鹽堿環(huán)境與鹽堿農(nóng)業(yè)

鹽堿環(huán)境與鹽堿農(nóng)業(yè)

堿性環(huán)境對地球生物學(xué)具有重要的重要性。海洋作為最大的鹽堿環(huán)境對地球尤其是地表徑流、大氣水文運動、溫度與氣候以及整個生命系統(tǒng)的流體動力學(xué)背景具有廣泛和決定性的影響。在陸地的淡水-淡土環(huán)境中繁衍的龐大生物系統(tǒng)賴以生存的淡水在本質(zhì)上是來自海洋的蒸發(fā)和大氣降雨。內(nèi)陸荒漠淡水資源的貧乏經(jīng)常導(dǎo)致土壤和水體鹽堿環(huán)境的發(fā)育,這種低滲透勢高鹽堿含量的自然地理背景經(jīng)常成為干旱半干旱地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的致命性限制因子。一般在較大的尺度上,企圖以工程手段改變這種自然地理背景往往是徒勞甚至是有害的。而傳統(tǒng)作物由于歷史的原因,全部來源于淡土植物,這又導(dǎo)致了面積廣大的鹽堿環(huán)境不能適合傳統(tǒng)作物的生長需求,從而限制了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的自然地理分布,使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)難以支持人口與日益增長的社會需求。改變傳統(tǒng)作物耐鹽性狀的努力則面臨難以克服的困難,迄今未能取得實質(zhì)性進展。對各種鹽堿環(huán)境廣泛分布的眾多天然鹽生植物的作物化馴化利用,導(dǎo)致了鹽堿作物和鹽堿農(nóng)業(yè)的產(chǎn)生與發(fā)展,從而改變了人們對鹽堿荒漠和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的固有觀念。這一嶄新的區(qū)域農(nóng)業(yè),正在顯示出其深遠的社會經(jīng)濟意義和自然地理功能,在沿海和內(nèi)陸荒漠地區(qū)的慎重試驗研究和開發(fā)推廣,將對未來的食物安全保障以及荒漠良性生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)或重建具有非常重大的價值。1堿環(huán)境在地殼的分布、自然地理和生物學(xué)上的重要性1.1鹽堿地和水陸分布在地球表面,鹽堿環(huán)境是一個具有宏觀主導(dǎo)意義的地理因子。所謂鹽堿環(huán)境是指在水體、土壤、地層、大氣、各種宏觀或微觀環(huán)境中含有較高的鹽分。地球總面積為5.1億km2,以海洋為代表的水體鹽堿環(huán)境占據(jù)著71%以上的地球表面,其中海洋面積占3.61億km2,陸地面積占1.49億km2。在陸地面積中不毛之地占0.51億km2,全世界耕地面積只有0.15億km2,而鹽堿地面積約為0.1億km2,內(nèi)陸咸水水域(湖泊)面積約為0.008223億km2,地表鹽堿環(huán)境的總面積約為3.718億km2(見表1),還有分布十分廣泛的地下鹽礦、鹵水和咸水層。鹽堿環(huán)境具有全球尺度的連續(xù)性。這種連續(xù)性不僅表現(xiàn)在海洋及其與陸地交界的過渡帶,還表現(xiàn)在陸地鹽堿環(huán)境的全球分布上。干旱半干旱內(nèi)陸地區(qū)大面積鹽堿荒漠、次生鹽堿地、咸水湖泊與陸地不同層面的地下咸水、鹵水及鹽礦的廣泛分布、發(fā)育,成為重要的自然地理要素。這種內(nèi)陸鹽堿環(huán)境經(jīng)常與各種荒漠如沙漠和戈壁以及灌溉農(nóng)業(yè)相伴生。1.2國外地質(zhì)環(huán)境變遷主要是由一個長期的、反復(fù)的過程出現(xiàn)著全球鹽堿環(huán)境作為一種地學(xué)現(xiàn)象是地球最為顯著和最為悠久的特征之一。與鹽堿環(huán)境相關(guān)的海陸變遷、大氣水文運動是地表動力系統(tǒng)最為活躍的部分。同時,內(nèi)陸鹽堿環(huán)境如咸水湖泊、沼澤、鹽堿荒漠、鹽漬化耕地等,也都對其周邊甚至全球產(chǎn)生著廣泛復(fù)雜的影響。例如咸海退縮引起9000萬t/a鹽堿粉塵隨風向白俄羅斯西北部一直到阿富汗的廣大農(nóng)田散布,導(dǎo)致鹽漬化泛濫、水源污染并嚴重威脅人畜健康。歷史上許多古文明的最終衰落或消亡都和鹽漬化泛濫有關(guān)。鹽在全球大氣、水系、陸地與海洋、水平與垂直、過去、現(xiàn)在、未來之間的遷移或聚集,其數(shù)量巨大且頻繁,其影響深刻且久遠。在不同地質(zhì)歷史時期,鹽堿環(huán)境的變遷方式與變遷結(jié)果對各歷史時期的地貌、生態(tài)、地層沉積與礦藏結(jié)構(gòu)往往具有決定性作用。如油氣資源與鹽堿環(huán)境的密切聯(lián)系極為引人注目,但對鹽生植物、鹽堿環(huán)境與油、氣成因之間的關(guān)系尚缺少研究。