東北蘇打鹽堿地生態(tài)治理關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與集成示范

東北蘇打鹽堿地生態(tài)治理關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與集成示范 楊帆王志春基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“典型脆弱生態(tài)修復(fù)與保護(hù)研究”重點(diǎn)專項(xiàng)2016YFC0501200通訊作者：王志春E-mail:wangzhichun@馬紅媛基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“典型脆弱生態(tài)修復(fù)與保護(hù)研究”重點(diǎn)專項(xiàng)2016YFC0501200通訊作者：王志春E-mail:wangzhichun@中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所長(zhǎng)春130102摘要：“東北蘇打鹽堿地生態(tài)治理關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與集成示范”項(xiàng)目（2016YFC0501200）由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃提供資助。項(xiàng)目主要針對(duì)東北土壤鹽堿導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境惡化、限制區(qū)域生態(tài)恢復(fù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的問(wèn)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(jī)理及障礙消減機(jī)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(fù)關(guān)鍵技術(shù)，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(kāi)展縣域示范，為蘇打鹽堿地長(zhǎng)效治理提供范式，實(shí)現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益共贏的鹽堿地治理良性循環(huán)。關(guān)鍵詞：生態(tài)治理;關(guān)鍵技術(shù);集成示范;蘇打鹽堿地;中國(guó)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(guó)教科文組織統(tǒng)計(jì)，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(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的世界性問(wèn)題，鹽堿地治理利用的理論和技術(shù)一直是國(guó)際學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。土壤鹽堿化理論研究自上世紀(jì)50年代開(kāi)始，開(kāi)展了對(duì)鹽堿土實(shí)驗(yàn)方法、理化特性、植物鹽堿脅迫響應(yīng)、植物根區(qū)瞬時(shí)-穩(wěn)態(tài)鹽分平衡、水鹽運(yùn)動(dòng)規(guī)律、鹽堿化預(yù)測(cè)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(shù)研究成果豐碩，且在生產(chǎn)實(shí)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(xué)、農(nóng)藝和生物等措施。水利工程措施已在美國(guó)加州等灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)和我國(guó)黃河三角洲等鹽堿地區(qū)推廣應(yīng)用[3-5]。以石膏類工業(yè)副產(chǎn)品為主的各種化學(xué)改良劑，在發(fā)達(dá)國(guó)家水資源豐富且灌排條件好的鹽堿地區(qū)大量應(yīng)用[6-9]。機(jī)械整地、深松耕作、增施有機(jī)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(yīng)電導(dǎo)率儀（EM系列）的廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了土壤鹽堿化信息獲取技術(shù)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(lái)，巴基斯坦通過(guò)種植田箐（Sesbaniaaculeata）和卡拉草（Leptochloafusca）改良蘇打鹽堿地技術(shù)得到大面積推廣應(yīng)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(lái)越重要的作用。東北蘇打鹽堿地是我國(guó)主要鹽堿地類型之一，總面積500萬(wàn)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(dǎo)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(shè)和經(jīng)濟(jì)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(fù)雜性[19,20]，土壤蘇打鹽堿化形成及障礙機(jī)理仍未得到系統(tǒng)闡釋[21]。本項(xiàng)目根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展水平，面向東北西部大規(guī)模土地開(kāi)發(fā)整理和生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，擬在深入開(kāi)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(jī)制等理論研究基礎(chǔ)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(diǎn)研發(fā)適用于蘇打鹽堿地治理的微生物、植物種植與修復(fù)技術(shù)，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(guān)鍵技術(shù)支持。