郭凱　巨兆強(qiáng)　封曉輝　李曉光　劉小京

（中國(guó)科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心　石家莊　050022）

?

咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地的研究進(jìn)展及展望*

郭凱巨兆強(qiáng)封曉輝李曉光劉小京**

（中國(guó)科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心石家莊050022）

冬季咸水結(jié)冰灌溉技術(shù)是濱海區(qū)高礦化度咸水利用和鹽堿地改良的有效手段，該項(xiàng)技術(shù)依據(jù)咸水結(jié)冰融化過(guò)程中咸淡水分離的基本原理，基于區(qū)域氣候特點(diǎn)、土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律以及作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，在冬季抽提當(dāng)?shù)馗叩V化度地下咸水對(duì)鹽堿地進(jìn)行灌溉，并在冬季低溫作用下迅速凍結(jié)成咸水冰，春季咸水冰層融化過(guò)程中，咸淡水分離入滲，其中先融化的高礦度咸水先入滲，而后融化出的低礦化度微咸水和淡水的入滲對(duì)土壤鹽分具有較好的淋洗作用，以上過(guò)程實(shí)現(xiàn)了春季土壤返鹽期的土壤脫鹽，結(jié)合春季地表覆蓋抑鹽措施和夏季降雨淋鹽，土壤的低鹽條件得到保持，保證了作物和植物整個(gè)生長(zhǎng)期的正常生長(zhǎng)。該項(xiàng)技術(shù)改變了濱海鹽堿區(qū)土壤水鹽運(yùn)移特征，使春季土壤積鹽期變?yōu)槊擕}期，咸水結(jié)冰灌溉后，春季耕層土壤鹽分由最初的 12g·kg-1迅速降低至4g·kg-1以下，脫鹽率達(dá)到66％以上，實(shí)現(xiàn)了棉花、油葵、甜菜等作物在濱海重鹽堿地中的種植，提高了檉柳、枸杞、白蠟等鹽生植物和耐鹽植物的扦插移栽成活率，咸水結(jié)冰灌溉當(dāng)年便獲得了籽棉產(chǎn)量3 t·hm-2、油葵1.5 t·hm-2、甜菜60 t·hm-2，以及90％以上的鹽生植物和耐鹽植物的扦插成活率，促進(jìn)了濱海鹽堿區(qū)鹽堿地的開(kāi)發(fā)、農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)。近年來(lái)，通過(guò)系統(tǒng)的研究，我們探明了咸水結(jié)冰灌溉過(guò)程中咸水凍融咸淡水分離規(guī)律，明確了咸水結(jié)冰灌溉對(duì)土壤鹽分的淋洗效果，構(gòu)建了冬季咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地技術(shù)體系，確立了冬季咸水結(jié)冰灌溉的灌溉時(shí)間、灌溉水量和水質(zhì)等指標(biāo)體系。本文在以上研究基礎(chǔ)上，對(duì)鹽堿地咸水利用的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)咸水結(jié)冰灌溉基本原理、影響因素以及土壤鹽分淋洗效果等方面進(jìn)行了概述，系統(tǒng)分析了冬季咸水結(jié)冰灌溉在鹽堿地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、植被恢復(fù)以及咸水利用等方面的作用，并就其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

鹽堿地改良 咸水利用 咸水結(jié)冰灌溉植被恢復(fù) 鹽分淋洗

土壤鹽堿化是限制干旱和半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境改善的主要因素，由于土體中較高的鹽分含量，且具有不良的物理和化學(xué)性質(zhì)，至使大多數(shù)植物的生長(zhǎng)受到抑制，甚至不能生長(zhǎng)［1-2］。據(jù)農(nóng)業(yè)部第2次全國(guó)普查統(tǒng)計(jì)資料顯示（1985年），我國(guó)鹽堿土資源總量約為3 467萬(wàn)hm2，約占我國(guó)耕地面積的6.62％，而目前已開(kāi)墾種植的鹽堿土面積僅為577×104hm2［3-5］。因此，作為我國(guó)重要的后備耕地資源，開(kāi)發(fā)和利用鹽堿地對(duì)于補(bǔ)償日益減少的耕地面積、保障糧食安全具有重要的意義。

土壤鹽分在土體中的運(yùn)動(dòng)具有“鹽隨水來(lái)、鹽隨水去”的特點(diǎn)，且具有明顯的季節(jié)性變化。在鹽堿地改良中，應(yīng)根據(jù)鹽堿地分布區(qū)的氣候、地形和土壤等條件，選擇配套的改良措施［6］，達(dá)到綜合改良鹽堿地，促進(jìn)土壤水鹽動(dòng)態(tài)的良性循環(huán)的目的。針對(duì)鹽堿地的改良，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量的研究，目前，鹽堿地改良措施主要包括物理改良、化學(xué)改良和生物改良等［7］。大多改良措施是以改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤的通透性為主要方式，究其根本還必須配合以“淡水壓鹽”為基礎(chǔ)的水利工程措施，淋洗和排出多余的土壤鹽分，才能達(dá)到改良鹽堿地的目的，這也是目前鹽堿地改良中最有效的措施，因此充足的淡水是鹽堿地改良的重要保證［6］。但在鹽堿區(qū)淡水資源嚴(yán)重匱乏，尤其是在春季作物需水的關(guān)鍵期和土壤返鹽的高峰期，淡水資源短缺的問(wèn)題更為嚴(yán)重。在以上背景下，淺層地下咸水和劣質(zhì)水的利用逐漸被人們所重視，也成為鹽堿區(qū)鹽堿地改良、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要選擇。據(jù)研究，鹽堿地分布區(qū)地下咸水資源豐富，且利用潛力巨大，如河北省滄州市可供水量為4.7億m3，而利用率僅為8％，當(dāng)利用率達(dá)到20％，微咸水供水量達(dá)到0.94億m3［8］。對(duì)于低礦化度的咸水（＜5g·L-1），采用直接灌溉、咸淡水混灌、微灌和土壤培肥等措施可實(shí)現(xiàn)保證作物正常生長(zhǎng)和土體鹽分周年平衡，且不會(huì)造成次生鹽漬化的問(wèn)題［9-10］。而對(duì)于高礦化度咸水，由于鹽分含量較高則不能直接用于灌溉，因此如何合理利用這些高礦化度的地下咸水用于鹽堿地的改良是該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟需解決的問(wèn)題。

