統籌推進西北地區鹽堿地綜合治理利用:現狀、挑戰與對策建議
中國網/中國發展門戶網訊 鹽堿地是潛力巨大的耕地后備資源和價值巨大的“潛在糧倉”,土壤鹽堿化是制約土地資源化利用和農業高質量發展的瓶頸問題。黨的十八大以來,習近平總書記高度重視鹽堿地綜合改造利用工作,多次深入鹽堿地區域實地考察,作出了一系列重要指示批示,強調鹽堿地綜合利用是一個戰略問題,必須擺上重要位置。西北地區(包括陜西、寧夏、甘肅、內蒙古、青海和新疆)鹽堿地面積占全國的69.03%,被譽為“世界鹽堿地博物館”,該區鹽堿地是我國實現“藏糧于地、藏糧于技”的重要耕地補充資源,其綜合治理利用對拓展農業生產空間、保障大食物觀下的國家食物安全意義重大。進入生態文明與綠色發展的新時代,如何在水資源安全、生態環境安全底線約束下統籌推進西北地區鹽堿地綜合改造利用,是值得深入研究的戰略問題。
統籌推進西北地區鹽堿地綜合治理利用的重要意義
鹽堿地綜合治理利用是嚴守耕地保護紅線和拓展糧食增產空間的重要抓手
當前,我國耕地保護和糧食安全面臨的形勢依然嚴峻。一方面,現有耕地多處于高強度利用狀態,農田高產值提升空間不斷收窄,難度持續加大,且耕地撂荒問題突出。據第3次全國國土調查(以下簡稱“國土三調”)數據,我國現有耕地19.18億畝(1.28 ×109 hm2),盡管守住了18億畝耕地保護紅線,但較第2次全國國土調查(以下簡稱“國土二調”)數據減少了1.13億畝。另一方面,糧食產需總體呈現緊平衡,糧食進口量依然較大,且外部資源環境約束力度不斷增大,全國糧食安全保障壓力持續加大。根據國家統計局公布的數據,2023年我國進口糧食總量相當于全國糧食總產量的23.29%。從實踐看,保障耕地保護紅線和糧食安全底線需要兼顧現有耕地產能提升和后備耕地資源合理開發利用。鹽堿地作為我國平抑耕地短缺、彌補糧食缺口的重要戰略后備資源,治理利用潛力巨大,可在國家糧食充裕時藏糧于地,而在國家糧食短缺時恢復產能。據統計,我國擁有約5.5億畝(3.7×108 hm2)可利用鹽堿地,近期具備農業改良利用潛力的約1億畝,集中分布在西北地區。另據調查,當前我國鹽堿耕地分布范圍逐步擴大,鹽堿化程度持續加重,尤其西北地區耕地次生鹽堿化問題日益凸顯。因此,統籌推進西北地區鹽堿地綜合治理利用,科學有序開墾宜耕鹽堿地,因地制宜改造現有鹽堿耕地,多措并舉防治耕地次生鹽堿化,對于穩步拓展農業生產空間、全力提升耕地利用質量、保障多元化食物供給等具有重要戰略意義。
統籌推進鹽堿地綜合治理利用是實現綠色發展與生態文明建設的有效途徑
我國鹽堿地多地處生態環境脆弱區、敏感區,以及水資源匱乏區,全面考慮鹽堿地生態服務功能和區域水土資源承載力,統籌好生態安全、水資源安全和大食物供給總體安全的關系,是實現鹽堿地長期可持續開發和高質量利用的關鍵。當前,西北地區水資源供需矛盾日益突出,部分區域已處于過度開發狀態,鹽堿地開發利用的技術難度持續增加、經濟效益顯著下降和生態風險不斷升高。據統計,全國水資源開發利用率為22.60%,而西北地區達到59.80%,且人均年用水量是全國的2.96倍。為此,西北地區鹽堿地改良利用亟須走產能提升和生態保護相結合的綠色發展道路,建立與水土資源綜合承載力相匹配的生態產業新格局,因地制宜提高鹽堿地生態治理能力,構建“山水林田湖草沙”多種生態系統協同發展模式,提升防風固沙能力,防止鹽堿地荒漠化,促進人與自然和諧共生。此外,鹽堿地具備巨大的儲碳空間與潛力,尤其堿性土壤的碳酸鈣累積可形成穩定無機碳庫,初步估算,鹽堿地開墾可使西北內陸鹽堿土區有機碳密度增加7.65 t/hm2 ,且塔里木盆地每年形成的無機碳匯可達2 Tg C,表明充分發揮鹽堿地固碳控排潛力,可為我國“碳達峰、碳中和”戰略實施提供有力支撐。因此,統籌推進西北地區鹽堿地產能提升與生態保護,對于促進農業高質高效發展、推動鄉村全面振興、支撐生態文明建設、緩解全球氣候變化等具有重要現實意義。
