统筹推进西北地区盐碱地综合治理利用:现状、挑战与对策建议
中国网/中国发展门户网讯 盐碱地是潜力巨大的耕地后备资源和价值巨大的“潜在粮仓”,土壤盐碱化是制约土地资源化利用和农业高质量发展的瓶颈问题。党的十八大以来,习近平总书记高度重视盐碱地综合改造利用工作,多次深入盐碱地区域实地考察,作出了一系列重要指示批示,强调盐碱地综合利用是一个战略问题,必须摆上重要位置。西北地区(包括陕西、宁夏、甘肃、内蒙古、青海和新疆)盐碱地面积占全国的69.03%,被誉为“世界盐碱地博物馆”,该区盐碱地是我国实现“藏粮于地、藏粮于技”的重要耕地补充资源,其综合治理利用对拓展农业生产空间、保障大食物观下的国家食物安全意义重大。进入生态文明与绿色发展的新时代,如何在水资源安全、生态环境安全底线约束下统筹推进西北地区盐碱地综合改造利用,是值得深入研究的战略问题。
统筹推进西北地区盐碱地综合治理利用的重要意义
盐碱地综合治理利用是严守耕地保护红线和拓展粮食增产空间的重要抓手
当前,我国耕地保护和粮食安全面临的形势依然严峻。一方面,现有耕地多处于高强度利用状态,农田高产值提升空间不断收窄,难度持续加大,且耕地撂荒问题突出。据第3次全国国土调查(以下简称“国土三调”)数据,我国现有耕地19.18亿亩(1.28 ×109 hm2),尽管守住了18亿亩耕地保护红线,但较第2次全国国土调查(以下简称“国土二调”)数据减少了1.13亿亩。另一方面,粮食产需总体呈现紧平衡,粮食进口量依然较大,且外部资源环境约束力度不断增大,全国粮食安全保障压力持续加大。根据国家统计局公布的数据,2023年我国进口粮食总量相当于全国粮食总产量的23.29%。从实践看,保障耕地保护红线和粮食安全底线需要兼顾现有耕地产能提升和后备耕地资源合理开发利用。盐碱地作为我国平抑耕地短缺、弥补粮食缺口的重要战略后备资源,治理利用潜力巨大,可在国家粮食充裕时藏粮于地,而在国家粮食短缺时恢复产能。据统计,我国拥有约5.5亿亩(3.7×108 hm2)可利用盐碱地,近期具备农业改良利用潜力的约1亿亩,集中分布在西北地区。另据调查,当前我国盐碱耕地分布范围逐步扩大,盐碱化程度持续加重,尤其西北地区耕地次生盐碱化问题日益凸显。因此,统筹推进西北地区盐碱地综合治理利用,科学有序开垦宜耕盐碱地,因地制宜改造现有盐碱耕地,多措并举防治耕地次生盐碱化,对于稳步拓展农业生产空间、全力提升耕地利用质量、保障多元化食物供给等具有重要战略意义。
统筹推进盐碱地综合治理利用是实现绿色发展与生态文明建设的有效途径
我国盐碱地多地处生态环境脆弱区、敏感区,以及水资源匮乏区,全面考虑盐碱地生态服务功能和区域水土资源承载力,统筹好生态安全、水资源安全和大食物供给总体安全的关系,是实现盐碱地长期可持续开发和高质量利用的关键。当前,西北地区水资源供需矛盾日益突出,部分区域已处于过度开发状态,盐碱地开发利用的技术难度持续增加、经济效益显著下降和生态风险不断升高。据统计,全国水资源开发利用率为22.60%,而西北地区达到59.80%,且人均年用水量是全国的2.96倍。为此,西北地区盐碱地改良利用亟须走产能提升和生态保护相结合的绿色发展道路,建立与水土资源综合承载力相匹配的生态产业新格局,因地制宜提高盐碱地生态治理能力,构建“山水林田湖草沙”多种生态系统协同发展模式,提升防风固沙能力,防止盐碱地荒漠化,促进人与自然和谐共生。此外,盐碱地具备巨大的储碳空间与潜力,尤其碱性土壤的碳酸钙累积可形成稳定无机碳库,初步估算,盐碱地开垦可使西北内陆盐碱土区有机碳密度增加7.65 t/hm2 ,且塔里木盆地每年形成的无机碳汇可达2 Tg C,表明充分发挥盐碱地固碳控排潜力,可为我国“碳达峰、碳中和”战略实施提供有力支撑。因此,统筹推进西北地区盐碱地产能提升与生态保护,对于促进农业高质高效发展、推动乡村全面振兴、支撑生态文明建设、缓解全球气候变化等具有重要现实意义。
