江苏滨海盐土脱盐技术及应用前景

2021-01-16孙立才崔士友张蛟翟彩娇

农学学报 2021年1期

关键词：江苏

孙立才崔士友张蛟翟彩娇

摘要：沿海滩涂是江苏省主要的土地后备资源，滨海盐土的开发、利用和保护已得到各级政府的高度重视。基于盐平衡指数的概念，归纳出滨海盐土的三大脱盐技术，即雨水/微咸水淋洗脱盐技术、阻止毛管水上升减少根区聚盐技术和生物脱盐技术。在具体的滩涂脱盐改土实践中江苏省通过这3种技术的集成，已形成各具特色的滨海滩涂脱盐改土技术体系，包括养鱼改土技术、稻作改土技术、秸秆覆盖旱作改土技术和秸秆覆盖造林改土技术。预计这些技术将对江苏沿海滩涂资源的开发利用提供有效的技术支撑。

关键词：滨海盐土；盐平衡指数；脱盐；秸秆覆盖；江苏

中图分类号：S156.4文献标志码：A论文编号：cjas20190500039

基金项目：国家科技支撑计划“盐碱地水稻高产高效配套栽培技术探究”（2015BAD01B03）；江苏省重点研发计划（现代农业）“盐碱地水稻机插高产高效栽培技术集成创新与示范”（BE2015337）；江苏省重点研发计划（现代农业）“高产优质多抗耐盐（碱）水稻新品质选育”（BE2016370）。

Coastal Saline Soil in Jiangsu： Desalting Technologies and Application Prospect

Sun Licai1，2， Cui Shiyou1， Zhang Jiao1， Zhai Caijiao1

（1Jiangsu Yanjiang Institute of Agricultural Sciences/ Nantong Public Technology Service Platform of Salt-tolerant Plants， Nantong

226541， Jiangsu， China；2Institute of Geochemical Exploration and Marine Geological Survey， Nanjing 210007， Jiangsu， China）

Abstract： Coastal beach is the main land reserve resource in Jiangsu Province， and the exploitation， utilization and protection of coastal saline soil have been highlighted by governments at all levels. In this paper， three major desalination technologies for coastal saline soil based on the concept of salt balance index were summarized， including leaching by rainwater and brackish water， reducing salt accumulation in root zone by preventing capillary rise of groundwater， and biological desalting technology. In the practice of beach desalting and soil improvement， Jiangsu Province has formed its own technical system of desalination of coastal beach with the integration of the three technologies， including amelioration of saline soil by fish farming in mudflat pond， paddy cultivation by irrigation of brackish water， dry farming with straw mulching， and afforestation under straw mulching. It is expected that these technologies will provide effective technical support for the development and utilization of coastal tidal flat resources in Jiangsu Province.

Keywords： Coastal Saline Soil； Salt Balance Index； Desalination； Straw Mulching； Jiangsu

0引言

江蘇省人多地少，耕地是江苏社会经济可持续发展的重要限制因素。而沿海滩涂总面积高达68.7万hm2，约占全国沿海滩涂总面积的1/4，其中潮上带29.5万hm2，且每年仍以1.9万hm2的速度淤长[1]，这是江苏省未来发展的重要后备资源。随着人口增长和国民经济的快速发展，沿海滩涂盐碱地作为江苏省重要的土地后备资源，其开发、利用和保护日益引起人们的高度重视。滩涂开发利用尤其是农业和生态建设的最大限制因素是滩涂土壤的高盐分，因此江苏滨海盐土脱盐技术的研发和推广是沿海滩涂开发利用的重中之重。

1滨海滩涂脱盐的技术路线

根据江苏沿海滩涂的实际，可对盐平衡指数做如下的简化或假设：①沿海滩涂淡水资源匮乏，一般不使用淡水灌溉洗盐，从而可忽略Viw、Ciw；②降雨中的盐分含量很低，可以忽略Vrw、Crw项；③土壤矿质风化是一个相对缓慢的过程，对土壤盐分的增加没有明显的贡献，可忽略Sm项；④本技术无农业化学品以及畜禽粪便的投入，从而可忽略Sf。

