濱海鹽堿生態(tài)修復(fù)不僅改善濱海地區(qū)的生態(tài)環(huán)境,,豐富當(dāng)?shù)鼐G化景觀格局,為生物多樣性提供新的生境,,同時(shí)還能更好地解決濱海地區(qū)環(huán)境發(fā)展及經(jīng)濟(jì)發(fā)展中遇到的問(wèn)題,,為實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)良性循環(huán)及可持續(xù)發(fā)展,,提供廣闊空間,。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)濱海地區(qū)的鹽堿治理多在土壤改良,、耐鹽植物品種,、工程技術(shù)等方面進(jìn)行單一的研究,尤其在氣候改良方面存在較大空白,。因此,,我們以鹽堿環(huán)境因子——土壤、水體,、植被,、氣候的研究進(jìn)展為切入點(diǎn),以期尋找出濱海鹽堿地生態(tài)修復(fù)的可持續(xù)發(fā)展方向,。 濱海鹽堿地主要形成原因?yàn)楹K绊?、土壤蒸騰、填海造田工程,、砍伐森林,、圍湖產(chǎn)鹽,。其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在土壤含鹽量和地下水位高,土壤自然脫鹽率低等因素上,。淡水資源缺乏,,水文存在日變化及季節(jié)變化、植被品種多樣性及數(shù)量性均較差,,鄉(xiāng)土樹(shù)種及耐鹽堿樹(shù)種生長(zhǎng)緩慢,,不能迅速成林。氣候方面,,生態(tài)環(huán)境易受臺(tái)風(fēng),、海潮、鹽塵,、鹽霧的影響,。 為充分提升鹽堿地的生產(chǎn)力,世界各國(guó)均在鹽堿地修復(fù)方面進(jìn)行了深入研究,。本研究從土壤,、水體、植被,、氣候4個(gè)方面進(jìn)行了綜述,。中國(guó)的鹽堿地防治與修復(fù)有著極其悠久的歷史,中國(guó)古代鹽堿地改良技術(shù)主要有:引水種稻洗鹽,、淤灌壓堿,、深翻窩鹽與壓砂抗堿、生物治鹽等,。這些在當(dāng)代仍有一定的借鑒意義,。 在20世紀(jì)30—40年代,以前蘇聯(lián)B.A.科夫達(dá)為代表的學(xué)者,,建議修建排水網(wǎng)作為防治的主要手段,,再采用其他措施結(jié)合。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和實(shí)踐,,利用排水措施來(lái)治理改良鹽堿化土壤得到廣泛認(rèn)同,。作物秸稈還田、種植綠肥,、綠肥翻壓,、改土、培肥等農(nóng)藝措施的原理是通過(guò)改良土壤物理結(jié)構(gòu)及成分等起到改良鹽堿土的作用,。除了常用的農(nóng)藝措施,,通過(guò)化學(xué)方法改良鹽堿土也是一個(gè)有效的途徑。如在堿化土壤中加入含鈣物質(zhì)(石膏、磷石膏,、亞硫酸鈣)及酸性物質(zhì)(如硫酸亞鐵,、黑礬、風(fēng)化煤,、糠醛渣)的方法改良,。 隨著化學(xué)改良方法研究的深入,從20世紀(jì)90年代開(kāi)始,,利用高聚物改良劑改良鹽堿地的研究引起國(guó)際上的廣泛關(guān)注,。化學(xué)改良方法優(yōu)點(diǎn)是短期效果顯著,,但缺點(diǎn)也很明顯,,成本過(guò)高,而且對(duì)于土壤環(huán)境的影響有待調(diào)查研究,。物理措施在鹽堿土改良中也有廣泛應(yīng)用,,它主要是通過(guò)一些物理的方法改變土壤物理結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)控土壤水鹽運(yùn)動(dòng)。如深耕曬垡,、抬高地形,、微區(qū)改土、沖洗壓鹽等均屬于物理措施,。 