“我们发现，在其他作物都不能长的盐碱地上，它们每亩能生产1.8吨的干物质，并且带走400多公斤盐，使盐碱地成为了能种植正常作物的土地。”7 \2 J2 T5 X1 F3 G- H: P- m
田长彦
. ]! a2 w6 s% v- J; i3 s中国科学院新疆生态与地理研究所. i7 f/ {+ G& P1 r% x
大家好，我是来自于中国科学院新疆生态与地理研究所的田长彦。今天很高兴有机会到格致论道讲坛，和大家分享我这几十年来在新疆从事盐生植物研究与盐碱地改良的经历。9 e- `" z' L+ k% F5 Q
我1982年毕业于现在的西北农林科技大学土壤农业化学系。毕业后我来到了新疆。开始三年，我主要从事的是第二次土壤普查的调查工作。新疆共有87个农业县，我走过了其中的85个。( R/ G1 ?; M7 }8 k# g, O
在新疆，能看到的许多如下图这样的景观。很多人看到这些照片都以为是降雪。但其实这不是积雪，而是新疆的盐碱。7 z# r6 H5 w8 x, m% E
9 ]; R" l& ^# J1 q这是“积雪”吗？
( L+ t9 X; u$ R r- c/ m什么叫土壤盐渍化呢？就是土壤里可溶性盐的含量超过普通植物的耐盐程度，导致植物无法生长，甚至会造成土地的荒漠化。
* X" ~5 g/ s0 i5 B4 d" o盐渍化对新疆农业的影响是巨大的，过去平均每年都会使粮食减产7.2亿公斤、棉花减产15.5万石左右。并且盐碱地与贫穷是耦合的，贫穷的地方大多数是盐碱地。所以，盐碱地是新疆面临的长期任务，是新疆农业、绿洲农业必须战胜的一个顽疾。2 V/ K' X; a# Z/ T J# t1 b
因此，我在1985年考取了土壤改良的研究生，从此专门从事盐碱地改良专业。' I) F# t% t, I% N' C
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新疆为什么有这么多的盐碱地？, ]. I/ ]/ ^7 O3 j2 ^
新疆的盐碱地占到整个中国盐碱地面积的三分之一，情况十分严峻。这是由什么原因造成的呢？ A8 r/ N; t' Q( O! ^
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新疆的地貌格局类似“疆”字的右半边
* s0 w* p. A' B$ Y) A+ j第一，新疆的地貌格局是三山夹两盆——北部的阿尔泰山、中部的天山和南部的昆仑山之间夹了准噶尔盆地和塔里木盆地两个盆地。这两个盆地都是封闭性的。所以从大的地貌格局上来讲，新疆形成了封闭性的内陆盆地。
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新疆气候干旱，降水稀少、蒸发强烈+ D v4 Y( \& o6 K4 b- d0 Q
第二，从图上可以看到，新疆的降雨极少。准噶尔盆地年降雨量不到250毫米，但是它的年蒸发量在2000毫米以上。南疆塔里木盆地的年降雨量小于50毫米，但是它的年蒸发量能达到3000多毫米。" O& L' U% S: V4 X: V/ o+ D& ^
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新疆山地、绿洲、荒漠的分布格局
. ?* @* b! X* C第三，新疆是古地中海海退后形成的，地层里都含盐。而新疆的农业灌溉用水均来自于山区的冰雪融水，水到之处便有了绿洲。其实新疆的绿洲只占整个新疆土地面积的7%，但是它养育了90%的人口，绝大多数人都居住在绿洲。在新疆，有水就是绿洲，没水就是荒漠，水多就是盐碱。
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这里有享誉全国的棉花、番茄、葡萄、哈密瓜、红枣……7 {$ M$ `# k0 l2 A9 i N z( }( J
新疆又是国家棉花基地，新疆的棉花总产量占中国棉花总产的85%。美国制裁新疆棉花的原因也在此。新疆的番茄、葡萄、哈密瓜、红枣等的水果十分有名，粮食产量也非常高，是中国的后备粮食基地和一些特色农业的基地。
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盐随水来：从山体到绿洲的运输过程
# l4 e% Q/ q8 j) J* [) p从山体融冰化雪而来的盐，通过地下水或地表水向下输送，输送到绿洲。到了平原区时，水被蒸发留下了盐，造成了新疆大面积的盐碱荒地。
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传统的盐碱地治理& l( u# }& W& G: P) d3 S