2盐碱地3种脱盐技术

2.1雨水、微咸水淋洗脱盐技术

盐碱地脱盐最基本的是通过淋洗进行的，而淋洗需要大量的水资源。但是，国内淡水资源总体短缺[3]，江苏沿海地区同样缺乏淡水资源，大多是微咸水甚至咸水资源，且资源量有限。不过该地区存在明显的雨季（6—8月），雨水资源较为丰富。能否利用充沛的雨水资源以及微咸水资源实现滨海重盐土的脱盐，是一个十分紧迫的现实问题。

围塘养鱼改土[4-5]以及进一步的鱼麦轮作[4]是滩涂脱盐改良与高效利用结合较好的滩涂利用方式。在4.37～5.80 g/kg含盐量的滩涂上引灌蓄水养鱼2年，1 m土层脱盐率达62.1%～80.5%，而未养鱼自然脱盐率仅为11.8%～20.0%[4]。在4.32～4.89 g/kg含盐量的滩涂上蓄淡养鱼改土2年与垦荒旱作、抛荒自然淋洗相比，土壤脱盐率分别是后两者的2倍和4倍[5]。

盐碱地种稻是淋洗脱盐的又一实际应用，由于沿海地区的淡水资源短缺，微咸水（2～5 g/L）成为滩涂水稻种植所需水资源的替代选择[6-7]。微咸水灌溉一方面提供作物生长所需的水分，同时也给土壤带入盐分，存在一定的加重盐渍化的潜在风险。不过已有的模拟研究[6]或连续4年的定位观测[7]均表明微咸水灌溉种植水稻不会对滩涂土壤产生次生盐渍化的风险。

室内模拟和盐碱地实地试验均表明，微咸水甚至咸水均可用于盐碱地的淋洗脱盐。戴继航等[8]通过室内土柱（全盐含量2.392%）模拟咸水淋洗，设置6种不同矿化度的水，分别为0（蒸馏水）、5.35、10.36、15.61、21.73、30.97（海水）g/L，结果表明土壤盐分随着咸水淋洗水量的增加先上升，再急剧下降、快速下降、缓慢下降，淋洗结束后不同矿化度水淋洗土壤盐分含量均明显下降。可根据需淋洗土壤的盐分含量确定淋洗咸水的矿化度范围。在不同气候带（山东莱州为暖温半干旱带；江苏大丰为暖温湿润带；湖南乐东为热带湿润带）海水灌溉下滨海盐土水盐运动特征的观测结果表明，在适宜的灌溉定额下，无任何的人为调控措施，莱州点表现为自然积盐的趋势，在使用50%的海淡水混灌时，2年0～60 cm土层盐分未超过3 g/kg；大丰点用60%的海淡水灌溉，海水灌溉所带入的总盐与1 m土体淋失的盐量持平；而乐东盐分收支平衡的海淡水比例为75%[9]。罗延彬等[10]在盐碱地（地下水位3～5 m）上开展了15年的盐化水（矿化度2～5 g/L）灌溉淋洗盐碱地试验，1 m剖面全盐含量2.48 g/kg。在天津滨海地区，为满足绿化植物的生长要求，利用微咸水淋洗重壤质滨海盐土，适宜的淋洗方式为淋洗量1200 m3/hm2，连续淋洗3次后，0～60 cm土壤剖面的全盐量降低到3 g/kg以下，脱盐率达60%以上[11]。利用咸水淋洗改良盐碱地尽管具有较好的节水效果，但在排水不畅的滩涂地块可能导致地下水矿化度增加、水位上升，进而产生次生盐渍化的风险。

淋洗脱盐有连续性淋洗和间歇性淋洗2种方式。不同淋洗方式的比较研究表明，间歇淋洗的效率高于连续淋洗[12-13]，雨水洗盐相当于间歇性淋洗，雨水洗盐在江苏滨海盐土的脱盐中有很好的利用潜力。研究表明滨海滩涂0～40 cm表土脱盐80%需351.9 mm的累积降雨量[14]，但需要与秸秆覆盖措施相结合，否则雨水淋洗的效果会被土壤毛管水蒸发而产生地下水鹽分的表聚抵消。