隨著材料科學(xué)研究的不斷深入,,又出現(xiàn)了利用沸石、地面覆蓋物等物理措施改良鹽堿地的新工藝,。20世紀(jì)60年代,,日本開(kāi)始將沸石用作土壤改良劑。沸石來(lái)源廣泛,,成本低廉,且無(wú)毒無(wú)害,,在實(shí)際應(yīng)用中顯示出好的土壤改良效果,,是一種便于推廣的土壤改良劑。物理措施對(duì)土壤無(wú)后遺癥,,常常結(jié)合植物改良一起實(shí)施,。 含鹽量較高的水會(huì)給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)一系列問(wèn)題,可能造成巨大危害和經(jīng)濟(jì)損失,。國(guó)外對(duì)高含鹽量水體的修復(fù)也做了研究和實(shí)踐,,其中比較成功的有荷蘭須德海大壩、美國(guó)科羅拉多河和澳大利亞墨累河等,。荷蘭須德海大壩內(nèi)于1932年建成時(shí)為海水,,為了將壩內(nèi)包圍的海水湖和沼澤鹽堿地改造為淡水湖和良田,荷蘭人經(jīng)過(guò)排水、燒荒,、開(kāi)溝,、挖運(yùn)河等工程,到1980年時(shí)壩內(nèi)的海水基本上變?yōu)榈?/p> 美國(guó)科羅拉多河的地表水,,絕大部分用于農(nóng)業(yè)灌溉,,由于科羅拉多州的滿科斯頁(yè)巖風(fēng)化層隆起外露,并含有大量鹽堿,,河水反復(fù)地被引來(lái)灌溉,,使得灌區(qū)土壤中大量鹽類被河水溶解后又排入河中,致使含鹽量逐年增高,,嚴(yán)重影響位于河流最下游的墨西哥灌區(qū)的農(nóng)作物,。美墨兩國(guó)1974年開(kāi)始實(shí)施“科羅拉多河鹽堿控制計(jì)劃”,主要是采取渠道襯砌以減少滲漏,;鼓勵(lì)采用噴灌和滴灌,,提高灌溉效率;減少咸水排泄量,;攔截地下咸水,;對(duì)灌區(qū)排出的含鹽量很高的水,經(jīng)淡化水廠處理,,以及把灌區(qū)的排水道延至加利福尼亞灣直接入海等,。 澳大利亞的墨累河是一條含鹽度高的河流。其在鹽堿治理方面采取的治理方法主要有3種:將鹽分高的地下水抽至地面,,與灌溉后鹽分高的尾水一起送入荒漠中的蒸發(fā)塘,。該方法收效良好,1982—1983年旱季,,引入蒸發(fā)塘的鹽達(dá)2×105t,,相當(dāng)于當(dāng)年上游排入河道鹽量的40%;放水稀釋,,如發(fā)現(xiàn)某河段水體含鹽量過(guò)高,,就由附近水庫(kù)放水加以稀釋;在河口建擋潮閘,,防止枯水季節(jié)海水入侵污染地下含水層 中國(guó)目前主要采用雨水沖淋,,蓄水補(bǔ)水的方式,如崇明東灘濕地公園通過(guò)雨水收集湖區(qū)收集雨水,。然后通過(guò)一條長(zhǎng)達(dá)6km的流動(dòng)水徑,,隨著北高南低的地形水可緩緩流動(dòng),水流到南面時(shí)水質(zhì)基本達(dá)到二類水標(biāo)準(zhǔn),,水徑中可集納超過(guò)60×104m3的淡水,。 天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)再生水景觀河道的水體生態(tài)修復(fù)工程在國(guó)內(nèi)濱海鹽堿地區(qū)水體修復(fù)項(xiàng)目中是相對(duì)比較成功的,。