1.3環(huán)境衍生物量和生物多樣性在全球生物圈近200萬種(已記錄1436662種)已知動、植物和微生物中,分布在海洋等鹽堿環(huán)境中的生命種類只有不足20萬種,陸地地表與水體鹽堿環(huán)境繁衍的生物種類則僅有幾千種(表2)。對生物來說,環(huán)境的鹽含量尤其是水的鹽含量是一個極為重要的敏感因子?，F(xiàn)在還不清楚,為什么鹽堿環(huán)境擁有巨大的面積,繁衍的生物數(shù)量和種類卻很少(表3),而非鹽堿環(huán)境面積極小,繁衍的生物數(shù)量和種類卻巨大?為什么依靠海水或咸水生存的生物要遠少于依靠淡水生存的生物?環(huán)境滲透勢對物種差異及進化的決定性影響經(jīng)常被忽視。人們對生物在由海至陸或由陸至海的演化過程中,如何克服或適應(yīng)環(huán)境滲透勢的巨大差異還缺少基本的了解。2傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與鹽堿環(huán)境的影響2.1我國淡水資源概況全部人類文明都發(fā)源于淡水河畔,這是因為人類在本質(zhì)上是一個淡水依賴型的物種。早期農(nóng)業(yè)對作物的篩選與人類的生存環(huán)境、野生食物來源及其飲食習慣有密切關(guān)系。無論人類不同文明起源之間有多少差異,其傳統(tǒng)作物卻都源于淡生植物。因此人類傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)也是淡土-淡水依賴型體系。有史以來為保證充足的食物供應(yīng),傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)一直通過擴大耕地,增加灌溉和肥料投入來實現(xiàn)增產(chǎn)。尤其近50年來對林地草原的開墾、濕地湖泊的圍墾、化肥農(nóng)藥的大量使用加之工業(yè)化城市化的發(fā)展,在增產(chǎn)的同時,也深刻地改變了全球的生態(tài)系統(tǒng)、地理地貌以及大氣、水文系統(tǒng)。導(dǎo)致物種毀滅、環(huán)境污染、荒漠化泛濫、氣候惡化、耕地惡化、淡水資源危機與各種災(zāi)害頻繁。而面對人口的持續(xù)增長,可供開墾的荒地已所剩無幾,單位面積糧食產(chǎn)量的繼續(xù)提高面臨多重限制因子,化肥的投放對增產(chǎn)的作用已日趨減小,淡水資源貧乏且分布不均、灌溉用水不足,使21世紀全球糧食生產(chǎn)面臨嚴峻考驗。充沛的水源是保障全球糧食供應(yīng)的關(guān)鍵。全球水田面積只占耕地的16%,但卻提供了40%的糧食總產(chǎn)量,我國灌溉面積占耕地的48%,產(chǎn)量占74%。通常每生產(chǎn)1t成熟谷物最低耗水約為1000t,我國實際耗水約2460t。農(nóng)業(yè)用水占世界總用水量的70%,我國為80%。按1995年有關(guān)統(tǒng)計:全球人均年直接或間接(通過動物產(chǎn)品)消費300kg左右糧食,為使世界每年新增人口維持該消費水平,對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)來說,必須年增灌溉水270億m3,到2025年則需年增7800億m3,即9條尼羅河的年流量。事實上從1950～1978年,世界灌溉面積由9400萬hm2激增到2.06億hm2,年增3%,使人均灌溉面積增加了28%,但此后增速減緩,年增不到1%,1990年則減少了6%,此后再未增加。全球總水量約13.9億km3,其中海水、鹽湖水和高礦化度地下水約13.5億km3,占全球總水量的97.5%,淡水只有0.35億km3,占全球總水量的2.5%,其中2436萬km3為固態(tài)水,約占淡水總量的70%,大部以冰凍形式儲存于南極、北極或高山而難以利用。地下淡水1053萬km3,占淡水總量的30.1%,大部儲存于自地表以下750m以內(nèi)的淺層和750～3800m之間的深層,還有江河水0.212萬km3、湖泊水9.10萬km3、沼澤水1.147萬km3、大氣水1.29萬km3,分別占淡水總量的0.006%、0.26%、0.03%和0.04%。相對于人類持續(xù)增長的巨大需求,世界可利用淡水總量不足,目前全世界有100多個國家缺水,而我國尤為嚴重。我國淡水資源總量居世界第6,但人均不足2500m3,僅為世界人均水量的1/4,畝均水量只有世界的3/4,是全球13個貧水國之一。據(jù)估算2000年僅我國就缺水500～700億m3,事實上2000年我國北方的嚴重旱災(zāi)更加重了缺水。長期以來,為維持用水需求,過度超采地下水已在我國和全球許多地區(qū)形成嚴重環(huán)境問題,如面積巨大的地下漏斗、地面沉降、地下水系污染、沿海地區(qū)海水侵染等。2.2立地條件差造成的灌溉對全球糧食產(chǎn)量具有決定性作用,是維持高產(chǎn)的前提。但灌溉引起的次生鹽漬化又是傳統(tǒng)作物生長的限制因子。