2.2阻止毛管水上升减少根区聚盐技术

早期的研究即表明土壤含盐量与潜水矿化度间密切相关[15]，原因在于含盐的潜水通过土壤毛管作用上升，并在表土层积盐。其主要影响因子包括蒸发量、地下水矿化度、地下水埋深等。典型滩涂的观测表明江苏滨海盐土地下水矿化度的微域差异比较显著，变幅3.83～30.75 g/L；地下水埋深较浅，一般在110～150 cm[16]。此外，该地区的蒸发量超过降雨量，蒸降比（蒸发量与降雨量之比）较高，根据江苏沿海10个县市连续20年的气象数据[15]，不同县市的蒸降比变幅为1.31～1.87，平均值为1.47±0.17。野外观测研究表明，地下水埋深和水补充量是0～40 cm土层土壤盐分的主要影响因子；地下水埋深和蒸散量是60～80 cm土层土壤盐分的主要影响因子。地下水盐分是土壤盐分累积的主要来源，降水脱盐作用仅对0～40 cm表土作用显著，蒸发积盐作用则在整个土壤剖面上具有影响[17]。

降低地下水位、减少土壤蒸发以及地下水淡化是减少盐分在表土累积的主要方法。室内土柱模拟研究表明，当地下水埋深达到155 cm时，在试验条件下以毛管水形式上升的地下水已经无法快速到达土柱表面；无论地下水矿化度如何，在该地下水埋深条件下土壤积盐强度不大[18]。降低滩涂地区地下水位的方法包括抬高地面高程、滩涂造林、抽提地下水。抬高高程的工程措施台田的建造在滩涂脱盐改良中常用[19]，通过造林降低滩涂地区地下水位已有广泛的共识[1，20-21]，而抽提地下水在滩涂地区也进行过尝试，不过该技术实施后存在海水入侵的潜在风险。

减少土壤蒸发的常用方法是土表覆盖，土表覆盖（秸秆、植被、地膜、细沙等）是盐碱地改良常用的技术，其中以秸秆覆盖研究较多。覆盖的主要作用在于有效减少土壤水分蒸发，进而抑制土壤中可溶性盐分的表聚作用。有研究表明在1.05 kg/m2的秸秆覆盖下，土壤水分蒸发抑制率达80.5%[22]。而不同作物覆盖下的土壤水分蒸发量顺序为休闲地>高梁>大豆>小麦（在小麦生长期）+草木樨>田菁[23]。作者的研究也表明秸秆覆盖对于江苏滨海盐土的脱盐改良具有明显而稳定的作用，秸秆覆盖与雨水相结合使得沿海滩涂中、重盐土的脱盐率达95%左右，且秸秆覆盖的脱盐效果优于植被（田菁）覆盖，后者的脱盐效果仅为前者的1/2左右[24]。

2.3生物脱盐技术

生物脱盐技术主要是利用盐生植物对盐碱地土壤盐分的超强吸收和富集能力，在盐碱地人工种植盐生植物，在生育末期刹割地上部分，可有效改良盐碱地。利用盐生植物改良盐碱地已有较多的报道[25-29]，在具体选择盐生植物时要选用生物量大、植株体内盐分浓度高的品种[26]，以提高盐生植物的脱盐效果。有研究表明，与种植前相比，种植后盐角草、盐地碱蓬和对照处理0～30 cm土层总盐分别下降55.6%、33.0%和20.8%，30～60 cm土层盐角草、盐地碱蓬处理分别下降21.8%和29.2%，而对照则上升了18.3%[28]。

不同的盐生植物对土壤盐分的富集能力也存在差异。赵可夫等[25]在山东禹城含盐量10～13 g/kg的试验田研究了盐爪爪（Kalidium foliatum）、盐地碱蓬（Suaeda salsa）、中亚滨藜（Atriplex centralasiatiea）、西伯利亚白刺（Nitraria sibirica）对土壤盐分的富集能力，其中盐爪爪的吸盐能力最强。郭洋等[26]在新疆通过试验比较了一年生盐角草（Salicornia europaea）、盐地碱蓬、高碱蓬（Suaeda altissima）和野榆钱菠菜（Atripex aucheri）的吸收离子类型和盐分积累量，试验地的耕层土壤盐分均值为10.23 g/kg，4种盐生植物的生物量排序为高碱蓬>蓬野榆钱菠菜>盐地碱蓬>盐角草，盐分总浓度盐角草>盐地碱蓬>高碱蓬>野榆钱菠菜，盐角草对的Na+、Cl-的吸收能力强于盐地碱蓬、高碱蓬和野榆钱菠菜，尤其对Cl-表现出极强的选择吸收能力。此外，海蓬子（Salicornia bigelovii）吸盐能力明显强于盐地碱蓬[27]，盐角草（Salicornia europaea）对Na+、Cl-的摄取能力强于盐地碱蓬[29]。

