東北蘇打鹽堿地生態(tài)治理關鍵技術研發(fā)與集成示范

東北蘇打鹽堿地生態(tài)治理關鍵技術研發(fā)與集成示范 楊帆王志春基金項目：國家重點研發(fā)計劃“典型脆弱生態(tài)修復與保護研究”重點專項2016YFC0501200通訊作者：王志春E-mail:wangzhichun@馬紅媛基金項目：國家重點研發(fā)計劃“典型脆弱生態(tài)修復與保護研究”重點專項2016YFC0501200通訊作者：王志春E-mail:wangzhichun@中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所長春130102摘要：“東北蘇打鹽堿地生態(tài)治理關鍵技術研發(fā)與集成示范”項目（2016YFC0501200）由國家重點研發(fā)計劃提供資助。項目主要針對東北土壤鹽堿導致的生態(tài)環(huán)境惡化、限制區(qū)域生態(tài)恢復和經(jīng)濟發(fā)展的問題，綜合考慮東北鹽堿地區(qū)氣候條件、鹽堿程度和土地利用方式等差異，研究東北蘇打鹽堿地形成機理及障礙消減機制，研發(fā)適用于蘇打鹽堿地治理的微生物、植物種植與修復關鍵技術，研制鹽堿地治理工程裝備和產(chǎn)品，建立蘇打鹽堿地綜合治理和生態(tài)產(chǎn)業(yè)模式，在東北蘇打鹽堿地典型分布區(qū)開展縣域示范，為蘇打鹽堿地長效治理提供范式，實現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益共贏的鹽堿地治理良性循環(huán)。關鍵詞：生態(tài)治理;關鍵技術;集成示范;蘇打鹽堿地;中國東北ResearchandIntegratedDemonstrationofEcologicalAmeliorationTechniquesofSaline-sodicLandinnortheastChinaYANGFanWANGZhichun＊MAHongyuanYANGFuTIANChunjieANFenghua(NortheastInstituteofGeographyandAgriculturalEcology,ChinesAcademyofSciences,Changchun130102,China)Abstract:TheprojectofResearchandIntegratedDemonstrationofEcologicalAmeliorationTechniquesofSaline-sodicLandinnortheastChina（2016YFC05012）issponsoredbytheNationalKeyResearchandDevelopmentInitiative,MinistryofScienceandTechnologyofChina.Aimingatissuessuchasdeterioratedecologicalenvironment,limitedregionalecologicalrestorationandeconomicdevelopmentofsaline-sodiclandinnortheastChina,thisprojecttriestoinvestigatetheformationandstressmechanismsofsoilsalinityandsodicity,developkeyameliorationtechniquesthroughmicroorganism,plant,soilamendmentsandagriculturalengineering,integrateanddemonstratetheseecologicalameliorationtechniquesonthecountybasisintypicaldistributionregionsofsaline-sodiclandinnortheastChina.Theecologicalmanagementmodelforsaline-sodiclandwillbeestablished,leadingthesaline-sodiclandmanagementtoaneconomic,ecologicalandsocialbeneficialcycle.Keywords:ecologicalamelioration;keytechniques;integrateddemonstration;saline-sodicland;northeastChina據(jù)聯(lián)合國教科文組織統(tǒng)計，全世界鹽堿地面積約9.6億公頃。土地鹽堿化是制約生態(tài)建設和經(jīng)濟發(fā)展的世界性問題，鹽堿地治理利用的理論和技術一直是國際學術界研究的熱點。土壤鹽堿化理論研究自上世紀50年代開始，開展了對鹽堿土實驗方法、理化特性、植物鹽堿脅迫響應、植物根區(qū)瞬時-穩(wěn)態(tài)鹽分平衡、水鹽運動規(guī)律、鹽堿化預測與管理等方面的系統(tǒng)研究，形成了土壤鹽堿化理論的基本框架[1,2]。鹽堿地治理技術研究成果豐碩，且在生產(chǎn)實踐中發(fā)揮了重要作用。