基于以上背景，我們依據(jù)區(qū)域氣候條件、土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律和植物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，基于咸水結(jié)冰凍融咸淡水分離原理，提出了冬季咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)充分利用區(qū)域冬季低溫條件和豐富的咸水資源，在冬季，對(duì)鹽堿地進(jìn)行結(jié)冰灌溉，咸水冰融化過(guò)程中，后融化出的微咸水和淡水對(duì)土壤鹽分具有較好的淋洗效果，結(jié)合后續(xù)的抑鹽措施和夏季降雨淋鹽，為作物出苗和植物生長(zhǎng)創(chuàng)造土壤低鹽條件［11-13］。該項(xiàng)技術(shù)突破了傳統(tǒng)“淡水壓鹽”改良鹽堿地的束縛，實(shí)現(xiàn)了春季土壤脫鹽，且節(jié)約了淡水，為鹽堿區(qū)咸水利用和鹽堿地改良提供了新的方法，在我國(guó)北部鹽堿地分布區(qū)具有廣泛的應(yīng)用前景。

本文分析了鹽堿土的水鹽動(dòng)態(tài)規(guī)律和改良措施，系統(tǒng)地總結(jié)了咸水利用、咸水凍融淡化以及咸水結(jié)冰灌溉和相關(guān)配套技術(shù)等方面的研究進(jìn)展，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)咸水結(jié)冰灌溉技術(shù)進(jìn)行了展望，以期為鹽堿地改良和咸水綜合利用提供技術(shù)支撐。

1　鹽堿土凍結(jié)過(guò)程中的土壤水鹽動(dòng)態(tài)規(guī)律

土壤鹽分在土體中的運(yùn)動(dòng)具明顯的季節(jié)性、強(qiáng)烈的表聚性、類型的復(fù)雜性以及積鹽和脫鹽的反復(fù)性等特點(diǎn)［3］。土壤的水鹽運(yùn)移主要受到降雨和蒸發(fā)等的影響。以河北省環(huán)渤海低平原區(qū)為例（圖1），土壤鹽分的動(dòng)態(tài)特性表現(xiàn)為春、秋、冬季土壤積鹽、夏季土壤脫鹽。冬季至春季土壤會(huì)出現(xiàn)凍結(jié)和融化，也伴隨著土壤的水鹽運(yùn)動(dòng)，其中土壤凍結(jié)是土壤潛在積鹽的過(guò)程，而春季土壤凍層的融化和土壤水分蒸發(fā)是其“爆發(fā)式”積鹽的主要原因［14］。張殿發(fā)等［15］研究表明在土壤凍結(jié)過(guò)程中，凍層形成的土壤剖面可分為3層，隨著土壤層次的加深依次為凍結(jié)層、似凍層和非凍層。土壤的凍結(jié)伴隨著土壤水分由液相向固相轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致凍層的水勢(shì)降低，也驅(qū)使深層土中的水分和鹽分逐漸向凍層遷移，致使凍結(jié)層中水分和鹽分含量逐漸升高。似凍層在凍結(jié)層以下并隨凍結(jié)層的增厚不斷下移，該層水分和鹽分不斷向凍層集結(jié)。春季的土壤融化和水分蒸發(fā)造成了表層土壤強(qiáng)烈返鹽。土壤凍層的融化分別在凍層上下兩個(gè)鋒面進(jìn)行，凍層下鋒面融化后的水分和鹽分直接向深層遷移，而上鋒面的融化則快于下鋒面，且融化的水分和鹽分在未融化凍層的阻隔作用下滯留于凍結(jié)層之上，且隨著土壤水分蒸發(fā)迅速向表層土壤聚集直到凍層全部融通，這也是導(dǎo)致了春季的土壤“爆發(fā)式”積鹽的直接原因［16］。此后，土壤鹽分淋洗又隨著夏季、秋季的降雨和蒸發(fā)的影響，而呈現(xiàn)出淋洗和再次返鹽的現(xiàn)象。

圖1　環(huán)渤海鹽堿區(qū)土壤含鹽量和降雨的周年動(dòng)態(tài)Fig.1 Annual changes of soil salinity and precipitation in the coastal area around Bohai Sea

不同類型的鹽堿土具有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)，這也造成了鹽堿土改良的復(fù)雜性，應(yīng)根據(jù)鹽堿土具體特性，采用因地制宜的方法綜合改良和利用鹽堿地。目前，采用以“淡水壓鹽”為主的水利工程措施是鹽堿地改良中最為有效的措施，但在鹽堿分布區(qū)淡水資源短缺，限制了這一措施的實(shí)施，而如何合理利用該地區(qū)豐富的地下咸水改良鹽堿地成為該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題。

2　咸水利用現(xiàn)狀

在淡水資源缺乏的背景下，鹽堿區(qū)豐富的地下咸水成為農(nóng)業(yè)可利用的潛在水資源，研究表明咸水灌溉可在一定程度上緩解由于淡水不足造成的干旱問(wèn)題，甚至可在不影響土壤性質(zhì)的情況下，實(shí)現(xiàn)作物的增產(chǎn)。但是如果利用不當(dāng)則會(huì)造成土壤退化和作物減產(chǎn)。因此，如何合理利用這些地下咸水已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)灌溉中重要的研究方向［8，17］，國(guó)內(nèi)外針對(duì)咸水灌溉條件下土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律開(kāi)展了大量的研究工作［7，18-19］，其中，咸水灌溉時(shí)的水量、水質(zhì)和土壤狀況對(duì)土壤水鹽運(yùn)移均有重要影響。據(jù)研究，咸水灌溉水量對(duì)土壤鹽分淋洗具有重要影響，一定量的咸水可對(duì)土壤鹽分進(jìn)行有效的淋洗，并隨著入滲水量的增加，土壤的脫鹽深度逐漸加深［20-21］，逄煥成等［10］指出利用咸水進(jìn)行灌溉時(shí)，一次性灌溉量不宜過(guò)低，否則會(huì)使一部分鹽分滯留在表層土壤。同時(shí)，咸水的礦化度也是影響土壤鹽分淋洗的重要因素，灌溉水的礦化度過(guò)高，會(huì)造成土壤鹽分累積問(wèn)題，肖振華等［22］研究表明在利用咸水進(jìn)行灌溉時(shí)，灌溉水帶入土壤的鹽分在土壤中累積與淋洗交替進(jìn)行，當(dāng)灌溉水礦化度小于3g·L-1時(shí)，土壤剖面中的鹽分處于平衡狀態(tài)，超過(guò) 3g·L-1，則有不同程度的積鹽。除咸水礦化度外，咸水的鈉吸附比（SAR）是灌溉水質(zhì)的另一個(gè)重要指標(biāo)，該項(xiàng)指標(biāo)是咸水中 Na+和Ca2+、Mg2+的相對(duì)比值，其計(jì)算公式為，公式中離子的單位為mmol·L-1［23-24］。咸水的 SAR也對(duì)土壤鹽分淋洗具有重要影響。Suarez等［25］指出咸水入滲對(duì)土壤具有雙重作用，一方面灌溉水的鹽分有助于穩(wěn)定土壤孔隙結(jié)構(gòu)，提高土壤的導(dǎo)水通氣性，隨著咸水礦化度的增加，咸水的入滲加快；而另一方面，如果灌溉水中的 Na+比例過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致土壤中的顆粒分散，土壤導(dǎo)水通氣能力下降。同時(shí)，鹽堿土的類型也影響著咸水的入滲和鹽分的淋洗，與鹽土相比，咸水的入滲對(duì)堿土的影響較大。此外，土壤的水鹽動(dòng)態(tài)也受咸水灌溉方式和灌溉制度影響。王衛(wèi)光等［9］指出咸水灌溉的關(guān)鍵是選擇適當(dāng)?shù)墓喔确绞?。目前，咸水的灌溉方式主要有漫灌、溝灌、噴灌和滴灌。其中滴灌方式比其他灌溉方式能更好地調(diào)整根區(qū)土壤鹽分狀況和獲得更高的作物產(chǎn)量。同時(shí)，咸水灌溉可依據(jù)當(dāng)?shù)氐乃Y源條件，結(jié)合其他水質(zhì)進(jìn)行咸淡混灌和輪灌以達(dá)到更好的土壤鹽分淋洗的效果［9，24］。