該工程河道總長(zhǎng)2275m,水面平均寬約80m,,河道平均水深1.3m,,天津市環(huán)保科學(xué)研究院以再生水資源綜合利用為出發(fā)點(diǎn),,以水環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)和水質(zhì)生態(tài)凈化技術(shù)為重點(diǎn),,形成一套名為“再生水景觀河道復(fù)合生物-生態(tài)強(qiáng)化水面流濕地凈化系統(tǒng)”的技術(shù)方案,其中包括:多介質(zhì)卵石生物膜島凈化系統(tǒng),、多介質(zhì)床混合流濕地島凈化系統(tǒng),、沉水植物凈化系統(tǒng)、水生植物過(guò)濾帶凈化系統(tǒng),、生態(tài)護(hù)岸系統(tǒng),,并充分發(fā)揮水生生物、土壤微生物及基底的物理化學(xué)作用,。 利用植被修復(fù)鹽堿地在中國(guó)歷史悠久,,在晚唐五代時(shí)期,沿海地區(qū)筑堤圍墾海涂時(shí)便已經(jīng)采用種植田菁等耐鹽退堿的植物以改良濱海鹽堿土,。之后數(shù)千年間,,中國(guó)利用植被修復(fù)鹽堿地的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)更是日趨豐富。植被修復(fù)是近年來(lái)快速發(fā)展的鹽堿地生物修復(fù)的主導(dǎo)方向,,其具有經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益高,、節(jié)省淡水和能源、改良效果持久,、可推廣應(yīng)用面積大等諸多優(yōu)點(diǎn),。 植物對(duì)環(huán)境的修復(fù)包括多個(gè)方面,如改善土壤結(jié)構(gòu),,改變土壤水分平衡,,植物根系對(duì)土壤微環(huán)境的改變,降低土壤的鹽度和容重,,增加土壤的孔隙率,,增加土壤有機(jī)質(zhì)和總氮,土壤的生物活性(土壤微生物,、土壤酶)也有顯著提高等。同時(shí),,濱海鹽堿地形成大面積綠地生態(tài)系統(tǒng)也將起到降低空氣中碳含量,,緩解溫室效應(yīng)及海平面上升帶來(lái)的生態(tài)破壞作用。 目前,,種植耐鹽植物是國(guó)內(nèi)外鹽堿地治理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一,。鹽堿性植物一般分為聚鹽性植物,、泌鹽性植物、拒鹽性植物,。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),,中國(guó)現(xiàn)已有鹽生植物423種,分屬66科,、197屬,,約占世界鹽生植物總數(shù)的27.1%,包括各種類型的鹽生植物,。中國(guó)各鹽堿區(qū)生長(zhǎng)著豐富的野生鹽生及耐鹽植物,,如堿蓬、鹽地堿蓬,、檉柳,、羅布麻、白刺,、星星草,、中亞濱藜等數(shù)百種植物,有待開(kāi)發(fā)利用,。個(gè)別地區(qū)也對(duì)有經(jīng)濟(jì)價(jià)值及農(nóng)業(yè)價(jià)值的野生鹽生植物資源進(jìn)行了研究,,分別從食用、飼料,、藥用,、纖維原料、造紙?jiān)?、石油替代物等方面進(jìn)行了分類整理,。但是,對(duì)野生鹽生植物的園林建設(shè)應(yīng)用少有研究,。 在提高植物的鹽堿性方面國(guó)內(nèi)外有一些研究,。播種前用鹽水處理種子來(lái)提高品種耐鹽性,一些科學(xué)家認(rèn)為用鹽水和其他方法處理的種子獲得的耐鹽性還能遺傳給后代,。近年來(lái),,施肥與作物耐鹽性關(guān)系的研究也是植物耐鹽性研究的一個(gè)重要方面。研究發(fā)現(xiàn),,通過(guò)施肥來(lái)改善作物營(yíng)養(yǎng),,可以提高作物耐鹽能力,減輕鹽分對(duì)作物的毒害,。比如一些研究指出,,通過(guò)對(duì)麥稈接種入分解纖維素的真菌,能增強(qiáng)其在耐鹽地的適應(yīng)性及生長(zhǎng),、分支等,。 