黄河三角洲滨海盐碱地可持续利用的水土资源

本文选自中国工程院院刊《中国工程科学》年第4期

作者：左强，吴训，石建初，王全九，刘兆辉，朱安宁，尹冬勤，冯权泷，纪文君，康绍忠

黄河三角洲滨海盐碱地可持续利用的水土资源约束与均衡配置策略[J].中国工程科学,,25(4):-.

编者按

基于现有耕地优势并开发利用好各类后备耕地资源，对确保国家粮食与生态安全意义重大。黄河三角洲（黄三角）盐碱地后备耕地资源丰富，农业开发利用潜力巨大，但因水资源短缺、水土资源配置不平衡而制约了高效可持续利用。

中国工程院康绍忠院士研究团队在中国工程院院刊《中国工程科学》年第4期发表《黄河三角洲滨海盐碱地可持续利用的水土资源约束与均衡配置策略》一文。文章梳理了黄三角滨海盐碱地治理利用与种植业发展现状，详细分析了地区水土资源条件，从水资源供应、地下水位调控、治理利用体系、科技创新及运行管理等方面明晰了发展挑战，提出水土资源高效可持续利用与均衡配置策略，以期为深化黄三角滨海盐碱地综合治理利用与农业绿色可持续发展研究提供基础参考。

一、前言

居民对物质生活水平和美好生活的期望逐步提高，而绿色生态环境相关的目标要求加严，国际形势面临不可预期的显著变化。在此背景下，我国粮食需求压力有所增加，粮食安全问题更加突出。充分发挥现有耕地优势，开发利用好各类后备耕地资源，成为农业高质量、可持续发展的必然选择。

黄河三角洲（黄三角）北邻京津冀地区，西接中西部地区腹地，向南通达长江三角洲北翼，向东出海并与东北亚各国邻近，区位优势明显。黄三角高效生态经济区总面积为2.65×km，核心区即通常所指的近代黄三角，面积为km2（其中东营市占有km2）。黄三角是全球最年轻的河口三角洲和新生陆地之一，河–海–陆交互带来了独特的地理环境，具有土地资源丰富、引黄灌溉便利、气候条件适宜、盐生植物资源丰富等适宜农业开发利用的条件；在环渤海的多万亩（1亩≈.7m2）滨海盐碱地中具有代表性，开发利用的示范经验可拓展至我国其他地区的盐碱地类型。鉴于黄三角在保障粮食和生态安全方面的重要地位，国家专门设立了黄河三角洲农业高新技术产业示范区（农高区）、国家盐碱地综合利用技术创新中心，在盐碱地综合治理、土地经营管理机制创新、现代生态农业发展方面积极布局以取得更好发展成效。

值得指出的是，黄三角土地和水资源配置长期处于不平衡状态，成为制约盐碱地综合治理与绿色产能提升、农业可持续发展的主要障碍。当地缺水严重，人均水资源量仅为m3，不到全国的1/6；农业灌溉用水经常性受到生态、工业、生活等行业的挤占，呈逐年下降趋势，如年东营市灌溉用水仅占总用水量的32%。与之相对，盐碱地治理和利用通常需以消耗大量淡水资源为代价，当前的环境变化又使当地土壤盐碱化程度逐年加重、面积不断扩大，如近3年表层土壤含盐量从5.4g/kg增长为6.6g/kg，中度和重度盐碱耕地面积占比接近50%。盐碱程度加重、分布范围扩大势必加剧水资源紧缺形势，对粮食与生态安全、可持续发展构成威胁。因此，立足区域水土资源利用现状，探索黄三角滨海盐碱地水土资源均衡配置策略具有现实意义。

在黄三角滨海盐碱地治理利用与农业可持续发展方面已经开展了不少研究，如盐碱地综合开发利用、生态修复、环境保护，水肥盐迁移过程与调控机理，不同改良措施的作用机理与调控模式，水盐时空演变规律及驱动机制，土壤碳氮循环与微生物多样性，河–海–陆相互作用及环境效应，管理体制机制优化等。基于多维调控手段、着眼生态环境保护的水土资源优化配置是相关领域的研究热点，事关未来发展整体质量，也属新阶段环境变化条件下黄三角滨海盐碱地可持续利用需要正面回应的关键科学问题。鉴于此，文章梳理发展现状、厘清主要问题、辨明严峻挑战，提出水土资源高效可持续利用与均衡配置策略，以期为深化黄三角滨海盐碱地综合治理利用与农业绿色可持续发展研究提供基础参考。