盐碱地综合治理利用是加速全球减贫进程和提升人类共同福祉的关键举措
盐碱地作为一种自然景观,是多种因素(包括人为因素)综合形成的,其不可能被“消灭”,也没有必要被“消灭”,需要在充分认识和尊重盐碱地科学规律的基础上,整合多方资源、汇聚各方力量,兼顾治理、利用和保护,以实现盐碱地高质量开发和可持续利用。自20世纪50年代以来,我国在西北地区盐碱地综合治理利用方面开展了一系列科技攻关和应用示范,形成了一批适用于不同区域、不同类型盐碱地改良与农业高效利用的实用技术及方法,培育了50多种耐盐碱的粮油、饲草、特种经济作物新品种(系),且在实际推广应用中取得了良好效果。当前,随着气候变化和人类活动干扰的持续加剧,全球土地盐碱化出现了许多新问题和新挑战。据测算,全球超过124.95亿亩(8.33×109 hm2)的土地已受到盐碱化威胁,超过10%的农业用地已发生了盐碱化,主要分布在中亚、中东、南美、北非和太平洋等地区。而且全球范围内的盐碱地面积呈扩张态势、土壤盐碱化程度呈上升趋势,正在导致农业生产力下降、耕地大面积撂荒,使未来粮食生产和供给面临重大挑战,尤其人均收入低、增收难度大的贫困落后区域。因此,在西北地区探索可复制、可推广的盐碱地综合治理利用与生态环境保护特色路径,可为全球盐碱地开发利用提供中国方案,为加速全球减贫进程、提升人类共同福祉贡献中国智慧。
西北地区盐碱地综合治理利用研究现状与发展趋势
盐碱地资源数量与变化趋势
我国盐碱地资源丰富,从开发利用角度,可分为盐碱土资源、盐生植物资源、咸水/微咸水资源,以及旅游和生态资源等,其中盐碱土资源是盐碱地资源的核心部分。据调查,我国盐碱地面积约15亿亩(1×109 hm2),其中西北地区占比70%左右。同时,西北地区盐碱地具有丰富的盐生植物多样性,其中新疆、内蒙古、甘肃、青海、陕西和宁夏的盐生植物种类分别占全国盐生植物总数的60.54%、38.02%、37.66%、29.37%、24.14%和23.42%。而且,西北地区非常规水资源储量较大,其中地表苦咸水资源量为1 650.883×108 m3,青海和新疆分别占75.51%和18.84%;地下苦咸水资源量为62.302×108 m3,新疆、内蒙古和甘肃分别占49.94%、18.11%和16.52%。另外,西北地区盐碱地具有巨大的生态产品价值挖掘潜力。
我国盐碱地的形成特点和分布规律是自然盐循环和人为盐循环共同作用的结果,根据生物气候和水土条件,西北地区盐碱地基本可划分为四大分布区(图1):甘、蒙、新干旱—漠境盐碱区,主要分布在甘肃河西走廊、内蒙古西部阿拉善地区和新疆天山以北区域(包括伊犁盆地);青、新极端干旱漠境盐碱区,主要分布在塔里木盆地、吐鲁番盆地和柴达木盆地;黄河中上游半干旱—半漠境盐碱区,主要分布在河套平原、黄土高原及鄂尔多斯高原;内蒙古高原干旱—半漠境草原盐碱区,主要分布在内蒙古狼山以北直到中蒙边境,并向东北延至二连浩特市一带。总体上,在自然和人为因素的影响下,水、土中可溶性盐类通过参与土壤积盐、脱盐过程,塑造了西北地区独特的盐碱地分布特点。