耐鹽作物的開(kāi)發(fā)和鹽土農(nóng)業(yè)的發(fā)展引起國(guó)際學(xué)術(shù)界和各國(guó)政府的重視,。近年來(lái),許多國(guó)家和地區(qū)都加快了對(duì)本地鹽生植物資源的調(diào)研和研究,,獲得良好效果,。南美洲、墨西哥,、智利,、巴基斯坦、東非,、澳大利亞等地,,為了解決薪柴、飼料,、糧油等問(wèn)題以及促進(jìn)生態(tài)平衡,,種植耐鹽植物如檉柳、海蓬子,、濱藜屬植物,、白刺、牧豆樹(shù),、紅樹(shù)等,,都獲得了較大的成功。 有研究指出,,多年生草本植物可以讓鹽分通過(guò)根系流到地下水中,,起到排鹽效果。如苜蓿,、草木樨有著發(fā)達(dá)的深根系,,有很好的排鹽效果。在鹽堿地種植一些聚鹽的經(jīng)濟(jì)作物,,通過(guò)采摘及收割,,不僅可以降低土壤的含鹽量,同時(shí)也可以改良土壤的物理性能,。2012年3月11日,,澳大利亞阿德萊德大學(xué)格里漢姆領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在《自然-生物技術(shù)》雜志上發(fā)表論文,宣布培育出一種抗鹽小麥新品種,,可以使鹽地上的糧食產(chǎn)量提高最多可達(dá)25%,。 近年來(lái),鹽霧(或鹽風(fēng),、鹽塵)對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響研究已有相關(guān)的報(bào)道,,如荷蘭科學(xué)家曾通過(guò)森林對(duì)大氣中各種離子沉降的影響研究發(fā)現(xiàn),越靠近林緣,,鹽離子沉降量越大,,林緣是林中的5倍。日本作為一個(gè)島國(guó),,對(duì)于空氣中鹽分的研究報(bào)道相對(duì)較多,,包括鹽霧對(duì)不同海岸帶樹(shù)種的脅迫危害特性、空氣中鹽分的分布,、對(duì)樹(shù)木冠形的影響等,。 一些學(xué)者以飽和NaCl溶液模擬鹽霧脅迫對(duì)7種巖質(zhì)海岸有關(guān)樹(shù)種在盆栽和離體條件下的葉片和芽進(jìn)行處理試驗(yàn),結(jié)果表明,,不同組織耐鹽霧性強(qiáng)弱排序分別為成熟葉,、嫩葉、芽,,盆栽條件下葉片耐鹽霧性強(qiáng)于離體狀況,,闊葉樹(shù)類耐鹽霧性強(qiáng)于針葉樹(shù)類。11個(gè)樹(shù)種中,,木荷,、杜英、晚松,、楊梅較耐鹽霧脅迫,,楓香抗性較弱。他們認(rèn)為,,濱海區(qū)鹽堿地應(yīng)該設(shè)置喬木海防林帶,,以耐鹽堿的淺根系樹(shù)木為主,構(gòu)成海堤防廊道,,使其具有防風(fēng),、防浪、抵抗強(qiáng)風(fēng)暴的能力,。濱海綠地系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)應(yīng)首先考慮設(shè)置防風(fēng)林的建設(shè),,并在林緣處靠近海潮風(fēng)來(lái)的方向采用耐鹽堿性強(qiáng)的樹(shù)種。 目前,,國(guó)內(nèi)外針對(duì)鹽堿地的改良修復(fù)方法主要有物理改良,、化學(xué)改良、生物改良等,,這些方法各有利弊,。在眾多的改良措施中,其關(guān)鍵是遵循水鹽運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,,培肥地力,,保持客土的長(zhǎng)效,做好水的文章,,合理灌溉,,有效排水,,減少?gòu)搅鳎黾又亓λ?,切斷毛管水?/p> 在土壤改良中目前多采用農(nóng),、林、水綜合治理措施,。水系方面多采用雨水沖淋,,蓄水補(bǔ)水來(lái)淡化鹽堿水。