黃河三角洲濱海鹽堿地可持續(xù)利用的水土資源約束與均衡配置策略

左強(qiáng)，吳訓(xùn)，石建初，王全九，劉兆輝，朱安寧，尹冬勤，馮權(quán)瀧，紀(jì)文君，康紹忠

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193；2. 西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院，西安 710048；3. 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，濟(jì)南250100；4. 中國科學(xué)院南京土壤研究所，南京 210008；5. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083）

一、前言

居民對物質(zhì)生活水平和美好生活的期望逐步提高，而綠色生態(tài)環(huán)境相關(guān)的目標(biāo)要求加嚴(yán)，國際形勢面臨不可預(yù)期的顯著變化。在此背景下，我國糧食需求壓力有所增加，糧食安全問題更加突出。充分發(fā)揮現(xiàn)有耕地優(yōu)勢，開發(fā)利用好各類后備耕地資源，成為農(nóng)業(yè)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

黃河三角洲（黃三角）北鄰京津冀地區(qū)，西接中西部地區(qū)腹地，向南通達(dá)長江三角洲北翼，向東出海并與東北亞各國鄰近，區(qū)位優(yōu)勢明顯。黃三角高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)總面積為2.65×104km2[1]，核心區(qū)即通常所指的近代黃三角，面積為5478 km2（其中東營市占有5200 km2）。黃三角是全球最年輕的河口三角洲和新生陸地之一，河 - 海 - 陸交互帶來了獨(dú)特的地理環(huán)境，具有土地資源豐富、引黃灌溉便利、氣候條件適宜、鹽生植物資源豐富等適宜農(nóng)業(yè)開發(fā)利用的條件[2,3]；在環(huán)渤海的1000多萬畝（1畝≈666.7 m2）濱海鹽堿地中具有代表性，開發(fā)利用的示范經(jīng)驗(yàn)可拓展至我國其他地區(qū)的鹽堿地類型。鑒于黃三角在保障糧食和生態(tài)安全方面的重要地位，國家專門設(shè)立了黃河三角洲農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)（農(nóng)高區(qū)）、國家鹽堿地綜合利用技術(shù)創(chuàng)新中心，在鹽堿地綜合治理、土地經(jīng)營管理機(jī)制創(chuàng)新、現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展方面積極布局以取得更好發(fā)展成效。

值得指出的是，黃三角土地和水資源配置長期處于不平衡狀態(tài)，成為制約鹽堿地綜合治理與綠色產(chǎn)能提升、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙。當(dāng)?shù)厝彼畤?yán)重，人均水資源量僅為300 m3，不到全國的1/6[4]；農(nóng)業(yè)灌溉用水經(jīng)常性受到生態(tài)、工業(yè)、生活等行業(yè)的擠占，呈逐年下降趨勢，如2020年東營市灌溉用水僅占總用水量的32%[5]。與之相對，鹽堿地治理和利用通常需以消耗大量淡水資源為代價(jià)，當(dāng)前的環(huán)境變化又使當(dāng)?shù)赝寥利}堿化程度逐年加重、面積不斷擴(kuò)大，如近3 年表層土壤含鹽量從5.4 g/kg 增長為6.6 g/kg，中度和重度鹽堿耕地面積占比接近50%。鹽堿程度加重、分布范圍擴(kuò)大勢必加劇水資源緊缺形勢，對糧食與生態(tài)安全、可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅。因此，立足區(qū)域水土資源利用現(xiàn)狀，探索黃三角濱海鹽堿地水土資源均衡配置策略具有現(xiàn)實(shí)意義。

在黃三角濱海鹽堿地治理利用與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面已經(jīng)開展了不少研究，如鹽堿地綜合開發(fā)利用、生態(tài)修復(fù)、環(huán)境保護(hù)，水肥鹽遷移過程與調(diào)控機(jī)理，不同改良措施的作用機(jī)理與調(diào)控模式，水鹽時(shí)空演變規(guī)律及驅(qū)動(dòng)機(jī)制，土壤碳氮循環(huán)與微生物多樣性，河 - 海 - 陸相互作用及環(huán)境效應(yīng)，管理體制機(jī)制優(yōu)化等[2,3,6～9]。基于多維調(diào)控手段、著眼生態(tài)環(huán)境保護(hù)的水土資源優(yōu)化配置是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，事關(guān)未來發(fā)展整體質(zhì)量，也屬新階段環(huán)境變化條件下黃三角濱海鹽堿地可持續(xù)利用需要正面回應(yīng)的關(guān)鍵科學(xué)問題。鑒于此，本文梳理發(fā)展現(xiàn)狀、厘清主要問題、辨明嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，提出水土資源高效可持續(xù)利用與均衡配置策略，以期為深化黃三角濱海鹽堿地綜合治理利用與農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展研究提供基礎(chǔ)參考。

二、黃三角濱海鹽堿地治理利用與種植業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

（一）黃三角濱海鹽堿地的成因與特點(diǎn)