鹽堿地治理方法可歸納為水利工程、化學、農(nóng)藝和生物等措施。水利工程措施已在美國加州等灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)和我國黃河三角洲等鹽堿地區(qū)推廣應用[3-5]。以石膏類工業(yè)副產(chǎn)品為主的各種化學改良劑，在發(fā)達國家水資源豐富且灌排條件好的鹽堿地區(qū)大量應用[6-9]。機械整地、深松耕作、增施有機肥等農(nóng)藝措施，在有效改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤水分和養(yǎng)分有效性等方面發(fā)揮重要作用[10-11]。鹽堿地種稻改良，灌溉排水沖洗鹽分效果顯著，成為邊治理邊利用的有效途徑[12-14]。磁感應電導率儀（EM系列）的廣泛應用，推動了土壤鹽堿化信息獲取技術發(fā)展[15,16]。生物措施是治理鹽堿地的重要途徑[7,17]，展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。近年來，巴基斯坦通過種植田箐（Sesbaniaaculeata）和卡拉草（Leptochloafusca）改良蘇打鹽堿地技術得到大面積推廣應用[5,17,18]。篩選、培育和種植耐鹽堿植物或品種，必將在鹽堿地生態(tài)治理中發(fā)揮越來越重要的作用。東北蘇打鹽堿地是我國主要鹽堿地類型之一，總面積500萬公頃，主要分布于東北西部，屬于典型生態(tài)脆弱區(qū)。土地鹽堿化導致區(qū)域生態(tài)環(huán)境急劇惡化，直接限制了區(qū)域生態(tài)建設和經(jīng)濟發(fā)展。蘇打鹽堿地作為鹽堿地的一種重要類型，具有土壤交換性鈉含量高、鹽分淋洗困難等特殊性和復雜性[19,20]，土壤蘇打鹽堿化形成及障礙機理仍未得到系統(tǒng)闡釋[21]。本項目根據(jù)當?shù)刈匀画h(huán)境、經(jīng)濟建設和社會發(fā)展水平，面向東北西部大規(guī)模土地開發(fā)整理和生態(tài)經(jīng)濟發(fā)展需求，擬在深入開展東北蘇打鹽堿地成因、演化規(guī)律和鹽堿逆境脅迫消減機制等理論研究基礎上，綜合考慮該區(qū)氣候條件、鹽堿程度和土地利用方式等差異，重點研發(fā)適用于蘇打鹽堿地治理的微生物、植物種植與修復技術，研制土地鹽堿化信息采集裝備和鹽堿地治理工程裝備以及土壤調(diào)理劑等治理產(chǎn)品，為蘇打鹽堿地生態(tài)治理和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供關鍵技術支持。集成建立蘇打鹽堿地綜合治理技術體系和蘇打鹽堿地利用生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，在東北蘇打鹽堿地典型分布區(qū)開展縣域以上示范，為東北鹽堿地治理利用提供適用解決方案和范式，引領鹽堿地治理進入生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益共贏的良性循環(huán)。項目的啟動和實施，對東北鹽堿脆弱區(qū)生態(tài)修復和區(qū)域生態(tài)文明建設具有重大戰(zhàn)略意義。1項目研究內(nèi)容1.1具體研究內(nèi)容1.1.1蘇打鹽堿地形成機理及障礙消減機制重點研究東北蘇打鹽堿地區(qū)域尺度景觀格局演變規(guī)律，宏觀分析鹽堿地景觀演變驅(qū)動機制，預測土壤鹽堿化發(fā)展趨勢；微觀尺度研究地下水，微地貌和凍融作用下的土壤蘇打鹽堿化過程及形成機理；解析鈉離子毒害和滲透脅迫等鹽堿障礙因子，研究不同調(diào)控措施對鹽堿脅迫的消減機制，提出鹽堿逆境脅迫消減途徑。1.1.2蘇打鹽堿地微生物生態(tài)及修復技術重點研究蘇打鹽堿地微生物群落結(jié)構(gòu)、分布和功能，探索蘇打鹽堿地微生物生態(tài)修復機制，研發(fā)高活性微生物菌株、復合菌劑、菌肥及應用技術，構(gòu)建蘇打鹽堿地地下-地上復合生態(tài)修復技術體系。1.1.3蘇打鹽堿地耐鹽堿植物種植與修復技術收集、篩選和培育適合鹽堿生境的耐鹽堿植物或品種，著重解決打破種子休眠、種苗快繁、水鹽調(diào)控等關鍵技術，建立適應性耐鹽堿植物規(guī)?；N植技術體系；利用典型耐鹽堿植物，實施蘇打鹽堿地定向修復和差異化修復技術。開展植物修復鹽堿地的生態(tài)監(jiān)測與評估，優(yōu)化完善鹽堿地修復技術。1.1.4蘇打鹽堿地整治工程裝備研發(fā)及應用技術重點研制鹽堿地空地一體遙感探測裝備，開發(fā)遙感精細探測硬件設備與軟件系統(tǒng)。研發(fā)地面土壤鹽堿快速測定系統(tǒng)，形成土壤鹽堿化程度快速診斷技術。研發(fā)適于蘇打鹽堿地應用的土壤深松、秸稈還田等聯(lián)合作業(yè)裝備，建立田間應用配套技術體系。1.1.5蘇打鹽堿土調(diào)理劑產(chǎn)品研發(fā)及應用優(yōu)選出適合蘇打鹽堿地改良的無機礦質(zhì)改良劑。篩選出高效、環(huán)保、經(jīng)濟的新型有機物料蘇打鹽堿土調(diào)理劑配方。