我于1988年研究生毕业以后，在1989年参加了渭干河灌区的盐碱地治理。渭干河灌区百分之七十五的土地都有盐渍化问题，当时那里非常贫困，农民都认为这地方没有种出高产棉花的希望。我们根据所学的知识，让“盐随水去”，通过传统挖掘排水渠的方法用大水把盐淋洗走，然后推广一些农业技术。
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盐随水去：以大水淋洗方式把土壤中的盐排走，需要挖掘排碱沟' O' C7 G- H. X( i; r
我们在渭干河待了10年时间，把整个渭干河灌区的盐渍化面积减少到百分之五，即百分之九十五都改成了良田。我们监测到每年排出的盐有10万吨，这10万吨盐通过修建的灌渠和排渠的配套系统，排到了其他荒漠地区。
2 A+ Z* ?% I' w当时我们也参与了新疆生产建设兵团引进的荷兰暗管排水技术。暗管排水是非常好的技术，但是它需要较大的灌洗水量和较大的一次性投资：每亩地大概需要投资2000多块钱，这在20世纪80年代可不是小数目。而且它的维护费用也特别高，每年需要清淤防止淤积，而且需要大量的水资源。因此在渭干河灌区很难推广下去，只能在兵团推广应用。
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暗管排水脱盐控盐9 M7 t$ o) b: J7 G$ p
经过多方的努力，我们把渭干河灌区新河县的棉花亩产量由过去的75公斤提高到150公斤。当地的县委书记说：我们原来认为这里不能种棉花，也不能高产。经过你们这些科学家的努力，我们不仅能种棉花，还实现了高产。
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节水农业带来的新问题. b M0 u! c) i. [( K
通过灌排洗盐，新疆的农业发展到了一个相对稳定的状态。但是，随着耕地面积的扩大和人口的增加，新疆对水资源的利用方式发生了完全的改变，采用了大面积的滴灌种植。/ O7 s t* O) A( ^4 k) l
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现在，新疆的滴灌面积已经占到大多数绿洲区的80%，大面积滴灌也使新疆的耕地增加了一倍、作物增产30%以上。因此，滴灌的诱惑力是十分巨大的。但是，滴灌只能造成土壤中植物的根层淡化，不能把盐排出土体。随水而来的盐无法随水而去，土壤就会积盐。
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滴灌只能让土壤中植物的根层淡化，其余部分会积盐
4 G+ v. @ g' z& k7 M. X节水农业在新疆的普及面积已达5000多万亩，但它导致的新形式盐渍化只是暂时性地被表层低盐掩盖。未来能不能持续，这是我们从事盐碱地改良利用的人必须要想到的事情。 @" ^& }9 q; l' ^2 T% R8 f! f9 s
滴灌也给新疆带来新的环境问题。过去的大水漫灌可以把绿洲或者灌区的盐洗到荒漠去，使得荒漠地区能够涵养一部分耐盐的荒漠植物，对绿洲起到保护作用。
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4 m, t5 j) V( }/ c但现在节水灌溉的大面积使用，让灌区无水可排，我们形容作脐带被剪断了。婴儿剪掉脐带后就得独立吸取营养，但荒漠没有足够水的来源就独立不了。
/ d5 E& C7 d1 `* y6 n& Z+ w* m所以，我们面临着两个新的问题，一个是绿洲积盐，另一个是荒漠区无水供给导致荒漠植物受到严重影响。因此，我们需要新的盐碱地改良思路。
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/ G1 C. g" R$ z: d2 p8 z已完成：50% //////////" o2 _4 i6 x5 Q7 ?( L% k
神奇的“吃盐植物”
9 E2 _6 s) G5 r; D: C* K6 Z我们在长期的野外调查和生产过程中发现，有些盐渍化的土地上虽无法生长正常的甜土植物（只能在非盐碱地生长的植物）或农作物，但生长了许多其他种类的植物。! d3 Q, }0 p+ c8 M* U' m# J
8 j- z7 l D: w) c下面这是我们在新疆用了三年时间进行调查的路线。我们跑遍了南北疆和东疆平原区所有有盐碱的地方，取了100多个样方，挖了很多剖面。