鹽堿地綜合治理利用是加速全球減貧進程和提升人類共同福祉的關鍵舉措
鹽堿地作為一種自然景觀,是多種因素(包括人為因素)綜合形成的,其不可能被“消滅”,也沒有必要被“消滅”,需要在充分認識和尊重鹽堿地科學規律的基礎上,整合多方資源、匯聚各方力量,兼顧治理、利用和保護,以實現鹽堿地高質量開發和可持續利用。自20世紀50年代以來,我國在西北地區鹽堿地綜合治理利用方面開展了一系列科技攻關和應用示范,形成了一批適用于不同區域、不同類型鹽堿地改良與農業高效利用的實用技術及方法,培育了50多種耐鹽堿的糧油、飼草、特種經濟作物新品種(系),且在實際推廣應用中取得了良好效果。當前,隨著氣候變化和人類活動干擾的持續加劇,全球土地鹽堿化出現了許多新問題和新挑戰。據測算,全球超過124.95億畝(8.33×109 hm2)的土地已受到鹽堿化威脅,超過10%的農業用地已發生了鹽堿化,主要分布在中亞、中東、南美、北非和太平洋等地區。而且全球范圍內的鹽堿地面積呈擴張態勢、土壤鹽堿化程度呈上升趨勢,正在導致農業生產力下降、耕地大面積撂荒,使未來糧食生產和供給面臨重大挑戰,尤其人均收入低、增收難度大的貧困落后區域。因此,在西北地區探索可復制、可推廣的鹽堿地綜合治理利用與生態環境保護特色路徑,可為全球鹽堿地開發利用提供中國方案,為加速全球減貧進程、提升人類共同福祉貢獻中國智慧。
西北地區鹽堿地綜合治理利用研究現狀與發展趨勢
鹽堿地資源數量與變化趨勢
我國鹽堿地資源豐富,從開發利用角度,可分為鹽堿土資源、鹽生植物資源、咸水/微咸水資源,以及旅游和生態資源等,其中鹽堿土資源是鹽堿地資源的核心部分。據調查,我國鹽堿地面積約15億畝(1×109 hm2),其中西北地區占比70%左右。同時,西北地區鹽堿地具有豐富的鹽生植物多樣性,其中新疆、內蒙古、甘肅、青海、陜西和寧夏的鹽生植物種類分別占全國鹽生植物總數的60.54%、38.02%、37.66%、29.37%、24.14%和23.42%。而且,西北地區非常規水資源儲量較大,其中地表苦咸水資源量為1 650.883×108 m3,青海和新疆分別占75.51%和18.84%;地下苦咸水資源量為62.302×108 m3,新疆、內蒙古和甘肅分別占49.94%、18.11%和16.52%。另外,西北地區鹽堿地具有巨大的生態產品價值挖掘潛力。
我國鹽堿地的形成特點和分布規律是自然鹽循環和人為鹽循環共同作用的結果,根據生物氣候和水土條件,西北地區鹽堿地基本可劃分為四大分布區(圖1):甘、蒙、新干旱—漠境鹽堿區,主要分布在甘肅河西走廊、內蒙古西部阿拉善地區和新疆天山以北區域(包括伊犁盆地);青、新極端干旱漠境鹽堿區,主要分布在塔里木盆地、吐魯番盆地和柴達木盆地;黃河中上游半干旱—半漠境鹽堿區,主要分布在河套平原、黃土高原及鄂爾多斯高原;內蒙古高原干旱—半漠境草原鹽堿區,主要分布在內蒙古狼山以北直到中蒙邊境,并向東北延至二連浩特市一帶。總體上,在自然和人為因素的影響下,水、土中可溶性鹽類通過參與土壤積鹽、脫鹽過程,塑造了西北地區獨特的鹽堿地分布特點。