3　咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地的研究進(jìn)展

3.1咸水淡化和咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地技術(shù)原理

目前，在咸水灌溉中，相關(guān)研究主要針對(duì)礦化度小于5g·L-1的微咸水的利用，而對(duì)于高含鹽量的咸水則被認(rèn)為是不能直接用于灌溉，否則會(huì)造成土壤積鹽和退化［19，22，26］。而根據(jù)調(diào)查鹽堿區(qū)地下咸水礦化度普遍較高，以環(huán)渤海鹽堿區(qū)為例，該地區(qū)淺層地下水的礦化度均大于7g·L-1［8］。在此背景下，有研究提出咸水淡化技術(shù)可解決高礦化度咸水難以直接用于灌溉和改良鹽堿地的問(wèn)題［27］。目前，對(duì)于咸水淡化多采用咸水凍融、蒸餾、電滲析及反滲透等方法，且咸水淡化的研究也主要集中在咸水淡化的工藝和設(shè)施［28-30］。其中蒸餾法、電滲法和反滲透法的應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜，成本昂貴，主要用于解決飲用水和工業(yè)用水，但用于灌溉和鹽堿地改良顯然不現(xiàn)實(shí)［31］。因此，咸水自然凍融法成為解決該地區(qū)高礦化度咸水難以利用問(wèn)題的重要選擇。咸水凍融淡化技術(shù)是利用咸水凍結(jié)和融化兩個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)咸淡水分離的目的（圖2）。咸水結(jié)冰和融化過(guò)程中均是脫鹽過(guò)程，且融化過(guò)程的脫鹽效果顯著好于結(jié)冰過(guò)程［32］。據(jù)研究，咸水的凍結(jié)過(guò)程非常復(fù)雜，經(jīng)過(guò)凍結(jié)后的咸水冰是冰晶、鹵水胞、氣泡和其他固體的混合物，其中鹽分主要以鹽胞的形式存在，當(dāng)咸水冰融化時(shí)鹽胞會(huì)相互連通而形成鹽分淋洗的通道，通過(guò)這個(gè)過(guò)程咸水冰實(shí)現(xiàn)脫鹽［33-34］。近年來(lái)，有研究通過(guò)采集海冰進(jìn)行淡化處理后用于農(nóng)業(yè)灌溉，且取得了較好效果［34］，但海冰的收集、運(yùn)輸、儲(chǔ)存等也限制了此項(xiàng)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，且海水冰也為農(nóng)田系統(tǒng)帶入了外來(lái)鹽分。

考慮到以上問(wèn)題，依據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)和土壤水鹽動(dòng)態(tài)規(guī)律，我們提出了冬季咸水結(jié)冰灌溉的構(gòu)想，即充分利用北方鹽堿區(qū)冬季的低溫條件，在冬季直接抽提當(dāng)?shù)氐叵孪趟畬?duì)鹽堿土進(jìn)行灌溉，灌溉后咸水在低溫作用下迅速凍結(jié)成冰，春季咸水冰逐漸融化入滲，其中后融化的微咸水和淡水對(duì)土壤鹽分具有較好的淋洗作用，結(jié)合后續(xù)的降雨和抑鹽措施，可實(shí)現(xiàn)植物整個(gè)生育期土壤脫鹽，保證植物的正常生長(zhǎng)［11-12］。

圖2　冬季咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地技術(shù)路線圖Fig.2 Design diagram of reclaiming saline soil by freezing saline water irrigation in winter

