生物鹽化農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵、特征及其發(fā)展研究綜述,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學論文

生物鹽化農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵、特征及其發(fā)展研究綜述,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學論文在大部分干旱和半干旱地區(qū),土壤和地下水含有太多的鹽分,不能種植傳統(tǒng)的農(nóng)作物。土壤層中水溶性鹽假如超過一定的限度會對土壤的物理、化學和生物特性產(chǎn)生不利影響,進而導致土壤生產(chǎn)力的降低?？萍伎v橫土壤鹽化是一個全球關(guān)注的嚴重問題,灌溉區(qū)的不當利用、亂砍濫伐、過度放牧以及其別人類活動導致了次生鹽漬化,尤其是在亞洲、非洲和拉丁美洲的發(fā)展中國家的干旱和半干旱地區(qū)[1]。從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)觀念看,咸水或者海水屬于劣質(zhì)水源,是阻礙農(nóng)業(yè)發(fā)展的有害因素之一。但是,由于土壤對水中鹽分具有不同程度的緩沖作用,耐鹽作物具有一定的耐鹽能力,只要采取適當措施,利用咸水甚至海水灌溉作物,到達抗旱增產(chǎn)的目的是可行的[2]。人口不斷增長、社會經(jīng)濟的快速發(fā)展、城鎮(zhèn)化進程加快等眾多因素加劇了耕地資源和淡水資源的供應壓力,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力、保障糧食安全是新時期人類所面臨的重大挑戰(zhàn)。除了依靠提高單產(chǎn)增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)出以外,拓展利用非傳統(tǒng)耕地和水資源發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是緩解資源壓力的根本途徑。尚未充分開發(fā)利用、具有宏大潛力的咸水資源(包括海水)、廣袤的鹽堿荒地的利用,已經(jīng)被各國和學術(shù)界廣泛關(guān)注。在資源約束條件下,科學技術(shù)的發(fā)展催生了以鹽化為特征的新型當代化農(nóng)業(yè)生物鹽化農(nóng)業(yè)。一、生物鹽化農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵與特征生物鹽化農(nóng)業(yè)(BiosalineAgriculture)是一類應對鹽化這類特殊環(huán)境條件的當代農(nóng)業(yè),主要是運用先進的土壤管理和水分管理技術(shù)在鹽化土壤上種植某些能夠耐受一定鹽度的植物,并用含鹽的非傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉水(如地下咸水、海水、含鹽廢水等)進行灌溉,在收獲作物的同時,還能夠到達改進土壤、改善生態(tài)環(huán)境的效果。咸水資源、鹽堿地及灘涂資源、耐鹽植物資源都是以鹽為特征的自然資源,生物鹽化農(nóng)業(yè)就是利用這些資源所具有的鹽的共性和尚未被充分開發(fā)利用的特性,將這3類資源組合起來有效利用,開創(chuàng)建立以鹽為特點的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式。生物鹽化農(nóng)業(yè)的目的有兩個:一是耐鹽經(jīng)濟作物產(chǎn)出能夠接受的生物量,具有較好的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益。二是生態(tài)系統(tǒng)是長期可持續(xù)的,能夠避免土壤次生鹽漬化等生態(tài)環(huán)境問題。