我国海水灌溉农业研究概况与实践进展

2017-03-15王欣张可吴惠惠

天津农业科学 2017年2期

关键词：海水

王欣+张可+吴惠惠

摘要：海水灌溉农业是在滨海滩涂地区或者少数内陆盐碱地上对适宜耐盐植物进行海水、海水+淡水或者地下咸水的灌溉方式。作为现代化农业发展的新领域，发展海水灌溉农业对于缓解我国日益短缺的淡水资源具有重要的意义。本文从发展海水灌溉的意义、海水灌溉农业的研究概况以及海水灌溉农业存在的问题和建议等方面进行了总结，以期对海水灌溉农业的实施提供理论指导。

关键词：海水；农业灌溉；耐盐植物

中图分类号：P731.15 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.02.007

Abstract： Seawater irrigation agriculture is a kind of newly developed technique for salt-tolerant plants by seawater， seawater+fresh water or ground salt water irrigation on coastal saline-alkali area， and seawater irrigation agriculture has great significance for saving freshwater resources. The current status， the existing problems analyzing and the recommendations of seawater irrigation agriculture were introduced in this paper， it can provide theoretical guidance for future research.

Key words： sea water；agriculture irrigation；salt-tolerant plant

我国是世界上13个最缺水的国家之一，人均淡水资源总量为2 300 m3，仅占世界人均淡水资源总量的四分之一，淡水资源短缺问题十分严峻，其中农业用水占我国用水总量的60%以上。因此，农业节水是我国节水工作的发展重点，在推广农业节水灌溉的同时，找到合理的开源方式以缓解淡水资源不足已成为我国长期关注的研究领域。海水灌溉农业正是在此基础上应用而生的。海水灌溉农业是按照生物学和经济学原理，运用现代管理手段，在生物技术、土壤改良和引水灌溉等技术的支撑下，在滨海滩涂地区或者少数内陆盐碱地对适宜的耐盐植物进行海水、海水+淡水或者地下咸水的灌溉，从而获取较高经济效益的农业生产活动[1]。近30年來，海水灌溉农业作为现代农业发展的新领域，已经成为滩涂地、沿海岸线、盐碱地、沙漠和荒漠等地区发展农业的重要方向。

1 发展海水灌溉农业的意义

发展海水灌溉农业开辟了海陆资源的交叉利用、开发和利用海洋资源的新方向，丰富、拓宽了农业的内涵和外延，具有深远的战略意义[2]。自20世纪90年代开始，我国在山东、江苏、广东、海南等省近30万hm2的沿海滩涂地和荒碱地区试行海水灌溉农业，缓解水资源短缺的问题，促进了农业增产、农民增收。山东大学夏光敏教授预测，如果荒碱地区和沿海滩涂地区种植农作物，全国可增加耕地约4 000万hm2，小麦、水稻和油料等作物增产约1.5×108 t，如果利用海水灌溉可节约22.5亿m3淡水资源[3]。

在滨海滩涂地区种植耐盐植物，由于土壤被植物覆盖，土壤蒸发量减少，利于保持土壤水分[4]，蒸发造成的土壤积盐速率也随之减缓，土壤含盐量和电导率显著降低[5-7]，土壤有机质和无机养分增加，土壤微生物数量增加，从而有效改善滨海盐渍土[8]。另外，我国有丰富的地下咸水资源，微咸水灌溉可以增加土壤湿度，提供作物生长所需要的水分，同时降低土壤溶液的浓度及渗透压，有利于作物吸收水分[9]。微咸水灌溉在我国华北、西北等干旱半干旱地区有着广阔的研究和应用前景。

2 海水灌溉农业研究概况

开展滨海滩涂地、盐碱地适生的耐盐植物新品种选育，以海水灌溉技术与生物技术相结合，进行土壤、水分、盐分和作物的水盐调控技术和管理模式研究，是发展海水灌溉或者盐水灌溉农业的基础。