植物方面,,國(guó)內(nèi)外在植物對(duì)鹽堿地土壤的改良作用,、耐鹽品種選擇、外部處理加強(qiáng)植物品種耐鹽性,、農(nóng)作物的耐鹽性等領(lǐng)域有廣泛的研究,。 氣候方面研究數(shù)據(jù)較少,多為防風(fēng)林的研究,,如何解決鹽霧對(duì)植物的傷害,,還有待采取更合理的措施。由各項(xiàng)研究及案例不難看出,,要生態(tài)持續(xù)地解決鹽堿地問(wèn)題需采取系統(tǒng)的綜合的生態(tài)修復(fù)措施,,包括:結(jié)構(gòu)性修復(fù)措施(各因子的工程處理措施)和非結(jié)構(gòu)性修復(fù)措施(相關(guān)的管理體系及政策法規(guī)),不僅要注重短期生態(tài)效果還要注重長(zhǎng)期生態(tài)效益,。 在治理鹽堿地的各項(xiàng)技術(shù)措施中,,生物措施被普遍認(rèn)為是最為有效的改良途徑。全世界高等鹽生植物約有5000~6000種,,約占被子植物的,。發(fā)展耐鹽植物及耐鹽農(nóng)業(yè)品種,不僅可以低成本改良土壤性質(zhì),,同時(shí)能提高綠量,,降低空氣碳含量、并能降低后期淡水的灌溉使用量及養(yǎng)護(hù)成本,,讓植被生態(tài)環(huán)境可持續(xù)的發(fā)展,。目前,廣泛篩選和深入挖掘優(yōu)良耐鹽種質(zhì),,及采用分子生物學(xué)基因工程培育耐鹽植物新品種等方面的研究,,均得到廣大研究者關(guān)注。 另一方面,,淡水資源匱乏的濱海地區(qū),,要多采用節(jié)水滴灌和中水雨水利用等方式。滴灌能夠最有效的最節(jié)約地使用水資源讓植物形成生境,能夠開(kāi)始自我進(jìn)行生態(tài)修復(fù),。中水雨水收集及利用不僅解決了水資源問(wèn)題,,而且也極大地降低了資金成本,使鹽堿地修復(fù)做到低碳及可持續(xù)發(fā)展,。 濱海鹽堿地的生態(tài)修復(fù)與可持續(xù)發(fā)展涉及的專業(yè)知識(shí)是多方面,,如水文學(xué)、農(nóng)業(yè)科技,、植物學(xué)、土壤學(xué),、景觀學(xué),、管理學(xué)、規(guī)劃學(xué),、生態(tài)學(xué)等,。要可持續(xù)地發(fā)展濱海鹽堿地,必須利用多學(xué)科知識(shí)綜合性的進(jìn)行鹽堿治理與生態(tài)修復(fù)及持續(xù)發(fā)展,。 首先,,要認(rèn)識(shí)水鹽運(yùn)動(dòng)規(guī)律,如利用3G技術(shù),、數(shù)據(jù)分析技術(shù)等全面量化的掌握鹽堿情況,。其次,土壤改良方面,,要節(jié)約資源及成本,、多利用植被、雨水等長(zhǎng)期進(jìn)行生態(tài)改良,。生物恢復(fù)方面,要完善動(dòng)植物品種,、數(shù)量、結(jié)構(gòu)多樣化,。前期多采用鄉(xiāng)土及耐鹽堿性樹(shù)種,,降低成本及后期維護(hù)費(fèi)用。雨水及自然水系的管理方面,,要進(jìn)行合理水網(wǎng)規(guī)劃,、利用雨水及中水進(jìn)行綠化灌溉及排鹽。綠地與景觀格局,,要生態(tài)化,、可持續(xù)化、要有利于鹽堿地生態(tài)修復(fù),。同時(shí),,采用可持續(xù)的各項(xiàng)管理措施,實(shí)行技術(shù)與管理并舉實(shí)施的模式,這樣才能夠徹底解決濱海鹽堿地問(wèn)題,。 