生物鹽化農(nóng)業(yè)的顯著特征是遵循資源農(nóng)業(yè)原理,根據(jù)區(qū)域自然資源分布特點,根據(jù)生態(tài)學原理設(shè)計,依靠當代科學技術(shù),充分利用區(qū)域自然資源,建立適應生態(tài)環(huán)境的高效農(nóng)業(yè)體系。區(qū)別于傳統(tǒng)開發(fā)鹽堿地的一般途徑,生物鹽化農(nóng)業(yè)無需改造鹽化逆境,而是因地制宜地種植耐鹽性作物,并充分利用地下咸水或者海水等進行灌溉,是對鹽土農(nóng)業(yè)概念的延伸。生物鹽化農(nóng)業(yè)屬于資源節(jié)約型農(nóng)業(yè),主要具體表現(xiàn)出在節(jié)約水資源方面,不僅不需要大量淡水淋洗排鹽,灌溉作物采用的是非常規(guī)的含鹽水源,而且由于耐鹽作物生長的鹽化特殊環(huán)境,往往不需要施肥或者施藥。生物鹽化農(nóng)業(yè)還具有技術(shù)密集型特征,需要水利、土壤、農(nóng)藝等多項技術(shù)措施的綜合應用才能獲得成效,其發(fā)展依靠于生物技術(shù)、工程技術(shù)、農(nóng)藝技術(shù)和土壤管理技術(shù)等,依靠土壤學、生物學、植物生理學、農(nóng)業(yè)工程等多學科的綜合支撐,例如耐鹽經(jīng)濟作物的挑選、咸水(海水)高效安全灌溉技術(shù)、作物栽培管理、耕作制度等。生物鹽化農(nóng)業(yè)(圖1)廣泛適用于干旱地區(qū)的鹽化土地、主要依靠地下咸水灌溉的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、濱海鹽堿灘涂以及其他類型的鹽化荒地等,其基本思路是就地取材利用地下咸水或者海水,混合一定淡水比例或者完全海水,通過改進的灌溉系統(tǒng)和技術(shù)灌溉適宜的耐鹽經(jīng)濟作物,生產(chǎn)鹽化的農(nóng)副產(chǎn)品獲取經(jīng)濟效益。華而不實,耐鹽經(jīng)濟作物可從野生耐鹽植物中挑選馴化而來,可以以通過生物工程技術(shù)提高傳統(tǒng)淡土作物的耐鹽性獲得。耐鹽作物的抗鹽性能夠使其在含鹽的灌溉水中吸收水分和養(yǎng)分,并通過生物作用改進鹽化土壤,進而到達生物鹽化農(nóng)業(yè)的生態(tài)效益。二、生物鹽化概念的提出及發(fā)展在地中海干旱和半干旱地區(qū),用地下咸水或者海水灌溉作物的歷史來歷已久,直到20世紀60年代,生態(tài)學家HugoBoyko和園藝學家ElisabethBoyko在以色列用地下咸水和海水直接灌溉植物,發(fā)現(xiàn)很多植物能夠在超出傳統(tǒng)鹽度范圍生長,并在這里后發(fā)表了(鹽度與干旱老問題的新解決途徑〕一書。該書通過研究初次證實,很多植物能夠利用地下咸水灌溉,對于沙土地甚至可利用海水灌溉[3],由此引起了國際學術(shù)界對咸水乃至海水灌溉耐鹽植物的關(guān)注。10多年后,美國國家科學基金會的3名成員LewisMay-field、JamesAller和OskarZaborsky對生物鹽化概念進行了定義,即在干旱地區(qū)普遍地區(qū)存在的貧瘠土地和咸水應該被視為有用的資源而非損失,能夠用于糧食、能源和化學原料的非傳統(tǒng)方式生產(chǎn)[4]。在美國國家科學基金會的贊助下,1977年首屆國際生物鹽化研究論壇在美國南卡羅來納州舉行,并出版論文集(生物鹽化概念:一種利用待開發(fā)資源的新途徑〕。此后生物鹽化概念在學術(shù)界被廣泛應用,第二屆和第三屆國際生物鹽化研究論壇分別在墨西哥(1980)、以色列(1984)舉辦,進一步為生物鹽化相關(guān)領(lǐng)域的國際學術(shù)溝通合作搭建了學術(shù)溝通平臺。學術(shù)界對生物鹽化農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)研究如植物耐鹽機理、咸水安全灌溉等進行了更深切進入、細化的研究,并得到了聯(lián)合國環(huán)境署、聯(lián)合國教科文組織、國際原子能機構(gòu)等國際組織的支持和合作,專門針對生物鹽化農(nóng)業(yè)的國際性研究組織或機構(gòu)、跨地區(qū)合作項目逐步成立。