近40年來,隨著持續改良開發,我國鹽堿地的面積、分布、利用等情況發生了明顯變化,鹽堿地呈現面積總量減少、空間分布碎片化、開發利用難度不斷增加的趨勢,鹽堿耕地面積呈擴張趨勢,而鹽堿地可墾資源呈減少趨勢,尤其優質可墾資源。如圖1所示,在1980—2018年,我國鹽堿地總面積年減少率為22.71×104 hm2/a,其中1980—2003年呈顯著減少趨勢,年減少率為28.68×104 hm2/a,而2004—2018年呈緩慢增長趨勢,年增長率為21.09×104 hm2/a。通過比較全國第2次土壤普查(以下簡稱“土壤二普”)數據(鹽堿耕地5.79×106 hm2)與2011年原農業部調查數據(鹽堿耕地7.60×106 hm2)可發現,我國鹽堿耕地面積在過去30年呈持續增長趨勢。從國土二調到國土三調,全國可開墾鹽堿地從1.21×107 hm2減少到了7.67×106 hm2,且適宜開發為耕地的鹽堿荒地已不足1億畝(6.67×106 hm2)。
就西北地區而言,統計資料顯示,新疆鹽堿地面積占全國鹽堿地總面積的36.8%,在1991—2020年,全疆鹽堿耕地面積增加超過200×104 hm2,年增長率約7.86×104 hm2/a。據全國第3次土壤普查(以下簡稱“土壤三普”)初步判定,新疆約有1.16億畝(7.73×106 hm2)鹽堿荒地具備開發利用潛力,如果開發可每年新增糧食190億斤。同時,據土壤三普鹽堿地專題調查初步結果,甘肅全省現有鹽堿耕地56.67×104 hm2,相比2011年增加了24.42×104 hm2,而且全省擁有宜農墾荒地53.88×104 hm2。青海鹽堿地調查數據顯示,全省鹽堿地面積達320×104 hm2,其中柴達木盆地鹽堿地面積占比超過了90%。當前,青海適宜改造為耕地的鹽堿荒(草)地有2 000萬—3 000萬畝,其中海西州鹽堿地具備較好開發利用潛力。據調查,寧夏現有鹽堿地約40×104 hm2,鹽堿耕地16.58×104 hm2,具備開發利用潛力的鹽堿荒地達5.57×104 hm2。同時,陜西鹽堿地面積為35.08×104 hm2,鹽堿耕地14.24×104 hm2,其中榆林和鹵泊灘擁有超150萬畝(10×104 hm2)宜耕鹽堿地。據統計,內蒙古有鹽堿地565.93×104 hm2,鹽堿耕地105.69×104 hm2,其中內蒙古河套灌區鹽堿耕地面積占內蒙古總耕地的68.65%;相比2000年,2020年該灌區鹽堿耕地面積(39.40×104 hm2)增加了5.07×104 hm2。目前,內蒙古和新疆已被納入國家鹽堿地等耕地后備資源綜合利用試點省區。可見,西北地區鹽堿地農業利用潛力巨大(表1),對區域耕地數量的增加和大食物觀下多元化食物安全的保障具有至關重要意義。
土壤鹽堿化現狀與演變過程
土壤鹽堿化是自然因素(如氣候、地形、地貌、土壤、植被、水文地質、生物活動等)和人為因素(如過墾過牧、棄耕撂荒、不合理的灌排管理、水利工程和土地利用等)雙重作用下的一種土地退化形式。我國是土壤鹽堿化比較嚴重的國家,尤其在西北地區,土壤鹽堿化、次生鹽堿化對植被生長、農業生產、生態環境、工程建設、人類社會發展等方面構成了潛在威脅。隨著區域水土資源持續開發與利用,我國鹽堿地區原有水鹽堿運移規律被干擾甚至被破壞,土壤鹽堿化程度、分布及鹽堿化耕地的數量發生了明顯變化。根據中國土壤鹽堿化調查公報顯示,當前我國輕度、中度和重度鹽堿化土地面積分別占鹽堿地總面積的64%、33%和3%,與土壤二普相比,輕度、中度和重度鹽堿化土地占比分別增加了14.59%、減少了4.24%和減少了10.34%。同時,我國鹽堿化耕地較20世紀80年代增幅近30%,其中輕度、中度和重度鹽堿化耕地占比分別為52%、31%和17%,其可造成作物分別減產5%—10%、11%—20%和30%以上。