3江苏滨海盐土脱盐技术的研发

3.1滨海滩涂养鱼改土技术

江苏省农科院在20世纪80年代中期开展了养鱼改土方面的探索，该技术在进行滨海盐土脱盐改良的同时，获得了较高的经济效益[30]。一方面进行淡水洗盐，另一方面通过鱼的排泄物和水体的自然光合产物增加土壤养分，改善土壤肥力状况。在解决滨海盐土盐害和贫瘠这2个障碍因子方面具有较好的效果。后来又对该技术进行了进一步的拓展，提出了滩涂鱼粮轮作技术，通过选择适当的养鱼方式，调整滩塘结构，选用适宜的作物品种及其栽培技术措施，合理安排利用滩塘空间，解决种植夏熟作物和养鱼季节的矛盾，使一块滩地一年内获得粮、草、鱼双收或多收[31]。该技术进一步提高了土地利用率，加快了土壤熟化过程，提高了滩涂利用的效益。

3.2滨海滩涂稻作改土技术

在淡水或微咸水资源较为充裕的滩涂地区，滨海滩涂稻作改土技术已在江苏沿海地区得到推广[6-7，32]。其主要技术包括：（1）淡水或微咸水洗盐，促使土壤盐分降至1.5～2.0 g/（kg·土）。如果引淡水灌溉，则土壤处于饱和水且无水层情形下，此时土壤水的盐分含量为4.4～5.8 g/L，如用微咸水灌溉则高于此值，如建立浅水层则低于此值。水稻生长期间的观测表明浅水层的盐分含量在分蘖期一般低于1 g/L，此时正值雨季；而拔节期—灌浆期一般变化在2～3.5 g/L[7]。（2）选用耐盐性较强的水稻品种。尽管水稻为盐敏感植物，但现有品种中也存在耐盐性相对较好品种，如‘盐稻10号’、‘盐稻12’、‘通粳981’、‘淮稻5号’等品种较为适宜滩涂种植。（3）秸秆全量还田滩涂土壤培肥地力提升技术。江苏沿海滩涂土壤有机质含量仅5 g/kg左右，土壤肥力水平低，必须重视土壤培肥工作。经过3年的定位观测，水稻秸秆全量还田后，土壤有机质从水稻种植前的5.13 g/kg增加到7.36 g/kg。（4）滩涂水稻栽培技术。试验表明与非盐胁迫相比，3 g/（kg·土）的盐胁迫下盐池单位面积穗数略有增加但不显著，每穗粒数显著下降，仅为对照的45.9%～63.5%，千粒重显著下降，为对照的81.9%～90.4%[33]。由此推测盐胁迫对水稻产量影响的关键时期为拔节孕穗期，其次是灌浆期。其关键技术包括肥水运筹以及缓解盐胁迫的生长调节物质的使用。

3.3滨海滩涂秸秆覆盖旱作改土技术

秸秆覆盖脱盐技术在江苏滨海滩涂水资源短缺不能通过稻作改土的地区具有很好的应用潜力，因为该地区常年降雨量超过1000 mm，且存在明显的雨季（6—8月）。江苏沿江地区农科所盐土农业项目组的研究表明，江苏滨海滩涂中重盐土0～40 cm深度脱盐80%需累积降雨量350 mm左右，江苏沿海地区雨季的常年降雨量可满足该降雨量需求[14]。不过滨海滩涂地区地下水位浅，潜水矿化度高[15]，如果不施加人为的覆盖措施，潜水中的盐分可通过土壤的毛管上升而在表土积累，削弱了自然降雨对土壤盐分的淋洗作用。试验表明在15 t/hm2的秸秆覆盖下，经过5—7月的雨水淋洗，滨海滩涂中重盐土0～40 cm土层的土壤盐分可降至1～2 g/kg[14，24]，当年秋播即可种植大小麦和油菜，覆盖维持雨水的脱盐效果十分明显。

