤蒸發，進而減少鹽分、堿分上行，提高上水淋鹽效果[9]。其中，客土改良的方法，一般用于鹽堿度高的鹽堿地，特別針對極重度、難治理的鹽堿地。

2.3 化學改良措施

通過施用富含微生物的有機配方肥和改性石膏作為土壤定向調節劑，實現調節土壤鹽堿度、活化土壤、補充微量元素的目的，同時也可消解重金屬殘留，改善土壤結構，實現“鹽堿土”向土壤的轉變。

以富含微生物的有機配方肥為例，該配方肥內富含有益微生物、有機肥，及氮磷鉀等化學肥料，其中，微生物能夠分解動植物殘渣，活化土壤，補充微量元素；有機肥能部分中和鹽堿；氮磷鉀肥料能夠平衡土壤肥力，促進作物生長。

程鏡潤[10]通過在鹽堿地加入脫硫石膏，使得土壤孔隙度變大，滲水性能提高，土壤含鹽量降低。經對比實驗研究，改性石膏在改良鹽堿地、凈化土壤方面的效果要優于脫硫石膏。改性石膏具有很強的吸附能力，可以吸附包括重金屬在內的大量離子，降低重金屬活性。此外，磷石膏富含植物生長所需要的營養元素，可促進土壤養分平衡的建立。

2.4 抗逆品種

選育抗逆品種是公認的最有效、經濟、生態的鹽堿地改良措施。耐鹽植物的種植既可以減少地表水分的蒸發，又可以防止鹽分上行。李海英等[11]和李昂等[12]研究表明，種植苜蓿的鹽堿地土壤含鹽量明顯降低，且隨著種植年限的延長降幅增加，種植5 a苜蓿土壤30～60 cm土層含鹽量比種植1 a苜蓿的降低了76.3%。以袁隆平院士為首的海水稻團隊通過培育、種植耐鹽堿水稻、低鎘稻、耐旱水稻等抗逆性較強的水稻品種，不僅加快了鹽堿地的改良進程，更保證了國家糧食安全。2017年，海水稻團隊已研究出適應6‰鹽度并能取得高產的水稻材料。通過實施六維改良法，正大溫州蒼南鹽堿地(鹽度為0.9%～1.2%)于2018年試種海水稻材料取得成功。

2.5 農業技術措施

農業技術措施主要是通過各項農藝措施來調節鹽堿地的水鹽運移動態與土壤水分蒸發，達到快速降鹽堿、減少鹽分上行、降低作物耕作層土壤含鹽量、改善作物生長環境的效果，實現鹽堿地改良的目的，是保證作物正常生長生產的重要措施[13]。農業技術措施主要包括鹽堿地快速降鹽堿和優勢雜草防治、增施有機肥、覆蓋技術、稻作改良等。

2.5.1 鹽堿地快速降鹽堿和優勢雜草防治

我國有大片的灘涂資源，但因為鹽堿度較高，蘆葦和互花米草等植物侵占空間等，開發難度大、費用高，使得鹽堿灘涂不能得到有效利用。現有的灘涂治理方法耗時長，一般需要通過2～3 a的淡水養殖，及種植吸鹽、耐鹽植物等來改良土壤，治理效果不理想，不能滿足經濟發展的需求。

鹽堿灘涂綜合快速治理方法具體包括如下步驟：(1)排盡咸水；(2)割除互花米草、蘆葦，并粉碎其根莖；(3)配備完善的灌溉系統，引入淡水；(4)翻耕土地；(5)淡水洗鹽、水淹除草；(6)平整土地。通過刈割、翻耕、水淹等對互花米草進行清除，排盡原有咸水，并采用泡田前后多次翻耕，進水、排水嚴格分開，避免淡水和咸水相互摻雜等手段，在較短時間內解決了鹽分降低的問題。同時，利用物理方法去除蘆葦等雜草，減少了化學藥劑的使用，有效保護了自然環境。該方法開創了在當年褪去海水的灘涂上大面積種植水稻的先例。

2.5.2 增施有機肥

有機肥是指用雞糞、羊糞、豬糞、腐殖酸、有機廢棄物等發酵而成的肥料。有機肥中的有機質可以與鈉離子等結合，降低土壤含鹽量。同時，有機肥可改善土壤結構，增強土壤的保水保肥能力，提高土壤肥力。

2.5.3 覆蓋技術

在鹽堿地上覆蓋作物秸稈等可減少土壤水分蒸發，對地表水分上行起到阻隔作用，減少表土層的鹽分積累，同時還可增加光的反射和熱量傳遞，降低表土溫度，從而降低蒸發失水，減輕土壤返鹽。

2.5.4 稻作改良

稻作改良主要是通過種植水稻，保持田間水層，以水壓鹽，減少土壤鹽分上行，從而起到較好的鹽堿地改良效果。正大桑田慈溪公司通過種植水稻改良鹽堿地(圖2)，經過6 a的試驗與推廣種植，土壤鹽分已由8‰降低到2‰左右，現可種植水稻、小麥、油菜、西瓜、蔬菜等。

圖2 正大慈溪區塊新生鹽堿地稻作改良

2.6 物聯網監測與分析

近年來，隨著地理信息系統(GIS)、遙感技術(RS)和全球定位系統(GPS)等技術的逐漸成熟與應用，現已初步實現對土壤、作物發展演變數據的實時監控與測量，形成了鹽堿地改良的高新監測技術體系，為鹽堿地決策咨詢服務體系的構建創造了條件[14-15]。正大集團與袁隆平院士海水稻研究團隊合作，共同研究物聯網在鹽堿地治理中的應用。具體來講，采用最先進的微型環境理化因子傳感器，與NB-IOT物聯網通信技術相結合，將植物生長和水土循環過程中的地下水肥條件、地上生長環境、作物生長態勢、病蟲害等信息即時傳送至大數據中心，通過人工智能(AI)和專家化診斷處理系統過程控制的方式，實現水土肥藥的智能化控制，進而實現鹽堿地鹽分控制和土壤改良。土地數字化物聯網成套裝備是一套集成了傳感器、物聯網、云計算、大數據的智能化農業綜合服務平臺，如圖3所示。

圖3 物聯網監測與分析成套設備

3 展望

鹽堿地改良的相關研究雖多，但大多集中在常規改良技術與相關措施上，且與大面積生產推廣存在一定的距離，且對智能化、信息化措施在改良中的應用研究較少。本研究通過對東南沿海鹽堿地墾造、治理與利用的現實案例的研究，展示了適用于東南沿海大面積鹽堿地治理的六維改良法。不同地區鹽堿土的鹽堿化程度不同，土壤結構和理化性質不同，水資源情況也不同，所以針對東南沿海新生鹽堿地改良問題仍需做深入研究，特別是對不同區位的具體案例擬定實施措施時，需要因地制宜，將理論知識與實踐經驗相結合，逐步完善鹽堿地改良的綜合措施。

當前，鹽堿地改良開發可朝著以下2個方面推進。(1)物聯網技術、遙感技術和大數據分析技術的發展現已相對成熟，可以通過對田間或區域鹽堿地水鹽運移動態的實時監測，建立長期監測系統，進而定期評估鹽堿地鹽堿化的變化情況，從而加強對土壤水鹽動態變化的監測管理，通過分析監測數據、構建數學模型等，對后續鹽堿地的改良發展做出科學預測和指導。(2)鹽堿地改良中，尤其是在化學改良措施的實施中，要注重以生態開發為前提，對有害重金屬元素等嚴密監測，將長效監測和定位監測相結合，樹立生態開發的治理理念。