3.2咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地效果和影響因素

3.2.1改良效果

咸水結(jié)冰灌溉技術(shù)自實(shí)施以來(lái)取得了顯著的鹽堿地改良效果［11-12］，這得益于咸水凍融過(guò)程中顯著的淡化效果，在此過(guò)程中所產(chǎn)生的微咸水和淡水對(duì)土壤鹽分創(chuàng)造了良好的淋洗條件。研究表明：利用15g·L-1的咸水冰在室溫田間下進(jìn)行融化，可產(chǎn)生50％以上礦化度小于3g·L-1的微咸水和淡水，且隨著咸水冰的融化，其鈉吸附比（SAR）也逐漸降低［34］。田間利用13.5g·L-1的咸水進(jìn)行冬季結(jié)冰灌溉后，咸水在低溫作用凍結(jié)成冰，咸水冰在春季融化過(guò)程中，可產(chǎn)生75％以上礦化度低于3g·L-1的微咸水和淡水，這些水的入滲對(duì)土壤鹽分具有較好的淋洗作用；咸水結(jié)冰灌溉后，在地表形成了咸水冰層，冰層的覆蓋平抑了地溫，提高了土壤溫度，減少了土壤的凍融積鹽［35］，據(jù)研究，冬季利用水量為180mm的咸水進(jìn)行結(jié)冰灌溉，土壤溫度約提高1℃，可減少凍層8.5cm，約減少19.8％的鹽分在凍層的積累；咸水冰完全融化和入滲后，根層（0～40cm）土壤含鹽量迅速降低，由灌溉前高于10g·L-1迅速降至融水入滲后的3g·L-1以下，脫鹽率達(dá)到70％以上；此時(shí)，配合地表覆蓋措施后，可使土壤鹽分維持在這一土壤鹽分水平以下，使植物和農(nóng)作物安全度過(guò)春季土壤返鹽高峰期，據(jù)研究，春季利用地膜覆蓋和殘茬舊膜對(duì)土壤鹽分的抑制效果較好，可使土壤鹽分保持在4g·kg-1以下［36］；至夏季，雨季來(lái)臨，土壤呈淋鹽狀態(tài)，保證了作物和植物的正常生長(zhǎng)，且當(dāng)年便可獲得理想的作物產(chǎn)量和植物生長(zhǎng)量，在咸水結(jié)冰灌溉基礎(chǔ)上，種植了棉花、油葵、甜菜、甜高粱、檉柳和枸杞等耐鹽作物和鹽生植物，作物的出苗率均達(dá)到80％以上，鹽生植物扦插成活率達(dá)到90％以上，且作物產(chǎn)量和植物的生長(zhǎng)量均較理想［11-12］；此外，隨著咸水結(jié)冰灌溉年限的延長(zhǎng)，土壤鹽分和土壤的SAR均逐年降低，作物產(chǎn)量逐年提高［35］。室內(nèi)利用咸水結(jié)冰入滲濱海鹽土過(guò)程中，咸水冰融水在鹽堿土中的入滲速度和深度均快于和深于淡水冰，且鹽分的淋洗效果好于淡水冰，這可能由于先融化的高礦化度咸水的入滲改善了土壤結(jié)構(gòu)，為后融化的微咸水和淡水的入滲創(chuàng)造了條件［11］。咸水冰融水入滲后，土壤表層鹽分淋洗效果較好，當(dāng)利用15g·L-1的表層（0～20cm）土壤鹽分由21.2g·L-1降低至入滲后的2.5g·L-1，脫鹽率達(dá)到95％以上［37］，且土壤中Na+和Cl-的遷移速度均快于其他處理［38-39］。因此，咸水結(jié)冰灌溉解決了濱海鹽堿區(qū)咸水礦化度高而難以利用的難題，對(duì)重鹽堿區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境改善具有重要作用。

3.2.2影響因素

咸水結(jié)冰灌溉對(duì)土壤鹽分的淋洗效果受多種因素影響。不同礦化度和水量的咸水冰融水入滲濱海鹽土的結(jié)果表明：在一定礦化度下，咸水水量越高，咸水冰融化所產(chǎn)生微咸水和淡水的水量也就越高，在土壤中的入滲速度和深度也就越快和越深，對(duì)土壤鹽分淋洗效果越好，室內(nèi)利用礦化度為10g·L-1和水量分別為90mm、135mm和180mm的咸水冰融水入滲濱海鹽土后，表層土壤（0～20cm）的脫鹽率分別為29.7％、56.7％和96.2％；在一定水量下，利用礦化度越高的咸水冰融化入滲鹽堿土?xí)r，其入滲速度越快，深度也就越深，且對(duì)土壤鹽分的淋洗效果越好。利用180mm礦化度分別為5g·L-1、10g·L-1和15g·L-1的咸水冰進(jìn)行融水入滲后，表層土壤（0～20cm）脫鹽率分別為95.7％、96.2％和96.3％［11］；除咸水礦化度外，咸水SAR也是影響融水入滲和鹽分淋洗的重要因素，利用SAR較高的咸水冰融水入滲鹽堿土?xí)r，由于咸水中含有較高的Na+比率，對(duì)土壤的滲透性和透水性產(chǎn)生不利的影響，導(dǎo)致其入滲速度和深度均較慢和淺，且脫鹽效果較差，盡管如此，咸水冰的脫鹽效果卻始終要好于淡水冰，利用SAR分別為5、10、30的咸水冰融水入滲濱海鹽土后，表層土壤（0～20cm）的脫鹽率分別為92.5％、89％和87％，均顯著大于淡水處理的80％［39-40］。此外，咸水冰融水對(duì)土壤鹽分的淋洗效果還受土壤狀況的影響，如土壤類型、土壤水鹽條件以及土壤容重等。研究表明，咸水冰融水對(duì)蘇打堿土的入滲效果好于濱海鹽土，室內(nèi)利用礦化度為10g·L-1的咸水冰融水入滲以上兩種土壤，相對(duì)于淡水冰，咸水冰融水在蘇打堿土中和濱海鹽土中的入滲速度分別快23.44倍和2.54倍［40-42］，但在蘇打堿土的中鹽分淋洗效果則差于濱海鹽土，這與土壤中的離子組成有關(guān)。咸水冰融水入滲鹽堿土過(guò)程中，土壤含水量顯著影響了鹽分的淋洗效果。據(jù)研究，水分在土壤中的入滲過(guò)程和土壤含水量有密切的關(guān)系，土壤含水量越高，入滲速度越慢，當(dāng)咸水冰融水入滲高含水量的鹽堿土?xí)r，由于水分入滲速度慢，鹽分在土壤中的遷移也越慢，鹽分淋洗效果不好。綜合以上結(jié)果來(lái)看，咸水水質(zhì)、水量和土壤狀況等是影響咸水結(jié)冰灌溉對(duì)土壤鹽分淋洗效果的重要因素，除此之外，其他因素如地下水埋深和水質(zhì)、土壤物理化學(xué)性質(zhì)以及土壤凍結(jié)等對(duì)咸水結(jié)冰灌溉過(guò)程中融水的入滲和鹽分淋洗效果的影響尚待進(jìn)一步研究。

3.3冬季咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地技術(shù)體系

在對(duì)咸水結(jié)冰灌溉相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，我們構(gòu)建了咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地技術(shù)體系，并確立了咸水結(jié)冰灌溉時(shí)間、水質(zhì)和水量以及其他相關(guān)配套措施。

3.3.1咸水結(jié)冰灌溉時(shí)間的確立

表1為不同咸水結(jié)冰灌溉時(shí)間下土壤含鹽量的變化過(guò)程，以1月中上旬日均溫度低于-5℃時(shí)灌溉為宜，灌溉后可以穩(wěn)定結(jié)冰，咸水結(jié)冰洗鹽效果較好；如果灌溉太晚，結(jié)冰效果不好，且由于土壤凍融積鹽，不利于鹽堿地脫鹽。

表1　不同咸水結(jié)冰灌溉時(shí)期對(duì)不同時(shí)期土壤含鹽量的影響Table 1 Effect of different dates of freezing saline water irrigation on soil salt content g·kg-1

