滴灌和保护性耕作技术让干旱区沙地更适宜开垦

藏粮于地、藏粮于技,已成为确保我国粮食安全、严防死守18亿亩耕地红线的广泛共识。日前召开的中央财经委员会第二次会议提出,研究加强耕地保护和盐碱地综合改造利用等问题。

根据国家标准《土地利用现状分类》和第三次国土调查,过去属于“未利用地”的水分条件好的滩涂、沼泽等已归入新的湿地大类,与农用地、建设用地和未利用地并列。新一轮国土空间规划要求将湿地划入生态用地空间,不得再开垦湿地。

如今,在我国法规容许可以开发补充耕地的“未利用地”大类中,只剩下其他草地、沙地、盐碱地、裸土地、裸岩石砾地5类。这5类“未利用地”中,其他草地和裸土地面积较少,面积较大的裸岩石砾地很难开发成耕地。未来可能补充耕地的主要是沙地和盐碱地。

沙地和盐碱地多数分布在水资源极其缺乏的干旱区。无论是开发利用盐碱地,还是开发利用沙地,都需要灌溉水源。但开垦盐碱地比开垦沙地多使用了洗盐用水。笔者根据沙地和盐碱地的性质以及现代土地开发利用技术,探讨在干旱区是优先开垦沙地还是盐碱地。

根据国家标准《土地利用现状分类》, 沙地指表层为沙覆盖、基本无植被的土地。与盐碱地不同,沙地的土壤基本不含盐或含盐很少。沙地的土壤缺少黏粒(一般低于2%~3%),大部分是砂粒,砂粒没有黏结性而呈单粒状。因此,沙地土壤在风力吹扬下易于被风扬起,在风力强大的西北干旱区经常被扬起形成沙尘暴。

沙地开垦后,如不采取留茬免耕等保护性耕作方式,在作物生长期之外地表裸露,就与沙地一样容易风蚀,而且耕翻过程造成土壤更疏松,比沙地的风蚀更强烈。因为砂粒多、土壤孔隙大,基本没有可以吸持水分的毛管孔隙,灌溉水在大孔隙中迅速渗漏下去,灌溉水的利用率很低;因为保水性差、灌溉间隔时间长,作物就会遭受水分胁迫枯萎。

但沙地也有有利的一面,土质疏松、容易耕作;吸持水分能力低、土壤毛管水上升高度低,灌溉也不易发生次生盐碱化。

根据国家标准《土地利用现状分类》,盐碱地指表层盐碱聚集,生长天然耐盐植物的土地。干旱区的盐碱地,地表常形成盐结皮、盐结壳。表层土壤1~5厘米含盐量通常在5%~20%,心土和底土含盐量亦在1%左右。过多的盐分使一般植物的生长受到抑制,只能生长耐盐的植物,如盐蓬、碱蓬等。不将盐土中的盐分淋洗掉,不可能种植庄稼。

盐碱地的另一个土壤特性是土壤质地往往是壤质,土壤毛管孔隙多,吸持水分的能力大于砂土,保水性强。因为盐碱地的土壤黏粒含量较高,可以形成土壤团聚体,因此比单粒的沙地的抗风蚀性也相对强一些。

但盐碱地也有不利的一面,地下水水位和矿化度高,土壤毛管水上升高度高,如果排水洗盐不当,即使洗盐改良的耕地也易发生次生盐碱化。

在干旱区,水资源主要来自于雪山融水,自然绿洲分布在被雪山融化时形成的洪水泛滥或地下水滋润的洪积扇下部和冲积平原区。在干旱区,没有灌溉就不可能有农业,人工绿洲-农田必须有雪山融水供给。

传统的灌溉方式是地面灌溉。地面灌溉就必须进行土地平整,而且要求土壤具备一定的保水能力。但地面灌溉方式不具备克服沙质土壤渗漏迅速、保水性差的缺点。在没有滴灌技术、只能采取传统地面灌溉方式的过去,干旱区沙地虽然多,人们也不会优先选择沙地开垦,而是首先在洪积扇下部和冲积平原开垦有保水能力的壤质土地,这些土地一般是有天然植被覆盖的草地,包括沼泽草地。

当没有盐分积累的壤质土地被开发完毕后,人们就会开垦处在河流下游的盐碱地。因为盐碱地也是壤质的,有一定的保水性,在修建排水系统和灌溉系统后,灌溉淡水洗盐后就成为了优质耕地。我国西北干旱区的人工绿洲,今天的粮仓,很大一部分是开垦改良盐碱地形成的。

灌溉洗盐排盐,即排水沟将淋洗下来的盐排出到农田区之外,是盐碱地开垦利用的前提和基础。实践经验表明,在新疆开垦盐土时,一亩地一次洗盐用水需要50-100立方米,大概要淋洗3-7次才能够将土壤盐分降低到不再威胁作物正常生长的含量。土壤质地越细,一次洗盐用水量和淋洗次数要求越多。

尽管一些盐碱地开垦改良成为了耕地,但土壤盐碱化产生的干燥度大、地下水位和含盐量高的地理自然条件并改变不了,土壤盐碱化的地理环境依然存在。盐碱地开垦改良后,如果不能持续采取洗盐排盐措施,即将淋洗下来的含盐水排出到农田区域之外,则会返盐。

比如,在黄河河套灌区、祁连山、天山、昆仑山雪山融水灌区,盐碱地开垦改良后,由于后来缺水不再灌溉或灌溉与排水不当,又发生次生盐渍化的案例不少,有些甚至成为连耐盐植物都不能生长的“光板地”。

滴灌是一种保证表土湿润,减少灌溉水渗漏,可以少量多次的灌溉形式。以南疆塔里木盆地南缘平原区为例,利用传统地面灌溉,棉花和玉米一个生长季灌溉定额分别为629-654立方米/亩和511-566立方米/亩;利用滴灌,棉花和玉米一个生长季灌溉定额分别为471-489立方米/亩和382-424立方米/亩。与传统地面灌溉相比,滴灌可以提高水分利用率33%以上。

目前,新疆大田作物基本已经全是滴灌方式。这些年新疆耕地面积的增加得益于滴灌节约灌溉用水,因减少了单位面积的灌溉用水量,节省出来的水就可以开发更多的未利用地。

滴灌可以克服沙质土壤渗漏迅速、保水性差的缺点。现在有地膜覆盖的滴灌不但减少蒸发,而且可以降低风蚀。另外现代播种机可以不用翻耕整地准备苗床进行直播,这就给留茬免耕抗风蚀提供了可能。因此,滴灌和保护性耕作技术使沙地成为更好的耕地后备资源。

笔者对比发现,开垦盐碱地比开垦沙地比较,开垦盐碱地多使用了洗盐用水。在西北干旱区水资源严重缺乏,且有滴灌和保护性耕作技术避免了沙地水分渗漏快和易风蚀劣势的条件下,也许干旱区开垦沙地更有优势。

从生态系统活力角度看,几乎没有植被的沙地生态系统活力及其微弱,开垦为耕地种植农作物后,生态系统活力上升,而且在保护性耕作技术下,比沙地更抗风蚀。盐碱地实际上也是一种特殊草地,无非是植物体的盐分含量高,从生态系统活力评价,盐碱地比沙地高。如果不开垦而是综合利用盐碱地的植物生产产品及其生态功能,也许更符合中央财经委员会第二次会议提出的开展盐碱地综合利用的精神。