“雨水+秸秆覆盖”脱盐技术充分利用了江苏沿海地区充沛的雨水资源，以及被视为生态公害的丰富的秸秆废弃物资源，实现了滨海盐土的快速脱盐，且脱盐改良成本相對较低。该技术已获国家发明专利授权（ZL 2014 1 0698031.9）[34]，相信该技术的推广应用可为江苏沿海滩涂的农业开发做出贡献。

3.4滨海滩涂秸秆覆盖造林改土技术

随着2009年江苏沿海大开发战略上升为国家战略，在促进沿海地区经济可持续发展的进程中，江苏坚持生态优先，加大生态建设规划用地比重，规定新围填的滩涂20%用于生态，为植树造林预留了空间。

秸秆覆盖滩涂造林技术是秸秆覆盖旱作技术的进一步拓展，主要区别在于对脱盐的土层深度要求不同，因为作物为浅根系，而造林树种多为深根系。在具体的技术实施方面则是加大秸秆覆盖量，要求覆盖秸秆30 t/hm2以上，具体覆盖量视造林树种的耐盐性、滩涂高程、地下水位、土壤盐分含量等因子而确定。可喜的是2016年已有企业在这方面申请了相关的专利[35]。造林改土主要体现在通过树体强大的蒸腾作用降低地下水位，进而阻止地下水盐分的表聚，加上造林产生的植被形成的地表覆盖减少了土壤水分的蒸发，均可稳定雨水的脱盐效果。梁珍海等[36]的野外实地观测也表明，造林和农业耕作能加速土壤脱盐过程，但在稳定脱盐效果、防止旱季“返盐”等方面，林业措施更为有效。在探索滩涂快速脱盐新技术新方法的过程中，将秸秆这一农业废弃物用于滩涂脱盐和造林中，既解决了生态公害，又大幅度降低滩涂造林成本，值得大力推广应用。

4江苏滨海盐土脱盐技术的应用现状与前景

滩涂养鱼改土技术作为成熟的技术已在江苏沿海滩涂规模化推广应用，并取得了较好的生态经济效益[4，30-31]。而滩涂稻作改土技术近些年有了新进展，微咸水灌溉滩涂稻作改土技术已在部分地区示范应用，极具推广潜力。秸秆覆盖旱作改土技术、秸秆覆盖造林改土技术尚处于示范阶段，在大规模推广应用前需要对该技术进行熟化以及配套技术的组装集成。

根据江苏省发展改革委和江苏省沿海办提出的《江苏沿海滩涂围垦开发利用规划纲要》，2010—2020年新围垦滩涂18万hm2。其中用于农业和生态的80%滩涂必须进行滩涂脱盐改良才能开发利用，在滨海盐土的脱盐改良与高效利用中，简易高效的技术研发显得至关重要。“雨水+秸秆覆盖”脱盐技术以及由此技术拓展产生的秸秆覆盖滩涂旱作改土技术、秸秆覆盖滩涂造林改土技术，充分利用了江苏沿海地区充沛的雨水资源以及丰富的农作物秸秆资源，脱盐快而稳定，作为一种滩涂脱盐改土技术具有极大的利用潜力。此外，土壤调理剂（脱硫石膏等）、暗管排水等技术因脱盐改良成本较高可小规模示范应用，暗管排水技术因工程投资大不宜大规模应用，可继续研发低成本的暗管排水技术，进一步验证其应用效果。

滨海盐土脱盐后，因Mg2+、Ca2+、K+也因淋洗而减少，土壤肥力有所下降[37]，因此应重视脱盐后土壤的培肥工作，除提高滩涂生产水平外，也有利于稳定脱盐效果。首先，在滩涂农业利用地区推进秸秆全量或部分还田[38]，这对提高滨海滩涂农田土壤有机质水平的效果明显；对于造林滩涂，脱盐后可通过使用城市生活污泥提高土壤有机质和土壤肥力。研究表明随着滩涂污泥施用量的增加，土壤的容重、pH值逐渐下降，有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、CEC均呈上升趋势，全钾、速效钾无显著变化，滩涂土壤的细菌、放线菌数量随污泥施用量的提高呈上升趋势[39]，说明生活污泥可改善滩涂土壤的理化性状。

参考文献

[1]崔士友，张蛟，翟彩娇.江苏沿海滩涂快速改良与高效利用研究进展[J].农学学报，2017，7（3）：42-46.