近40年来,随着持续改良开发,我国盐碱地的面积、分布、利用等情况发生了明显变化,盐碱地呈现面积总量减少、空间分布碎片化、开发利用难度不断增加的趋势,盐碱耕地面积呈扩张趋势,而盐碱地可垦资源呈减少趋势,尤其优质可垦资源。如图1所示,在1980—2018年,我国盐碱地总面积年减少率为22.71×104 hm2/a,其中1980—2003年呈显著减少趋势,年减少率为28.68×104 hm2/a,而2004—2018年呈缓慢增长趋势,年增长率为21.09×104 hm2/a。通过比较全国第2次土壤普查(以下简称“土壤二普”)数据(盐碱耕地5.79×106 hm2)与2011年原农业部调查数据(盐碱耕地7.60×106 hm2)可发现,我国盐碱耕地面积在过去30年呈持续增长趋势。从国土二调到国土三调,全国可开垦盐碱地从1.21×107 hm2减少到了7.67×106 hm2,且适宜开发为耕地的盐碱荒地已不足1亿亩(6.67×106 hm2)。
就西北地区而言,统计资料显示,新疆盐碱地面积占全国盐碱地总面积的36.8%,在1991—2020年,全疆盐碱耕地面积增加超过200×104 hm2,年增长率约7.86×104 hm2/a。据全国第3次土壤普查(以下简称“土壤三普”)初步判定,新疆约有1.16亿亩(7.73×106 hm2)盐碱荒地具备开发利用潜力,如果开发可每年新增粮食190亿斤。同时,据土壤三普盐碱地专题调查初步结果,甘肃全省现有盐碱耕地56.67×104 hm2,相比2011年增加了24.42×104 hm2,而且全省拥有宜农垦荒地53.88×104 hm2。青海盐碱地调查数据显示,全省盐碱地面积达320×104 hm2,其中柴达木盆地盐碱地面积占比超过了90%。当前,青海适宜改造为耕地的盐碱荒(草)地有2 000万—3 000万亩,其中海西州盐碱地具备较好开发利用潜力。据调查,宁夏现有盐碱地约40×104 hm2,盐碱耕地16.58×104 hm2,具备开发利用潜力的盐碱荒地达5.57×104 hm2。同时,陕西盐碱地面积为35.08×104 hm2,盐碱耕地14.24×104 hm2,其中榆林和卤泊滩拥有超150万亩(10×104 hm2)宜耕盐碱地。据统计,内蒙古有盐碱地565.93×104 hm2,盐碱耕地105.69×104 hm2,其中内蒙古河套灌区盐碱耕地面积占内蒙古总耕地的68.65%;相比2000年,2020年该灌区盐碱耕地面积(39.40×104 hm2)增加了5.07×104 hm2。目前,内蒙古和新疆已被纳入国家盐碱地等耕地后备资源综合利用试点省区。可见,西北地区盐碱地农业利用潜力巨大(表1),对区域耕地数量的增加和大食物观下多元化食物安全的保障具有至关重要意义。
土壤盐碱化现状与演变过程
土壤盐碱化是自然因素(如气候、地形、地貌、土壤、植被、水文地质、生物活动等)和人为因素(如过垦过牧、弃耕撂荒、不合理的灌排管理、水利工程和土地利用等)双重作用下的一种土地退化形式。我国是土壤盐碱化比较严重的国家,尤其在西北地区,土壤盐碱化、次生盐碱化对植被生长、农业生产、生态环境、工程建设、人类社会发展等方面构成了潜在威胁。随着区域水土资源持续开发与利用,我国盐碱地区原有水盐碱运移规律被干扰甚至被破坏,土壤盐碱化程度、分布及盐碱化耕地的数量发生了明显变化。根据中国土壤盐碱化调查公报显示,当前我国轻度、中度和重度盐碱化土地面积分别占盐碱地总面积的64%、33%和3%,与土壤二普相比,轻度、中度和重度盐碱化土地占比分别增加了14.59%、减少了4.24%和减少了10.34%。同时,我国盐碱化耕地较20世纪80年代增幅近30%,其中轻度、中度和重度盐碱化耕地占比分别为52%、31%和17%,其可造成作物分别减产5%—10%、11%—20%和30%以上。
