科技创新在盐碱地改良利用中的核心作用与发展策略

Core Role and Development Strategy of Technological Innovation in the Improvement and Utilization of Saline-alkali Land

摘要

盐碱地作为一种广泛分布的土地资源，其改良利用已成为全球关注的焦点。概述盐碱地改良利用技术的现状和前沿，并针对我国在该领域的技术短板和瓶颈问题提出创新策略。通过生物技术、农业工程、信息技术和生态修复等技术的综合应用，可以显著提升盐碱地的生产效能。针对科技创新在盐碱地改良利用上的核心作用，提出策略建议。未来，科技创新将助力盐碱地的有效治理和可持续发展。

Abstract

Saline-alkali land， a widely distributed resource， has garnered global attention for its improvement and utilization. This study reviews the current technological status and advancements in the management of saline-alkali land and proposes innovative strategies to address the technical shortcomings and bottlenecks in this field within China. The integrated application of biotechnology， agricultural engineering， information technology， and ecological restoration can significantly enhance the productivity of saline-alkali land. It emphasizes the pivotal role of technological innovation in improving saline-alkali land and offers strategic recommendations. In the future， technological innovation will play a crucial role in the effective management and sustainable development of saline-alkali land.

关键词

科技创新 / 盐碱地 / 改良利用 / 策略建议

Key words

technological innovation / saline-alkali land / improvement and utilization / strategic recommendations

盐碱地，这种独特的土地类型，其土壤含有大量盐分，pH相对偏高。高盐碱环境通过破坏土壤微生物群落结构、抑制酶活性等途径显著降低土壤生物活性，进而引发离子失衡、渗透胁迫和氧化损伤，严重制约植物的正常发育和健康生长^[1-2]。盐碱地在全球范围内分布广泛，特别是在干旱、半干旱地区和沿海地带^[3]。据联合国粮农组织（FAO）统计，全球盐碱地面积达13.81亿hm²，占全球土地总面积的10.7%^[4]。在中国，盐碱地主要分布在华北平原、东北平原、西北内陆地区及海滨地区，这些地区的农业生产因盐碱地的存在而面临巨大挑战^[5-6]。土壤盐分过高破坏了植物细胞的渗透平衡^[7]，影响植物对水分和养分的正常吸收^[8]，尤其在作物生长的关键阶段，如幼苗期和开花期^[9]，这种负面影响尤为明显，导致作物产量显著下降^[10]。此外，盐碱地受盐分侵蚀影响，土壤颗粒黏结加剧，导致土壤结构发生退化，如土壤板结、通气性差等^[11]，限制了作物根系的伸展，并削弱了土壤的保水保肥能力^[12]，加剧土壤侵蚀^[13]，特别是在风力较大或水土流失严重的地区^[14]，侵蚀问题尤为突出。

气候变化和水资源匮乏加剧土地盐碱化，海平面上升导致沿海地区盐水入侵，干旱频率增加加速了内陆土壤次生盐碱化，致使盐碱区作物产量大幅下降。与此同时，全球人口预计在2050年达到97亿，粮食需求将增长70%^[15]，盐碱地的改良利用不仅有助于增加可耕地面积，缓解粮食危机，还能通过生态修复减少土地退化。

面对气候变化和人口增长的双重压力，如何合理改良利用盐碱地资源，已成为科研和实践领域的热点议题^[16-17]。科技创新在盐碱地改良利用中扮演着至关重要的角色^[18-19]。通过生物技术培育耐盐植物品种^[20-21]，利用农业工程技术改良排水系统^[22-23]，应用化学改良剂调整土壤pH等技术方法^[24-25]，可以有效降低土壤盐分，改善土壤结构，提升盐碱地的生产能力。随着科技的不断进步，未来的盐碱地改良利用将更加注重生态平衡和可持续发展。本文旨在概述盐碱地改良利用技术的发展现状和前沿趋势，分析我国当前盐碱地质量提升技术的短板和关键技术瓶颈，并针对盐碱地改良利用问题，提出科技创新的目标、方向及相应的策略建议，为我国盐碱地资源的有效利用提供坚实的科技支撑。