黃三角屬黃河沖積平原，特殊的地理環(huán)境和氣候條件使得鹽堿土在區(qū)域內(nèi)分布廣泛，主要成因有以下四方面[10,11]。① 鹽分離子來源豐富且廣泛。黃河近代頻繁決口泛濫的沉積物、黃河入海后回流的淤積物等造成鹽漬淤泥，大面積淺層高礦化度潛水以及周期性海水入侵均不斷向三角洲輸送鹽分。② 地下水埋深淺、礦化度高。黃河水側(cè)滲、海水頂托、夏季暴雨頻發(fā)，使黃三角地下水長期處于高位運(yùn)行，多數(shù)區(qū)域地下水埋深不足1.5 m。淺層高礦化度地下水中的鹽分極易向上運(yùn)移，聚集于根區(qū)和地表而產(chǎn)生次生鹽堿化危害。③ 大氣蒸發(fā)力強(qiáng)，土壤毛細(xì)作用明顯。黃三角地處東部沿海季風(fēng)盛行區(qū)，年蒸發(fā)量與降水量的比值多在2.5 以上；土壤主要為黃河泥沙沉積物及黃河入海回流淤積物堆積形成的壤質(zhì)潮土，毛細(xì)作用強(qiáng)烈（毛管水上升高、輸水速率快），為深層土壤和地下水中可溶性鹽分的上行提供了充足能量并創(chuàng)造了環(huán)境條件。④ 受到地形平坦、海潮頻繁活動(dòng)的影響。黃三角地勢低平、坡降平緩，地表與地下水的自然水力坡降難以滿足自流排水要求，易造成地下徑流遲緩、排水（鹽）不暢；加之沿海地區(qū)易受海潮侵襲影響，使得鹽堿化程度極易反復(fù)和加重。

在獨(dú)特的自然環(huán)境條件下，河 - 海 - 陸交互以及各類因素的綜合作用使黃三角鹽堿地分布呈現(xiàn)以下特征：① 鹽堿化土地面積不斷擴(kuò)增，黃河入海口陸地新生面積增幅約為1.5×104畝/年，是我國國土面積自然擴(kuò)展最快的地區(qū)；② 土地質(zhì)量較差，土壤含鹽量（尤其是Na+含量）普遍較高，致使土壤結(jié)構(gòu)不良、通氣性差、pH 值高、微生物活性低、養(yǎng)分釋放慢，相應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)能低下；③ 生態(tài)系統(tǒng)脆弱，改良過的鹽堿地需要精心的后期農(nóng)業(yè)種植管理，否則次生鹽堿化現(xiàn)象無法避免甚至退化為鹽堿荒地，從而表現(xiàn)為逆向演替。

（二）黃三角濱海鹽堿地治理利用的技術(shù)和方法

經(jīng)過長期研究與實(shí)踐探索，黃三角濱海鹽堿地改良與利用取得良好進(jìn)展，目前廣泛采用物理（工程）、化學(xué)、生物3類技術(shù)以及集成方法（見表1）。① 物理方法主要分為洗鹽 - 壓鹽 - 排鹽（明溝或暗管）、上農(nóng)下漁、引黃淤灌、隔層阻鹽、平地圍埝等水利工程措施。由于濱海鹽堿地土壤結(jié)構(gòu)差、極易板結(jié)、有機(jī)質(zhì)含量低、養(yǎng)分有效性差，實(shí)施各類水利工程通常還需結(jié)合應(yīng)用摻沙改鹽、深耕深翻、秸稈還田、增施有機(jī)肥、地膜覆蓋等農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，以改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤有機(jī)質(zhì)、提高鹽分淋洗能力、抑制土面蒸發(fā)、控制表層土壤返鹽。② 化學(xué)方法即在土壤中施用化學(xué)改良劑，基于酸堿中和、離子平衡等原理，添加不同類型的試劑材料以加速鹽分離子淋洗、增加鹽基代換容量、凝聚土壤顆粒、改善土壤結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到“治鹽改堿”目的。③ 生物方法以適鹽種植模式為主，分為種植鹽生植物、耐鹽作物，施用綠肥等，旨在擴(kuò)大地表植被覆蓋、增加蒸騰耗水，通過生物排水降低地下水位，從而減輕地表鹽分積累、改善土壤理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)。

表1 黃三角濱海鹽堿地治理利用的技術(shù)措施

（三）黃三角濱海鹽堿地種植業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過多年的改造建設(shè)，黃三角大量鹽堿耕地基本上成方連片、地勢平整，便于農(nóng)業(yè)種植的規(guī)模化、機(jī)械化發(fā)展。以東營市為例，2021年農(nóng)業(yè)規(guī)模化經(jīng)營水平為70%，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平為94%[12]，初步形成以“大生態(tài)、大牧場、大產(chǎn)業(yè)、大基地”為主要特征的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系；糧食生產(chǎn)保持穩(wěn)定，播種面積保持在3.8×106畝左右。東營市主要糧食作物的種植面積（產(chǎn)能）分別為：小麥1.59×106畝（6.55×105t）、玉米1.66×106畝（5.28×105t）、水稻3.66×105畝（1.41×105t）、大豆1.73×105畝（2×104t）、高粱9×103畝（1.5×103t）、薯類4.2×103畝（2.3×103t）[12]；食用菌產(chǎn)能為3.5×105t，成為全國重要的設(shè)施食用菌生產(chǎn)基地[13]。