在干旱半干旱地區(qū),不適當?shù)乃胧┖烷L期的灌溉往往引起次生鹽漬化泛濫,使耕地減產(chǎn)甚至退化成鹽堿荒漠。這種次生鹽漬化荒地廣泛出現(xiàn)在許多著名沖積平原。如我國的西北、華北和東北地區(qū)及美國、前蘇聯(lián)、印度、埃及、澳大利亞等。這些地區(qū)和國家都有因不適當灌溉引發(fā)鹽漬化泛濫的沉痛教訓(xùn)。2.3土壤的傳統(tǒng)利用傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對淡水、淡土的依賴使其地理分布受到極大限制。地球作為以鹽堿環(huán)境為主體的生存空間,無論海洋、咸水、鹽堿荒漠與次生鹽漬耕地或沿海灘涂、鹽漬濕地都是傳統(tǒng)作物的直接限制因子,從而使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生存空間十分狹窄,缺少充足的拓展余地。地球的咸水遠多于淡水可謂取之不盡,鹽堿地的面積也與耕地相當。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)農(nóng)業(yè)既缺水又面積不足,另一方面,充沛的咸水水源和鹽堿土地則因不適合傳統(tǒng)作物生長而不能利用。長期以來,在干旱半干旱地區(qū),對鹽堿土壤的改良往往面臨難以克服的困難。而培育或提高傳統(tǒng)作物耐鹽性狀的工作則面臨巨大困難,難以取得實質(zhì)性進展。3堿性農(nóng)業(yè)與堿性環(huán)境3.1發(fā)展一種鹽堿農(nóng)業(yè)顯然以淡生作物為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)過上萬年演進,在日益增長的需求壓力下,已接近環(huán)境容量和增長的極限,其各種賴以發(fā)展的資源條件如淡水和土地,正逐漸轉(zhuǎn)化成增長的限制因子。因此21世紀的食物安全保障已是舉世關(guān)注的重大問題。為彌補傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的不足,克服鹽堿環(huán)境對糧食生產(chǎn)的限制,最有效且直接的途徑就是篩選和培育有食用或經(jīng)濟價值的天然鹽生植物并使之作物化,發(fā)展一種不同于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的鹽堿農(nóng)業(yè),使鹽堿環(huán)境直接用于食物生產(chǎn)。例如我國有約9900萬hm2鹽漬化土地和200萬hm2沿海灘涂;有豐富的地下咸水、內(nèi)陸鹽湖和海水資源,這些不適合傳統(tǒng)作物生長的鹽堿地和咸、海水則是鹽生植物生長的適宜條件。因此篩選有潛在食用價值的野生鹽生植物使之作物化,可使鹽堿荒地無需改良即能用于食物生產(chǎn)并使海水和地下咸水得以農(nóng)業(yè)利用。這一思想正在引起一場具有深遠意義的變革,形成一個全新而廣闊的研究領(lǐng)域并導(dǎo)致一種新型農(nóng)業(yè)——鹽堿農(nóng)業(yè)的興起。隨著鹽生作物篩選與種植的成功,將使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)由淡土擴展到鹽堿環(huán)境。從而使人類的糧食供應(yīng)獲得更為廣闊的來源。它將徹底改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)單純依賴淡土作物的歷史,從而使鹽堿荒地的農(nóng)業(yè)利用成為現(xiàn)實。3.2種植生物,進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鹽堿環(huán)境主要由含有較高鹽分的土和水兩大要素組成,如灘涂、鹽漬土或鹽堿地與咸淡水、咸水、海水或鹵水。所謂鹽堿農(nóng)業(yè)是指在傳統(tǒng)淡土作物無法生長的鹽堿環(huán)境中進行的農(nóng)業(yè)生產(chǎn),一般是以鹽生植物的作物化種植為特征。而廣義的鹽堿農(nóng)業(yè)還包括陸地鹽堿環(huán)境和水體鹽堿環(huán)境,如咸水或海水的動物飼養(yǎng)或養(yǎng)殖。鹽堿農(nóng)業(yè)的目標是:通過種植鹽生作物或養(yǎng)殖咸、海水生物,直接利用各種鹽堿環(huán)境(如海水、沿海灘涂或內(nèi)陸鹽堿荒漠與鹽湖)為人類提供持續(xù)穩(wěn)定充足的糧食、食用油、蔬菜、飼料或餌料以及動物蛋白質(zhì)供應(yīng)。同時,通過人工栽培鹽生植物實現(xiàn)對鹽堿環(huán)境的植被重建生態(tài)改良和污染治理。3.3作物化的選擇生命是多樣化的,作物是人為的。農(nóng)業(yè)起源于對野生植物和動物的人工栽培與飼養(yǎng)。遠在農(nóng)業(yè)產(chǎn)生之前,一切生物都是野生的。