近40年来,我国西北地区土壤盐碱化程度呈不断增加态势,其中:重度土壤盐碱化面积呈降低趋势,而轻度、中度土壤盐碱化面积呈增加趋势;耕地盐碱化表现出局部减缓与全局加重并存、原生与次生并存,以及复垦与撂荒并存的趋势;盐碱化耕地增加多集中于新垦区,老灌区土壤盐碱化得到了初步缓解,而盐碱撂荒耕地多分布在绿洲—荒漠过渡区。如图2所示,从1995—2020年,新疆盐碱化耕地占全疆总耕地比例从30.12%增加到了37.72%,其中轻度、中度和重度盐碱化耕地占比分别从15.87%、8.4%和5.9%变到了31.93%、8.24%和1.89%。在2015—2017年,新疆生产建设兵团盐碱化农田面积为53.1×104 hm2,其中23.2%的盐碱化耕地为原生盐碱土,76.8%为次生盐碱土。目前,新疆盐碱化耕地面积的持续增加主要分布在南疆(包括克州、巴州和喀什地区),且多集中于新垦区,然而节水灌溉技术的大规模应用正在加剧绿洲耕地的次生盐碱化。在1976—2018年,甘肃景泰川电力提灌灌区土壤盐碱化程度总体呈加重趋势,并以次生盐碱化为主,截至2016年,景泰县因盐碱化影响而弃耕的撂荒地达6.5万亩(4 330 hm2)。当前,甘肃轻度、中度和重度盐碱化耕地分别占全省总耕地的49.46%、35.07%和15.47%。
青海盐碱化土地主要分布在柴达木盆地,2000—2015年柴达木盆地重度、中度、轻度和无或弱度盐碱化土地面积占比分别从19.35%、11.93%、13.95%和54.77%变到了8.60%、21.34%、35.49%和34.57%。整体上,青海重度土壤盐碱化面积呈明显减少趋势,而中度、轻度土壤盐碱化面积均有所增加。宁夏土壤盐碱化主要分布在引黄灌区以北的银北灌区及以红寺堡为代表的扬黄灌区。在1989—2019年,银北地区盐碱化耕地面积总体呈增加趋势,与1989年相比,2019年轻度、中度和重度盐碱化耕地面积分别增加了4.92%、3.89%和0.72%。在扬黄灌区,重度、中度和轻度盐碱化耕地分别占灌区盐碱耕地的16.5%、24.9%和58.6%,其中红寺堡轻度、中度和重度盐碱化土地面积分别占比14.06%、65.63%和20.31%。据统计,近70年来宁夏灌区土壤次生盐碱化年增加速率约为4.6%。在1986—2016年,内蒙古河套灌区土壤盐碱化面积总体呈缩减趋势,当前盐碱化耕地面积为32.3×104 hm2,其中重度、中度和轻度分别占比16.3%、30.6%和53.1%。陕西土壤盐碱化面积呈上升趋势,与1980年相比,目前关中和陕北耕层土壤均呈碱化趋势,而陕南呈酸化趋势,但不同土层的变化规律存在差异。
在全球气候变化和水土资源配置调整的未来场景下,土壤盐碱化演变进程将加快,许多新问题和新挑战将出现。在第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)提供的SSP2-4.5和SSP5-8.5两种排放情景下,我国西北地区原生土壤盐碱化程度总体呈现持续加剧趋势(图2)。尽管如此,受制于社会经济利益与国家宏观经济政策的驱动,土壤盐碱化的演变趋势还取决于区域水土资源开发等人类活动。尤其,西北地区现代节水灌溉农业大面积推广应用导致的“自上而下”型土壤次生盐碱化亦不容忽视。因此,开展原生和次生土壤盐碱化调查,科学做好盐碱地治理与利用,对守住耕地保护红线、拓展粮食增产空间极其关键。
盐碱地改良与土壤盐碱化防治
我国盐碱地类型多样,分布范围广,盐碱地治理问题一直备受关注,尤其从20世纪50年代开始,各农业主产区都加强了盐碱地可持续利用及改良技术研究,并取得了长足进展。跨入21世纪,我国盐碱地改良迈入与生态环境治理相结合的新阶段,经过多年探索与实践,盐碱地改良治理已形成了三大路径,即“以地适种”“以种适地”,以及与这两大技术路径相结合的“适地适种”。其中,“以地适种”主要从“改土”入手,通过各种改良措施以实现土壤降盐控盐排盐;“以种适地”主要从“改种”出发,通过各种手段选育耐盐碱的植/作物;“适地适种”协同创新可科学优选盐碱地开发利用和治理改良的有效做法,提高社会经济效益,加强生态环境保护。
