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(xué)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(xué)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(huì)對(duì)土壤的物理、化學(xué)和生物特性產(chǎn)生不利影響,進(jìn)而導(dǎo)致土壤生產(chǎn)力的降低?？萍伎v橫土壤鹽化是一個(gè)全球關(guān)注的嚴(yán)重問題,灌溉區(qū)的不當(dāng)利用、亂砍濫伐、過度放牧以及其別人類活動(dòng)導(dǎo)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(guó)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(duì)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(dāng)措施,利用咸水甚至海水灌溉作物,到達(dá)抗旱增產(chǎn)的目的是可行的[2]。人口不斷增長(zhǎng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快等眾多因素加劇了耕地資源和淡水資源的供應(yīng)壓力,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力、保障糧食安全是新時(shí)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(guó)和學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。在資源約束條件下,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展催生了以鹽化為特征的新型當(dāng)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(yīng)對(duì)鹽化這類特殊環(huán)境條件的當(dāng)代農(nóng)業(yè),主要是運(yùn)用先進(jìn)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(jìn)行灌溉,在收獲作物的同時(shí),還能夠到達(dá)改進(jìn)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(diǎn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式。生物鹽化農(nóng)業(yè)的目的有兩個(gè):一是耐鹽經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)出能夠接受的生物量,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益。二是生態(tài)系統(tǒng)是長(zhǎng)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(diǎn),根據(jù)生態(tài)學(xué)原理設(shè)計(jì),依靠當(dāng)代科學(xué)技術(shù),充分利用區(qū)域自然資源,建立適應(yīng)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(jìn)行灌溉,是對(duì)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(zhǎng)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(xiàng)技術(shù)措施的綜合應(yīng)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(xué)、生物學(xué)、植物生理學(xué)、農(nóng)業(yè)工程等多學(xué)科的綜合支撐,例如耐鹽經(jīng)濟(jì)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(jìn)的灌溉系統(tǒng)和技術(shù)灌溉適宜的耐鹽經(jīng)濟(jì)作物,生產(chǎn)鹽化的農(nóng)副產(chǎn)品獲取經(jīng)濟(jì)效益。華而不實(shí),耐鹽經(jīng)濟(jì)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(jìn)鹽化土壤,進(jìn)而到達(dá)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(jì)60年代,生態(tài)學(xué)家HugoBoyko和園藝學(xué)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(zhǎng),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(shí),很多植物能夠利用地下咸水灌溉,對(duì)于沙土地甚至可利用海水灌溉[3],由此引起了國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)咸水乃至海水灌溉耐鹽植物的關(guān)注。10多年后,美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的3名成員LewisMay-field、JamesAller和OskarZaborsky對(duì)生物鹽化概念進(jìn)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(yīng)該被視為有用的資源而非損失,能夠用于糧食、能源和化學(xué)原料的非傳統(tǒng)方式生產(chǎn)[4]。在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的贊助下,1977年首屆國(guó)際生物鹽化研究論壇在美國(guó)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(xué)術(shù)界被廣泛應(yīng)用,第二屆和第三屆國(guó)際生物鹽化研究論壇分別在墨西哥(1980)、以色列(1984)舉辦,進(jìn)一步為生物鹽化相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)際學(xué)術(shù)溝通合作搭建了學(xué)術(shù)溝通平臺(tái)。學(xué)術(shù)界對(duì)生物鹽化農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)研究如植物耐鹽機(jī)理、咸水安全灌溉等進(jìn)行了更深切進(jìn)入、細(xì)化的研究,并得到了聯(lián)合國(guó)環(huán)境署、聯(lián)合國(guó)教科文組織、國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)等國(guó)際組織的支持和合作,專門針對(duì)生物鹽化農(nóng)業(yè)的國(guó)際性研究組織或機(jī)構(gòu)、跨地區(qū)合作項(xiàng)目逐步成立。1992年在肯尼亞首都內(nèi)羅比聯(lián)合國(guó)環(huán)境署總部召開了鹽生植物在鹽化荒地改進(jìn)及其作為飼用資源的利用現(xiàn)在狀況和開發(fā)前景的國(guó)際討論會(huì),包括歐洲、亞洲、非洲、北美洲在內(nèi)的19個(gè)國(guó)家和地區(qū)的代表參加了大會(huì),中國(guó)有兩名代表到會(huì)。