當人類根據(jù)需要選擇某些植物予以人為栽培的時候,才有了作物和農(nóng)業(yè)。但一種野生植物的作物化必須同時滿足三大基本要素即:①有較好的營養(yǎng)價值和可利用性;②有必要的食用基礎(chǔ)、社會需求和成本效益;③可以人工種植并有一定生物量。一般作物化過程是在滿足這三要素的前提下,通過篩選、育種、馴化、良種的逐代優(yōu)化和品系的分化與保持,結(jié)合種植管理技術(shù)的完善而逐步實現(xiàn)的。鹽生植物的種類盡管無法與淡生植物相比,但也有數(shù)千種之多,如我國即有上千種,它們或水生或陸生,或低等或高等,從單細胞藻類到高大喬木,是極為寶貴的鹽生植物種質(zhì)資源庫,但目前大都缺乏研究。對這些野生鹽生植物的作物化篩選,比較有效的方法一是開展民間利用調(diào)查,二是進行文獻尤其是古代本草文獻的調(diào)研,往往可以獲得非常重要的線索和結(jié)果。例如中國科學(xué)院海洋研究所篩選的鹽生作物堿蓬,就是通過民間利用與古文獻考察結(jié)合現(xiàn)代儀器分析和實驗手段而取得成功的。一般來說,缺乏長期的民間食用或利用歷史的物種,其作物化過程需要很長的時間并很難取得成功。同時,具有民間食用歷史的野生植物,其食物安全性已通過長期的時間考驗,具有較高的可靠性。這種民間食用基礎(chǔ)也有利于人們認同和接受其作物化及其產(chǎn)品。目前陸地鹽堿農(nóng)業(yè)的作物種類尚少,從功能上看,適合作為蔬菜或飼料作物進行篩選培育的野生鹽生植物較多,可作為中藥篩選栽培的也不少,能作為糧食或油料作物篩選培育的則較少,已篩選成功的更少且作物化時間很短,產(chǎn)量很低,性狀與野生種較少差異,仍需幾代甚至幾十代人持續(xù)不斷的艱苦努力。由海洋到內(nèi)陸,從南方到北方,由于鹽堿環(huán)境巨大的空間分布,不同區(qū)域間的差別很大,因此決定了鹽堿農(nóng)業(yè)的作物來源必須多樣化、本地化,以適應(yīng)不同區(qū)域的具體情況。例如從廣義鹽堿農(nóng)業(yè)的角度,在水體中應(yīng)篩選水生鹽生種類,在陸地則應(yīng)篩選陸生鹽生種類,對不同的緯度也應(yīng)篩選相應(yīng)的鹽生種類以適應(yīng)其不同的溫度和光照。目前已經(jīng)篩選成功的鹽生作物和部分具有篩選前景的種類(見表4、5)。由于鹽堿環(huán)境與非鹽堿環(huán)境間的巨大差異,其所繁衍的生物類群通常完全不同。對鹽堿環(huán)境的生物進行專門的研究,不僅有助于篩選和培育新的鹽堿作物品種,還有助于對鹽堿環(huán)境的認識和利用,有助于豐富已有的生物學(xué)知識。而對鹽堿環(huán)境來說,水體與非水體,海洋水體與陸地咸水水體等既有共性又有差異,在不同的鹽堿環(huán)境中往往分布著不同的鹽生生物類群,而同一環(huán)境中不同生物對鹽堿環(huán)境的適應(yīng)機理或機制有些相同,有些則不同。了解鹽生生物與非鹽生生物之間的關(guān)系及相互作用,了解不同鹽生生物之間的關(guān)系及其與環(huán)境間的相互作用,了解全球生物系統(tǒng)中鹽生生物的種類、地位及其各種獨特的生理細節(jié)、調(diào)控機制、基因組及其分工運行和協(xié)同程序,了解不同鹽生生物的發(fā)育、生活史、生化組分及其與鹽生生理的關(guān)系,都是鹽生生物學(xué)的重要任務(wù)。鹽生生物學(xué)的研究將有助于篩選、馴化、培育出更多新鹽生作物與功能品種,實現(xiàn)鹽堿環(huán)境的農(nóng)業(yè)化利用與可持續(xù)發(fā)展。目前對鹽生生物生理還所知甚少,深入的鹽生生物學(xué)研究將增進人們的相關(guān)知識。3.4堿農(nóng)業(yè)的技術(shù)整合鹽堿農(nóng)業(yè)已經(jīng)涉及和將要涉及的技術(shù)領(lǐng)域很多,一般可以將鹽堿農(nóng)業(yè)涉及到的技術(shù)主體劃分成幾個相關(guān)類群。(1)環(huán)境工程包括水文、土壤、氣候、生態(tài)、物理、化學(xué)、土宜學(xué)、地質(zhì)學(xué)、海洋工程力學(xué)等專業(yè)技術(shù)組成。(2)繁殖技術(shù)包括篩選技術(shù)、馴化技術(shù)、誘導(dǎo)和誘變技術(shù)、分離技術(shù)、雜交技術(shù)、無性繁殖技術(shù)、遺傳工程、發(fā)育生物學(xué)以及核技術(shù)等專業(yè)技術(shù)組成。(3)栽培或繁殖技術(shù)包括植物生理學(xué)、動物生理與行為學(xué)、生態(tài)學(xué)、農(nóng)藝園藝技術(shù)、水利工程、灌溉技術(shù)、施肥或飼養(yǎng)技術(shù)、病害防治、管理調(diào)控技術(shù)等專業(yè)技術(shù)組成。(4)收獲和加工技術(shù)包括植物與動物的采收技術(shù)、凈化技術(shù)、保鮮或保存技術(shù)、分離技術(shù)、干燥技術(shù)、冷凍技術(shù)、粉碎技術(shù)、萃取與提取技術(shù)等專業(yè)技術(shù)組成。