在種業(yè)創(chuàng)新、核心技術(shù)攻關(guān)方面，黃三角地區(qū)深入實(shí)施農(nóng)業(yè)良種工程、重大科技創(chuàng)新工程，圍繞耐鹽堿植物種質(zhì)資源創(chuàng)新、作物新品種培育，建立了7個(gè)基地進(jìn)行小麥、玉米、棉花、水稻、大豆品種選育試驗(yàn)，收集耐鹽堿植物種質(zhì)資源約1.8×104份，選育耐鹽堿馬鈴薯、水稻、大豆等新品種（系）超過200 個(gè)。育成的耐鹽大豆品種TZX-1736、TZX-805，在鹽堿地（土壤含鹽量為0.5%）中的產(chǎn)量為264.8 kg/畝、263.3 kg/畝[14]；蛋白脂肪“雙高”大豆品種“齊黃34”，在鹽堿耕地（土壤含鹽量為0.3%）中的產(chǎn)量為302.6 kg/畝[15]。這些耐鹽堿大豆品種為優(yōu)化黃三角鹽堿地種植結(jié)構(gòu)提供了直接支持。

三、黃三角水土資源條件分析

（一）黃三角鹽堿土分布與土地利用現(xiàn)狀

基于土壤成因，結(jié)合遙感影像資料（哨兵2 號衛(wèi)星影像反演獲得的植被指數(shù)、鹽分指數(shù)因子）和土壤鹽分實(shí)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建了土壤含鹽量反演模型；據(jù)此評估得到了黃三角核心區(qū)表層0～20 cm 土壤含鹽量分布（2020年5月）。區(qū)域內(nèi)土壤多屬鹽堿土，鹽堿化程度從西到東、自南向北逐漸加重，以東部、北部沿海地區(qū)的含鹽量最高。在現(xiàn)有耕地中，輕度（1～2 g/kg）鹽堿地面積為1.9×104畝，中度（2～4 g/kg）鹽堿地面積為9.5×105畝，重度（4～6 g/kg）鹽堿地面積為3.86×105畝，鹽土（>6 g/kg）面積為6.6×104畝。區(qū)域內(nèi)土壤含鹽量受季節(jié)氣象條件影響較大，通常春秋兩季降水量少、蒸發(fā)強(qiáng)烈，表層及根系層土壤以返鹽為主，土壤含鹽量較高；夏季雨水較多，鹽分以下行為主，也會(huì)因環(huán)境條件變化而呈現(xiàn)下行 / 上行交替過程。

土地利用 / 覆蓋與土壤鹽堿化程度密切相關(guān)。基于中高尺度Landsat-8衛(wèi)星遙感影像，結(jié)合野外田間測量的多個(gè)樣本，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)中的隨機(jī)森林算法[18]獲得了核心區(qū)的土地利用情況（2020年6月、7月）。主要涉及小麥、水稻、其他旱地作物（如棉花、大豆、高粱、溫室大棚、大蒜、苜蓿、甘薯）、一般樹林、檉柳灌叢、蘆葦、翅堿蓬、建設(shè)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、庫塘、養(yǎng)殖水面、鹽田、灘涂、未利用地14 個(gè)類別，相應(yīng)面積（占比）分別為3.85×105畝（4.7%）、1.85×105畝（2.3%）、6.98×105畝（8.5%）、1.52×105畝（1.9%）、8.48×105畝（10.3%）、1.96×106畝（23.8%）、2.34×105畝（2.8%）、6.59×105畝（8.0%）、1.85×105畝（2.2%）、3.22×105畝（3.9%）、1.52×106畝（18.5%）、3.85×105畝（4.7%）、6.68×105畝（8.1%）、1.6×104畝（0.3%）。小麥、水稻、其他旱地作物等農(nóng)作物主要分布于黃河沿岸一定寬度的緩沖區(qū)內(nèi)，鹽堿程度基本在中度及以下。

（二）黃三角水資源供應(yīng)與需求

1. 供水量與用水構(gòu)成（東營市）

以東營市數(shù)據(jù)為主表述黃三角供水量與用水構(gòu)成。2020年，除大氣降水外，東營市現(xiàn)狀供水總量為1.47×109m3，其中地表水為1.39×109m3（占比94.4%）、地下水為7.4×107m3（占比5%）、其他水源為8×106m3（0.6%）[5]；地表水中82%為黃河水，其他地表水僅占18%。近年來，黃三角地區(qū)的生態(tài)環(huán)境安全廣受關(guān)注，生態(tài)補(bǔ)水量得以顯著增加（見圖1），2020年黃河水中的特批生態(tài)環(huán)境用水量為4.67×108m3，主要用于緩解三角洲濕地退化和鹽堿化、提高植被覆蓋率等。

圖1 東營市用水結(jié)構(gòu)變化（2012—2020年）

2012—2020年，在不計(jì)特批生態(tài)環(huán)境用水的前提下，東營市用水總量相對穩(wěn)定，用水構(gòu)成始終以農(nóng)田灌溉為主（見圖1）；由于受到其他行業(yè)用水的擠占，農(nóng)田灌溉用水占比從57%下降至47%，而工業(yè)、居民生活和城鎮(zhèn)公共、林牧漁畜用水占比分別從17%、11%、12% 增加至24%、13%、15%。2018年開始實(shí)施特批生態(tài)環(huán)境用水政策后，生態(tài)環(huán)境用水占比迅速攀升，2020年為33%，而同期農(nóng)田灌溉用水占比僅為32%[5]。鹽堿地農(nóng)業(yè)開發(fā)利用需以大量淡水資源消耗為代價(jià)，隨著灌溉水資源緊缺程度的加劇，黃三角農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨更大挑戰(zhàn)。