目前,我国盐碱地改良主要有物理治理措施、化学治理措施、生物治理措施和综合治理措施四大类(图3)。其中,在物理治理措施中,农业改良的工作量较大,生产成本较高,且操作不善易危害生态环境,而工程改良的费用和养护成本均较高,要求水源丰富、排灌技术完善,易造成水资源浪费,很难适应现代节水农业发展需求;化学治理措施的成本较高,不宜大范围推广应用,且化学改良剂的过量施用会引起土壤二次污染风险;生物治理措施的成本相对较低,可调控土壤微生物与酶活性,具有潜在经济价值,但该方法很难从源头上解决土壤积盐问题;综合治理措施是在进行单一改良的同时因地制宜融合其他有效措施,取长补短,以实现盐碱地生态环境保护、经济效益提升和可持续开发利用共赢。例如,甘肃综合采用农艺、工程、化学、生物等措施,形成了培肥“控”盐、节水“阻”盐、灌水“压”盐、适种“抗”盐四大技术模式,取得了良好效果。总体上,在系列盐碱地政策、规划、示范、工程等实施下,我国在盐碱地综合治理利用方面已形成了八大体系40多项实用技术,包括光粒子盐碱土改良增产增效技术、微生物—纳米整合治理技术、咸水结冰灌溉改良技术以及炭基微生物控盐降碱改良技术等,这些前沿技术极大提高了作物产量、改善了生态环境。
土壤盐碱化防治不仅在于降低现有盐碱土的盐分、碱分含量,还在于防范土壤次生盐碱化的发生。近年来,我国西北地区在土壤水盐碱运移规律与土壤盐碱化形成机理、土壤盐碱化演变过程的智能监测与尺度转换、盐碱化障碍的生态消减与地力提升、盐碱化农田灌排优化管理与边际水安全利用等方面取得了积极进展,并为多尺度土壤盐碱化的快速监测评估和风险预警及其防治对策制定奠定了坚实基础。例如,内蒙古鄂尔多斯市探索出了轻度盐碱化耕地“化肥减施增效与生物强化”、中度“阻盐培肥与增产增效”、重度“滴灌节水控盐与水肥剂一体化”改良利用技术模式。另外,西北地区初步形成了“一区一策”土壤盐碱化防治与粮经饲作物产能提升技术模式,例如新疆玛纳斯节水农田盐碱管控和棉花—林果产能提升技术模式、河西走廊缺水盐碱地多水控盐改土和玉米—小麦产能提升技术模式、高扬程引黄灌区盐碱地节水抑盐与向日葵—玉米产能提升技术模式、沿黄灌区盐碱荒地节灌控排生物培肥与向日葵—玉米产能提升技术模式、河套灌区灌淤盐碱化耕地灌排协同控盐与向日葵—玉米产能提升技术模式、扬黄灌区次生盐碱化耕地精量灌排抑盐与玉米—小麦产能技术模式等,这些先进技术模式对西北地区土壤盐碱化生态治理和盐碱地可持续开发利用至关重要。
在自然因素和人类活动交互影响下,根据不同地域土壤水盐碱运移规律和盐碱化发生特点,坚持“因地制宜、多措并举、分类施策、节水优先”理念,制定全局与局域、近期与远景盐碱地改良利用、产能提升和生态保护战略规划和政策,已成为提升西北地区盐碱地综合利用,以及实现社会、经济、生态、环境效益多目标需求的关键举措。尤其在现代节水条件下,加快突破灌区“自下而上”型和“自上而下”型土壤盐碱化防治的理论瓶颈和技术难题,协同创新旱、涝、盐、碱、瘦综合治理,农、林、牧、副全面发展,排、灌、平、肥统筹兼顾,正在成为提高西北地区盐碱地资源利用效率和生产力水平,推动生态环境和社会经济可持续发展的有效途径。
统筹推进西北地区盐碱地综合治理利用面临的问题
盐碱地资源底数不清,土壤盐碱化演变趋势不明,盐碱耕地撂荒问题凸显
盐碱地资源类型、分布、数量等的统计数据来源口径不一,缺乏更加精准、全面的连续性监测数据,盐碱地资源底数不清和数据时效性差的问题突出。