(5)綜合開發(fā)技術(shù)包括營養(yǎng)學(xué)、食品工程、醫(yī)藥工程、飼料工程、生物技術(shù)與化工工程以及造紙、建材等專業(yè)技術(shù)組成。(6)該機電工程技術(shù)包括設(shè)計、制造、材料、軟件、控制、傳感、自動化、設(shè)備成套技術(shù)等專業(yè)技術(shù)組成。(7)文化和市場項目包括農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)與民俗、社會歷史與人類行為、戰(zhàn)略規(guī)劃與決策、市場策劃與營銷、經(jīng)濟與企業(yè)管理、質(zhì)量控制與標準化技術(shù)等專業(yè)技術(shù)組成。(8)鹽堿農(nóng)業(yè)的技術(shù)選擇包括品系優(yōu)化技術(shù)、資源增益技術(shù)、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與控制技術(shù)、生態(tài)系統(tǒng)控制技術(shù)、社群健康協(xié)調(diào)等專業(yè)技術(shù)組成。應(yīng)當指出的是:鹽堿農(nóng)業(yè)是一個廣闊的領(lǐng)域,目前還不能肯定有哪一種技術(shù)不可以用于鹽堿農(nóng)業(yè)。但是毫無疑問,各種技術(shù)的價值,尤其是其實用價值并不等同且差異很大。一方面各種高精尖復(fù)雜技術(shù)對鹽堿農(nóng)業(yè)的研究是需要的;另一方面,我們還必須創(chuàng)造和發(fā)展切實可行、簡單高效的實用技術(shù)。例如對鹽堿農(nóng)業(yè)的良種培育固然可以慎重有限度且可控制地使用轉(zhuǎn)基因等所謂高技術(shù)進行一些相關(guān)研究,但也不能排斥傳統(tǒng)經(jīng)典技術(shù)的應(yīng)用。同樣,對鹽堿作物的栽培技術(shù)以及鹽堿農(nóng)業(yè)的其它技術(shù)也應(yīng)如此。不可為高技術(shù)而高技術(shù),應(yīng)重視實用技術(shù)、有效技術(shù)和效益技術(shù)。尤其要注意技術(shù)的投入產(chǎn)出比。在達到相同效果的前提下,技術(shù)應(yīng)越簡單越好而不是相反。3.5堿農(nóng)業(yè)的區(qū)域功能和作物適應(yīng)性3.5.1土壤、水生鹽堿區(qū)域在宏觀上可以將廣義的鹽堿農(nóng)業(yè)劃分為陸地農(nóng)業(yè)與水體農(nóng)業(yè)兩大部分,并依據(jù)緯度差異粗分成:寒、溫、熱3個自然地理帶。還可由海至陸劃分為4大區(qū)域即:①海洋區(qū),可分為遠海、近海、海島、珊瑚礁等亞區(qū);②海陸過渡區(qū),可分為潮下帶、潮間帶、潮上帶、海鹽鹽場、濱海鹽漬濕地、海灣、鹽沼、河口、三角洲與淤積鹽堿平原等亞區(qū);③陸地鹽堿區(qū),可分為沿海鹽堿區(qū)、內(nèi)陸鹽堿區(qū)、沙漠鹽堿區(qū)等亞區(qū);④內(nèi)陸咸水區(qū),可分為鹽湖與咸水湖泊、內(nèi)陸鹽場、鹽漬湖灘濕地、地下咸水水系等亞區(qū)。水體農(nóng)業(yè)包括海洋水體與內(nèi)陸鹽水湖泊水體,前者占有巨大的地球表面,后者則面積雖小,但在內(nèi)陸荒漠地理中占有重要環(huán)境生態(tài)位置。在水體鹽堿環(huán)境中可供發(fā)展的農(nóng)業(yè)對象一般是魚、蝦、蟹、貝和浮游生物、微藻、底棲藻類、水生高等植物與無土懸浮技術(shù)栽培的非水生鹽生植物。在海陸過渡帶可供發(fā)展的農(nóng)業(yè)對象是陸生-水生植物栽培與海洋動物養(yǎng)殖-陸地動物放牧相結(jié)合的多樣性立體生態(tài)農(nóng)業(yè)。在陸地鹽堿環(huán)境中可供發(fā)展的農(nóng)業(yè)對象一般是鹽生作物的栽培種植和畜、禽飼養(yǎng)、放牧以及用于鹽堿環(huán)境綠化、改良和生態(tài)控制工程的鹽生植物的栽培。3.5.2與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的關(guān)系陸地鹽堿環(huán)境一般都發(fā)育在干旱半干旱地區(qū)的平原、盆地或濱海淤積平原及灘涂,大多適合陸地鹽生作物的種植,具有天然的發(fā)展鹽堿農(nóng)業(yè)的地利優(yōu)勢。在陸地鹽堿環(huán)境實施的鹽堿農(nóng)業(yè)對世界糧食供應(yīng)的增長以及環(huán)境的改良具有非常重大的價值和意義。