研制出具有不同功能優(yōu)勢的有機-無機復合鹽堿土調(diào)理劑產(chǎn)品。根據(jù)土壤鹽堿化程度，研究各種鹽堿土調(diào)理劑精確定量施用技術，構(gòu)建蘇打鹽堿土調(diào)理劑施用技術體系，建立蘇打鹽堿土調(diào)理劑生產(chǎn)工藝流程、產(chǎn)品標準。1.1.6典型蘇打鹽堿地綜合治理及生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術集成示范綜合優(yōu)化集成鹽堿地治理關鍵技術，選擇東北蘇打鹽堿地典型區(qū)，構(gòu)建蘇打鹽堿地特種經(jīng)濟植物、耐鹽堿牧草和堿性稻米生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新模式，建立示范基地，開發(fā)產(chǎn)業(yè)化加工產(chǎn)品，打造鹽堿地生態(tài)產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品品牌。1.2項目研究思路通過揭示蘇打鹽堿地形成機理和障礙消減機制，依托相關野外臺站和試驗基地，篩選培育耐鹽堿微生物和植物，快速恢復鹽堿地植被；研發(fā)和應用鹽堿地深松、秸稈還田聯(lián)合作業(yè)裝備以及鹽堿土調(diào)理劑，解決土壤過量鈉離子導致的理化障礙問題；研發(fā)和應用空地一體遙感探測裝備和地面土壤鹽堿測定系統(tǒng)，實現(xiàn)鹽堿快速診斷和鹽堿地利用格局合理配置；綜合集成生態(tài)治理技術，創(chuàng)建蘇打鹽堿地生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術模式，在吉林和黑龍江蘇打鹽堿地典型區(qū)開展示范。項目總體技術路線：東北東北蘇打鹽堿地動態(tài)演變規(guī)律鹽堿化形成機理鹽堿消減機制地下水凍融作用微地貌驅(qū)動機制空間格局障礙因子消減途徑微生物修復植物修復工程裝備調(diào)理劑產(chǎn)品鹽堿快速測定差異化修復修復技術培育品種定向修復作用機制菌株篩選監(jiān)測評估遙感探測深松機械秸稈還田機械有機物料無機礦質(zhì)有機無機復合理論基礎生態(tài)治理模式生態(tài)產(chǎn)業(yè)示范在吉林黑龍江蘇打鹽堿地典型區(qū)開展縣域示范耐鹽堿牧草特種經(jīng)濟植物水田復合生態(tài)重度鹽堿地輕度鹽堿地中度鹽堿地經(jīng)濟作物經(jīng)濟喬灌木滕本植物復合高效綠色種植堿性稻米施用配套技術菌劑菌肥關鍵技術集成示范2總體目標：2.1項目目標針對東北鹽堿地土壤蘇打含量高、堿化嚴重等問題，深入研究鹽堿地形成機理，創(chuàng)建與蘇打鹽堿特性相適應的鹽堿地微生物和植物修復技術，研發(fā)出鹽堿地診斷、鹽堿脅迫消減工程裝備和鹽堿土調(diào)理劑等技術，建立蘇打鹽堿地生態(tài)高值特色產(chǎn)業(yè)集成創(chuàng)新模式，為東北鹽堿地生態(tài)治理和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供示范樣板。2.2預期成果(1)明確東北蘇打鹽堿地形成機理和土壤鹽堿化障礙削減機制，發(fā)表論文40-50篇，其中SCI收錄15-20篇，出版專著1-2部；(2)建立東北蘇打鹽堿地菌種資源庫1個，研發(fā)高效菌株5-10株，專用復合菌肥1-3種，構(gòu)建微生物生態(tài)治理技術1-2項，實現(xiàn)土壤pH值降低0.5-1個單位，堿化度降低20%以上；(3)篩選、培育耐鹽堿植物新品種或品系8-10種，建立東北蘇打鹽堿地耐鹽堿基因收集圃1個，構(gòu)建蘇打鹽堿地植物生態(tài)修復技術3-5項，植被覆蓋率達80%以上；(4)研制鹽堿地空地一體遙感探測裝備和地面土壤鹽堿快速測定系統(tǒng)各1套，蘇打鹽堿地深松和秸稈還田聯(lián)合作業(yè)裝備2-3套；(5)研發(fā)蘇打鹽堿土調(diào)理劑產(chǎn)品3-5個，建立產(chǎn)品加工工藝流程2-3套，根層土壤含鹽量降低40%以上，鈉堿化度降低30%以上；(6)形成蘇打鹽堿地特種經(jīng)濟植物、耐鹽堿牧草和堿性稻米等生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術5-8項，產(chǎn)品4-6種；(7)申請專利10-15項，形成技術規(guī)程4-6項，培養(yǎng)研究生30-40名，培訓農(nóng)民、技術咨詢及服務10000人次以上。(8)在吉林和黑龍江蘇打鹽堿地典型區(qū)域，建立綜合治理和生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術萬畝以上縣域示范3-4個，累計推廣500萬畝，產(chǎn)生經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益130億元以上。3結(jié)語3.1項目研究展望東北蘇打鹽堿地由于地域特點和土壤性質(zhì)復雜性，決定了治理技術必然從單一向綜合治理體系發(fā)展。