气候变化、人类活动导致土壤盐碱化呈现不断扩展态势,许多新问题、新挑战显现,尤其内陆河流域绿洲长期大规模节水灌溉致使“自上而下”型土壤次生盐碱化新风险突出,而且不合理咸水/微咸水灌溉使问题更加严重。
随着盐碱耕地面积不断扩大,灌溉农业用水逐渐增加,导致淡水资源日益紧缺,土壤盐碱化程度持续加剧,盐碱耕地撂荒成为迫在眉睫的现实问题。
盐碱地资源多元化开发利用不足,可复制、可推广盐碱地创新治理模式缺少
盐碱地资源开发利用多集中于盐碱土地,对盐生植物、咸水和微咸水以及盐碱草地、湿地和湖泊等资源的绿色高效、高质高值开发利用不足,缺乏因地制宜多元化综合利用规划。
盐碱地治理改良是一个复杂的系统工程,现有农艺、工程、生物、化学等治理措施效果单一,优势不能有效发挥,缺少可复制推广、安全经济的精准治理技术体系、产品和装备。
针对“以地适种”存在受技术经济可行性和自然资源条件等制约的问题,亟待创新推动“以种适地”与“以地适种”相向而行、双向发力,助力盐碱地资源综合开发利用。
盐碱地长效管理机制不健全,科技支撑力度不足,“教科企推”合作水平不够高
对盐碱地全过程管理长效性的认识不充分,存在资金投入不足、激励约束机制不健全、投融资体制不完善、缺乏后期监管运维基金、治理后产权不清等问题。
盐碱地综合治理利用方面的跨部门、跨组织和跨地域协调合作、协同攻关力度不够,依靠科技创新破解盐碱地治理和利用方面的共性、基础性关键核心技术和前沿引领性技术难题有待加强。
在盐碱地综合治理利用方面虽与教学、科研、企业、推广单位有基础合作,但交流多限于省域内,借鉴国内外先进经验的能力还不够,思路方法还不够创新,产业链还不够长。
新时期盐碱地综合治理、产能扩增和生态效益提升的协同发展路径尚待突破
亟待优先保护盐碱生态环境系统,避免因小失大,因短期的、小面积局部的开发利用,引发盐碱荒漠化、盐碱尘暴等永久的、大面积的生态环境问题。
对盐碱地区山水林田湖草沙作为生命共同体的内在机理和规律认识不够,导致盐碱地开发利用、生态治理与有效保护相结合的整体管理策略缺乏,使得盐碱地治理利用缺乏韧性、稳定性和可持续性,难以多目标有效协同。
亟须突破传统盐碱地治理利用思维,攻关盐碱地产能—生态效益协同提升理论和分类分区治理技术模式,开辟生态适应型盐碱地综合治理利用新道路。
西北地区盐碱地与土壤盐碱化研究的重点方向
在新形势下,受气候变化和人类活动双重影响,西北地区盐碱地与土壤盐碱化研究进入了机遇与挑战共存的创新跨越新阶段,急需面向农业、资源、生态、环境等领域和行业,围绕盐碱地综合治理利用研究重点方向(图4),依靠科技创新破解盐碱地与盐碱化研究的前沿引领性技术难题,抢占未来盐碱地资源高质量开发利用科技制高点,为国家农业升级、耕地保护、粮食增产、生态安全等发挥重要作用,为全球盐碱地综合治理利用提供科技支撑和借鉴范例。
盐碱地区生态水文过程及土壤盐碱化效应
盐碱地区生态水文过程是当前国际生态水文学研究中的热点方向,土壤—植被—水文耦合过程是揭示土壤水盐碱运移规律、盐碱地植被分布格局和土壤盐碱化空间分异的重要切入点。在人类活动和全球气候变化不断加剧的背景下,突破盐碱地区生态水文多要素的多尺度综合融合与系统模拟、极端气候事件及土地利用/覆被变化引起土壤盐碱化过程变化的生态水文机理、全球气候变化和高强度人类活动对盐碱地区生态水文过程多重影响的检测与归因等关键科学问题,可为盐碱地区生态环境的维护和恢复、生态水文与社会经济的协同发展和提升提供科学指导。
盐碱地区土壤碳库源汇效应及其固碳潜力