以堿蓬作物種植為例:如果假定我國可供陸地鹽堿農(nóng)業(yè)利用的鹽堿地為0.4億hm2,若全部播種堿蓬并假定其種子產(chǎn)量為3.3kg/hm2,則在現(xiàn)有糧食產(chǎn)量之外,可年增約300億kg油料,35億kg優(yōu)質(zhì)食用油,250億kg優(yōu)質(zhì)飼料,這些飼料可以轉(zhuǎn)換出25億kg優(yōu)質(zhì)動物蛋白(魚蝦貝蟹或禽畜肉)。因此,即使只播種這些鹽堿荒灘的一部分,也會產(chǎn)生相當可觀的重大效益。陸地鹽堿農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本較低,與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)有良好的互補性、技術(shù)匹配性及兼容性?，F(xiàn)代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的大棚、暖房、地膜、無土栽培、滴灌等各種新技術(shù)大多都可以直接應(yīng)用于鹽堿農(nóng)業(yè),形成新經(jīng)濟增長點。如鹽堿環(huán)境中的大棚堿蓬蔬菜栽培,豐富了淡季精菜品種,具有很好的經(jīng)濟效益。在淡水供應(yīng)困難的海島、海上石油鉆井平臺等特殊鹽堿環(huán)境,采取有土或無土栽培堿蓬等鹽生作物,利用海水生產(chǎn)鮮菜,可彌補新鮮蔬菜的缺乏。在一些淡水貧乏的沿海地區(qū)栽培可灌溉海水的鹽生作物,可使取之不盡的海水資源得以農(nóng)業(yè)利用,如我國有200萬hm2灘涂,其中許多區(qū)域可以實施海水灌溉農(nóng)業(yè),以增進食物供應(yīng)。但海水灌溉必須謹慎從事,選好適當區(qū)域并有控制的實施,以防發(fā)生環(huán)境災(zāi)害。就我國陸地鹽堿農(nóng)業(yè)來看,由于我國內(nèi)陸鹽堿荒地的面積遠多于沿海灘涂,發(fā)展具有廣泛生理適應(yīng)性和具有特定區(qū)域適應(yīng)性的多種鹽生作物類群,是利用這些土地資源的重要途徑。如堿蓬作物既可澆灌淡水、咸淡水也可澆灌咸水或海水,適應(yīng)區(qū)域廣闊。美國的海蓬子則較狹窄,僅適于灘涂海水灌溉。從灌溉角度看,鹽堿農(nóng)業(yè)的代表作物最好能既可澆灌海水也可澆灌咸水或淡水,從而能適應(yīng)較廣的區(qū)域,減少人為干預(yù)。如我國內(nèi)陸鹽堿區(qū)一般淡水資源貧乏但咸水資源相對豐富,可澆灌咸水;而我國江蘇平原淡水資源充沛,可澆灌淡水;在淡水資源貧乏的沿海灘涂區(qū),則可灌溉海水。顯然鹽堿農(nóng)業(yè)在不同區(qū)域應(yīng)有不同實施內(nèi)容,為適應(yīng)不同環(huán)境資源條件,可篩選培育當?shù)靥赜谢蜻m合當?shù)厍闆r并有潛在價值的鹽生作物,通過多樣化過程豐富鹽堿農(nóng)業(yè)的作物類群。此外,發(fā)展陸地耐鹽堿牧草、飼料或綠肥,則可促進畜牧業(yè)的發(fā)展和飲食結(jié)構(gòu)以及土質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的改善。由于我國絕大多數(shù)省區(qū)都有適合開發(fā)的鹽堿地,特別是西北地區(qū)面積尤為遼闊,以鹽生作物栽培為主的綜合陸地鹽堿農(nóng)業(yè)發(fā)展前景廣闊。3.5.3養(yǎng)殖水體中的動物及理化環(huán)境水體鹽堿環(huán)境的農(nóng)業(yè)利用已經(jīng)有較長的歷史并取得了很大的成績。對水生鹽生生物的養(yǎng)殖或種植構(gòu)成了水體鹽堿農(nóng)業(yè)。水體鹽堿農(nóng)業(yè)一般可分為海洋水體和內(nèi)陸水體,海洋水體農(nóng)業(yè)通常稱為海水養(yǎng)殖、海洋農(nóng)牧化或藍色農(nóng)業(yè)。目前海水養(yǎng)殖的總產(chǎn)量已達790萬t左右,其中產(chǎn)量貢獻最大的是貝類(6510978t),主要為扇貝(1001476t),其次是貽貝、牡蠣、蟶子等。其次是藻類(961335t),主要為海帶(786557t),其次是紫菜(32023t)和裙帶菜等。魚蝦等海產(chǎn)動物的產(chǎn)量貢獻相對較少,僅列第三位。目前水體鹽堿環(huán)境的養(yǎng)殖或種植種類較陸地鹽堿環(huán)境為多,且產(chǎn)業(yè)成熟度較高。例如海帶、紫菜等海洋藻類植物和貝、蝦、蟹、魚的養(yǎng)殖已經(jīng)形成了較大規(guī)模和產(chǎn)業(yè)。在室內(nèi)或室外池塘、湖泊中進行的微藻養(yǎng)殖如螺旋藻、鹽藻、小球藻等也都具有一定技術(shù)成熟度,形成了一定規(guī)模。尤其鹽藻的養(yǎng)殖已經(jīng)推進到西北地區(qū)的鹽湖。3.5.4海陸過渡帶的發(fā)展政策海陸過渡帶是全球鹽堿環(huán)境中最豐富多彩充滿活力的區(qū)域,也是生產(chǎn)力最高的區(qū)域。即使從全球生態(tài)系統(tǒng)來比較,海陸過渡帶也是僅次于熱帶雨林和珊瑚礁的第三大高生物量密集區(qū)。