1 盐碱地改良利用技术的现状与前沿

1.1 发展现状

近年来，全球在盐碱地改良利用方面取得了显著进展，创新性地开发出一系列有效技术策略，为盐碱地的有效利用提供了重要支持。郭涵等^[26]在中国新疆地区，通过暗管排盐技术，有效促进土壤脱盐，致使土壤含盐量较初始含盐量下降60.58%。Sheoran等^[27]在印度恒河平原，采用化学改良剂（石膏）和有机改良剂（压滤泥浆）联合改良技术，显著改善了水稻和小麦作物在盐碱胁迫环境下的生理特性，光合效率分别提高40%和36%，蒸腾速率分别提高72%和45%，叶绿素荧光分别提高13%和12%。Alshaal等^[28]在埃及尼罗河三角洲，采用有机改良剂（生物炭）和植物根际促生菌（PGPR）联合改良技术，使盐碱地土壤电导率和有效镉含量分别降低了31.7%和61.3%。乔艳辉等^[29]在中国黄河三角洲地区，种植耐盐碱植物NyPa牧草，6年后土壤盐分已从种植前的0.65%降到0.29%。值得注意的是，在改良实践中，逐步形成了“以种适地”与“以地适种”相结合的理念^[30]，通过培育耐盐碱作物品种和优化土壤环境，实现作物与土地的双重适应。马贵仁^[31]在中国内蒙古河套灌区，通过实施“五位一体：撒施脱硫石膏、明沙、有机肥、调理剂以及种植耐盐碱作物”，并配合水利设施建设的综合改良措施，使得土壤盐分含量平均降低14.47%，有机质含量平均提高2.16%。这些实践成果不仅切实改善了盐碱地的生态环境，还为盐碱地改良利用的科技创新积累了丰富经验。

1.2 前沿趋势

在“以种适地”与“以地适种”相结合的理念下，前沿技术正朝着精准化方向发展。生物技术的进步，尤其是基因编辑的突破，为培育出能够适应盐碱地不同强度盐胁迫的作物品种带来了新希望^[32]。现代信息技术的融合，包括物联网、大数据和人工智能，为盐碱地精准监测和管理提供了强大的工具，使得盐碱地治理工作更加高效和有的放矢^[33]。生态修复和可持续发展的理念在盐碱地改良中占据了核心地位，生态工程和植被恢复不仅修复了土壤生态功能，提高了生物多样性，还推动了土地向更加可持续的方向发展^[34]。另外，综合技术的集成应用，跨学科合作，正在形成一种全新的盐碱地改良解决方案，这种方案能够综合考虑生态、经济和社会因素，实现多赢的局面^[35]。政策创新和市场机制的优化为盐碱地改良注入了新动力，营造了有利于技术发展和应用的环境^[36]。这些综合因素的共同作用，预示着盐碱地改良利用将迈向一个更加科学、高效和可持续的未来，为保障全球粮食安全和生态环境平衡发挥重要的作用。

2 我国盐碱地改良利用技术的瓶颈

2.1 科技短板的剖析

研发力量的分散导致了资源配置不均衡，影响了科研效率和专业人才的培养。耐盐碱作物品种培育尚未跟上农业发展的步伐，高产优质品种的匮乏直接影响了盐碱地的农业产出。尽管水稻在三大主粮中表现相对耐盐碱，但配套的水资源利用体系存在明显缺陷。综合治理技术体系的不完善，尤其是土壤改良剂的高成本，限制了其广泛应用。我国盐碱地的多样性要求进行更深入的区域适应性研究，以优化技术应用，但目前这方面的研究和应用不足。盐碱地资源的利用效益低下，缺乏有效的商业模式和运营机制，这不仅制约了改良的经济效益，也影响了盐碱地的可持续发展。

2.2 瓶颈问题的突破

在推进盐碱地改良及其有效利用的进程中，关键技术的突破至关重要。改良技术的核心在于如何有效降低土壤盐分含量并改善土壤结构，这直接关系到盐碱地的农业生产条件。耐盐碱作物品种的培育技术是提升盐碱地农业产出的关键，筛选和培育适应性强的作物品种对于增强盐碱地农业价值具有决定性作用。盐碱地综合治理技术的发展需涵盖水肥一体化管理和土壤修复，这不仅能够提高盐碱地的综合生产力，也是实现可持续发展的重要途径。探索盐碱地资源的多元化利用方式，提升其经济效益，是推动盐碱地可持续发展的重要突破口，这要求在资源利用上进行创新和优化，以确保技术应用能够针对不同地区的特定条件进行优化，从而实现盐碱地改良利用的长远发展。

