科研人員構建鹹水/微鹹水滴灌新理論新技術

最新 02-24

地球表面71%左右是海洋，97.5%水資源是鹹水，淡水只有2.5%。隨著全球人口數量增加和社會經濟發展，淡水資源緊缺的形勢日益嚴峻。我國人均水資源量只有世界平均水平的1/4，水資源時空分布極其不均，缺水問題更為嚴重。農業是用水大戶，但全球農業灌溉用水仍以淡水為主，大量鹹水/微鹹水資源尚未得到很好利用。據測算，我國最缺水的華北地區，每年2-5g/L的微鹹水資源量高達60億m3（礦化度高於5g/L的鹹水不計算在內）。

人類在鹹水灌溉方面的探索和實踐已有數百年，鹹淡混灌/輪灌的地面灌溉技術與耐鹽作物和鹽生作物（林木）相結合，已將3g/L以下的微鹹水用於棉花、小麥、玉米等農業生產。以色列於20世紀70年代開始研究鹹水/微鹹水的滴灌技術，在淡水資源缺乏的地區利用微鹹水栽培番茄和黃瓜，利用鹹水栽培椰棗，發現農產品品質明顯優於淡水灌溉的農產品，且市場售價要高於淡水灌溉的農產品。然而，如何有效淋洗隨鹹水/微鹹水灌溉進入土壤中的鹽分以維持土壤的鹽分平衡、如何補償因鹹水/微鹹水灌溉降低的土壤滲透勢為作物根系吸水創造良好條件，仍是尚未解決的科學技術問題。

從2002年開始，中國科學院地理科學與資源研究所國家傑出青年科學基金獲得者、中科院「百人計劃」、中科院特聘核心骨幹研究員康躍虎帶領的研究團隊歷時16年，先後在北京通州、天津靜海、寧夏平羅、河北唐山曹妃甸建立試驗基地，系統研究滴灌條件下鹽分運移規律、水鹽耦合過程、灌溉水礦化度對番茄、黃瓜、糯玉米、油葵、棉花、豆角、枸杞、紅棗、冬棗、月季、白蠟等20多種植物（作物、林果和綠化植物）的出苗（成活率）、生長、耗水、產量和品質等的影響機制，很好地解決了上述科學技術問題，構建起自成體系的鹹水/微鹹水滴灌新理論新技術。

（1）按照該研究團隊提出的方法確定合理的灌水器流量和間距，採用壟作和地表覆蓋（地膜覆蓋、秸稈覆蓋、黑色塑料網覆蓋），當特徵點（滴頭正下方20cm深度處）土壤基質勢下降到-20kPa時灌溉，每次灌水量7-10mm左右，就能有效淋洗隨灌溉水進入土壤中的鹽分。原北京通州試驗基地和天津靜海試驗基地的試驗結果表明，當灌溉水的電導率不超過4.9dS/m（約3g/L）時，土壤鹽分隨灌溉年限增加不會明顯增加。當灌溉水電導率為5-11dS/m（約3-7.0g/L）時，雖然土層內的土壤鹽分在第一年會有所增加，但隨後基本維持平衡，不再隨灌溉年限增加而增加。儘管油葵、糯玉米、黃瓜的出苗率會隨著灌溉水礦化度的增大而降低，但如果每穴播種3粒種子，即使灌溉水電導率高達10.9dS/m（礦化度約7g/L），按穴計算的出苗率能達到80%以上，能滿足生產需要。

（2）按照特徵點土壤基質勢下限為-20kPa灌溉時，土壤基質勢可有效補償因灌溉水含鹽量高而降低的土壤滲透勢，鹽分對產量的影響明顯減小。原天津靜海試驗基地的試驗表明，當電導率每升高1dS/m，番茄、黃瓜、油葵、糯玉米的產量分別降低6.7%、7.5%、1.7%、1.4%，產量降低比率大大低於國際同行的研究結果。作物的耗水量隨著灌溉水礦化度的增加而明顯減少，灌溉水電導率每增加1dS/m，番茄、黃瓜、油葵、糯玉米的灌水量分別減少約4.5%、5.6%、9.7%、4.5%，雖然增加了鹽分淋洗水量但並未明顯增加總灌水量，而且總體上有減少。（註：試驗是在灌溉水電導率不超過10.9dS/m，即灌溉水礦化度約小於7.0g/L的情況下完成的）