二、黄三角滨海盐碱地治理利用与种植业发展现状

（一）黄三角滨海盐碱地的成因与特点

黄三角属黄河冲积平原，特殊的地理环境和气候条件使得盐碱土在区域内分布广泛，主要成因有以下四方面。①盐分离子来源丰富且广泛。黄河近代频繁决口泛滥的沉积物、黄河入海后回流的淤积物等造成盐渍淤泥，大面积浅层高矿化度潜水以及周期性海水入侵均不断向三角洲输送盐分。②地下水埋深浅、矿化度高。黄河水侧渗、海水顶托、夏季暴雨频发，使黄三角地下水长期处于高位运行，多数区域地下水埋深不足1.5m。浅层高矿化度地下水中的盐分极易向上运移，聚集于根区和地表而产生次生盐碱化危害。③大气蒸发力强，土壤毛细作用明显。黄三角地处东部沿海季风盛行区，年蒸发量与降水量的比值多在2.5以上；土壤主要为黄河泥沙沉积物及黄河入海回流淤积物堆积形成的壤质潮土，毛细作用强烈（毛管水上升高、输水速率快），为深层土壤和地下水中可溶性盐分的上行提供了充足能量并创造了环境条件。④受到地形平坦、海潮频繁活动的影响。黄三角地势低平、坡降平缓，地表与地下水的自然水力坡降难以满足自流排水要求，易造成地下径流迟缓、排水（盐）不畅；加之沿海地区易受海潮侵袭影响，使得盐碱化程度极易反复和加重。

在独特的自然环境条件下，河–海–陆交互以及各类因素的综合作用使黄三角盐碱地分布呈现以下特征：①盐碱化土地面积不断扩增，黄河入海口陆地新生面积增幅约为1.5×亩/年，是我国国土面积自然扩展最快的地区；②土地质量较差，土壤含盐量（尤其是Na+含量）普遍较高，致使土壤结构不良、通气性差、pH值高、微生物活性低、养分释放慢，相应农产品产能低下；③生态系统脆弱，改良过的盐碱地需要精心的后期农业种植管理，否则次生盐碱化现象无法避免甚至退化为盐碱荒地，从而表现为逆向演替。

（二）黄三角滨海盐碱地治理利用的技术和方法

经过长期研究与实践探索，黄三角滨海盐碱地改良与利用取得良好进展，目前广泛采用物理（工程）、化学、生物3类技术以及集成方法（见表1）。①物理方法主要分为洗盐–压盐–排盐（明沟或暗管）、上农下渔、引黄淤灌、隔层阻盐、平地围埝等水利工程措施。由于滨海盐碱地土壤结构差、极易板结、有机质含量低、养分有效性差，实施各类水利工程通常还需结合应用掺沙改盐、深耕深翻、秸秆还田、增施有机肥、地膜覆盖等农业技术措施，以改善土壤结构、增加土壤有机质、提高盐分淋洗能力、抑制土面蒸发、控制表层土壤返盐。②化学方法即在土壤中施用化学改良剂，基于酸碱中和、离子平衡等原理，添加不同类型的试剂材料以加速盐分离子淋洗、增加盐基代换容量、凝聚土壤颗粒、改善土壤结构，从而达到“治盐改碱”目的。③生物方法以适盐种植模式为主，分为种植盐生植物、耐盐作物，施用绿肥等，旨在扩大地表植被覆盖、增加蒸腾耗水，通过生物排水降低地下水位，从而减轻地表盐分积累、改善土壤理化性质及结构。