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3 H! ?" P% L) e' z( l踏遍万里新疆，寻找盐生植物, M/ l2 }# a5 [' ~2 V1 K$ d
经过样方调查、植物采样以及总结土壤中根系的生长规律和土壤的取样，我们发现新疆有320种盐生植物，占了全国的60%以上。它们有的可以绿化，有的可以食用，有的可以做饲料牧草，有的可以做纤维植物，还有的能做能源植物……
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; h" j) c6 Y8 T, p7 _6 X; m样方调查（左）、植物采样（中）以及土壤中根系研究（右）' a( Z4 D. m% _+ v# ?6 k
要想知道野生状态下盐生植物的生长规律，就必须把这些植物集中到一起进行比较。所以，我们建了两个盐生植物园。一个建在原来阜康荒漠绿洲国家生态站，有100亩。结果种了几年以后，土壤中的盐大幅减少，杂草大量生长导致盐生植物的生长受到抑制。第二个盐生植物园建在克拉玛依，面积约150亩。在这两个植物园中，我们引进了150多种植物进行比较和研究，掌握了它们的耐盐性与生长规律。
+ f5 {1 j+ l; s6 {盐生植物在国际上分为三个类型。第一个类型是拒盐植物，它通过在根系外表形成硅膜和一些盐的离子通道对盐进行排斥。这种植物数量较少。* |; O& Z% P# i. ?3 C! P# J3 R
6 g: |. @8 d \1 R第二类植物叫泌盐植物，它能通过叶片和茎上的盐腺把吸收进体内的盐通过蒸腾作用及时分泌出来（上图）。到了一定的程度时，它的叶子就会掉落，以保持旺盛的生长的能力。但是这类植物只能使土壤盐分在原地循环，可以保障自己生长，但是不能把盐排走。
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“吃盐植物”的肉质化器官（左）并能将钠离子包裹在液泡中（右）! w" ~ [; L6 g! V6 E/ Q
第三种类型就是我们所说的吃盐植物。这种盐生植物最大的特点是肉质化，只要盐的含量高，它就想办法吸水长茎，并通过这种方式来保证体内单位体积的盐分浓度处于一个较低的水平。它的第二种能力是在把钠离子吸进体内后，通过叶细胞区隔化将其在液泡中包裹起来。此外，它还可以通过无机离子（盐）进行体内渗透调节。" A: N3 G: V3 I4 |
这一类植物有很高的利用价值，能在大的盐分循环中起作用。把盐“吃掉”后将它移走，它就会把盐碱土地变得更好一些，所以我们认为这种植物在在改良干旱区盐碱地和利用上有很重要的作用。$ f, z" i" g+ U( k7 y7 q5 W
所以，我们就开始从吃盐植物中筛选出一些具有饲料价值、经济价值的来试种。在试种中发现它们能在盐碱地长得很好，因此我们开始研究它能不能把土壤里的盐带走。- X5 a% k+ ` o! c$ o3 c5 ~5 y
. n, [: x4 K- u8 z随水而来的盐，随“吃盐植物”而去
' N0 _8 D; Q+ q/ [) z5 X% ^结果发现，在其他作物都不能长的盐碱地上，它们每亩能生产1.8吨的干物质，并且能带走400多公斤盐。将它们种植下去以后的第一年，土壤盐分就降低了40%，第二年降低了60%以上，第三年降低了85%到90%，使盐碱地成为了能种植正常作物的土地。" R1 I# Y7 U8 O# h& B' \
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所以，我们就对吃盐植物有信心了。我们找到一个盐碱地较多的地区，提出来要改良盐碱地，当地说行。我们通过利用滴灌技术节水控盐，在这片土地种了三年盐生植物后，成功对土地进行脱盐。为了保险起见，我们又种了一年肥田的豆科植物，让土地更加肥沃。之后再种棉花，最终使其达到了正常产量。当时农业部进行了现场调研还有宁夏有很多人都来进行了参观考察。) y8 M, J. v7 s# r
种的时候，当地说这个土地就归你们，你们爱种啥种啥。但是到了第五年以后，他们把土地悄悄地收了回去，跟那些承包户说你看他们在这种这地长的很好，你们就把这地就拿回去。结果承包人在我们种过的那些示范区棉花都长的很好，但是在我们没有种过的地方，棉花还是不长。又经过多年的改良以后，现在才开始慢慢生长。$ B: ]* J: M" ?. J K; F8 u
思想晚餐