3 科技创新助推盐碱地改良利用

3.1 科技创新引领盐碱地改良利用的新路径

科技创新为盐碱地改良利用带来了全新视角和实践路径。在技术创新层面，通过耐盐碱作物基因改良（如分子育种培育）^[37]、工程与生物措施融合（如排灌系统优化与耐盐植物种植结合）^[38]、数字技术精准监测（如遥感与大数据动态分析）^[39-40]，构建起立体化治理体系。在模式创新层面，一方面发展“盐碱地特色农业+产业链延伸”（如养殖业、中药材种植与深加工产业）^[41]，另一方面推动“光伏+农业”立体开发（如光伏板下种植耐盐牧草、经济作物）^[42]，同步开发盐碱地生态旅游项目^[43]，实现土地复合利用。这些创新策略不仅提升了盐碱地的经济价值，还促进了生态环境的改善，实现了经济、社会和生态效益的协调发展，为盐碱地的可持续利用提供了新的思路和方法。

3.2 科技创新在盐碱地改良利用中的局限性

科技创新在实际应用过程中同样面临着诸多挑战和局限性。例如，基因编辑技术目前还停留在实验室往小区域示范阶段，仍然面临较高的成本和技术门槛。基因编辑作物在复杂的田间环境中的耐盐碱性能和稳定性仍需进一步验证，其长期生态影响尚未完全明确。基因编辑作物的生物安全性评估和监管机制也尚不完善，公众对其安全性存在疑虑，这在一定程度上限制了其大规模推广。现代信息技术在盐碱地改良中的应用受到基础设施不足的限制。许多盐碱地分布在偏远地区，网络覆盖和电力供应不稳定，难以支持物联网、大数据和人工智能等技术的高效运行。现有传感器和监测设备在复杂盐碱地环境中获取数据的准确性和可靠性不足，这可能导致错误的管理决策。生态修复技术虽然理念先进，但实施过程较为缓慢，需要较长时间才能显现效果，且成本较高，在资金有限的情况下难以大规模开展。生态修复过程中可能面临生态系统失衡、外来物种入侵等问题，需要长期的监测和管理。经济和社会层面的挑战也不容忽视。盐碱地改良需要较高的初始投资，且短期内难以实现高产，导致投资者的回报周期较长，削弱了社会资本的参与意愿。公众对盐碱地潜在价值的认识不足，社会对盐碱地改良利用的支持力度有限，这也制约了新技术的推广和应用。

4 科技创新策略建议

4.1 目标与重点方向

技术突破将是首要目标。结合“以种适地”与“以地适种”的理念，培育更多适应盐碱地条件的作物品种，通过品种改良与土壤改良协同推进，实现盐碱地可持续利用。集中研发资源和跨学科合作，致力于在土壤结构优化、盐分控制以及耐盐碱作物育种等关键技术领域取得重大进展。这些创新将转化为具有自主知识产权的科技成果，为盐碱地的可持续利用奠定坚实的技术基础。产能提升是核心目标。通过推广高效的农业管理方法、节水灌溉技术和高产优质的耐盐碱作物品种，增强盐碱地的农业生产力。通过多元化利用方式提升经济效益，如结合当地特色农业产业，实现盐碱地资源的最大化利用。同时，将注重生态环境保护，确保生态系统的健康和可持续性，实现生态与经济的双重效益。示范推广是实现这些目标的重要组成部分。建立盐碱地改良利用的科技创新示范区和样板工程，展示最新的科技成果，并作为技术推广平台，加速科技成果的转化和应用。