[2]Qadir M， Ghafoor A， Murtaza G. Amelioration strategies for saline soils： a review[J]. Land Degradation & Development，2001，12（4）： 357-386.

[3]童绍玉，周振宇，彭海英.中国水资源短缺的空间格局及缺水类型[J].生态经济，2016，32（7）：168-173.

[4]严少华，张振华.海涂快速改良与高效利用技术体系研究与开发[A].//中国土壤学会海峡两岸土壤肥料学术研讨会[C].1999：150-154.

[5]刘兆普，沈其荣，孙怀顺，等.蓄淡养鱼改良江苏滨海强度盐渍化土壤的探讨[J].南京农业大学学报，1992，15（3）：57-62.

[6]王相平，杨劲松，姚荣江，等.苏北滩涂水稻微咸水灌溉模式及土壤盐分动态变化[J].农业工程学报，2014，30（7）：54-63.

[7]张蛟，翟彩娇，崔士友.微咸水灌溉滩涂稻田盐分动态及其水稻产量表现[J].江苏农业学报，2018，（5）：799-803.

[8]戴继航，张金龙，李婧男，等.咸水淋洗改良滨海盐渍土的潜力研究[J].水土保持学报，2011，25（3）：250-253.

[9]刘兆普，赵耕毛，刘玲，等.不同气候带海水灌溉下滨海盐土水盐运动特征[J].水土保持学报，2004，18（1）：43-46.

[10]罗延彬，任葳，李彦，等.新疆盐碱地长期应用盐水灌溉土壤盐分变化[J].灌溉排水学报，2004，23（5）：36-40.

[11]廉晓娟，李明悦，王艳，等.微咸水淋洗重壤质滨海盐土的盐分变化研究[J].中国农学通报，2011，27（32）：252-256.

[12]Hoffman G J. Guidelines for reclamation of salt-affected soils[J]. AppliedAgricultural Research，1986，1（2）：65-72.

[13]王鹏山，张金龙，苏德荣，等.不同淋洗方式下滨海沙性盐渍土改良效果[J].水土保持学报，2012，26（3）：136-140.

[14]Cui Shiyou， Zhang Jiaojiao， Sun Mingfa， et al. Leaching effectiveness of desalinization by rainfall combined with wheat straw mulching on heavy saline soil[J]. Archives of Agronomy and Soil Science，2018，64（70）：891-902.

[15]陈邦本，方明.江苏海岸带土壤[M].南京：河海大学出版社，1988：7-8.

[16]刘广明，杨劲松，姜艳.江苏典型滩涂区地下水及土壤的盐分特征研究[J].土壤，2005，37（2）：163-168.

[17]赵秀芳，杨劲松，姚荣江.苏北典型滩涂区土壤盐分动态与水平衡要素之间的关系[J].农业工程学报，2010，26（3）：52-57.

[18]刘广明，杨劲松.地下水作用条件下土壤积盐规律研究[J].土壤学报，2003，40（1）：65-69.

[19]高广磊，丁国栋，韦利伟，等.滨海盐碱地改土造林技术研究[J].安徽农业科学，2010，38（7）：3662-3665

[20]张成丕，杨新民，董运秋.青岛盐碱地盲管排盐与绿化改造技術的研究[J].水土保持通报，2011，31（3）：117-121.

[21]刘德辉，梁珍海，李荣锦，等.泥质海岸防护林对滩涂土壤的改良效果研究[J].土壤通报，1998（6）：245-247.

[22]孙博，解建仓，汪妮，等.不同秸秆覆盖量对盐渍土蒸发、水盐变化的影响[J].水土保持学报，2012，26（1）：246-250.

[23]任玉民，吴芝成.滨海盐渍土稻田回旱后水盐动态及其调节[J].北方水稻，1982（6）：1-11.

[24]崔士友，张蛟.秸秆和植被覆盖对江苏滨海盐土土壤盐分变化的影响[J].农业资源与环境学报，2017，34（6）：509-516.

[25]赵可夫，范海，江行玉，等.盐生植物在盐渍土壤改良中的作用[J].应用与环境生物学报，2002，8（1）：31-35.

[26]郭洋，陈波浪，盛建东，等.几种一年生盐生植物的吸盐能力[J].植物营养与肥料学报，2015，21（1）：269-276.