近40年來,我國西北地區土壤鹽堿化程度呈不斷增加態勢,其中:重度土壤鹽堿化面積呈降低趨勢,而輕度、中度土壤鹽堿化面積呈增加趨勢;耕地鹽堿化表現出局部減緩與全局加重并存、原生與次生并存,以及復墾與撂荒并存的趨勢;鹽堿化耕地增加多集中于新墾區,老灌區土壤鹽堿化得到了初步緩解,而鹽堿撂荒耕地多分布在綠洲—荒漠過渡區。如圖2所示,從1995—2020年,新疆鹽堿化耕地占全疆總耕地比例從30.12%增加到了37.72%,其中輕度、中度和重度鹽堿化耕地占比分別從15.87%、8.4%和5.9%變到了31.93%、8.24%和1.89%。在2015—2017年,新疆生產建設兵團鹽堿化農田面積為53.1×104 hm2,其中23.2%的鹽堿化耕地為原生鹽堿土,76.8%為次生鹽堿土。目前,新疆鹽堿化耕地面積的持續增加主要分布在南疆(包括克州、巴州和喀什地區),且多集中于新墾區,然而節水灌溉技術的大規模應用正在加劇綠洲耕地的次生鹽堿化。在1976—2018年,甘肅景泰川電力提灌灌區土壤鹽堿化程度總體呈加重趨勢,并以次生鹽堿化為主,截至2016年,景泰縣因鹽堿化影響而棄耕的撂荒地達6.5萬畝(4 330 hm2)。當前,甘肅輕度、中度和重度鹽堿化耕地分別占全省總耕地的49.46%、35.07%和15.47%。
青海鹽堿化土地主要分布在柴達木盆地,2000—2015年柴達木盆地重度、中度、輕度和無或弱度鹽堿化土地面積占比分別從19.35%、11.93%、13.95%和54.77%變到了8.60%、21.34%、35.49%和34.57%。整體上,青海重度土壤鹽堿化面積呈明顯減少趨勢,而中度、輕度土壤鹽堿化面積均有所增加。寧夏土壤鹽堿化主要分布在引黃灌區以北的銀北灌區及以紅寺堡為代表的揚黃灌區。在1989—2019年,銀北地區鹽堿化耕地面積總體呈增加趨勢,與1989年相比,2019年輕度、中度和重度鹽堿化耕地面積分別增加了4.92%、3.89%和0.72%。在揚黃灌區,重度、中度和輕度鹽堿化耕地分別占灌區鹽堿耕地的16.5%、24.9%和58.6%,其中紅寺堡輕度、中度和重度鹽堿化土地面積分別占比14.06%、65.63%和20.31%。據統計,近70年來寧夏灌區土壤次生鹽堿化年增加速率約為4.6%。在1986—2016年,內蒙古河套灌區土壤鹽堿化面積總體呈縮減趨勢,當前鹽堿化耕地面積為32.3×104 hm2,其中重度、中度和輕度分別占比16.3%、30.6%和53.1%。陜西土壤鹽堿化面積呈上升趨勢,與1980年相比,目前關中和陜北耕層土壤均呈堿化趨勢,而陜南呈酸化趨勢,但不同土層的變化規律存在差異。
在全球氣候變化和水土資源配置調整的未來場景下,土壤鹽堿化演變進程將加快,許多新問題和新挑戰將出現。在第六次國際耦合模式比較計劃(CMIP6)提供的SSP2-4.5和SSP5-8.5兩種排放情景下,我國西北地區原生土壤鹽堿化程度總體呈現持續加劇趨勢(圖2)。盡管如此,受制于社會經濟利益與國家宏觀經濟政策的驅動,土壤鹽堿化的演變趨勢還取決于區域水土資源開發等人類活動。尤其,西北地區現代節水灌溉農業大面積推廣應用導致的“自上而下”型土壤次生鹽堿化亦不容忽視。因此,開展原生和次生土壤鹽堿化調查,科學做好鹽堿地治理與利用,對守住耕地保護紅線、拓展糧食增產空間極其關鍵。
鹽堿地改良與土壤鹽堿化防治
我國鹽堿地類型多樣,分布范圍廣,鹽堿地治理問題一直備受關注,尤其從20世紀50年代開始,各農業主產區都加強了鹽堿地可持續利用及改良技術研究,并取得了長足進展。跨入21世紀,我國鹽堿地改良邁入與生態環境治理相結合的新階段,經過多年探索與實踐,鹽堿地改良治理已形成了三大路徑,即“以地適種”“以種適地”,以及與這兩大技術路徑相結合的“適地適種”。其中,“以地適種”主要從“改土”入手,通過各種改良措施以實現土壤降鹽控鹽排鹽;“以種適地”主要從“改種”出發,通過各種手段選育耐鹽堿的植/作物;“適地適種”協同創新可科學優選鹽堿地開發利用和治理改良的有效做法,提高社會經濟效益,加強生態環境保護。