同時,海陸過渡帶還是人口密度最大的地區(qū)。全球漁獲量的80%以上來自灘涂、淺海和近海,全球海水養(yǎng)殖產(chǎn)量100%來自灘涂、潮間帶和近岸淺海。海陸過渡帶既是陸地生態(tài)系統(tǒng)與海洋生態(tài)系統(tǒng)的樞紐,又是鹽堿農(nóng)業(yè)的海水部分與陸地部分的接合點,因此,鹽堿農(nóng)業(yè)首先發(fā)源于海陸過渡帶,并依次向內(nèi)陸和近海與外海輻射發(fā)展。海陸過渡帶的鹽堿農(nóng)業(yè)應(yīng)著重發(fā)展海洋動物、藻類、水生高等植物與陸地鹽生植物以及畜禽飼養(yǎng)相結(jié)合的立體生態(tài)農(nóng)業(yè),建立海陸大生態(tài)農(nóng)業(yè)體系。以往海陸過渡帶只注重海水養(yǎng)殖業(yè)個別養(yǎng)殖種類的發(fā)展,忽略了海水養(yǎng)殖環(huán)境與周邊陸地生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè),使海水養(yǎng)殖與環(huán)境容量不相適應(yīng),導(dǎo)致海水養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)常處于大起大落的極端不穩(wěn)定狀態(tài),嚴重制約了整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在海陸過渡帶建立海-陸立體生態(tài)農(nóng)業(yè)體系的基本模式是:①在水面之上的陸地部分大縱深的分帶栽培不同的鹽生作物、耐鹽植物和牧草、灌木、喬木等形成叢林生態(tài)體系,消除裸露鹽堿荒灘,在生產(chǎn)糧食、蔬菜、油料、飼料和畜禽的同時也為水體養(yǎng)殖建立優(yōu)良地緣環(huán)境。通過陸上植被對地表徑流、水土、粉塵和局部小氣候的強大控制功能,有效衰減陸源性污染和危害因子對水體生物的威脅,為鹽堿農(nóng)業(yè)的水體動物養(yǎng)殖提供健康支持與食物保障。②利用水體動物養(yǎng)殖形成的富含氮、磷的廢水和沉積淤泥作為鹽生作物的灌溉用水和養(yǎng)料,消除海水養(yǎng)殖中的次生污染。③在水體部分通過栽培水生高等鹽生植物和大型藻類,在生產(chǎn)蔬菜、飼料的同時也為海洋動物養(yǎng)殖建立優(yōu)良水緣環(huán)境。通過水生植被對水體水質(zhì)和底質(zhì)的強大控制功能,有效降解和消除養(yǎng)殖污染,改善養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境。④通過陸生植被與水生植被相結(jié)合建立立體鹽堿生態(tài)農(nóng)業(yè)的叢林體系,同時對水體養(yǎng)殖動物則通過不同種群在各養(yǎng)殖層面的合理組合搭配,形成最佳養(yǎng)殖生態(tài)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)海水養(yǎng)殖的穩(wěn)產(chǎn)、高效和無污染可持續(xù)發(fā)展。3.6鹽堿農(nóng)業(yè)的環(huán)境保護作用人類漫長的農(nóng)業(yè)歷史表明:一切大規(guī)模的農(nóng)業(yè)活動都會產(chǎn)生深遠而持久的生態(tài)環(huán)境影響,這些影響有正的也有負的。鹽堿農(nóng)業(yè)作物栽培部分的環(huán)境效應(yīng)和生態(tài)效應(yīng)就其有利的方面看,主要表現(xiàn)為:①在光板鹽堿荒灘種植堿蓬等鹽生作物,可以防止水土流失和鹽漬化擴散;②可以增加地表植被,增加地表光合作用面積,提高初級生產(chǎn)力;③降低熱輻射,增加濕潤度,改善局部氣候環(huán)境;④涵養(yǎng)水分,降低地表土壤鹽含量,防止鹽堿粉塵對大氣和淡水水系的污染;⑤為陸地和海洋(或湖沼)動物提供食物和棲息地;⑥可作為污染隔離帶,用于降解和消除部分陸源污染物對海洋水體的污染;⑦可作為生物富集器,用于環(huán)境污染的防護和治理。如從一些特定環(huán)境中富集各種有益或有害物質(zhì),凈化環(huán)境,回收資源;⑧可用于鹽堿環(huán)境尤其是西部的生態(tài)恢復(fù)與沿海灘涂的綠化和美化。但是,鹽堿農(nóng)業(yè)由于歷史較短,對其各種潛在的復(fù)雜環(huán)境和生態(tài)效應(yīng)尚缺少全面研究,而對增加作物種類的迫切需求導(dǎo)致人們急于引進外來物種,在缺乏細致研究的情況下不加控制的擴大外來種的分布范圍,有可能導(dǎo)致某些無法預(yù)料的環(huán)境和生態(tài)后果。此外,鹽堿農(nóng)業(yè)的灌溉部分、尤其是其海水灌溉部分,也是一個容易發(fā)生問題的環(huán)節(jié)。