促进土盐分离的盐碱化治理新模式

　　◎盐碱化土壤中可溶性盐类含量高，通常有机质含量极低，土壤结构不良，土表常有白色盐分积淀，直接影响植物生长发育和作物生产。为此，治理和改良盐碱土已经成为世界发展农业、治理环境的重点之一。

 

　　◎我们发现，在治理效果和环境影响等方面，目前的各类治理方法都存在三方面的问题。

 

　　◎通过调查与分析，在我国旱区盐碱治理中土盐—水盐分离的土壤盐碱化治理模式的可行性强。

 

　　土壤盐碱化是土壤和土地退化的主要类型之一，通常是指由于地下水位过高而引起的土壤易溶性盐类在土壤表层积聚的过程。土壤盐碱化主要发生在干旱、半干旱、半湿润气候区及受海水浸灌的海滨低地区域。

 

　　据估算，全世界盐碱地面积约为9.55 亿hm2，分布在世界各大洲干旱地区，集中在欧亚大陆、非洲、美洲西部，其中70%以上分布在“一带一路”沿线国家。

 

　　我国盐碱地面积约为0.99亿hm2，主要分布在新疆、河西走廊、柴达木盆地、河套平原、银川平原、黄淮海平原、东北平原西部以及滨海地区。由于气候变化和不当灌溉，耕地次生盐碱化和草场盐碱化面积还有增加趋势。

 

　　盐碱化土壤中可溶性盐类含量高，通常有机质含量极低，土壤结构不良，土表常有白色盐分积淀，直接影响植物生长发育和作物生产。为此，治理和改良盐碱土已经成为世界发展农业、治理环境的重点之一。

 

　　土壤盐碱化治理与存在问题

 

　　经过长期的治理探索，目前常用的盐碱地改良利用方法和技术主要包括物理改良（平整土地、深耕晒垡、及时松土、抬高地形、微区改土、刮出盐碱）、水利改良（灌排配套、蓄淡压盐、膜下灌溉、灌水洗盐、地下管道排盐）、化学改良（石膏、磷石膏、过磷酸钙、腐殖酸、泥炭等）和生物改良（种植水稻、种植耐盐植物和吸收盐分植物、使用微生物菌肥）等，都可以在一定程度上减少盐碱化危害，对促进区域粮食安全与经济发展起到了一定的作用。

 

　　但是，通过我们多年的调查研究与综合分析已有的研究文献可明显发现，在治理效果和环境影响等方面，目前的各类治理方法都存在以下三方面的问题。

 

　　经济成本：物理改良和化学改良需要大规模扰动地表或者搬运其他物质，工程量和投资都很大，而且大部分盐分并没有从土壤和地块中移除，盐碱化风险和危害始终存在，需要不断进行改良与投资。

 

　　水资源成本：旱区水资源本身短缺，每年都需要大量的水资源用于洗盐，如在我国新疆，洗盐（排盐）用水量已经达到每公顷每年6000-10000 m3，进一步加剧了旱区水资源短缺，从而导致水资源利用效率低下，并会直接威胁区域经济和生态的可持续发展。

 

　　生态成本：存在或遗留三点问题，一是在涉水生态方面，一些干旱地区，如陕北榆林地区，通过人工排水降低水位可以减缓盐碱化，但因此产生的地下水位降低，可能会导致那些与当地水环境已经适应的自然植被缺水，甚至导致自然生态系统退化；二是在土壤中添加其他化工肥料等，也会导致其他化学成分增加，如施用磷石膏不但会导致土壤中硫酸根离子增加，也可能导致重金属离子进入土壤生态系统；三是在国际水生态研究领域，水体盐碱化已经越来越大地影响到湿地和淡水生态系统，盐碱地的洗盐排水会直接导致河道水体含盐量增加，其生态影响尚不明晰。

 

　　为此，急需通过灌排方式和技术理论的创新，探索盐碱地改良新方法和新技术。

 

 