集成建立蘇打鹽堿地綜合治理技術(shù)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(kāi)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(lǐng)鹽堿地治理進(jìn)入生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益共贏的良性循環(huán)。項(xiàng)目的啟動(dòng)和實(shí)施，對(duì)東北鹽堿脆弱區(qū)生態(tài)修復(fù)和區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)具有重大戰(zhàn)略意義。1項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容1.1具體研究?jī)?nèi)容1.1.1蘇打鹽堿地形成機(jī)理及障礙消減機(jī)制重點(diǎn)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(dòng)機(jī)制，預(yù)測(cè)土壤鹽堿化發(fā)展趨勢(shì)；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(guò)程及形成機(jī)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(duì)鹽堿脅迫的消減機(jī)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(fù)技術(shù)重點(diǎn)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(fù)機(jī)制，研發(fā)高活性微生物菌株、復(fù)合菌劑、菌肥及應(yīng)用技術(shù)，構(gòu)建蘇打鹽堿地地下-地上復(fù)合生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系。1.1.3蘇打鹽堿地耐鹽堿植物種植與修復(fù)技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)，建立適應(yīng)性耐鹽堿植物規(guī)模化種植技術(shù)體系；利用典型耐鹽堿植物，實(shí)施蘇打鹽堿地定向修復(fù)和差異化修復(fù)技術(shù)。開(kāi)展植物修復(fù)鹽堿地的生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，優(yōu)化完善鹽堿地修復(fù)技術(shù)。1.1.4蘇打鹽堿地整治工程裝備研發(fā)及應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)研制鹽堿地空地一體遙感探測(cè)裝備，開(kāi)發(fā)遙感精細(xì)探測(cè)硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)。研發(fā)地面土壤鹽堿快速測(cè)定系統(tǒng)，形成土壤鹽堿化程度快速診斷技術(shù)。研發(fā)適于蘇打鹽堿地應(yīng)用的土壤深松、秸稈還田等聯(lián)合作業(yè)裝備，建立田間應(yīng)用配套技術(shù)體系。1.1.5蘇打鹽堿土調(diào)理劑產(chǎn)品研發(fā)及應(yīng)用優(yōu)選出適合蘇打鹽堿地改良的無(wú)機(jī)礦質(zhì)改良劑。篩選出高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的新型有機(jī)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(shì)的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)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(shù)，構(gòu)建蘇打鹽堿土調(diào)理劑施用技術(shù)體系，建立蘇打鹽堿土調(diào)理劑生產(chǎn)工藝流程、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。1.1.6典型蘇打鹽堿地綜合治理及生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)集成示范綜合優(yōu)化集成鹽堿地治理關(guān)鍵技術(shù)，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(jì)植物、耐鹽堿牧草和堿性稻米生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新模式，建立示范基地，開(kāi)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(xiàng)目研究思路通過(guò)揭示蘇打鹽堿地形成機(jī)理和障礙消減機(jī)制，依托相關(guān)野外臺(tái)站和試驗(yàn)基地，篩選培育耐鹽堿微生物和植物，快速恢復(fù)鹽堿地植被；研發(fā)和應(yīng)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(guò)量鈉離子導(dǎo)致的理化障礙問(wèn)題；研發(fā)和應(yīng)用空地一體遙感探測(cè)裝備和地面土壤鹽堿測(cè)定系統(tǒng)，實(shí)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(shù)，創(chuàng)建蘇打鹽堿地生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)模式，在吉林和黑龍江蘇打鹽堿地典型區(qū)開(kāi)展示范。