目前,我國鹽堿地改良主要有物理治理措施、化學治理措施、生物治理措施和綜合治理措施四大類(圖3)。其中,在物理治理措施中,農業改良的工作量較大,生產成本較高,且操作不善易危害生態環境,而工程改良的費用和養護成本均較高,要求水源豐富、排灌技術完善,易造成水資源浪費,很難適應現代節水農業發展需求;化學治理措施的成本較高,不宜大范圍推廣應用,且化學改良劑的過量施用會引起土壤二次污染風險;生物治理措施的成本相對較低,可調控土壤微生物與酶活性,具有潛在經濟價值,但該方法很難從源頭上解決土壤積鹽問題;綜合治理措施是在進行單一改良的同時因地制宜融合其他有效措施,取長補短,以實現鹽堿地生態環境保護、經濟效益提升和可持續開發利用共贏。例如,甘肅綜合采用農藝、工程、化學、生物等措施,形成了培肥“控”鹽、節水“阻”鹽、灌水“壓”鹽、適種“抗”鹽四大技術模式,取得了良好效果。總體上,在系列鹽堿地政策、規劃、示范、工程等實施下,我國在鹽堿地綜合治理利用方面已形成了八大體系40多項實用技術,包括光粒子鹽堿土改良增產增效技術、微生物—納米整合治理技術、咸水結冰灌溉改良技術以及炭基微生物控鹽降堿改良技術等,這些前沿技術極大提高了作物產量、改善了生態環境。
土壤鹽堿化防治不僅在于降低現有鹽堿土的鹽分、堿分含量,還在于防范土壤次生鹽堿化的發生。近年來,我國西北地區在土壤水鹽堿運移規律與土壤鹽堿化形成機理、土壤鹽堿化演變過程的智能監測與尺度轉換、鹽堿化障礙的生態消減與地力提升、鹽堿化農田灌排優化管理與邊際水安全利用等方面取得了積極進展,并為多尺度土壤鹽堿化的快速監測評估和風險預警及其防治對策制定奠定了堅實基礎。例如,內蒙古鄂爾多斯市探索出了輕度鹽堿化耕地“化肥減施增效與生物強化”、中度“阻鹽培肥與增產增效”、重度“滴灌節水控鹽與水肥劑一體化”改良利用技術模式。另外,西北地區初步形成了“一區一策”土壤鹽堿化防治與糧經飼作物產能提升技術模式,例如新疆瑪納斯節水農田鹽堿管控和棉花—林果產能提升技術模式、河西走廊缺水鹽堿地多水控鹽改土和玉米—小麥產能提升技術模式、高揚程引黃灌區鹽堿地節水抑鹽與向日葵—玉米產能提升技術模式、沿黃灌區鹽堿荒地節灌控排生物培肥與向日葵—玉米產能提升技術模式、河套灌區灌淤鹽堿化耕地灌排協同控鹽與向日葵—玉米產能提升技術模式、揚黃灌區次生鹽堿化耕地精量灌排抑鹽與玉米—小麥產能技術模式等,這些先進技術模式對西北地區土壤鹽堿化生態治理和鹽堿地可持續開發利用至關重要。
在自然因素和人類活動交互影響下,根據不同地域土壤水鹽堿運移規律和鹽堿化發生特點,堅持“因地制宜、多措并舉、分類施策、節水優先”理念,制定全局與局域、近期與遠景鹽堿地改良利用、產能提升和生態保護戰略規劃和政策,已成為提升西北地區鹽堿地綜合利用,以及實現社會、經濟、生態、環境效益多目標需求的關鍵舉措。尤其在現代節水條件下,加快突破灌區“自下而上”型和“自上而下”型土壤鹽堿化防治的理論瓶頸和技術難題,協同創新旱、澇、鹽、堿、瘦綜合治理,農、林、牧、副全面發展,排、灌、平、肥統籌兼顧,正在成為提高西北地區鹽堿地資源利用效率和生產力水平,推動生態環境和社會經濟可持續發展的有效途徑。
統籌推進西北地區鹽堿地綜合治理利用面臨的問題
鹽堿地資源底數不清,土壤鹽堿化演變趨勢不明,鹽堿耕地撂荒問題凸顯
鹽堿地資源類型、分布、數量等的統計數據來源口徑不一,缺乏更加精準、全面的連續性監測數據,鹽堿地資源底數不清和數據時效性差的問題突出。