2. 作物需水量

從農(nóng)田水分循環(huán)角度看，灌溉用水量的消耗途徑主要分為作物耗水（蒸散）、鹽分淋洗兩方面。以黃三角核心區(qū)為例，依據(jù)氣象條件和土地利用現(xiàn)狀，分析作物需水量、根區(qū)鹽分淋洗需水量情況。根據(jù)農(nóng)高區(qū)內(nèi)山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院黃河三角洲現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范基地內(nèi)實(shí)測的逐日氣溫、相對濕度、太陽輻射、風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)（2019—2020 年），采用聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）推薦的彭曼公式、標(biāo)準(zhǔn)作物系數(shù)[19,20]，估算了主要作物的全生育期需水量（見表2）。

表2 黃三角核心區(qū)主要作物種植面積和需水量

3. 根區(qū)鹽分淋洗需水量

在鹽分淋洗需水量計(jì)算方面，主要考慮種植作物的0～50 cm 根區(qū)，需根據(jù)土壤鹽堿化程度（含鹽量）進(jìn)行確定。受氣象條件、土壤環(huán)境、作物耗水、地下水埋深及礦化度等因素的影響，根區(qū)土壤含鹽量處于動(dòng)態(tài)變化狀態(tài)。濱海鹽堿耕地中的土壤鹽分主要來源于淺層高礦化度地下水，理論上在鹽分淋洗后只要能將地下水位控制在臨界埋深以下即無需額外規(guī)劃淋洗需水量；但實(shí)際上受海水頂托作用的影響，自然水力坡降幾乎無法滿足自流排水的要求，濱海地區(qū)的地下水位難以進(jìn)行調(diào)控。因此，黃三角地區(qū)的地下水埋深多小于1.5 m，離海越近地下水埋深越小，致使根區(qū)土壤含鹽量越高（鹽堿程度越嚴(yán)重）。為了合理簡化淋洗需水量評估的計(jì)算過程，假定區(qū)域內(nèi)地下水位、流向、坡降基本穩(wěn)定，即產(chǎn)生的不同程度鹽堿土分布基本一致；在此情形下，根區(qū)土壤含鹽量的動(dòng)態(tài)分布或累積效應(yīng)將在年內(nèi)呈現(xiàn)周期性變化：在非生長季以返鹽積鹽為主，播種前通過灌溉淋洗壓鹽，在生長季隨著灌溉、降雨、蒸散呈動(dòng)態(tài)變化，之后又恢復(fù)至非生長季的返鹽積鹽狀態(tài)。這樣每年只需將返上來的鹽分淋洗出根區(qū)，即可保證作物的正常生長。

黃三角鹽堿耕地區(qū)域內(nèi)的淺層地下水，埋深基本為50～300 cm[21]，礦化度為5～30 g/L[22]；土壤主要由沖積和洪積形成，以壤土分布最為廣泛；冬小麥 - 夏玉米輪作在作物播種面積中的占比約為60%（見表2）。為此，基于前述試驗(yàn)示范基地內(nèi)開展的冬小麥 - 夏玉米輪作田間試驗(yàn)（包括不同的水分處理）數(shù)據(jù)（2019—2020 年），構(gòu)建土壤水鹽運(yùn)移模型，分析作物輪作期間根區(qū)土壤鹽分的演變動(dòng)態(tài)及累積效應(yīng)。在相關(guān)田間試驗(yàn)中，采用經(jīng)典土壤物理學(xué)分析方法[23]獲得土壤質(zhì)地、容重、水力學(xué)參數(shù)（如飽和導(dǎo)水率和土壤水分特征曲線），監(jiān)測作物不同生育期內(nèi)的葉面積指數(shù)、扎根深度、土壤水鹽分布等數(shù)據(jù)[24]，通過自動(dòng)氣象站獲取逐日太陽輻射、溫度、濕度、風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)；基于實(shí)測資料，對構(gòu)建的土壤水鹽運(yùn)移模擬模型（基于Richards 方程、對流 - 彌散方程的耦合模型）進(jìn)行校驗(yàn)[25]；應(yīng)用校驗(yàn)后的模型，針對冬小麥 - 夏玉米輪作期（2019 年10 月7 日—2020 年10 月1 日）并假定冬小麥播種前剖面土壤鹽分已經(jīng)淋洗至1 g/kg，模擬不同地下水埋深條件下的土壤水鹽動(dòng)態(tài)、根區(qū)鹽分累積效應(yīng)，獲得根區(qū)平均土壤含鹽量的變化過程（見圖2）。