項(xiàng)目總體技術(shù)路線：東北東北蘇打鹽堿地動(dòng)態(tài)演變規(guī)律鹽堿化形成機(jī)理鹽堿消減機(jī)制地下水凍融作用微地貌驅(qū)動(dòng)機(jī)制空間格局障礙因子消減途徑微生物修復(fù)植物修復(fù)工程裝備調(diào)理劑產(chǎn)品鹽堿快速測(cè)定差異化修復(fù)修復(fù)技術(shù)培育品種定向修復(fù)作用機(jī)制菌株篩選監(jiān)測(cè)評(píng)估遙感探測(cè)深松機(jī)械秸稈還田機(jī)械有機(jī)物料無(wú)機(jī)礦質(zhì)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合理論基礎(chǔ)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(kāi)展縣域示范耐鹽堿牧草特種經(jīng)濟(jì)植物水田復(fù)合生態(tài)重度鹽堿地輕度鹽堿地中度鹽堿地經(jīng)濟(jì)作物經(jīng)濟(jì)喬灌木滕本植物復(fù)合高效綠色種植堿性稻米施用配套技術(shù)菌劑菌肥關(guān)鍵技術(shù)集成示范2總體目標(biāo)：2.1項(xiàng)目目標(biāo)針對(duì)東北鹽堿地土壤蘇打含量高、堿化嚴(yán)重等問(wèn)題，深入研究鹽堿地形成機(jī)理，創(chuàng)建與蘇打鹽堿特性相適應(yīng)的鹽堿地微生物和植物修復(fù)技術(shù)，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(shù)，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(yù)期成果(1)明確東北蘇打鹽堿地形成機(jī)理和土壤鹽堿化障礙削減機(jī)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(kù)1個(gè)，研發(fā)高效菌株5-10株，專用復(fù)合菌肥1-3種，構(gòu)建微生物生態(tài)治理技術(shù)1-2項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)土壤pH值降低0.5-1個(gè)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(gè)，構(gòu)建蘇打鹽堿地植物生態(tài)修復(fù)技術(shù)3-5項(xiàng)，植被覆蓋率達(dá)80%以上；(4)研制鹽堿地空地一體遙感探測(cè)裝備和地面土壤鹽堿快速測(cè)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(gè)，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(jì)植物、耐鹽堿牧草和堿性稻米等生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)5-8項(xiàng)，產(chǎn)品4-6種；(7)申請(qǐng)專利10-15項(xiàng)，形成技術(shù)規(guī)程4-6項(xiàng)，培養(yǎng)研究生30-40名，培訓(xùn)農(nóng)民、技術(shù)咨詢及服務(wù)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(shù)萬(wàn)畝以上縣域示范3-4個(gè)，累計(jì)推廣500萬(wàn)畝，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益130億元以上。3結(jié)語(yǔ)3.1項(xiàng)目研究展望東北蘇打鹽堿地由于地域特點(diǎn)和土壤性質(zhì)復(fù)雜性，決定了治理技術(shù)必然從單一向綜合治理體系發(fā)展。在國(guó)內(nèi)外已有的研究成果基礎(chǔ)上，亟需加強(qiáng)針對(duì)蘇打鹽堿地土壤特性和氣候特點(diǎn)的適用技術(shù)的研發(fā)和推廣應(yīng)用。創(chuàng)建和發(fā)展蘇打鹽堿地耐鹽堿牧草、特種經(jīng)濟(jì)植物和特色農(nóng)產(chǎn)品生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)及模式，實(shí)現(xiàn)生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益三者有機(jī)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(xiàng)目預(yù)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(shù)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(shù)等方面將具有重要科學(xué)價(jià)值。3.2存在問(wèn)題項(xiàng)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(jì)狀況、土地利用方式和市場(chǎng)認(rèn)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(chǎng)認(rèn)可需要一定的時(shí)期，同時(shí)也將面臨市場(chǎng)波動(dòng)影響。需要深入挖掘鹽堿地生態(tài)產(chǎn)品特色，以促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。參考文獻(xiàn)：[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(guó)鹽漬土.北京：科學(xué)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(cái).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(zhǎng)占,王志春,欒兆擎.吉林省西部鹽堿化土地開(kāi)發(fā)利用方向，關(guān)鍵技術(shù)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(hù)與建設(shè)論壇文集.長(zhǎng)春:吉林科學(xué)技術(shù)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(duì)吉林省西部鹽堿土水田土壤無(wú)機(jī)磷組分的影響.水土保持學(xué)報(bào),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(bào),2002,33(2):94-95.[13]王春裕.中國(guó)東北鹽漬土.北京:科學(xué)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(xué)出版社,2002:390-422.[15]CorwinDL,LeschSM.Characterizingsoilspatialvariabilitywithapparentsoilelect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