會(huì)議圍繞地球上內(nèi)陸干旱區(qū)鹽生植物在鹽化荒地改進(jìn)及其作為飼用資源的利用現(xiàn)在狀況和開發(fā)前景進(jìn)行討論,并出版會(huì)議論文集(鹽生植物作為家畜飼草和荒地修復(fù)的資源〕[5]。1999年由發(fā)展銀行和阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)等單位贊助的國(guó)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(guó)際化非營(yíng)利性組織,由各國(guó)科學(xué)家組成一只科研隊(duì)伍,迄今已與中東、撒哈拉以南的非洲國(guó)家、西亞、北非以及中亞地區(qū)的國(guó)家建立合作關(guān)系,致力于惡劣環(huán)境下的農(nóng)業(yè)應(yīng)用技術(shù)研究與推廣。進(jìn)入21世紀(jì)以來,生物鹽化農(nóng)業(yè)逐步遭到各國(guó)學(xué)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(zhǎng)國(guó)等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)相繼建立了生物鹽化農(nóng)業(yè)示范田進(jìn)行推廣應(yīng)用[6]。中國(guó)也于2000年初次引進(jìn)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(dāng)前已作為高檔海水蔬菜進(jìn)入到規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化種植。迄今為止,生物鹽化農(nóng)業(yè)的種植對(duì)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(shì)美國(guó)著名將來學(xué)家托夫勒在(第四次浪潮〕一書中指出,21世紀(jì)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(cái)富,他還預(yù)言以知識(shí)為基礎(chǔ)資源的農(nóng)業(yè)可能發(fā)展成為明天在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占最大優(yōu)勢(shì)的部門[7]。托夫勒的預(yù)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(shì)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(zhǎng)遠(yuǎn)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(jìn)入產(chǎn)業(yè)化種植并逐步打開市場(chǎng)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(xué)陳爭(zhēng)平教授以為,在人口諸多、人均資源少的現(xiàn)實(shí)背景下,為突破耕地資源和淡水資源對(duì)將來農(nóng)業(yè)發(fā)展的約束,應(yīng)當(dāng)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(shí)期農(nóng)業(yè)當(dāng)代化的新途徑[8]。隨著人口增長(zhǎng)對(duì)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(duì)食物不斷增長(zhǎng)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(jìn)程加快的宏觀背景下,農(nóng)業(yè)耕地資源擴(kuò)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(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn),首先需要通過工程措施消耗損費(fèi)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(shí)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(shì),在鹽堿地上直接栽種耐鹽經(jīng)濟(jì)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(jì)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(diǎn)領(lǐng)域。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外對(duì)生物鹽化農(nóng)業(yè)的和基礎(chǔ)研究大致分為兩個(gè)方向:一是咸水灌溉與土壤之間的水鹽運(yùn)動(dòng)規(guī)律。二是作物耐鹽機(jī)理,主要研究作物對(duì)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(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。能夠估計(jì),日新月異的科技進(jìn)步,尤其是隨著當(dāng)代農(nóng)業(yè)科技帶動(dòng)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(jìn)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(huì)不斷增加,對(duì)劣質(zhì)水源的利用效率和安全水平也會(huì)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(fù)雜,現(xiàn)有的相關(guān)研究基礎(chǔ)仍然非常薄弱。華而不實(shí),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(yuǎn)遠(yuǎn)多于普通農(nóng)業(yè),從優(yōu)良耐鹽經(jīng)濟(jì)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(gè)復(fù)雜環(huán)節(jié)都需要長(zhǎng)期的、大量的研究試驗(yàn)作為保障。以優(yōu)良耐鹽經(jīng)濟(jì)作物挑選為例,美國(guó)亞利桑那大學(xué)自1978年開場(chǎng)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(jì)價(jià)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(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)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(shí)現(xiàn)繁榮發(fā)展可能會(huì)經(jīng)歷一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間周期。以下為參考文獻(xiàn)：[1]BillWallin,JorgeMoralesPedraza.生命的種子荒地怎樣變沃土[J].國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)通報(bào),2003(1):47-51.[2]鄭九華.咸水灌溉[M].北京:中國(guó)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