圖2 冬小麥 - 夏玉米輪作周期內(nèi)降雨 / 灌溉量與不同地下水埋深條件下根區(qū)平均土壤含鹽量變化

就一定地下水淺埋深條件（如50～130 cm）而言，根區(qū)平均含鹽量隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律基本與當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)同步。當(dāng)年10月至次年5月屬冬小麥生長季，降水稀少，主要源于灌溉的根區(qū)水分多消耗于蒸散，除了期間零星降雨導(dǎo)致含鹽量略有降低外，根區(qū)整體以蒸發(fā)積鹽為主，含鹽量迅速攀升。隨后的5—9月進(jìn)入玉米生長季和當(dāng)?shù)赜昙荆l繁的降雨使根區(qū)多數(shù)時(shí)間處于鹽分淋洗狀態(tài)，導(dǎo)致根區(qū)平均含鹽量整體逐漸下降。9 月后期隨著雨季的結(jié)束，根區(qū)平均含鹽量略有回升。此外，模擬結(jié)果再現(xiàn)了根區(qū)鹽分累積效應(yīng)隨地下水埋深增加而衰減的規(guī)律。地下水埋深為50～70 cm 時(shí)，土壤返鹽嚴(yán)重，周年后根區(qū)含鹽量達(dá)到重度鹽堿水平，相應(yīng)面積為2.52×105畝；地下水埋深為80～110 cm 時(shí)，為中度鹽堿土，相應(yīng)面積最大，達(dá)到6.52×105畝；地下水埋深為120～150 cm 對應(yīng)輕度鹽堿土，相應(yīng)面積為1.4×104畝；地下水埋深在160 cm 以上時(shí)，根區(qū)鹽分累積幾乎不受影響。

根區(qū)鹽分淋洗需水量估算仍依據(jù)前述假設(shè)和動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行，目標(biāo)是將（與不同地下水埋深相對應(yīng)的）不同程度鹽堿地根區(qū)的平均含鹽量淋洗至1 g/kg 以下。結(jié)果表明，輕度、中度、重度鹽堿地的淋洗需水量（對應(yīng)的排水量）分別為0～29.1 mm（0～20.5 mm）、29.1～41.5 mm （20.5～32.2 mm）、41.5～53.9 mm（32.2～43.8 mm）；結(jié)合不同程度鹽堿地的分布面積可得輕度、中度、重度鹽堿地的鹽分淋洗年需水總量（排水總量）分別為0～3×106m3（0～2×106m3）、1.26×108～1.8×108m3（8.9×107～1.4×108m3）、7×107～9.1×107m3（5.4×107～7.4×107m3）。因此，黃三角核心區(qū)鹽分淋洗需水量、排水量合計(jì)分別為1.96×108～2.74×108m3、1.43×108～2.16×108m3。

需要指出的是，“地下水 - 土壤 - 植物 - 大氣”系統(tǒng)中的地下水（埋深及礦化度）與土壤鹽分（含鹽量及分布）的關(guān)系受眾多因素影響[7,9]，為了探明地下水埋深與根區(qū)鹽分累積效應(yīng)的關(guān)系以支撐鹽分淋洗需水量估算，采取區(qū)域農(nóng)業(yè)水土資源評價(jià)的通行做法[26,27]并采用了一些簡化假設(shè)（如基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要取自前述試驗(yàn)示范基地且僅針對1 個(gè)冬小麥 - 夏玉米輪作周期，地下水埋深、礦化度保持恒定，未考慮不同水文年型和生長季內(nèi)氣候條件差異、地下水季節(jié)性波動(dòng)、土壤空間變異性、種植結(jié)構(gòu)變化等因素），可能會(huì)給根區(qū)鹽分累積效應(yīng)模擬、鹽分淋洗需水量評估帶來一定的不確定性。然而，估算過程具有適當(dāng)?shù)睦碚摶A(chǔ)，估算結(jié)果具有良好的代表性，作為下文問題剖析、策略建議的立足點(diǎn)具有相當(dāng)?shù)暮侠硇浴?/p>

四、黃三角農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

（一）水資源供應(yīng)不足致使農(nóng)業(yè)水土資源配置失衡

淡水資源嚴(yán)重不足構(gòu)成了黃三角地區(qū)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的主要制約因素。黃三角地區(qū)內(nèi)年均降水量約為600 mm，70%以上集中在7—8 月，對根區(qū)鹽分有一定的淋洗作用，但與保證作物正常生長的目標(biāo)相比仍有相當(dāng)大的差距；大量的作物生長需水、鹽分淋洗需水只能依靠源自黃河水的人工灌溉。當(dāng)前，核心區(qū)引黃灌溉的毛引水量為2.43×108m3，考慮渠道輸水損失（當(dāng)?shù)毓喔人寐蕿?.64）后的農(nóng)田凈灌溉量僅為1.56×108m3，疊加3.82×108m3的有效降水而得區(qū)域凈供水量為5.38×108m3。根據(jù)前述作物生長、根區(qū)鹽分淋洗需水量的測算結(jié)果（4.68×108m3、1.96×108～2.74×108m3），總的灌溉需水量為6.64×108～7.42×108m3（不包括溫室大棚、大蒜、苜蓿、甘薯等作物的用水需求）。因此，農(nóng)田凈灌溉量缺口至少為1.26×108～2.04×108m3，毛引水量缺口至少為1.97×108～3.19×108m3。可見，當(dāng)前黃河引水量已無法滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)種植、鹽堿地改良的發(fā)展需求，遑論支撐更大規(guī)模的鹽堿荒地開發(fā)利用。

除資源性缺水外，黃三角地區(qū)存在較為嚴(yán)重的水質(zhì)性和利用性缺水問題[28]。土地鹽堿化、河道污染等問題導(dǎo)致匯入河道的地表徑流水質(zhì)較差、利用率較低，每年能夠利用的河道攔蓄水量僅占地表徑流量的10%左右。黃三角南部內(nèi)陸部分區(qū)域的地下水儲(chǔ)量相對豐富，但當(dāng)前開采量已近飽和，咸水入侵風(fēng)險(xiǎn)較大；其他區(qū)域的淺層地下水以咸水、微咸水為主，礦化度多在5 g/L以上（最高為70.5 g/L），無法直接用于農(nóng)業(yè)灌溉[4]。現(xiàn)有的引黃灌區(qū)多修建于20 世紀(jì)60—70 年代，輸水、灌排設(shè)施陳舊且配套水平較低，再加上渠道襯砌少、河道下游缺少攔蓄建筑物，使雨水資源無法充分利用；渠系水用管制度不健全，灌溉技術(shù)相對落后，灌溉水利用率不高，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)現(xiàn)象較為普遍。