. ?7 D0 V2 \7 G# ]1 l- l/ E# Q- ?. t已完成60% //////////3 h" A- j$ T- k' H# N
”吃盐植物“的其他妙用; k' a2 y8 \2 y- f% d5 j
我们还把盐生植物做成了饲料，它们有些指标甚至超过苜蓿。而且羊、牛等反刍动物需要盐，盐生植物本身也含盐，它可以作为很好的饲料添加物，解决了南疆部分地区缺饲料的问题。
4 Z. k9 O$ z9 b: h u“吃盐植物”的相对饲用价值，在有些特性上超过了传统饲料苜蓿
: z* p; ~, U! s此外，盐地碱篷还是一种特殊的蔬菜。由于盐碱地的特殊性，种植盐地碱篷也省去了施化肥、打农药、打除草剂等过程。又因为自带盐，做菜的时候无需要添加额外的盐，我们称之为自带盐蔬菜。而且它们含有很高的甜菜碱类调解物，对减肥也很好。它营养也非常丰富，可以做成饺子馅、做成凉拌、用来炒鸡蛋等等，很受欢迎。
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. H3 M$ X0 G+ l* b4 z绿色无污染，营养物质丰富的自带盐蔬菜
: r3 G; c0 u3 r, ]+ A7 N3 `: g新疆还有很多地方需要盐土绿化，往往需要投入很高的成本。但是利用盐生植物绿化，可以将成本缩减到原来五分之一到十分之一。因此它们很受欢迎，现在很多高速公路的休息区与公路两边盐碱地的绿化，都在利用这个技术。
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盐碱地绿化前（左）；盐碱地绿化后（右）
- s) o9 C! q# O7 P如果要实现盐生植物的规模化利用，还必须要研究它的规模化种植。盐生植物的种子很小，1000颗种子只有0.6克左右。并且区别于普通植物的种子里是叶子，盐生植物种子的种皮里是个苗，休眠的螺型胚小苗，无法自行顶土萌发。所以我们解决了盐生植物从种植、到生长期管理、再到收获的整个过程的机械化，才能真正对它进行推广应用。
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% V8 z! V; H5 G/ e5 w4 h种子小，干粒重0.6克（左）；12小时，休眠的幼苗（胚胎）（右）
3 o& o7 x! P7 Z/ B# [同时，现在南方红壤的酸化问题非常严重，这由土壤缺盐导致的。而盐生植物生物炭的盐含量可达百分之二十到百分之四十。所以我们尝试着把盐生植物制成生物炭，推广到南方解决酸化红壤问题。现在也正在用从江西运来的红壤进行试验，观察研究盐生植物是否能解决酸化土壤问题。3 V6 Q, |9 }" G: B, A
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盐基生物炭改良南方酸化土壤: B( B( G+ {, K- y( f: ?7 l
位于中亚的咸海逐渐干涸后，环境非常恶劣，每年有100万吨的盐尘暴产生。国际上一直认为咸海的干涸是一个世界性的生态灾难。德国、法国、比利时等一些欧盟国家都在咸海建立了示范区，他们解决了轻度盐渍化和沙漠化的绿化问题，但重度盐渍化这几年来一直无法解决。所以这几年来，咸海的治理问题成为了我国走向一带一路、发展绿色丝绸之路的重要窗口。我们利用咸海当地的盐生植物建立了种子资源库，跟乌兹别克斯坦的创新发展部合作，在咸海的重盐碱地用盐生植物的能力做绿化，用中国的方法展示了中国智慧。- k+ q) x) t$ f. ]5 S& }
9 v, Z6 `) ^- w6 ?8 k R. c1973年的咸海（左）与2009年的咸海（右）: m* C4 q1 k+ B: o+ E* a
此外，巴基斯坦的塔尔沙漠中有中国和巴基斯坦两国合作开发的煤矿。这个煤矿很大，但是周边的老百姓很穷，只能用煤矿地下20多克升以上的高矿化度水。如何利用这些水为当地老百姓谋福利，这是个急需解决的问题。所以我们又到塔尔沙漠，用这些技术建立咸水农业，为当地提供饲料和牧草，提高当地养殖水平。还种植了一些可食用的耐盐植物作为蔬菜和食品，来解决他们的问题。
7 ^- y/ j3 P6 g, b2 E: I5 G# J( _. i所以通过我们这些技术的发展，可以说盐碱地是块宝地。现在中国有10亿亩盐碱地，是未来具有重要发展空间的宝地，也是未来重要的后备耕地。
7 ]9 O. ] y0 Q谢谢大家！5 d$ D( V5 [% l# d) `: x) l) }
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