3.3.2咸水結(jié)冰灌溉水量的確定

咸水結(jié)冰灌溉的水量可根據(jù)灌溉水質(zhì)，利用咸水結(jié)冰融水二元回歸方程確定適宜的灌溉水量。根據(jù)鹽堿土沖洗改良需水量和咸水結(jié)冰融水咸淡水分離的二元回歸方程，確定了鹽堿地咸水結(jié)冰灌溉淋洗定額方程：

式中：V為咸水結(jié)冰灌溉定額（m3·hm-2），M為淡水沖洗定額（m3·hm-2），sY為咸水冰不同礦化度融水占總?cè)谒陌俜直龋ǎィ?/p>

淡水沖洗定額是基于簡(jiǎn)化的鹽分運(yùn)動(dòng)理論，假設(shè)鹽分在土壤垂直運(yùn)動(dòng)，沖洗水與鹽溶液完全攙混的沖洗定額計(jì)算公式如下：

式中：M為沖洗定額（m3·hm-2）， H為計(jì)劃脫鹽深度（m），θf(wàn)為土壤的田間持水率（干土重的％），θ0為初始土壤含水率（干土重的％），S0、Sa為沖洗前土壤含鹽量、沖洗后要求達(dá)到的含鹽量（S0未包括灌溉水帶入土壤中的鹽分），γ為土壤容重，e為沖洗期間的蒸發(fā)量，P為沖洗期間的降雨量。

下式為不同礦化度咸水結(jié)冰融水咸淡水分離的二元一次方程：

式中：Y為融水百分比（％），Tm為融冰溫度（℃），Si為咸水冰初始含鹽量（g·L-1）。

以上計(jì)算的灌溉水量與實(shí)際灌水量基本相符，以環(huán)渤海濱海鹽堿區(qū)為例，利用 12g·L-1的咸水對(duì)濱海重鹽堿土進(jìn)行結(jié)冰灌溉，要達(dá)到使土壤含鹽量由最初的12g·L-1降低至灌溉后的4％以下時(shí)，計(jì)算所得的咸水結(jié)冰灌溉水量約為196mm（1 954.5m3·hm-2），實(shí)際灌水量為180mm（1 800m3·hm-2）。

3.3.3相關(guān)配套技術(shù)措施

春季是土壤返鹽的高峰期，盡管經(jīng)過(guò)咸水結(jié)冰灌溉的地塊，土壤鹽分顯著降低，但在強(qiáng)烈土壤蒸發(fā)的影響下，土壤仍會(huì)迅速返鹽，為解決以上問(wèn)題，我們研究了不同措施的抑鹽效果。結(jié)果表明，春季咸水冰融化入滲后采用地膜覆蓋抑鹽效果最好，其次是秸稈覆蓋，至作物播種和鹽生植物移栽期，耕層土壤鹽分可保持在4g·kg-1以下，這對(duì)作物出苗和鹽生植物移栽成活創(chuàng)造了良好的土壤低鹽條件。對(duì)于耐鹽作物（棉花、油葵和甜高粱等），播種前進(jìn)行地膜清理、施肥、旋耕，并及時(shí)播種覆膜，以保持土壤水分和控制返鹽，施肥措施為底肥一次性施入，肥料為緩釋肥，施肥量為750kg·hm-2，此后的田間管理和一般情況下基本一致；對(duì)于鹽生植物（檉柳、枸杞等）的種植，采用育苗扦插的方法，包括剪枝、育苗、扦插移植等過(guò)程，可直接將幼苗移植至覆蓋有地膜的土壤中，此時(shí)土壤鹽分較低，可保證幼苗成活，此后在幼苗旺長(zhǎng)期，進(jìn)行適當(dāng)追肥。

3.4冬季咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地技術(shù)的適用范圍

冬季咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地技術(shù)是依據(jù)咸水凍融淡化梯次入滲鹽堿土的基本原理，利用冬季自然低溫條件，從高含鹽量咸水中分離出微咸水和淡水來(lái)改良鹽堿地的水利措施。主要在冬季氣溫穩(wěn)定降低至-5℃時(shí)進(jìn)行結(jié)冰灌溉，此時(shí)灌溉后咸水才能穩(wěn)定結(jié)冰，且春季氣溫回升時(shí)咸水冰融解淡化效果較好，因此該項(xiàng)技術(shù)適用于具有冬季自然低溫條件的廣大北方鹽堿地分布區(qū)。

4　冬季咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地技術(shù)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益

鹽堿地改良和咸水安全利用始終是干旱、半干旱地區(qū)以及沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)過(guò)程中迫切需要解決的問(wèn)題。咸水結(jié)冰灌溉針對(duì)以上現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，充分利用了當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和咸水資源，節(jié)約了淡水，為鹽堿區(qū)鹽堿地改良和咸水利用提供了技術(shù)支撐。通過(guò)相關(guān)研究，我們建立了以咸水結(jié)冰灌溉為主體技術(shù)的“兩創(chuàng)一綜合”技術(shù)體系，即創(chuàng)新淋排鹽方式，變傳統(tǒng)的淡水灌溉淋鹽為咸水結(jié)冰融水淋鹽；創(chuàng)新臨界水位，即保證土壤耕層季節(jié)性脫鹽；綜合利用鹽堿地改良的灌排等技術(shù)措施。

圍繞鹽堿區(qū)棉花、油葵、甜菜、甜高粱、菊芋等耐鹽作物和檉柳、枸杞等鹽生植物，我們開(kāi)展和集成了多種以冬季咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地技術(shù)為基礎(chǔ)的適生種植模式，采用以上模式后，土壤含鹽量可控制在 0.4％以下，且逐年下降，棉花出苗率達(dá)85％以上，油葵、甜菜、甜高粱和菊芋出苗成活率達(dá)90％以上，檉柳和枸杞等鹽生植物的移栽成活率達(dá)90％以上。以上技術(shù)模式有力帶動(dòng)了鹽堿區(qū)棉花、能源植物、牧草、植被建造和生態(tài)建設(shè)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使過(guò)去不能利用的濱海鹽堿荒地得到高效利用。咸水結(jié)冰灌溉的投入產(chǎn)出比高達(dá)1︰3以上，節(jié)約淡水資源1 800m3·hm-2以上，大大節(jié)約了農(nóng)業(yè)投入和綠化成本，促進(jìn)了鹽堿地區(qū)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益的共同發(fā)展。