1992年在肯尼亞首都內(nèi)羅比聯(lián)合國環(huán)境署總部召開了鹽生植物在鹽化荒地改進及其作為飼用資源的利用現(xiàn)在狀況和開發(fā)前景的國際討論會,包括歐洲、亞洲、非洲、北美洲在內(nèi)的19個國家和地區(qū)的代表參加了大會,中國有兩名代表到會。會議圍繞地球上內(nèi)陸干旱區(qū)鹽生植物在鹽化荒地改進及其作為飼用資源的利用現(xiàn)在狀況和開發(fā)前景進行討論,并出版會議論文集(鹽生植物作為家畜飼草和荒地修復的資源〕[5]。1999年由發(fā)展銀行和阿拉伯聯(lián)合酋長國等單位贊助的國際生物鹽化農(nóng)業(yè)中心(InternationalCenterforBiosalineAgriculture,ICBA)在迪拜成立,該中心是一所致力于解決鹽漬化和咸水灌溉的農(nóng)業(yè)技術(shù)的國際化非營利性組織,由各國科學家組成一只科研隊伍,迄今已與中東、撒哈拉以南的非洲國家、西亞、北非以及中亞地區(qū)的國家建立合作關(guān)系,致力于惡劣環(huán)境下的農(nóng)業(yè)應用技術(shù)研究與推廣。進入21世紀以來,生物鹽化農(nóng)業(yè)逐步遭到各國學者和部門的重視,摩洛哥、阿爾及利亞、突尼斯、埃及、約旦、敘利亞、伊朗、阿拉伯聯(lián)合酋長國等多個國家和地區(qū)相繼建立了生物鹽化農(nóng)業(yè)示范田進行推廣應用[6]。中國也于2000年初次引進可直接用海水灌溉的海篷子,在海南省三亞的荒灘上種植成功后陸續(xù)推廣到江蘇、山東等省的沿海灘涂,當前已作為高檔海水蔬菜進入到規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化種植。迄今為止,生物鹽化農(nóng)業(yè)的種植對象已涵蓋糧食作物、能源作物、油料作物等、蔬菜作物、纖維作物、牧草作物等,所利用的邊際水資源包括地下咸水、海水養(yǎng)殖廢水、市政廢水和農(nóng)業(yè)廢水等。三、生物鹽化農(nóng)業(yè)將來發(fā)展態(tài)勢美國著名將來學家托夫勒在(第四次浪潮〕一書中指出,21世紀將崛起海水灌溉陸上耐鹽作物的生產(chǎn)形式和鹽土農(nóng)業(yè),耐鹽農(nóng)作物將為人類創(chuàng)造巨額財富,他還預言以知識為基礎(chǔ)資源的農(nóng)業(yè)可能發(fā)展成為明天在經(jīng)濟發(fā)展中占最大優(yōu)勢的部門[7]。托夫勒的預言中所提到的海水灌溉、陸上耐鹽植物以及鹽土農(nóng)業(yè)與生物鹽化農(nóng)業(yè)的基本內(nèi)容不謀而合。生物鹽化農(nóng)業(yè)的顯著優(yōu)勢在于大大拓寬了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和增加了農(nóng)業(yè)資源總量,由于在沿海地區(qū)咸水資源尤其是海水資源是取之不盡用之不竭的,這就決定了生物鹽化農(nóng)業(yè)發(fā)展的長遠性和必然性。盡管現(xiàn)前階段生物鹽化農(nóng)業(yè)仍停留在初期研究階段,很多關(guān)鍵技術(shù)、配套措施等尚未成熟,但是已有的成功案例,例如已經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化種植并逐步打開市場的海水灌溉作物海篷子,證明生物鹽化農(nóng)業(yè)并不僅僅僅是在理論上行得通。清華大學陳爭平教授以為,在人口諸多、人均資源少的現(xiàn)實背景下,為突破耕地資源和淡水資源對將來農(nóng)業(yè)發(fā)展的約束,應當將目光轉(zhuǎn)向尚未充分開發(fā)利用的海洋資源、鹽堿地、灘涂資源和耐鹽作物資源,從戰(zhàn)略角度將包容鹽水農(nóng)業(yè)(海水種養(yǎng)殖業(yè))和鹽土農(nóng)業(yè)的耐鹽農(nóng)業(yè)作為新時期農(nóng)業(yè)當代化的新途徑[8]。隨著人口增長對耕地和淡水資源造成的緊張壓力愈演愈烈,為知足將來人類對食物不斷增長的需求,除依靠提高單位土地產(chǎn)出率外,主要是通過開發(fā)土地資源來獲得更多的耕地。