氣候變化、人類活動導致土壤鹽堿化呈現不斷擴展態勢,許多新問題、新挑戰顯現,尤其內陸河流域綠洲長期大規模節水灌溉致使“自上而下”型土壤次生鹽堿化新風險突出,而且不合理咸水/微咸水灌溉使問題更加嚴重。
隨著鹽堿耕地面積不斷擴大,灌溉農業用水逐漸增加,導致淡水資源日益緊缺,土壤鹽堿化程度持續加劇,鹽堿耕地撂荒成為迫在眉睫的現實問題。
鹽堿地資源多元化開發利用不足,可復制、可推廣鹽堿地創新治理模式缺少
鹽堿地資源開發利用多集中于鹽堿土地,對鹽生植物、咸水和微咸水以及鹽堿草地、濕地和湖泊等資源的綠色高效、高質高值開發利用不足,缺乏因地制宜多元化綜合利用規劃。
鹽堿地治理改良是一個復雜的系統工程,現有農藝、工程、生物、化學等治理措施效果單一,優勢不能有效發揮,缺少可復制推廣、安全經濟的精準治理技術體系、產品和裝備。
針對“以地適種”存在受技術經濟可行性和自然資源條件等制約的問題,亟待創新推動“以種適地”與“以地適種”相向而行、雙向發力,助力鹽堿地資源綜合開發利用。
鹽堿地長效管理機制不健全,科技支撐力度不足,“教科企推”合作水平不夠高
對鹽堿地全過程管理長效性的認識不充分,存在資金投入不足、激勵約束機制不健全、投融資體制不完善、缺乏后期監管運維基金、治理后產權不清等問題。
鹽堿地綜合治理利用方面的跨部門、跨組織和跨地域協調合作、協同攻關力度不夠,依靠科技創新破解鹽堿地治理和利用方面的共性、基礎性關鍵核心技術和前沿引領性技術難題有待加強。
在鹽堿地綜合治理利用方面雖與教學、科研、企業、推廣單位有基礎合作,但交流多限于省域內,借鑒國內外先進經驗的能力還不夠,思路方法還不夠創新,產業鏈還不夠長。
新時期鹽堿地綜合治理、產能擴增和生態效益提升的協同發展路徑尚待突破
亟待優先保護鹽堿生態環境系統,避免因小失大,因短期的、小面積局部的開發利用,引發鹽堿荒漠化、鹽堿塵暴等永久的、大面積的生態環境問題。
對鹽堿地區山水林田湖草沙作為生命共同體的內在機理和規律認識不夠,導致鹽堿地開發利用、生態治理與有效保護相結合的整體管理策略缺乏,使得鹽堿地治理利用缺乏韌性、穩定性和可持續性,難以多目標有效協同。
亟須突破傳統鹽堿地治理利用思維,攻關鹽堿地產能—生態效益協同提升理論和分類分區治理技術模式,開辟生態適應型鹽堿地綜合治理利用新道路。
西北地區鹽堿地與土壤鹽堿化研究的重點方向
在新形勢下,受氣候變化和人類活動雙重影響,西北地區鹽堿地與土壤鹽堿化研究進入了機遇與挑戰共存的創新跨越新階段,急需面向農業、資源、生態、環境等領域和行業,圍繞鹽堿地綜合治理利用研究重點方向(圖4),依靠科技創新破解鹽堿地與鹽堿化研究的前沿引領性技術難題,搶占未來鹽堿地資源高質量開發利用科技制高點,為國家農業升級、耕地保護、糧食增產、生態安全等發揮重要作用,為全球鹽堿地綜合治理利用提供科技支撐和借鑒范例。
鹽堿地區生態水文過程及土壤鹽堿化效應
鹽堿地區生態水文過程是當前國際生態水文學研究中的熱點方向,土壤—植被—水文耦合過程是揭示土壤水鹽堿運移規律、鹽堿地植被分布格局和土壤鹽堿化空間分異的重要切入點。在人類活動和全球氣候變化不斷加劇的背景下,突破鹽堿地區生態水文多要素的多尺度綜合融合與系統模擬、極端氣候事件及土地利用/覆被變化引起土壤鹽堿化過程變化的生態水文機理、全球氣候變化和高強度人類活動對鹽堿地區生態水文過程多重影響的檢測與歸因等關鍵科學問題,可為鹽堿地區生態環境的維護和恢復、生態水文與社會經濟的協同發展和提升提供科學指導。
鹽堿地區土壤碳庫源匯效應及其固碳潛力