（二）地下水長期高位運(yùn)行不利于鹽堿地治理及利用

黃河水側(cè)滲、海水頂托、夏季暴雨頻發(fā)以及現(xiàn)有排水系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率不高，使區(qū)域內(nèi)地下水長期處于高位，埋深多不足1.5 m。春秋季蒸發(fā)強(qiáng)烈，淺層高礦化度地下水中的鹽分極易向上運(yùn)移并聚集于根區(qū)和地表，導(dǎo)致各種鹽堿地改良利用措施難以發(fā)揮功效，成為農(nóng)作物產(chǎn)量長期偏低的主要原因。

地下水位控制在濱海鹽堿地開發(fā)利用、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展過程中理應(yīng)占有重要位置，而受自然條件、人為因素的影響，黃三角地下水位調(diào)控依然缺乏有效措施。① 位于黃河口兩側(cè)的萊州灣、渤海灣是最主要的地表水與地下水天然容泄區(qū)，但自然水力坡降太小[29]，無法滿足自流排水的要求，明顯制約了排水系統(tǒng)的排水（鹽）、地下水位調(diào)控等功能。② 區(qū)域內(nèi)的河槽淤積嚴(yán)重，河道內(nèi)雜草叢生，沿線涵閘等水工建筑物年久失修，加之不同河道系統(tǒng)之間缺少連通，輸水和排水能力極為有限，無法實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源的合理配置與調(diào)度；河道行洪受到嚴(yán)重影響，夏洪來襲時(shí)地下水位急劇上漲且居高不下，造成大面積農(nóng)田積水并形成洪澇災(zāi)害。③ 區(qū)域內(nèi)的農(nóng)田主要采用明溝、暗管進(jìn)行排水（鹽），布局規(guī)劃缺乏且建設(shè)規(guī)模有限，維護(hù)力度不足甚至報(bào)廢現(xiàn)象嚴(yán)重，普遍存在排水坡降難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求、排水（鹽）不暢、調(diào)控能力差、運(yùn)行管理效率低下等問題，致使農(nóng)田排水系統(tǒng)無法有效調(diào)控地下水位。

（三）粗放式的鹽堿地治理利用體系不適應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展需求

經(jīng)過多年努力，黃三角鹽堿地改良利用及農(nóng)業(yè)規(guī)模化、機(jī)械化取得一定成效，但對照新階段的可持續(xù)發(fā)展要求看，在濱海鹽堿地綜合治理與高效利用、耐鹽作物新品種培育、鹽堿農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等方面仍需大力開展精準(zhǔn)性、集成性、規(guī)模化、智能化、高值化應(yīng)用。

近年來，黃河徑流量以及沿岸地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境發(fā)生了顯著變化，黃三角地區(qū)資源性缺水、生產(chǎn) / 生活 / 生態(tài)需水要求之間的矛盾更為突出；統(tǒng)一調(diào)配黃河水，實(shí)現(xiàn)水資源在部門之間的合理配置，更好發(fā)揮水資源的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，有待開展進(jìn)一步的規(guī)劃和管理。鹽堿地改良與利用仍以灌溉與排水、上農(nóng)下漁、化學(xué)生物調(diào)理等傳統(tǒng)單項(xiàng)技術(shù)措施或模式為主，而新材料、新技術(shù)、新模式應(yīng)用有待開拓，重治輕防、重灌輕排等現(xiàn)象突出，整體性的長效治理與利用理念有待建立和應(yīng)用。玉米、小麥、水稻等傳統(tǒng)耐鹽作物品種的選育進(jìn)展緩慢、推廣范圍有限，而適宜鹽堿地現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的耐鹽作物新品種少、結(jié)構(gòu)不佳。鹽堿地“農(nóng)林牧漁”結(jié)合、“種養(yǎng)加”一體、三次產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展水平不高，科技成果轉(zhuǎn)化動(dòng)力不足；高值優(yōu)質(zhì)的鹽堿地農(nóng)產(chǎn)品缺乏且其功能性并未進(jìn)行挖掘，相應(yīng)深加工仍處于起步階段。因?yàn)I海鹽堿地自身特點(diǎn)造成播種、中耕除草、地下塊根 / 塊莖收獲難度大，傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)裝備不適應(yīng)鹽堿地高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，信息技術(shù)手段深化應(yīng)用有待展開。