在為改善生態(tài)環(huán)境而施行退耕還林退耕還草的政策下,以及工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程加快的宏觀背景下,農(nóng)業(yè)耕地資源擴張只能轉(zhuǎn)向廣袤的待開發(fā)的鹽堿荒地。根據(jù)傳統(tǒng)觀念,要在鹽堿地上進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn),首先需要通過工程措施消耗損費大量淡水淋洗,以降低土壤中的鹽分含量,這樣做固然可增加有效耕地面積,但是也同時付出了大量淡水資源和資金的投入。而生物鹽化農(nóng)業(yè)以依靠科技合理配置資源為原則,打破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)需要先洗堿脫鹽的思維定勢,在鹽堿地上直接栽種耐鹽經(jīng)濟作物,生產(chǎn)糧食、飼料、燃料、糞肥、工業(yè)原料等。因而,從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)資源開發(fā)的瓶頸和經(jīng)濟可行性角度來看,生物鹽化農(nóng)業(yè)必然成為將來農(nóng)業(yè)開拓的重點領(lǐng)域。當前,國內(nèi)外對生物鹽化農(nóng)業(yè)的和基礎(chǔ)研究大致分為兩個方向:一是咸水灌溉與土壤之間的水鹽運動規(guī)律。二是作物耐鹽機理,主要研究作物對鹽分的抵抗、吸收及其在作物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移和積累。這些都為生物鹽化農(nóng)業(yè)的發(fā)展和應用奠定了堅實的基礎(chǔ)。能夠估計,日新月異的科技進步,尤其是隨著當代農(nóng)業(yè)科技帶動生物鹽化農(nóng)業(yè)核心技術(shù)的發(fā)展和突破,以及相關(guān)基礎(chǔ)研究的深切進入和科技成果的轉(zhuǎn)化,生物鹽化農(nóng)業(yè)的種植種類將會不斷增加,對劣質(zhì)水源的利用效率和安全水平也會逐步提高。較傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)而言,生物鹽化農(nóng)業(yè)所依靠的技術(shù)體系更為復雜,現(xiàn)有的相關(guān)研究基礎(chǔ)仍然非常薄弱。華而不實,有些技術(shù)是普通農(nóng)業(yè)科技所未牽涉的,需要克制的技術(shù)困難遠遠多于普通農(nóng)業(yè),從優(yōu)良耐鹽經(jīng)濟作物的挑選,到安全有效灌溉形式的探尋求索,再到適宜的農(nóng)藝管理研究等多個復雜環(huán)節(jié)都需要長期的、大量的研究試驗作為保障。以優(yōu)良耐鹽經(jīng)濟作物挑選為例,美國亞利桑那大學自1978年開場經(jīng)過十幾年的研究,才從幾百種野生耐鹽植物中挑選培育出既具有經(jīng)濟價值又具有高耐鹽性的海篷子、鹽草、濱藜等作物?？梢?生物鹽化農(nóng)業(yè)固然是符合經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益的理想生產(chǎn)形式,但是由于核心技術(shù)環(huán)節(jié)多,研發(fā)難度大,真正實現(xiàn)繁榮發(fā)展可能會經(jīng)歷一個相當長的時間周期。以下為參考文獻：[1]BillWallin,JorgeMoralesPedraza.生命的種子荒地怎樣變沃土[J].國際原子能機構(gòu)通報,2003(1):47-51.[2]鄭九華.咸水灌溉[M].北京:中國水利水電出版社,2018:58-76.[3]BoykoH.Salt-wateragriculture[J].ScientificAmeri-can,1967,216:89-96.[4]HollaenderA.Thebiosalineconcept:Anapproachtotheutilizationofunderexploitedresources[C].PlenumPress,1979.[5]金啟宏.InternationalWorkshoponHalophytesForRec-lamationofSalineWastelandsand