鹽堿地區土壤碳庫動態及其對人類活動和氣候變化的響應是土壤碳循環研究的前沿問題,旱區鹽堿地無機碳過程作為碳循環領域的新發現,其可能的機理、動態與影響因素、碳匯形成潛力及效益等問題受到廣泛關注。結合長期樣地監測、通量觀測、遙感監測、模型模擬等技術手段,闡明氣候變化與人類活動影響下旱區鹽堿地土壤有機碳和無機碳的時空格局、演變規律及驅動機制,揭示鹽堿地區碳匯關鍵過程與調控機制以及碳庫穩定性、碳匯可持續性及潛力,可為國家節能減排規劃和實現“雙碳”目標提供科學依據,為我國在國際碳平衡談判中把握主導權提供全面科技支撐。
鹽堿地區生態系統穩定性與穩態轉換過程
生態系統穩定性及其維持機制是生態學領域研究熱點,生態系統穩態轉換機制及其早期預警是生態系統適應性管理研究的重點。隨著氣候變化和人類活動對鹽堿地區生態系統雙重擾動的不斷加劇,鹽堿地區生態系統可能會從一種穩定狀態跨越閾值轉變到另一種穩定狀態,引發生態環境問題,給社會經濟帶來巨大損失。在鹽堿地區,揭示生態系統多尺度穩態轉換機制,構建定量刻畫生態系統臨界轉換的數學模型,研發適應復雜系統的穩態轉換綜合檢測方法,將系統臨界閾值、早期預警信號納入到生態系統管理體系,深入解析生態系統服務驅動機制和可持續發展多元路徑,可為加快構建生態保護新格局、推進生態文明建設提供科技支撐。
鹽堿障礙消減和產能擴增與生態效益提升
土壤鹽堿障礙的綠色消減與健康保育,以及鹽堿化耕地的提質改造與生態治理是近期鹽堿地綜合開發利用與產能提升的主攻方向,利用植物—土壤—微生物互作機制協同提升鹽堿地生態功能和產能效益已成為國際研究的新趨勢。開展鹽堿地內穩性地力提升與沃土創建技術研究,對鹽堿地農業高質量發展至關重要。當前土壤鹽堿障礙消減和產能擴增研究的前沿熱點主要集中在基于生態修復對新材料、新裝備、新工藝、新技術和新方法的探索與利用方面,特別是微生物在鹽堿地改良中的作用及嗜鹽/耐鹽微生物資源的挖掘、土壤改良劑在遏制土壤鹽堿化進程中的作用及生物炭改良鹽堿地的潛力、生物移鹽排堿技術開發與耐鹽堿植物種質篩選。
統籌推進西北地區鹽堿地綜合治理利用的對策建議
構建“數智”監測預警系統,健全土壤鹽堿化風險動態研判機制
利用遙感、大數據、云計算、人工智能等先進技術,構建鹽堿地多源信息融合與綜合觀測網絡系統,形成集連續監測、數據共享、災害預警、決策制定、成效評估與綜合示范等功能于一體的“數智”鹽堿地綠色發展服務平臺。
加強人為、自然要素對土壤鹽堿化的影響監測與精準解析,開展典型及熱點區域(如跨流域調水區、引黃/沿黃/揚黃灌區、咸水/微咸水補灌區)土壤次生鹽堿化發生與發展趨勢預測、預警和風險評估研究,健全土壤鹽堿化風險動態研判機制,提升監測預警能力,支撐鹽堿地精準治理。例如厘清大規模、長距離跨流域調水工程實施對調水區、輸水線和受水區土壤鹽堿化的長期影響,揭示人為氣候變化導致的河川徑流季節性變化對土壤鹽堿化演變的驅動機制,明晰土壤鹽堿化對人為過度開發導致的地下水枯竭的響應。
以土壤三普為契機,集成“空—天—近—地—網”一體化先進調查技術與傳統調查技術,全面摸清鹽堿地資源家底、土壤鹽堿化現狀和鹽堿耕地撂荒的數量、分布和趨勢以及修復與利用潛力,明確鹽堿耕地撂荒的生態、經濟和社會效應,突破鹽堿撂荒耕地復耕復種技術難點,強化農戶技術選擇行為扶持政策,多措并舉盤活撂荒鹽堿耕地,如新疆天山北坡撂荒鹽堿地“綠洲1號”菌草種植技術。
科學規劃分類治理,挖掘鹽堿地資源多元利用模式
根據不同區域鹽堿地形成特點、土壤鹽堿化發生規律和已有治理技術的效果優劣,遵循水鹽堿運動的科學原理,兼顧“流域—灌域—景觀—田塊—土層”等多尺度改良,將高效灌排耕作栽培技術、低成本高質生物化學改良產品以及耐鹽堿植/作物品種、微生物菌劑等有機結合,形成可復制能推廣的“控鹽—抑堿—改土—增養—促生”一體化鹽堿地“一區一策”治理模式。例如,河套灌區重度次生鹽堿地工程-生態治理與節水增效技術模式。