（四）科技創(chuàng)新體系與運(yùn)行管理機(jī)制亟待優(yōu)化

鹽堿地治理利用的綜合成效不顯著，還體現(xiàn)在科技創(chuàng)新體系不完善、運(yùn)行管理機(jī)制不健全等方面。鹽堿地治理是系統(tǒng)性工程，需要資源合理調(diào)配與協(xié)同攻關(guān)，而以問題和目標(biāo)為導(dǎo)向的頂層設(shè)計(jì)、跨部門組織協(xié)調(diào)、科研機(jī)構(gòu)協(xié)同攻關(guān)等方面的機(jī)制不夠完善，多為各自為戰(zhàn)的“碎片化”研究，不利于科研資源的集約高效和成果產(chǎn)出。產(chǎn)業(yè)發(fā)展是鹽堿地治理利用的重要原動(dòng)力、實(shí)現(xiàn)鹽堿地長效利用的根本途徑，而鹽堿地相關(guān)產(chǎn)業(yè)布局與發(fā)展滯后，對鹽堿地治理技術(shù)創(chuàng)新的牽引和驅(qū)動(dòng)作用不明顯。在鹽堿地治理利用的綜合組織、技術(shù)研發(fā)、成果應(yīng)用、后期維護(hù)方面，一體化運(yùn)行管理機(jī)制缺失，不利于重大科技成果組織凝練、知識產(chǎn)權(quán)明晰管理、技術(shù)體系應(yīng)用落地。

五、黃三角濱海鹽堿地水土資源高效可持續(xù)利用策略

（一）適度增加引黃配額以保障根系層鹽分淋洗需水，實(shí)施入海河道水系聯(lián)通工程并優(yōu)化水資源調(diào)配

2014—2021 年，黃河利津站年均徑流量為2.33×1010m3，其中當(dāng)年11月至次年6月的徑流量為3.23×109～1.54×1010m3（平均值為9.95×109m3），可以滿足每年5×109m3的黃河生態(tài)基流要求[30]。僅就黃三角核心區(qū)而言，鹽堿耕地作物需水與鹽分淋洗需水年度缺口為1.97×108～3.19×108m3，其中1.43×108～2.16×108m3用水經(jīng)鹽分淋洗循環(huán)后仍可回歸入海，建議適度增加黃三角地區(qū)的引黃配額，根本性保障灌溉淋洗供水，推動(dòng)濱海鹽堿耕地的可持續(xù)利用。

有必要在東營市、濱州市實(shí)施黃三角濱海水系（河、湖、庫、濕地）聯(lián)通工程，對水資源進(jìn)行集中調(diào)配以取得三方面成效。① 利于防洪除澇和雨水資源利用。夏季上游洪水來勢猛，下游海潮頂托泄水慢，黃河現(xiàn)行入海流路單一且無法調(diào)控洪水，易造成洪澇災(zāi)害并浪費(fèi)水資源。通過沿海地區(qū)入海河道的水系聯(lián)通建設(shè)，增強(qiáng)河道防洪除澇、雨水資源綜合利用的集中調(diào)度能力。② 利于區(qū)域水資源靈活調(diào)配和地下水位調(diào)控。沿海地區(qū)“河湖庫”水系聯(lián)通，直接支持調(diào)水、儲(chǔ)水、配水、輸水、排水等多過程綜合調(diào)控，提高地區(qū)水資源時(shí)空分布優(yōu)化配置能力；便于控制區(qū)域地下水位，緩解排水（鹽）效率低、土壤次生鹽堿化等問題。③ 利于濱海陸地、沿岸海域的生態(tài)恢復(fù)。黃河多流路串聯(lián)入海，將緩解沿海灘涂的蝕退壓力，增加生物多樣性和生物量，提高植被覆蓋率，改善入海河道、近岸海域及其輻射范圍內(nèi)的水生態(tài)環(huán)境，加快河 - 海 - 陸交互地帶的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)進(jìn)程。

（二）實(shí)施高標(biāo)準(zhǔn)灌排體系與配套建設(shè)工程，提高濱海鹽堿農(nóng)田建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及耕地質(zhì)量

建議國家層面給予直接資源保障，加快實(shí)施黃三角濱海鹽堿地高標(biāo)準(zhǔn)灌排體系與配套建設(shè)工程。在海岸線以內(nèi)5～10 km區(qū)域，修建從套爾河口到支脈溝口、長約130 km 的截滲墻及若干座揚(yáng)水站，利用當(dāng)?shù)刎S富的可再生能源，采取強(qiáng)排方式加速區(qū)域排水，降低截滲墻內(nèi)側(cè)的地下水位，實(shí)質(zhì)性解決排水自然坡降不足的問題。

根據(jù)綜合治理與生產(chǎn)效能提升、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的形勢和要求，建議將黃三角地區(qū)鹽堿農(nóng)田建設(shè)投資標(biāo)準(zhǔn)提高到3500～5000 元 / 畝，重點(diǎn)支持以下方面：① 參照不同區(qū)域的地下水埋深控制標(biāo)準(zhǔn)，完善排水溝道體系配套條件，改善田間排水設(shè)施（如明溝、暗管、豎井）布局，提高農(nóng)田壓堿排鹽、除澇抗?jié)n能力；② 建設(shè)節(jié)水灌溉工程，優(yōu)化灌溉制度，優(yōu)選抗旱耐鹽節(jié)水品種，提高灌溉水利用率和生產(chǎn)效率；③ 通過治堿改土、培肥地力等措施，改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，將耕地地力提升至中等以上水平，同時(shí)構(gòu)建良好的水鹽協(xié)同生態(tài)環(huán)境；④ 建設(shè)農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測工程，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，提高灌水、施肥、控鹽的智能化水平；⑤ 完善農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)配套體系，支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