5　結(jié)論與展望

目前，針對(duì)咸水結(jié)冰灌溉過(guò)程中相關(guān)問(wèn)題開(kāi)展了大量的研究工作，包括咸水結(jié)冰灌溉條件下的咸水凍融淡化效果、咸水冰融水入滲鹽堿土過(guò)程、咸水冰融水入滲鹽堿土后土壤鹽分淋洗和影響因素、咸水結(jié)冰灌溉下土壤溫度和凍融、多年咸水結(jié)冰灌溉下土壤鹽分動(dòng)態(tài)等。主要結(jié)論如下：咸水凍融過(guò)程中的淡化效果顯著，淡化后的咸水冰對(duì)土壤鹽分具有較好的淋洗效果；咸水結(jié)冰灌溉后，土壤鹽分迅速降低，結(jié)合春季地表覆蓋措施后，土壤的低鹽條件進(jìn)一步得到保持，保證了作物的出苗和生長(zhǎng)；融水入滲過(guò)程中咸水冰的入滲深度和速度均深于和快于淡水冰，這也使咸水冰融化入滲對(duì)土壤鹽分的淋洗效果好于淡水冰；咸水冰融水入滲鹽堿土的過(guò)程受到咸水冰水質(zhì)、水量、鹽堿土類型以及土壤含水量等因素的影響，這也影響了融水入滲鹽堿土后土壤的淋鹽效果?；谝陨涎芯课覀儤?gòu)建了冬季咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地的技術(shù)體系，確定了咸水結(jié)冰灌溉的灌溉時(shí)間、灌水量和水質(zhì)以及其他配套技術(shù)措施，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了以咸水結(jié)冰灌溉技術(shù)為基礎(chǔ)的鹽堿地適生種植模式，為鹽堿區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)建設(shè)提供了技術(shù)支撐。

但是，冬季咸水結(jié)冰灌溉是一個(gè)復(fù)雜和連續(xù)的過(guò)程，它涉及了咸水冰的融化、融水的入滲、水分和鹽分在土壤中的運(yùn)移，在此過(guò)程中又受到諸多因素的影響，如土壤凍結(jié)和融化、地下水埋深和水質(zhì)、土壤物理和化學(xué)性質(zhì)等，針對(duì)上述問(wèn)題的研究仍需進(jìn)一步完善。

1）咸水結(jié)冰灌溉下土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律的模擬模型。利用模型手段研究揭示不同礦化度咸水連續(xù)入滲鹽堿土的規(guī)律和區(qū)域長(zhǎng)期咸水結(jié)冰灌溉下土壤水鹽平衡，為咸水結(jié)冰灌溉技術(shù)提供理論依據(jù)。

2）咸水結(jié)冰融水在凍融土壤中的入滲規(guī)律。咸水結(jié)冰融化是不同礦化度水連續(xù)融出的過(guò)程，咸水結(jié)冰灌溉過(guò)程中，土壤也處于凍融狀態(tài)。迫切需要研究?jī)鋈谕寥缹?duì)咸水結(jié)冰融水入滲的影響，揭示不同礦化度咸水入滲凍融土壤的規(guī)律，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)咸水結(jié)冰灌溉融水對(duì)土壤鹽分的淋洗過(guò)程。

3）淺層地下水對(duì)咸水結(jié)冰灌溉改良效果的影響。鹽堿區(qū)地下水淺且咸，地下水位對(duì)咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地效果的研究有待加強(qiáng)。

References

［1］王志春，梁正偉.植物耐鹽研究概況與展望［J］.生態(tài)環(huán)境，2003，12（1）：106-109

Wang Z C，Liang Z W.Advances of salt tolerance in plants［J］.Ecology and Environment，2003，12（1）：106-109

［2］劉陽(yáng)春，何文壽，何進(jìn)智，等.鹽堿地改良利用研究進(jìn)展［J］.農(nóng)業(yè)科學(xué)研究，2007，28（2）：68-71

Liu Y C，He W S，He J Z.Progress of improvement and utilization of saline-alkali land［J］.Journal of Agricultural Sciences，2007，28（2）：68-71

［3］楊勁松.中國(guó)鹽堿土研究的發(fā)展歷程與展望［J］.土壤學(xué)報(bào)，2008，45（5）：837-845

Yang J S.Development and prospect of the research on salt affected soils in China［J］.Aca Pedologica Sinica，2008，45（5）：837-845

［4］張建鋒，張旭東，周金星，等.世界鹽堿地資源及其改良利用的基本措施［J］.水土保持研究，2005，12（6）：28-30

Zhang J F，Zhang Xd，Zhou J X，et al.World resources of saline soil and main amelioration measures［J］.Research of Soil and Water Conservation，2005，12（6）：28-30

［5］俞仁培，陳德明.我國(guó)鹽漬土資源及其開(kāi)發(fā)利用［J］.土壤通報(bào)，1999，30（4）：158-159

Yu R P，Chen D M.The utilzation and exploitation of salinesoil resources in China［J］.Chinese Journal of Soil Science，1999，30（4）：158-159

［6］劉小京，李向軍，陳麗娜，等.鹽堿區(qū)適應(yīng)性農(nóng)作制度與技術(shù)探討——以河北省濱海平原鹽堿區(qū)為例［J］.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，18（4）：911-913

Liu X J，Li X J，Chen L N，et al.Study on the adaptive farming system in saline soils — A case study in saline area of strand plain in Hebei Province［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2010，18（4）：911-913

［7］牛東玲，王啟基.鹽堿地治理研究進(jìn)展［J］.土壤通報(bào)，2002，33（6）：449-455

Niu D L，Wang Q J.Research progress on saline-alkali field control［J］.Chinese Journal of Soil Science，2002，33（6）：449-455

［8］劉玉春，安秀容，楊路華.河北省微咸水利用潛力分析［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2006（1）：13-15

Liu Y C，An X R，Yang L H.Potential analysis of brackish water utilization in Hebei［J］.Water Science and Engineering Technique，2006（1）：13-15

［9］王衛(wèi)光，張仁鐸，王修貴.咸水灌溉下土壤水鹽變化的試驗(yàn)研究［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2004，23（3）：1-4

Wang W G，Zhang Rd，Wang X G.Water and salt transport on saline water irrigation［J］.Journal of Irrigation and Drainage，2004，23（3）：1-4

［10］逄煥成，楊勁松，嚴(yán)惠峻.微咸水灌溉對(duì)土壤鹽分和作物產(chǎn)量影響研究［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2004，10（6）：599-603

Pang H C，Yang J S，Yan H J.Effect of irrigation with saline water on soil salinity and crop yield［J］.Plant Nutrition and Fertilizer Science，2004，10（6）：599-603