在控制不當時,有可能引發(fā)海水侵染和鹽漬化擴散,從而導(dǎo)致淡土生態(tài)系統(tǒng)的崩潰和破壞。正如傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)所表明的那樣,灌溉一直是農(nóng)業(yè)活動中一個非常重要且敏感的環(huán)境影響因子。不適當?shù)墓喔却胧┩鶎?dǎo)致嚴重而深遠的環(huán)境生態(tài)影響。需要特別注意的是:由于鹽堿環(huán)境、尤其是海陸交界的鹽堿環(huán)境往往極為脆弱敏感,是一種環(huán)境敏感帶,不適當?shù)娜藶榛顒咏?jīng)常導(dǎo)致意想不到的嚴重后果。對海水灌溉,必須做好充分的相關(guān)環(huán)境論證與保護,限定適當區(qū)域,以防造成海水侵染和鹽漬化擴散。同時,不僅應(yīng)當選擇適合當?shù)厍闆r和條件的作物,還要選擇適合當?shù)厍闆r和條件的水源與灌溉方式。例如在江蘇沿海,由于降雨充沛,淡水資源豐富,其鹽堿荒地大都能夠逐年淡化脫鹽,在這種地區(qū)如果人為灌溉海水,則會導(dǎo)致自然脫鹽過程終止,使鹽漬化泛濫。4鹽堿農(nóng)業(yè)技術(shù)問題鹽堿農(nóng)業(yè)的早期實踐可以追溯到數(shù)千年前、我國人民對海產(chǎn)牡蠣等貝類和后來對一些藻類如紫菜的人工增殖。尤其在20世紀的后50年,以海帶、紫菜人工養(yǎng)殖為先導(dǎo),對蝦、扇貝和魚類養(yǎng)殖繼后的海水養(yǎng)殖業(yè)的蓬勃興起,鹽堿農(nóng)業(yè)的海水農(nóng)業(yè)得到了很大的發(fā)展,在海洋水產(chǎn)產(chǎn)量中所占比重增長迅速。近年來,海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的增長甚至已經(jīng)超過了海洋捕撈。但陸地鹽堿農(nóng)業(yè)則相對歷史較短,其作物化時間不足20年,種類也很少。目前作物化比較成功的有中國科學(xué)院海洋研究所篩選培育的堿蓬和美國亞利桑那大學(xué)的海蓬子,還有少數(shù)幾種鹽生植物正處于不同的作物化或探索階段。但堿蓬的營養(yǎng)價值和可利用性優(yōu)于海蓬子并有悠久的民間食用歷史,有文獻記載即近600年之久。其適應(yīng)能力強,分布廣,栽培成本低。海蓬子則缺乏民間食用傳統(tǒng),對生長環(huán)境有較苛刻的要求,栽培成本較高,只能在沿海地帶種植。其灌溉方案有導(dǎo)致海水侵染鹽漬化擴散的環(huán)境風險。因此我國今后應(yīng)將堿蓬作為鹽堿農(nóng)業(yè)的發(fā)展重點。與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比,鹽堿農(nóng)業(yè)的歷史還很短,無論是栽培作物還是養(yǎng)殖動物都還沒有很好的解決種的問題。動物養(yǎng)殖的種源基本來自野生,遠沒有形成真正意義上的家養(yǎng)品系,更沒有形成比野生種優(yōu)越的良種,事實上許多海洋動物養(yǎng)殖種與野生種相比還有明顯的弱化趨勢,如個體變小、品質(zhì)變差等。從種的角度看,目前海水養(yǎng)殖的發(fā)展水平還處于由漁獵向農(nóng)牧過渡的最初級階段,還遠遠沒有完成這種轉(zhuǎn)換,更沒有達到真正意義上的農(nóng)牧水平。鹽堿農(nóng)業(yè)作物馴化栽培種的傳代數(shù)則還很少,與其野生親本的分化還不夠顯著,更沒有形成像傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)那樣豐富多采、性狀各異的優(yōu)良品系。今后,鹽堿農(nóng)業(yè)如果要實現(xiàn)真正意義上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn),必須在種質(zhì)問題上取得突破。逐漸形成多樣化的家養(yǎng)和栽培良種品系,傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)完成這一過程至少用了上萬年的時間,鹽堿農(nóng)業(yè)借助于現(xiàn)成的農(nóng)業(yè)技術(shù)成果雖然可以使這一過程縮短,但企圖在很短時間內(nèi)完成甚至跨越這一過程也是十分困難的。就植物栽培部分來看,傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)深厚的技術(shù)積累與鹽堿農(nóng)業(yè)有良好的通用性和匹配性,因此問題較少。而鹽堿農(nóng)業(yè)的海洋動物養(yǎng)殖部分則技術(shù)問題較多。其根本原因是對海洋動物仍缺少深入研究,尤其對其生理、行為、生態(tài)等都缺少詳盡觀察和了解,更缺少細致嚴密的實驗。甚至對許多大規(guī)模養(yǎng)殖種類如扇貝、對蝦等的了解都極為粗糙。目前我國在海洋生物尤其是