盐碱地区土壤碳库动态及其对人类活动和气候变化的响应是土壤碳循环研究的前沿问题,旱区盐碱地无机碳过程作为碳循环领域的新发现,其可能的机理、动态与影响因素、碳汇形成潜力及效益等问题受到广泛关注。结合长期样地监测、通量观测、遥感监测、模型模拟等技术手段,阐明气候变化与人类活动影响下旱区盐碱地土壤有机碳和无机碳的时空格局、演变规律及驱动机制,揭示盐碱地区碳汇关键过程与调控机制以及碳库稳定性、碳汇可持续性及潜力,可为国家节能减排规划和实现“双碳”目标提供科学依据,为我国在国际碳平衡谈判中把握主导权提供全面科技支撑。
盐碱地区生态系统稳定性与稳态转换过程
生态系统稳定性及其维持机制是生态学领域研究热点,生态系统稳态转换机制及其早期预警是生态系统适应性管理研究的重点。随着气候变化和人类活动对盐碱地区生态系统双重扰动的不断加剧,盐碱地区生态系统可能会从一种稳定状态跨越阈值转变到另一种稳定状态,引发生态环境问题,给社会经济带来巨大损失。在盐碱地区,揭示生态系统多尺度稳态转换机制,构建定量刻画生态系统临界转换的数学模型,研发适应复杂系统的稳态转换综合检测方法,将系统临界阈值、早期预警信号纳入到生态系统管理体系,深入解析生态系统服务驱动机制和可持续发展多元路径,可为加快构建生态保护新格局、推进生态文明建设提供科技支撑。
盐碱障碍消减和产能扩增与生态效益提升
土壤盐碱障碍的绿色消减与健康保育,以及盐碱化耕地的提质改造与生态治理是近期盐碱地综合开发利用与产能提升的主攻方向,利用植物—土壤—微生物互作机制协同提升盐碱地生态功能和产能效益已成为国际研究的新趋势。开展盐碱地内稳性地力提升与沃土创建技术研究,对盐碱地农业高质量发展至关重要。当前土壤盐碱障碍消减和产能扩增研究的前沿热点主要集中在基于生态修复对新材料、新装备、新工艺、新技术和新方法的探索与利用方面,特别是微生物在盐碱地改良中的作用及嗜盐/耐盐微生物资源的挖掘、土壤改良剂在遏制土壤盐碱化进程中的作用及生物炭改良盐碱地的潜力、生物移盐排碱技术开发与耐盐碱植物种质筛选。
统筹推进西北地区盐碱地综合治理利用的对策建议
构建“数智”监测预警系统,健全土壤盐碱化风险动态研判机制
利用遥感、大数据、云计算、人工智能等先进技术,构建盐碱地多源信息融合与综合观测网络系统,形成集连续监测、数据共享、灾害预警、决策制定、成效评估与综合示范等功能于一体的“数智”盐碱地绿色发展服务平台。
加强人为、自然要素对土壤盐碱化的影响监测与精准解析,开展典型及热点区域(如跨流域调水区、引黄/沿黄/扬黄灌区、咸水/微咸水补灌区)土壤次生盐碱化发生与发展趋势预测、预警和风险评估研究,健全土壤盐碱化风险动态研判机制,提升监测预警能力,支撑盐碱地精准治理。例如厘清大规模、长距离跨流域调水工程实施对调水区、输水线和受水区土壤盐碱化的长期影响,揭示人为气候变化导致的河川径流季节性变化对土壤盐碱化演变的驱动机制,明晰土壤盐碱化对人为过度开发导致的地下水枯竭的响应。
以土壤三普为契机,集成“空—天—近—地—网”一体化先进调查技术与传统调查技术,全面摸清盐碱地资源家底、土壤盐碱化现状和盐碱耕地撂荒的数量、分布和趋势以及修复与利用潜力,明确盐碱耕地撂荒的生态、经济和社会效应,突破盐碱撂荒耕地复耕复种技术难点,强化农户技术选择行为扶持政策,多措并举盘活撂荒盐碱耕地,如新疆天山北坡撂荒盐碱地“绿洲1号”菌草种植技术。
科学规划分类治理,挖掘盐碱地资源多元利用模式
根据不同区域盐碱地形成特点、土壤盐碱化发生规律和已有治理技术的效果优劣,遵循水盐碱运动的科学原理,兼顾“流域—灌域—景观—田块—土层”等多尺度改良,将高效灌排耕作栽培技术、低成本高质生物化学改良产品以及耐盐碱植/作物品种、微生物菌剂等有机结合,形成可复制能推广的“控盐—抑碱—改土—增养—促生”一体化盐碱地“一区一策”治理模式。例如,河套灌区重度次生盐碱地工程-生态治理与节水增效技术模式。