勝偉集團(tuán)首創(chuàng)了“鹽堿地產(chǎn)業(yè)生態(tài)綜合體”模式,,首先對(duì)鹽堿地進(jìn)行保護(hù)性開(kāi)發(fā),進(jìn)而在開(kāi)發(fā)后的鹽堿地上打造一,、二,、三產(chǎn)協(xié)同發(fā)展的鹽堿地產(chǎn)業(yè)生態(tài)綜合體,由此創(chuàng)造了巨大的生態(tài),、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,。 1. 全機(jī)械化立體式波紋管排鹽(井)網(wǎng)絡(luò)體系 包括波管排鹽技術(shù),明溝排鹽技術(shù),、明溝-暗管相結(jié)合的排水降鹽技術(shù)等,。波管排鹽施工實(shí)現(xiàn)全機(jī)械化作業(yè),使用GPS定位系統(tǒng)及激光精平系統(tǒng)控制埋管深度及坡降比,,無(wú)需開(kāi)挖堿土即可一次性實(shí)現(xiàn)從開(kāi)溝到埋管再到集料鋪設(shè),,從而降低土壤含鹽量,隔離并排出土壤中的可溶性鹽,。 2. 原土調(diào)理增肥降鹽改堿模型 包括各類基于堆肥,、有機(jī)肥和綠肥的有機(jī)廢棄物資源化利用技術(shù);以物理?yè)桨樾徒Y(jié)構(gòu)調(diào)理制劑和化學(xué)物料優(yōu)化配比的撒施型化學(xué)改良調(diào)理劑,;研發(fā)出適合滴灌水肥一體化應(yīng)用的液體改良調(diào)理劑,。通過(guò)原土調(diào)理肥改善土壤基本結(jié)構(gòu),進(jìn)一步降低土壤含鹽量,,平衡土壤PH值,,增加土壤有有機(jī)質(zhì)含量。 3. 多層次植物吸鹽控鹽體系 包括吸鹽植物土壤改良作用,; 抗,、耐鹽堿植物品種應(yīng)用。吸鹽植物土壤改良技術(shù):鹽生植物生長(zhǎng)過(guò)程中,,可將土壤中的鹽堿離子吸收于體內(nèi),,成熟后將植物地上枝葉取走,即等于取走了一定量的鹽分離子,,這樣可較大程度地降低土壤中的鹽分離子濃度,;耐鹽堿植物選育,保證新優(yōu)植物品種不斷更新,,將抗,、耐鹽堿植物品種推廣與應(yīng)用。 4. 全自動(dòng)水肥一體化痕量滴灌技術(shù)體系 基于滴管,、噴灌,、痕灌,、分根交替灌等灌溉方式的節(jié)水控鹽技術(shù),創(chuàng)建局部的淡化“水肥保蓄層”,;基于微地形構(gòu)造的耕作避鹽節(jié)水技術(shù),,通過(guò)壟、溝等微地形引鹽和躲鹽已達(dá)到節(jié)水目標(biāo),;基于生物/薄膜覆蓋的蒸發(fā)抑制技術(shù),,減緩鹽分的上行表聚,實(shí)現(xiàn)根區(qū)控鹽節(jié)水,。 5. 苦咸水自動(dòng)膜分離及微咸水安全利用技術(shù) 咸水淡化灌溉洗鹽技術(shù),,利用咸水淡化設(shè)備對(duì)鹽堿區(qū)淺層地下咸水進(jìn)行淡化,并用淡化后的水對(duì)植物進(jìn)行灌溉洗鹽,;基于咸水-微咸水直灌或輪次灌溉的劣質(zhì)水安全利用技術(shù),,保障區(qū)域水鹽平衡及植物健康增長(zhǎng);基于淡水-咸水交替灌溉的劣質(zhì)水安全利用技術(shù),,控制根區(qū)水鹽平衡。 6. 多尺度信息化與標(biāo)準(zhǔn)化管理控制體系 在鹽堿地整理與利用的管理及工程施工中采用現(xiàn)代化的管理模式,,運(yùn)用信息技術(shù)對(duì)工程造價(jià)控制,、采購(gòu)、施工,、資料,、結(jié)算等進(jìn)行科學(xué)管控,通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),,收集數(shù)據(jù),,建立標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范體系,。 |
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