在國內(nèi)外已有的研究成果基礎上，亟需加強針對蘇打鹽堿地土壤特性和氣候特點的適用技術的研發(fā)和推廣應用。創(chuàng)建和發(fā)展蘇打鹽堿地耐鹽堿牧草、特種經(jīng)濟植物和特色農(nóng)產(chǎn)品生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術及模式，實現(xiàn)生態(tài)、社會和經(jīng)濟效益三者有機結(jié)合，必將在蘇打鹽堿地生態(tài)治理和可持續(xù)利用方面發(fā)揮示范作用。項目預期取得土壤鹽堿化形成理論、蘇打鹽堿地生態(tài)治理和生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術等系列研究成果，在豐富和發(fā)展鹽堿土理論體系，創(chuàng)新土壤鹽堿化防治技術等方面將具有重要科學價值。3.2存在問題項目涉及有蘇打鹽堿土調(diào)理劑產(chǎn)品、鹽堿地生態(tài)產(chǎn)業(yè)加工產(chǎn)品等，其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展可能受到區(qū)域經(jīng)濟狀況、土地利用方式和市場認知程度等諸多因素影響。鹽堿地生態(tài)產(chǎn)業(yè)加工產(chǎn)品大多為新產(chǎn)品，市場認可需要一定的時期，同時也將面臨市場波動影響。需要深入挖掘鹽堿地生態(tài)產(chǎn)品特色，以促進新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。參考文獻：[1]USSalinityLaboratoryStaff.Diagnosisandimprovementofsalineandalkalisoils.Handbook60,WashingtonDC:USGovtPrintingOffice,1954:48-54.[2]TanjiKK.Natureandextentofagriculturalsalinity.In:Tanji,K.K.(Ed.)//AgriculturalandSalinityAssessmentandManagement.NewYork:ASCE,1990:1-17.[3]王遵親.中國鹽漬土.北京：科學出版社,1993:467-494.[4]WangZC,LiQS,LiXJ,SongCC,ZhangGJ.Sustainableagriculturedevelopmentinsaline-alkalisoilareaofSongnenPlain,northeastChina.ChineseGeographicalScience,2003,13:171-174.[5]QadirM,QureshiRH,AhmadN.Reclamationofasaline-sodicsoilbygypsumandLeptochloafusca.Geoderma,1996.74:207-217.[6]胡敏,史海濱,李為萍,梁建財.改良鹽漬化土壤脫硫石膏施用量與灌水量的最優(yōu)耦合.干旱區(qū)研究,2015,32(4):687-691.[7]QadirM,SchubertS,GhafoorA,MurtazaG.Ameliorationofstrategiesofsodicsoils:Areview.LandDegradationandDevelopment,2001,12:357-386.[8]StamfordNP,RibeiroMR,CunhaKPV,FreitasADS,SantosCER,DiasSHL.EffectivenessofsulfurwithAcidithiobacillusandgypsuminchemicalattributesofaBraziliansodicsoil.WorldJournalMicrobiologyBiotechnology,2007,23:1433-1439.[9]OsterJD.Gypsumusageinirrigatedagriculture:areview.Fertilizerresearch,1982,3:73-89.[10]裘善文,孫長占,王志春,欒兆擎.吉林省西部鹽堿化土地開發(fā)利用方向，關鍵技術及可持續(xù)發(fā)展//吉林省增產(chǎn)百億斤商品糧暨東北西部生態(tài)環(huán)境保護與建設論壇文集.長春:吉林科學技術出版社,2009:3-12.[11]柴立濤,耿玉輝,宋引弟,卯發(fā)菊,秦爽,喬渙.施磷對吉林省西部鹽堿土水田土壤無機磷組分的影響.水土保持學報,2015,29(6):197-201.[12]王春裕.論鹽漬土之種稻生態(tài)改良.土壤通報,2002,33(2):94-95.[13]王春裕.中國東北鹽漬土.北京:科學出版社,2004:335-337.[14]劉興土,何巖,鄧偉,宋玉祥，武志杰.東北區(qū)域農(nóng)業(yè)綜合發(fā)展研究．北京:科學出版社,2002:390-422.[15]CorwinDL,LeschSM.Characterizingsoilspatialvariabilitywithapparentsoilelectricalcond