表1黄三角滨海盐碱地治理利用的技术措施

（三）黄三角滨海盐碱地种植业发展现状

经过多年的改造建设，黄三角大量盐碱耕地基本上成方连片、地势平整，便于农业种植的规模化、机械化发展。以东营市为例，年农业规模化经营水平为70%，农业机械化水平为94%，初步形成以“大生态、大牧场、大产业、大基地”为主要特征的现代农业产业体系；粮食生产保持稳定，播种面积保持在3.8×亩左右。东营市主要粮食作物的种植面积（产能）分别为：小麦1.59×亩（6.55×t）、玉米1.66×亩（5.28×t）、水稻3.66×亩（1.41×t）、大豆1.73×亩（2×t）、高粱9×亩（1.5×t）、薯类4.2×亩（2.3×t）；食用菌产能为3.5×t，成为全国重要的设施食用菌生产基地。

在种业创新、核心技术攻关方面，黄三角地区深入实施农业良种工程、重大科技创新工程，围绕耐盐碱植物种质资源创新、作物新品种培育，建立了7个基地进行小麦、玉米、棉花、水稻、大豆品种选育试验，收集耐盐碱植物种质资源约1.8×份，选育耐盐碱马铃薯、水稻、大豆等新品种（系）超过个。育成的耐盐大豆品种TZX-、TZX-，在盐碱地（土壤含盐量为0.5%）中的产量为.8kg/亩、.3kg/亩；蛋白脂肪“双高”大豆品种“齐黄34”，在盐碱耕地（土壤含盐量为0.3%）中的产量为.6kg/亩。这些耐盐碱大豆品种为优化黄三角盐碱地种植结构提供了直接支持。

三、黄三角水土资源条件分析

（一）黄三角盐碱土分布与土地利用现状

基于土壤成因，结合遥感影像资料（哨兵2号卫星影像反演获得的植被指数、盐分指数因子）和土壤盐分实测数据，构建了土壤含盐量反演模型；据此评估得到了黄三角核心区表层0~20cm土壤含盐量分布（年5月）。区域内土壤多属盐碱土，盐碱化程度从西到东、自南向北逐渐加重，以东部、北部沿海地区的含盐量最高。在现有耕地中，轻度（1~2g/kg）盐碱地面积为1.9×亩，中度（2~4g/kg）盐碱地面积为9.5×亩，重度（4~6g/kg）盐碱地面积为3.86×亩，盐土（6g/kg）面积为6.6×亩。区域内土壤含盐量受季节气象条件影响较大，通常春秋两季降水量少、蒸发强烈，表层及根系层土壤以返盐为主，土壤含盐量较高；夏季雨水较多，盐分以下行为主，也会因环境条件变化而呈现下行/上行交替过程。

土地利用/覆盖与土壤盐碱化程度密切相关。基于中高尺度Landsat-8卫星遥感影像，结合野外田间测量的多个样本，应用机器学习中的随机森林算法获得了核心区的土地利用情况（年6月、7月）。主要涉及小麦、水稻、其他旱地作物（如棉花、大豆、高粱、温室大棚、大蒜、苜蓿、甘薯）、一般树林、柽柳灌丛、芦苇、翅碱蓬、建设用地、农村居民点、库塘、养殖水面、盐田、滩涂、未利用地14个类别，相应面积（占比）分别为3.85×亩（4.7%）、1.85×亩（2.3%）、6.98×亩（8.5%）、1.52×亩（1.9%）、8.48×亩（10.3%）、1.96×亩（23.8%）、2.34×亩（2.8%）、6.59×亩（8.0%）、1.85×亩（2.2%）、3.22×亩（3.9%）、1.52×亩（18.5%）、3.85×亩（4.7%）、6.68×亩（8.1%）、1.6×亩（0.3%）。小麦、水稻、其他旱地作物等农作物主要分布于黄河沿岸一定宽度的缓冲区内，盐碱程度基本在中度及以下。

（二）黄三角水资源供应与需求

1.供水量与用水构成（东营市）

以东营市数据为主表述黄三角供水量与用水构成。年，除大气降水外，东营市现状供水总量为1.47×m3，其中地表水为1.39×m3（占比94.4%）、地下水为7.4×m3（占比5%）、其他水源为8×m3（0.6%）；地表水中82%为黄河水，其他地表水仅占18%。近年来，黄三角地区的生态环境安全广受

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