（3）按照技術要求在寧夏平羅（西北乾旱區）高礦化度地下水淺埋區的重度鹽鹼地上，當土壤含鹽量高達1.3-1.5g/L（鹽土）、地下水為鹹水且埋深不超過50cm甚至經常溢出地表、灌溉水礦化度高達7.5g/L時，採用「大高壟+壟面覆蓋」枸杞等林果栽培模式，枸杞栽植後第1-2年（苗期）每天上午和下午各滴灌2mm鹹水，2年後按照特徵點土壤基質勢下限為-10kPa確定灌水時間、每次灌水量5-7mm，不需要前期進行土壤改良、不需要修建大型灌排系統，土壤含鹽量便迅速減少並從第一年開始基本穩定，根區土壤細菌、真菌和放線菌種群數量從很少（甚至接近於「零」）開始快速增加併到第四年基本達到正常農田水平，枸杞生長旺盛、產量高、口感好，多項指標達到或遠超特優等級。

（4）採用提出的包括「強化鹽分淋洗階段」、「正常鹽分淋洗調控階段」、「精準水鹽調控灌溉階段」的微鹹水精準灌溉原土水鹽調控「三階段」理論、濱海鹽鹼地微鹹水滴灌快速脫鹽方法、多年生植物栽植土壤水勢補償與抑鹽水鹽調控方法、抗堵塞管道和灌水器清洗方法等，在曹妃甸（華北半濕潤濱海地區）試驗基地的沙質和泥質重度濱海鹽鹼地上，即使考慮大規格喬木栽植的情況下，3（沙質鹽鹼地）-12個月（粘質鹽鹼地）0-0.9m土層的鹽土便很快成為中輕度鹽漬土，24個月（2年）內0-1.6m深度（礫石隔離層以上）的鹽土便全部成為輕度鹽漬土。景天、金娃娃萱草、鳶尾、荷蘭菊、石竹、白蠟、野山楂、木槿、構樹等植物在泥質鹽鹼地上灌溉水礦化度高達3g/L時、沙質鹽鹼地上灌溉水礦化度高達3g/L-5g/L時，成活率能達到90%以上。（註：因濱海地區地下水埋深很淺且排水困難，加上考慮充分利用雨水和喬木根系發展對土層厚度的需要，試驗時在1.6m深度處設置了礫石隔離層，以起到切斷毛管抑製鹽分上升的作用）

（5）建立了番茄、黃瓜、糯玉米、油葵、棉花、枸杞等作物的鹹水/微鹹水滴灌技術體系，以及景天、金娃娃萱草、鳶尾、荷蘭菊、石竹、月季、紫花醉魚木、白蠟、野山楂、木槿、竹柳、構樹等植物的重度濱海鹽鹼地原土園林綠化技術體系。

康躍虎研究團隊構建的鹹水/微鹹水滴灌新理論新技術，實現了真正意義上的精準水鹽調控，只要控制特徵點土壤基質勢，不但可以有效淋洗隨著灌溉水進入土壤中的鹽分，而且能夠有效補償因灌溉水礦化度高而減小的土壤滲透勢，在有效地維持土壤鹽分平衡的同時，作物的產量明顯高於已有技術。鑒於所形成的技術簡便、可操作性強、成本低、效果好，並已形成了成套的技術產品，有15年以上的試驗基礎和驗證，加上農作物品質（例如蔬菜作物的口感明顯好於淡水灌溉的蔬菜作物）明顯優於淡水灌溉的農作物品質，具有很好的推廣應用前景。