2.1 耐盐植物的选育与引种研究

植物耐盐性由其遗传性决定，不同作物具有不同的耐盐性，同一作物的不同品种间以及不同的生长阶段耐盐性也存在差异。在生产实践中，种植耐盐植物对土壤表层有明显的脱盐效果，并且因其基因型的不同，不同耐盐植物对根际土壤不同离子的选择吸收作用也不同，因此，筛选种植适合当地的耐盐品种，确定耐盐植物的耐盐极限，对于推动海水灌溉农业、改良滨海盐渍土具有重要意义。

国内外耐盐植物研究主要集中在两方面：一是引种、驯化经济价值有潜力的耐盐植物，二是利用种质资源筛选、细胞工程和基因工程培育耐盐新品种。世界上盐生植物种类约2 000～3 000种，已经鉴定1 500种左右，包括草生植物、灌木和树木，分布于湿地、沿海滩涂、沼泽地带到干旱、内陆盐化沙漠。目前，我国已经发现的盐生植物有424种，占世界盐生植物种类的四分之一，其中海篷子、碱蓬是已经查明的可以直接用海水灌溉、经济价值很高的耐盐种质资源。从20世纪60年代开始，我国先后从国外引种种植大米草、互花米草，目的是为了防浪护堤、改良土壤，改善滩涂地生态环境，已经取得一定的成效。天津滨海耐盐碱植物科技园从2001年开始成功引进国内外耐盐碱植物90多种，已成为我国北方盐生植物的种质基因库和滨海生态建设的大型苗圃，为盐生植物实现产业化和我国沿海滩涂、盐碱地的开发利用奠定了扎实的基础。

同样，利用生物技术培育耐盐种质资源也是发展海水灌溉农业的基础。姜健等[10]以紫花苜蓿无菌苗下胚轴为外植体，诱导获得愈伤组织，通过筛选获得耐半海水的耐盐细胞系。肖前谷等[11]采用RT-PCR从盐生植物北美海篷子中克隆Na+/H+逆向运输蛋白基因cDNA序列并通过农杆菌介导转化到模式植物拟南芥中，在NaCl胁迫培养条件下，转基因拟南芥生长状况优于野生型植株，具有一定的耐盐性。朱天艺等[12]采用农杆菌介导法将北美海篷子cmo基因转入烟草，获得的转基因烟草植株经NaCl胁迫处理后，SOD活性、POD活性、CAT活性及PRO含量均高于对照组植株，而MDA含量和H2O2含量则低于非转基因组，转基因烟草的耐盐性得到增强。

2.2 海水灌溉或微咸水灌溉的基础性研究

随着淡水资源供需矛盾的日益突出，合理开发海水资源已成为各国关注的问题。国内外学者通过大量的海水灌溉或者咸水灌溉的研究和实践，在灌溉方法与技术、土壤盐分对土壤环境和作物的应用、盐碱地改良技术与方法等方面取得了一些研究成果和经验。

不同的灌溉方式和灌溉措施对土壤水盐运动以及作物产量的影响不同。海水灌溉和微咸水灌溉可以直接利用海水或者微咸水、海水+淡水混灌和海水淡水轮灌等形式进行地面灌溉、地下灌溉和喷微灌等，灌溉水在一定的矿化度范围内，作物可以正常生长，不影响产量。刘兆普等[13]在半干旱的山东莱州地区进行海水灌溉鲁梅克斯、菊芋等耐盐植物的田间小区试验和室内模拟试验，结果表明适量的海水灌溉可以缓解滨海盐土的土壤盐渍化，减缓滨海盐土的土壤水分蒸发，1∶1海淡水比例的灌溉产量极显著优于淡水灌溉产量。隆小华等[14]研究发现，10%海水对菊芋幼苗生长发育没有抑制作用，甚至有一定的促进作用，25%海水胁迫对菊芋幼苗形态发育具有一定抑制作用，增加磷素浓度后，能显著缓解其抑制作用。刘玲等[15]研究不同比例海淡混合水灌溉4年对库拉索芦荟的全叶鲜质量、叶片含水量和叶片中可溶性糖等的影响，结果表明海水灌溉处理下的叶片可溶性糖显著高于淡水灌溉处理，随着海水比例增大，叶片中可溶性糖含量显著增加，叶片中多糖含量与淡水灌溉处理没有显著差异，但芦荟甙含量增加，75%海水处理达到最大。张世卿等[16]采用6种不同的微咸水轮灌、混灌方式对红枣进行滴灌，结果表明，微咸水滴灌可提高红枣可溶性糖、维生素C和可溶性固形物含量，降低有机酸含量。