［11］李志剛，劉小京，張秀梅，等.冬季咸水結(jié)冰灌溉后土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律的初步研究［J］.華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2008，23（增刊）：187-192

Li Z G，Liu X J，Zhang X M，et al.A primary study on the reclamation of coastal saline soil with freezing irrigation of saline water in winter［J］.Acta Agriculturae Boreali-Sinica，2008，23（S）：187-192

［12］郭凱，張秀梅，李向軍，等.冬季咸水結(jié)冰灌溉對(duì)濱海鹽堿地的改良效果研究［J］.資源科學(xué)，2010，32（3）：431-435

Guo K，Zhang X M，Li X J，et al.Effect of freezing saline water irrigation in winter on the reclamation of coastal saline soil［J］.Resources Science，2010，32（3）：431-435

［13］Li Z G，Liu X J，Zhang X M，et al.Infiltration of melting saline ice water in soil columns：Consequences on soil moisture and salt content［J］.Agricultural Water Management，2008，95（4）：498-502

［14］Zhang D F，Wang S J.Mechanism of freeze-thaw action in the process of soil salinization in northeast China［J］.Environmental Geology，2001，41（1/2）：96-100

［15］張殿發(fā)，鄭琦宏，董志穎.凍融條件下土壤中水鹽運(yùn)移機(jī)理探討［J］.水土保持通報(bào)，2005，25（6）：14-18

Zhang D F，Zheng Q H，Dong Z Y，et al.Mechanism of soil salt-moisture transfer under freeze-thawing condition［J］.Bulletin of Soil and Water Conservation，2005，25（6）：14-18

［16］張殿發(fā)，鄭琦宏.凍融條件下土壤中水鹽運(yùn)移規(guī)律模擬研究［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2005，24（4）：46-55

Zhang D F，Zheng Q H.Simulation of water-salt movement law under the freeze-thawing condition［J］.Progress in Geography，2005，24（4）：46-55

［17］Qadir M，Oster J D.Crop and irrigation management strategies for saline-sodic soils and waters aimed at environmentally sustainable agriculture［J］.Science of the Total Environment，2004，323（1/3）：1-19

［18］Oster J D.Irrigation with poor quality water［J］.Agricultural Water Management，1994，25（3）：271-297

［19］王全九，徐益敏，王金棟，等.咸水與微咸水在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用［J］.灌溉排水，2002，21（4）：73-78

Wang Q J，Xu Y M，Wang Jd，et al.Application of saline and slight saline water for farmland irrigation［J］.Irrigation and Drainage，2002，21（4）：73-78

［20］Bauder J W，Brock T A.Irrigation water quality，soil amendment，and crop effects on sodium leaching［J］.Arid Land Research and Management，2001，15（2）：101-113

［21］馬東豪，王全九，蘇瑩，等.微咸水入滲土壤水鹽運(yùn)移特征分析［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2006，25（1）：62-66

Ma D H，Wang Q J，Su Y，et al.Analysis of the characteristics of soil water and salt movement in saline water infiltration［J］.Journal of Irrigation and Drainage，2006，25（1）：62-66

［22］肖振華，萬(wàn)洪富.灌溉水質(zhì)對(duì)土壤水力性質(zhì)和物理性質(zhì)的影響［J］.土壤學(xué)報(bào)，1998，35（3）：359-366

Xiao Z H，Wan H F.Effect of irrigation water quality on soil hydraulic and physical properties［J］.Acta Pedologica Sinica，1998，35（3）：359-366

［23］蘇瑩，王全九，葉海燕，等.微咸水不同入滲水量土壤水鹽運(yùn)移特征研究［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2005，23（4）：43-48

Su Y，Wang Q J，Ye H Y，et al.Study on water and salt transporting feature of soil with different infiltration amount of saline water［J］.Agricultural Research in the Arid Areas，2005，23（4）：43-48

［24］Tedeschi A，Dell’Aquila R.Effects of irrigation with saline waters，at different concentrations，on soil physical and chemical characteristics［J］.Agricultural Water Management，2005，77（1/3）：308-322

［25］Suarez D L，Wood Jd，Lesch S M.Effect of SAR on water infiltration under a sequential rain-irrigation management system［J］.Agricultural Water Management，2006，86（1/2）：150-164

［26］李佳，曹彩云，鄭春蓮，等.河北低平原小麥長(zhǎng)期咸水灌溉的礦化度閾值研究［J］.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，24（5）：643-651

Li J，Cao C Y，Zheng C L，et al.Salinity threshold of long-term saline water irrigation for winter wheat in Hebei Lowland Plain［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2016，24（5）：643-651

［27］史培軍，哈斯，袁藝，等.渤海海冰作為淡水資源：脫鹽機(jī)理與可利用價(jià)值［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2002，17（3）：353-360

Shi P J，Ha S，Yuan Y，et al.The desalinization of Bohai sea ice and it us value as fresh water resources［J］.Journal of Natural Resources，2002，17（3）：353-360

［28］Khawaji Ad，Kutubkhanah I K，Wie J M.Advances in sea-water desalination technologies［J］.Desalination，2008，221（1/3）：47-69

［29］Williams P M，Ahmad M，Connolly B S.Freeze desalination：An assessment of an ice maker machine for desalting brines［J］.Desalination，2013，308：219-224

［30］Nakagawa K，Maebashi S，Maeda K.Freeze-thawing as a path to concentrate aqueous solution［J］.Separation and Purification Technology，2010，73（3）：403-408

［31］Wang X B，Zhao Q S，Hu Y J，et al.An alternative water source and combined agronomic practices for cotton irrigation in coastal saline soils［J］.Irrigation Science，2011，30（3）：221-232

［32］羅從雙，諶文武，韓文峰.冷凍法凈化苦咸水的試驗(yàn)［J］.蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，46（2）：6-10

Luo C S，Chen W W，Han W F.Desalination of brackish water through freezing［J］.Journal of Lanzhou University：Natural Sciences，2010，46（2）：6-10

［33］Beier N，Segod，Donahue R，et al.Laboratory investigation on freeze separation of saline mine waste water［J］.Cold Regions Science and Technology，2007，48（3）：239-247

［34］郭凱，劉小京.咸水結(jié)冰融化過(guò)程中水質(zhì)與水量的變化規(guī)律初步研究［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2013，32（1）：56-60

Guo K，Liu X J.The primary research on the variation of melted water quality and quantity during saline ice melting［J］.Journal of Irrigation and Drainage，2013，32（1）：56-60

［35］Guo K，Liu X J.Infiltration of meltwater from frozen saline water located on the soil can result in reclamation of a coastal saline soil［J］.Irrigation Science，2015，33（6）：441-452