　　近期，我们研究团队重点在陕西黄土高原南缘卤阳湖和陕北榆林盐碱地、新疆巴音郭楞蒙古族自治州、宁夏平罗县和甘肃景泰等地对土壤盐碱化问题与治理情况展开调研，在对世界旱区盐碱化成因与对策文献综合分析的基础上，提出 “通过高效水调控促进土盐分离的旱区盐碱地水土资源管理新模式”（简称：土盐—水盐分离的土壤盐碱化治理模式）。

 

　　该模式可以综合概括为“减少区域水损失，低耗水充分洗盐，集约化水盐分离，水资源高效利用”。其具体技术简述如下。

 

　　“减少区域水损失”。在缺水地区，任何形式的水资源都有其潜在的资源和生态价值，不宜通过简单的排水措施降低地下水位，以免引起区域水资源短缺与涉水生态系统失衡。如果确需排水，最好在盐碱地下游选择洼地建设湖塘与湿地，必要时可以通过覆盖减少蒸发损失。

 

　　“低耗水充分洗盐”，在盐碱土除盐过程中需要节约利用水资源，尽可能少地消耗有限的淡水和微咸水资源。特别是在洗盐过程中，需要采用全膜覆盖、精确控制流量等技术，减少土壤表面蒸发引起的水资源损失；同时尽可能移除土壤剖面各个深度的盐分，以达到节省洗盐时间成本、延长下次盐碱化形成时间和提高土地利用周期的目标。

 

　　“集约化水盐分离”，其核心是实现水盐分离和水盐分别再利用，也可以提高单次洗盐后土地利用时间。主要包括：高浓度洗盐排水的收集，最好通过封闭管道或覆盖的渠道排水，减少水面蒸发；通过太阳能集热系统（玻璃温室、阵列反光镜系统、集热式真空管、区域盈余电力等）集约化加热高浓度洗盐排水，通过冷凝系统收集淡水以及水汽凝结过程中释放的热量，收集的余热可以继续用于高浓度排水的加热与蒸发；收集高浓度洗盐排水水分蒸发后析出的盐碱，就地储存或者作为工业原料销售。

 

　　“水资源高效利用”是旱区农业水利用的核心，可以发展膜下滴灌的传统农业（不会形成盐核），也可用于发展优质的种植业，如大棚蔬菜水果等，提高经济产量。

 

 

　　通过调查与分析，在我国旱区盐碱治理中土盐—水盐分离的土壤盐碱化治理模式的可行性强。

 

　　一是集约化水盐分离过程可以把土壤中盐分大量去除，达到“洗盐一次多年利用”的土壤改良效果。据估算，如果洗盐排水的浓度为10 g/L，每亩洗盐排水500 m3，约有5 吨的盐分（存储起来需要2~3 m3），或相当于1亩多重度盐碱化（平均含盐量5‰左右）1m深土层的含盐量，但改良的土壤可以用3~10年。

 

　　二是在大棚蔬菜水果等大田设施农业或发展膜下滴灌的传统农业，推广此种新技术的效果更显著并可间接减少对区域水资源和土地资源的压力。

 

　　三是我国旱区盐碱化地区的光热资源丰富，年降水量少而且蒸发量极大，有利于集约化水盐分离；同时该地区大量弃风弃光，如2016年仅主要集中在西北和东北地区国网范围内弃风弃光电量就达到了465亿千瓦时，也可以用于水盐分离，促进盐碱化土壤治理。

 

　　通过“土盐—水盐分离的土壤盐碱化治理模式”这一技术体系，不但可以提高我国盐碱地的质量和生产能力，保障我国的耕地安全、水安全和粮食安全，也可以为我国盐碱化分布较为普遍的落后地区的发展提供生产条件，利于促进我国精准扶贫和乡村振兴目标的顺利完成。

 

　　特别是由于盐碱地在“一带一路”沿线国家和地区广泛分布，如中亚的哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦等，开发和治理盐碱地，提高旱区水资源利用效率，将为“一带一路”倡议增加极具吸引力的合作机遇。

 

　　（作者系中科院水利部水土保持研究所研究员）