滨海盐土改良方法有暗管排水、铺沙、覆盖等措施，通过改善土壤环境，调控土壤水盐运动，达到抑制土壤蒸发、提高入渗淋盐的目的。实践表明，农田生态工程措施投资大、成本高、施用技术要求也较高，因此大面积推广应用受到了限制，而覆盖方式或者施用土壤改良剂却弥补了这样的不足。在洗盐缺乏淡水、排水渠道不畅的情况下，采用地面覆盖是抑制土壤水分蒸发、提高土壤水分利用率，减少土壤盐分表聚的重要手段[17-19]。覆沙或加沙的土壤毛管孔隙大，不能形成毛管吸力作用，限制下层盐碱土的盐分上移，起到“沙压碱”的作用[20]。

因此，根据作物种类、土壤特征确定合理的海水灌溉或者微咸水灌溉制度才能真正有效地利用海水或者微咸水资源，缓解滨海盐土的土壤盐渍化，实现农业可持续发展。

3 海水灌溉农业存在的问题及建议

我国拥有丰富的海洋资源，以海水替代淡水进行农业灌溉可以极大程度地缓解由于淡水资源缺乏而造成的用水紧张形势，具有巨大的经济效益、生态效益和社会效益。海水灌溉农业是一项比较复杂的系统工程，影响海水灌溉的因素有很多，如水质、气候、土壤特性、作物种类，灌水方法、农艺措施等。若某一因素考虑不当，比如连续多年[21]或是没有避开干旱、少雨年份[22]进行海水、咸水灌溉会导致土壤处于积盐状态，作物受到盐分胁迫，造成潜在盐渍化的危险。因此，对发展海水灌溉农业提出如下建议，以确保海水灌溉农业健康良性发展。

（1）从战略上高度重视，加大海水灌溉农业的政府支持力度，海水灌溉农业涉及生物技术、土壤、灌溉等多领域，需要政府牵头协调相关學科研究领域的合作研发，进一步整合各地海水灌溉农业研究院所和企业的科技资源，实现项目信息的资源共享，避免重复研发和同步研发而造成的资源浪费。

（2）加强耐盐植物筛选培育，开发经济潜力大的耐盐植物，同时结合土壤改良和灌溉等技术，高效安全地利用海水灌溉，在满足作物对水分需求的同时，也要尽可能地防止和减轻海水灌溉引起的土壤盐碱化趋势，最大程度地保证土壤安全和作物高产高效。

（3）加强海水灌溉农业的国际交流与合作，引进国外优良的耐盐新品种、育种新技术，积极借鉴国外先进的栽培灌溉管理技术和市场化运作模式，促进海水灌溉农业的产业化发展。

参考文献：

[1]张振，韩立民，王金环.山东省海水灌溉农业的战略定位及其发展措施[J].农业经济，2015（3）：38-44.

[2]王金环，韩立民.海水灌溉农业的内涵，特征及发展对策建议[J].浙江海洋学院学报（人文科学版），2013，30（4）：6-10.

[3]霍有光.海水西调发展海水灌溉农业与绿化北方沙漠[M].石家庄：河北人民出版社，2005.

[4]赵耕毛，刘兆普，陈铭达，等.不同降雨强度下滨海盐渍土水盐运动规律模拟实验研究[J].南京农业大学学报，2003，26（2）：51-54.

[5]徐明岗，李菊梅，李志杰.利用耐盐植物改善盐土区环境[J]，中国土壤与肥料，2006（3）：6-10.

[6]韩文军，滨村邦夫，杨劼.海水灌溉条件下Salicornia bigelovii的种植密度对个体间养分积累及土壤盐分的影响[J]. 草业科学，2008，25（11）：36-39.

[7]杨君，蒋吉禹.海水灌溉条件下菊芋种植密度对土壤无机盐及产量的影响[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2009（2）：17-18.

[8]张立宾，徐化凌，赵庚星.碱蓬的耐盐能力及其对滨海盐渍土的改良效果[J].土壤，2007，39（2）：310-313.