（三）因地制宜開展鹽堿地治理利用關(guān)鍵技術(shù)與綜合集成模式的示范推廣

依托已啟動(dòng)或即將開展的黃三角濱海鹽堿地治理與產(chǎn)能提升技術(shù)研究各類專項(xiàng)計(jì)劃或科研項(xiàng)目，開展黃三角濱海鹽堿地綜合利用關(guān)鍵技術(shù)與集成模式示范推廣。

建設(shè)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)綜合示范園區(qū)，按照內(nèi)陸高效農(nóng)業(yè)種植區(qū)、中部農(nóng)牧漁業(yè)綜合利用區(qū)、近海牧漁業(yè) - 濕地生態(tài)協(xié)同發(fā)展區(qū)等類型劃分，形成統(tǒng)籌規(guī)劃，因地制宜、分區(qū)治理、“農(nóng)牧漁”互補(bǔ)、“糧經(jīng)飼”協(xié)同、“蓄水、調(diào)水、配水、用水、排水”與“用地、改土、養(yǎng)地、管地”相結(jié)合的黃三角濱海鹽堿地綜合治理模式。構(gòu)建控鹽 - 抑害 - 改土 - 增養(yǎng) - 促生一體化、鹽漬并治的鹽堿化土地綠色利用技術(shù)體系，驅(qū)動(dòng)具有集約化經(jīng)營、規(guī)模化生產(chǎn)、機(jī)械化作業(yè)、智能化管控特征的現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展，顯著提高黃三角濱海鹽堿地高效可持續(xù)利用水平。

推動(dòng)從治理鹽堿地以適應(yīng)作物生長向選育耐鹽堿植物以適應(yīng)鹽堿地的重大轉(zhuǎn)變，研發(fā)耐鹽作物 /鹽生植物優(yōu)良品種的篩選、培育、栽培以及資源化利用技術(shù)，建立耐鹽作物 / 鹽生植物種質(zhì)資源庫，創(chuàng)建鹽堿地耐鹽作物優(yōu)質(zhì)高效種植技術(shù)體系，大力發(fā)展適鹽種植，支撐黃三角濱海地區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

構(gòu)建多元化的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)營體系，發(fā)展鹽堿地特色種業(yè)、食品加工業(yè)、生物技術(shù)與制造業(yè)，形成“農(nóng)牧漁鹽”功能互補(bǔ)的產(chǎn)業(yè)鏈，帶動(dòng)濱海地區(qū)鹽堿地現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

六、結(jié)語

黃三角區(qū)位優(yōu)勢明顯，鹽堿后備耕地資源豐富，推動(dòng)濱海鹽堿地綜合治理與高效利用，既是區(qū)域農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量與可持續(xù)發(fā)展的需求，也事關(guān)國家糧食與生態(tài)安全戰(zhàn)略。著眼新的環(huán)境變化形勢，黃三角地區(qū)的水土資源配置失衡問題更顯突出，成為制約區(qū)域鹽堿地綜合治理成效、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸環(huán)節(jié)。本文在梳理黃三角濱海鹽堿地治理利用成效、地區(qū)水土資源配置現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，深入辨識農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，提出了促進(jìn)水土資源高效可持續(xù)利用的應(yīng)對策略：① 在滿足黃河生態(tài)基流要求的同時(shí)，適度增加引黃配額，實(shí)質(zhì)性緩解黃三角地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水資源趨緊的不利局面，同步實(shí)施沿海入海河道水系聯(lián)通工程，在區(qū)域?qū)用嫔蠈?shí)現(xiàn)水資源均衡調(diào)度；② 實(shí)施黃三角地區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)灌排體系與配套建設(shè)工程，合理提高鹽堿農(nóng)田建設(shè)投資標(biāo)準(zhǔn)，在農(nóng)田尺度層面上促進(jìn)耕地的提質(zhì)增效；③ 強(qiáng)化鹽堿地治理利用關(guān)鍵技術(shù)與綜合集成模式的示范推廣，充分發(fā)揮科技創(chuàng)新對黃三角鹽堿地治理及可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵支撐作用。

鹽堿地治理、水土資源優(yōu)化布局涉及一系列復(fù)雜的理論、技術(shù)和應(yīng)用問題。著眼未來發(fā)展，準(zhǔn)確刻畫氣候、作物、土壤、地下水等因素對根區(qū)鹽分累積效應(yīng)的綜合影響，為鹽分淋洗需水量的精準(zhǔn)測算、區(qū)域水土資源的評價(jià)管理確立科學(xué)基礎(chǔ)，是值得進(jìn)一步探究的科學(xué)問題；有關(guān)新的變化環(huán)境下水土資源的動(dòng)態(tài)演變規(guī)律、濱海入海河道水系聯(lián)通工程與高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田協(xié)同建設(shè)方案的規(guī)劃設(shè)計(jì)等，仍需深入開展論證和推演。

利益沖突聲明

本文作者在此聲明彼此之間不存在任何利益沖突或財(cái)務(wù)沖突。

Received date:April 19, 2023;Revised date:May 18, 2023

Corresponding author:Kang Shaozhong is a professor from the College of Water Resources and Civil Engineering, China Agricultural University, and a member of Chinese Academy of Engineering. His major research field is water conservation and water resources in agriculture.E-mail: kangsz@cau.edu.cn

Funding project:Chinese Academy of Engineering project “Strategic Research on the Integrated Governance and Greening Production Efficiency of Coastal Saline-Alkali Land in the Yellow River Delta”(202201SDS01)