针对盐碱地资源分布和水资源量、生态环境状况,制定盐碱地开发利用的总体规划、国家标准和专项实施方案,从盐碱土地、盐生植物、盐碱水资源等方面多维推进,大力筛选先锋耐盐碱种质资源,积极开发咸水淡化和利用技术,探索“盐碱地+”生态—经济—社会效益多赢的新路径。例如,甘肃景泰县创新出的“挖塘降水、抬土造田、渔农并重、修复生态”盐碱地水资源渔农综合利用模式。
促进盐碱地开发主体与模式多元化,积极推进盐碱地“适地适种”协同创新,因地制宜推进“农牧渔”互补、“粮经饲”协同,量体裁衣构建“宜粮则粮、宜草则草、宜牧则牧、宜渔则渔、宜果则果、宜经则经”食物供给体系,加强管护担负生态功能的盐碱地。例如,大力保护绿洲—荒漠内部或周边承担“干排盐”和“植物聚盐”的盐碱荒地。
建立健全系统管理机制,提升盐碱地科技引领赋能水平
依据历年中央一号文件、政府工作报告和《关于推动盐碱地综合利用的指导意见》《全国高标准农田建设规划(2021—2030年)》等文件,健全盐碱地综合治理利用激励约束和监管运维机制,既要设计好盐碱地的前期开发治理,也要兼顾后期管护,坚持“开垦一亩、稳定一亩”原则,保障效益持续发挥;科学引导社会资本开展盐碱地治理与利用,建立“政府引导、市场运作、社会参与”多元化资金筹措机制,适当以盐碱地转换为新增耕地的经济收益撬动社会资本进入,促进盐碱地治理投资项目实施模式多样化。例如,山东东营市推出的“黄河口碱地贷”盐碱地综合治理组合融资管理模式。
加强与相关部门和地方政府紧密合作,多措并举搭建盐碱地综合治理利用创新平台和人才储备库,提高科研经费投入力度,激发科研人员创新活力,攻克盐碱地生态治理利用中的技术、装备和产业难题;破除盐碱地科技创新政策落实落地“壁垒”,打通创新链与产业链的融合“通道”,使盐碱地综合治理技术研发和推广实现“自上而下”与“自下而上”有机结合,以提高科技创新的效益和成果转化率。
积极搭建国内外盐碱地综合治理利用多层次、多形式、多领域合作交流平台,联合开展技术研发,共同加强宣传引导,并通过实施“引进来”和“走出去”相结合的开放形式,共创共享盐碱地综合治理利用先进模式。例如,河套灌区盐碱地治理政策、理念和标准可借鉴美国加利福尼亚州“控水排盐+耐盐植物种植”模式。
科学开发有效保护,开辟盐碱地区生态文明新道路
加强盐碱地区生态环境的建设和保护,宜开发则科学有序开发,不宜开发则全力保护。对于西北地区盐碱地,在淡水资源相对充足、排水顺畅的条件下,可对盐碱地进行洗盐排碱改造再种植以实现高产稳产,但潜在的生态环境影响不容忽视,应加强环境影响分析论证,做好事中事后监管工作;在淡水资源有限的条件下,要在维持盐碱地生态功能基础上科学有序开发利用,并协调好水资源开发和盐碱地建设关系,在盐碱含量相对较低的盐碱地上种植耐盐碱作物,保护好其他盐碱地类型的自然景观;在淡水资源缺乏的条件下,应优先保护区域脆弱自然盐碱生态环境系统,合理利用咸水/微咸水资源,在盐碱地上开发盐生植物的药用、饲用、景观生态等价值。
采用基于自然的解决方案等生态化手段,深入解析稳态转换视角下盐碱地生态系统服务的演变过程。秉持盐碱地区“山水林田湖草沙”一体化保护和系统治理,以科学合理的治理利用促进生产的持续发展和生态的有效保护,实现与盐碱地和谐共生。
基于绿色发展与生态优先原则,遵循《“十四五”生态保护监管规划》,革新以人类需求为导向的传统发展模式,研发与时俱进、绿色高效的盐碱地开发利用与生态保护统筹协调综合技术体系,开辟盐碱地治理利用和产能提升与生态保护相结合新道路。
(作者:冯起、尹鑫、卫朱猛、张举涛、刘蔚、席海洋、鱼腾飞、杨林山、刘文、陆志翔,中国科学院西北生态环境资源研究院。《中国科学院院刊》供稿)