針對鹽堿地資源分布和水資源量、生態環境狀況,制定鹽堿地開發利用的總體規劃、國家標準和專項實施方案,從鹽堿土地、鹽生植物、鹽堿水資源等方面多維推進,大力篩選先鋒耐鹽堿種質資源,積極開發咸水淡化和利用技術,探索“鹽堿地+”生態—經濟—社會效益多贏的新路徑。例如,甘肅景泰縣創新出的“挖塘降水、抬土造田、漁農并重、修復生態”鹽堿地水資源漁農綜合利用模式。
促進鹽堿地開發主體與模式多元化,積極推進鹽堿地“適地適種”協同創新,因地制宜推進“農牧漁”互補、“糧經飼”協同,量體裁衣構建“宜糧則糧、宜草則草、宜牧則牧、宜漁則漁、宜果則果、宜經則經”食物供給體系,加強管護擔負生態功能的鹽堿地。例如,大力保護綠洲—荒漠內部或周邊承擔“干排鹽”和“植物聚鹽”的鹽堿荒地。
建立健全系統管理機制,提升鹽堿地科技引領賦能水平
依據歷年中央一號文件、政府工作報告和《關于推動鹽堿地綜合利用的指導意見》《全國高標準農田建設規劃(2021—2030年)》等文件,健全鹽堿地綜合治理利用激勵約束和監管運維機制,既要設計好鹽堿地的前期開發治理,也要兼顧后期管護,堅持“開墾一畝、穩定一畝”原則,保障效益持續發揮;科學引導社會資本開展鹽堿地治理與利用,建立“政府引導、市場運作、社會參與”多元化資金籌措機制,適當以鹽堿地轉換為新增耕地的經濟收益撬動社會資本進入,促進鹽堿地治理投資項目實施模式多樣化。例如,山東東營市推出的“黃河口堿地貸”鹽堿地綜合治理組合融資管理模式。
加強與相關部門和地方政府緊密合作,多措并舉搭建鹽堿地綜合治理利用創新平臺和人才儲備庫,提高科研經費投入力度,激發科研人員創新活力,攻克鹽堿地生態治理利用中的技術、裝備和產業難題;破除鹽堿地科技創新政策落實落地“壁壘”,打通創新鏈與產業鏈的融合“通道”,使鹽堿地綜合治理技術研發和推廣實現“自上而下”與“自下而上”有機結合,以提高科技創新的效益和成果轉化率。
積極搭建國內外鹽堿地綜合治理利用多層次、多形式、多領域合作交流平臺,聯合開展技術研發,共同加強宣傳引導,并通過實施“引進來”和“走出去”相結合的開放形式,共創共享鹽堿地綜合治理利用先進模式。例如,河套灌區鹽堿地治理政策、理念和標準可借鑒美國加利福尼亞州“控水排鹽+耐鹽植物種植”模式。
科學開發有效保護,開辟鹽堿地區生態文明新道路
加強鹽堿地區生態環境的建設和保護,宜開發則科學有序開發,不宜開發則全力保護。對于西北地區鹽堿地,在淡水資源相對充足、排水順暢的條件下,可對鹽堿地進行洗鹽排堿改造再種植以實現高產穩產,但潛在的生態環境影響不容忽視,應加強環境影響分析論證,做好事中事后監管工作;在淡水資源有限的條件下,要在維持鹽堿地生態功能基礎上科學有序開發利用,并協調好水資源開發和鹽堿地建設關系,在鹽堿含量相對較低的鹽堿地上種植耐鹽堿作物,保護好其他鹽堿地類型的自然景觀;在淡水資源缺乏的條件下,應優先保護區域脆弱自然鹽堿生態環境系統,合理利用咸水/微咸水資源,在鹽堿地上開發鹽生植物的藥用、飼用、景觀生態等價值。
采用基于自然的解決方案等生態化手段,深入解析穩態轉換視角下鹽堿地生態系統服務的演變過程。秉持鹽堿地區“山水林田湖草沙”一體化保護和系統治理,以科學合理的治理利用促進生產的持續發展和生態的有效保護,實現與鹽堿地和諧共生。
基于綠色發展與生態優先原則,遵循《“十四五”生態保護監管規劃》,革新以人類需求為導向的傳統發展模式,研發與時俱進、綠色高效的鹽堿地開發利用與生態保護統籌協調綜合技術體系,開辟鹽堿地治理利用和產能提升與生態保護相結合新道路。
(作者:馮起、尹鑫、衛朱猛、張舉濤、劉蔚、席海洋、魚騰飛、楊林山、劉文、陸志翔,中國科學院西北生態環境資源研究院。《中國科學院院刊》供稿)