［36］封曉輝，張秀梅，郭凱，等.覆蓋措施對(duì)咸水結(jié)冰灌溉后土壤水鹽動(dòng)態(tài)和棉花生產(chǎn)的影響［J］.棉花學(xué)報(bào)，2015，27（2）：135-142

Feng X H，Zhang X M，Guo K，et al.Effects of different salt control measures after saline water freezing irrigation to soil water，salt dynamics，cotton emergence and yield［J］.Cotton Science，2015，27（2）：135-142

［37］郭凱，陳麗娜，張秀梅，等.不同鈉吸附比的咸水結(jié)冰融水入滲后濱海鹽土的水鹽分布［J］.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，19（3）：506-510

Guo K，Chen L N，Zhang X M，et al.Water and salt distribution in coastal saline soil after infiltration of meltwater of saline water ice with different sodium adsorption ratio［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2011，19（3）：506-510

［38］潘潔，肖輝，王立艷，等.咸水冰融化與土壤入滲過(guò)程不同鹽分離子遷移規(guī)律研究［J］.華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2012，27（1）：210-214

Pan J，Xiao H，Wang L Y，et al.Study on migration of different salt ions in melting and infiltration processes of saline water ice［J］.Acta Agriculturae Boreali-Sinica，2012，27（1）：210-214

［39］車升國(guó)，林志安，趙秉強(qiáng)，等.咸水結(jié)冰灌溉對(duì)鹽化潮土鹽基離子剖面遷移規(guī)律的影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2011，25（4）：88-93

Che S G，Lin Z A，Zhao B Q，et al.Effects of agricultural irrigation by melting saline water ice on soil salt and ion movement under fluvo-aquic soils［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2011，25（4）：88-93

［40］Guo K，Liu X J.Dynamics of meltwater quality and quantity during saline ice melting and its effects on the infiltration and desalinization of coastal saline soils［J］.Agricultural Water Management，2014，139：1-6

［41］郭凱，張秀梅 李向軍，等.不同鈉吸附比的咸水結(jié)冰融水入滲對(duì)蘇打堿土的水鹽運(yùn)移影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2010，24（4）：94-98

Guo K，Zhang X M，Li X J.Effect of the water and salt transport on soda alkaline soil after infiltration with melting ice saline water of different SAR［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2010，24（4）：94-98

［42］楊帆，王志春，肖燁.冬季結(jié)冰灌溉對(duì)蘇打鹽堿土水鹽變化的影響［J］.地理科學(xué)，2012，32（10）：1241-1246

Yang F，Wang Z C，Xiao Y.Effect of freezing water irrigation on the changes of soilwater and salt in salinesodic soil area［J］.Scientia Geographica Sinica，2012，32（10）：1241-1246

Advances and expectations of researches on saline soil reclamation by freezing saline water irrigation*

GUO Kai，JU Zhaoqiang，F(xiàn)ENG Xiaohui，LI Xiaoguang，LIU Xiaojing**
（Key laboratory of Agricultural Water Resources，Chinese Academy of Sciences / Center for Agricultural Resources Research，Institute of Genetics and Developmental Biology，Chinese Academy of Sciences，Shijiazhuang 050022，China）

The use of freezing saline water to irrigate saline lands has proven an effective method of using highly saline water and reclaiming saline lands in coastal regions.The method was based on the basic principle of desalination during melting of frozen saline water in combination with soil water and salt movement characteristics and crop growth pattern in coastal region.In winter，the saline groundwater was pumped and irrigated saline farmlands.The low air temperature forced the irrigated saline water on the top soil to freeze into saline ice.With increasing air temperature in spring，water of high salt concentration melted firstly and infiltrated into the soil，and the slightly saline melting water and freshwater infiltrated into the soil late andeffectively facilitated leaching of soil salt.From the above process，freezing saline water irrigation induced soil salt leaching in spring，the period of soil salt accumulation.This，in combination with mulching in spring to control soil salt concentration and rainfall leaching in summer，lowed soil salt content to levels conducive for normal crop growth throughout the growth stages of the crops and plants.The natural characteristics of soil water and salt movement were modified by freezing saline water irrigation，which changed soil salt accumulation into soil salt leaching in spring after irrigation.Thus the remaining soil salinity in the root zone effectively decreased from 12g·kg-1to 4g·kg-1and the rate of salt leaching exceeded 66％.This facilitated the cultivation of crops including cotton，oil-sunflower and sugar beet in saline coastal regions of the Bohai Sea，and increased the survival rates of Tamarix ramosissima，Lycium barbarum and Fraxinus chinensis transplanted seedlings in the region.After first year freezing saline water irrigation，the yields of seed cotton，oil-sunflower and sugar beet were 3 t·hm-2，1.5 t·hm-2and 60 t·hm-2，respectively.Cutting and transplanted seedling survival rates of halophytes and salt-tolerant plants exceeded 90％.Freezing saline water irrigation promoted saline soil exploiting，agricultural development and ecological environmental construction.Through systematic researches in recent years，the separation process of saline water and freshwater was clarified in the process of saline water freezing and thawing.The effects of freezing saline water irrigation on soil salt leaching were explicated，and the indexes system of irrigation time，irrigation amount and water quality of freezing saline water irrigation was established.Based on the above researches，this paper summarized the advances in researches on saline soil reclamation and saline water use，and introduced the freezing saline water irrigation strategy which enhanced leaching of soil salt.The paper further systematically analyzed the effect of freezing saline water irrigation on agricultural production，vegetation recovery and saline water utilization in saline soil regions，and the development trend of freezing saline water irrigation.

Feb.2，2016；accepted Feb.29，2016

Saline soil reclamation；Saline water utilization；Freezing saline water irrigation；Vegetation restoration；Soil salt leaching

S156.4

A

1671-3990（2016）08-1016-09

10.13930/j.cnki.cjea.160108

*中國(guó)科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃（KFJ-EW-STS-057）和國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAD05B02，2013BAD05B05）資助

**通訊作者：劉小京，從事缺水鹽漬區(qū)水土資源高效利用研究。E-mail：xjliu@sjziam.ac.cn

郭凱，從事鹽堿區(qū)水土資源高效利用研究。E-mail：gkking001@163.com

2016-02-02接受日期：2016-02-29

*This study was supported by the Science and Technology Service Network Program of the Chinese Academy of Sciences（KFJ-EW-STS-057）and the National Key Technologies R & D Program of China（2013BAD05B02，2013BAD05B05）.

**Corresponding author，E-mail：xjliu@sjziam.ac.cn