在推动盐碱地改良利用的进程中，需聚焦以下重点方向，以实现科技创新与农业可持续发展的深度融合。①科技创新体系建设。构建一个以国家战略需求为指导，实现产业、学术界与研究机构深度融合的科技创新体系。这一体系将通过强化基础研究、应用研究与技术开发的协同效应，建立从实验室到田间的快速转化机制，加速科技成果的实用化与规模化应用。②盐碱地改良技术研发。研发一系列高效、环保、可持续的盐碱地改良技术，涵盖土壤改良剂、微生物制剂等。针对当前改良效果易反复的问题，重点突破长效性改良技术，如开发具有持续脱盐能力的微生物菌剂、构建动态盐分调控系统，结合植物根系分泌物的固盐机制，形成“物理阻隔-生物降解-生态固持”的复合改良模式，确保改良效果的长期稳定性。③耐盐碱作物育种。利用基因工程、细胞工程等现代生物技术，培育出更多具有耐盐碱性、高产、优质特性的作物品种。这些新品种将能够适应盐碱地的特殊条件，满足农业生产的需求，提高作物产量和品质。④农业资源循环利用。深入研究盐碱地农业废弃物的资源化利用技术，开发适用于盐碱地的有机肥料、生物饲料等再生资源，推动循环农业的发展，实现农业资源的高效利用和环境保护的双重目标。⑤智能农业技术应用。利用物联网、大数据、人工智能等现代信息技术，结合高标准农田建设项目，构建一体化监测网络，实现土壤盐分、水分、作物生长状态的实时动态监控，开发精准灌溉决策系统和智能农机装备，提升盐碱地农业生产的精细化管理水平。⑥盐碱地高效益农业模式创新。以市场需求为导向，发展特色种植（如枸杞、碱蓬等耐盐碱经济作物）、生态养殖及农产品深加工产业，延伸产业链条，提升盐碱地单位面积产出效益。

4.2 政策与保障措施

为了确保盐碱地科技研发的持续活力，需保证财政资金的稳定供给。通过实施税收减免和财政补贴政策，减轻企业和研究机构的研发负担，激发其创新动力。政府应出台引导性政策，鼓励社会资本参与盐碱地的科技创新。例如，通过政府与社会资本合作（PPP）模式，实现资金来源多元化和风险共担。为了促进科技成果的快速转化，应制定一系列激励措施，激励科研机构和企业将创新成果迅速应用于实际生产中。实施人才引进计划，为盐碱地科技创新领域注入新鲜血液，提供必要的人才支持。

成立跨部门协调小组，确保政策实施与协调。修订和完善相关法律法规，为科技创新提供坚实的法律支撑。建立项目监督和评估机制，对政策的实施效果进行定期评估。评估内容包括但不限于以下几个方面。①政策目标的实现程度。评估各项政策是否达到了预期的目标，如科技创新能力的提升、盐碱地改良效果的改善等。②经济效益分析。分析政策实施后对盐碱地改良利用产业的经济贡献，包括成本节约、产出增加等方面。③社会影响评估。考察政策对当地社区、环境以及生态平衡的影响，确保政策在促进社会可持续发展方面的积极作用。④政策执行效率。评估政策执行过程中的资源利用效率、时间成本等，识别并解决执行过程中的瓶颈问题。基于评估结果，及时调整和优化政策措施，确保政策的有效性和适应性。

同时，建立信息共享平台，加强科研机构、企业与政府部门之间的联系。加强政策和成果的宣传力度，提升公众对盐碱地科技创新的认识和参与度。针对可能影响科技创新实施的突发事件，建立应急响应和处理机制，确保快速有效地应对各种挑战。

5 展望

在全球气候变化和粮食安全面临严峻挑战的大背景下，科技创新将成为推动盐碱地有效治理和可持续发展的关键力量。未来，可以从以下三方面着力推进盐碱地改良利用的科技创新。一是建立气候变化-土壤盐碱化动态预警模型，以提前应对气候变化对盐碱地的影响；二是开发光热资源协同利用的盐碱农业新模式，实现资源的高效利用；三是构建包含碳汇交易机制的生态补偿制度，为盐碱地治理提供经济激励和可持续的资金支持。总之，通过多领域技术的协同创新与合作，有望将盐碱地转化为保障粮食安全、促进生态保护和推动经济发展的重要资源，实现可持续发展。

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基金资助

黑龙江省农业科技创新跨越工程农业科技基础创新优青项目(CX23YQ17)

黑龙江省农业科技创新跨越工程农业关键技术创新科技重点攻关项目(CX23GG09)

黑龙江省省属科研院所科研业务费项目(CZKYF2022-1-C041)

黑龙江省省属科研院所科研业务费项目(CZKYF2024-1-C005)