王飞:以能补水,旱区盐碱地有了新出路

我国有15亿亩盐碱地,大多位于干旱缺水地区,治理尤为困难。他根据旱区水土风光等资源综合配置特征,提出因地制宜,以能补水,土盐水盐双分离的可持续盐碱地治理新模式,让旱区盐碱地有了新出路。

大家好,很高兴和大家分享我们对盐碱地治理的认识。我们是做水土保持的,水土保持其实就是水土资源保护和功能维持。盐碱地是最典型的一类水土资源问题,因此也是我们关心的对象。

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大家可能对盐碱地并不熟悉,但是盐碱地始终是一个客观存在的庞然大物。它分布在干旱、半干旱地区以及滨海地区,并且深刻影响着当地的生态、生存和发展。

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全球的盐碱地面积非常大,有超过150亿亩的盐碱地,而且还以每年2000万亩的速度在增加。150亿亩就相当于1000万平方千米,比我们国家领土的面积还要大。如果与我们全球的耕地相比,全球耕地面积最大的三个国家美国、印度和中国,所有耕地之和还不到盐碱地面积的一半。

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我们国家有15亿亩盐碱地,主要分布在北方地区和滨海地区。随着气候变化,大概率上,我国北方地区的盐碱地面积还会增加,盐碱化程度也还会加剧。

也许有人要问,盐碱地面积这么大我们不治理它不行吗?客观上讲,在一些地区,盐碱地治理并不着急,但在很多地区 ,盐碱地治理却非常迫切。

为什么呢?首先,盐碱地导致地表裸露、土壤退化 、生态退化 、牧草和粮食产量降低,对所在地区的生存和发展都构成了一定的威胁。同时盐碱地还能对一个地区的未来产生强大的威胁。

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比如说,咸海地区地表的植被非常不好,同时整个盐碱地地区每年会有几千万吨到上亿吨的有毒有害物质,会以盐尘暴的方式向四周扩散,从而影响到河流上游地区的城市、乡村与自然生态系统,生态危害和经济危害非常大。另外我们还会发现,咸海位于哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦之间,但它附近的土库曼斯坦就有80%的农田高度盐碱化,这对一个国家来讲简直是致命的威胁。

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这不是危言耸听。这是两河流域,四千年前,在这里曾经出现过世界第一部成文法典——《汉谟拉比法典》。泛滥平原和灌溉让这一地区发育了非常灿烂的农业文明,但是与灌溉相应产生的土壤盐碱化,却让这一文明迅速从人类文明的梯队中消失。如果我们还不惊醒,如果我们还不积极地想办法,也许两河流域的命运也会在我们身边发生。

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同时在我国,研究盐碱地还有另外一个原因。根据中国海关总署数据,我国2020年进口粮食量达到了1.4亿吨。1.4亿吨是一个什么样的概念?就是我们平均每个人一年里有60天,是依靠进口的粮食养育的。如果国际粮食市场或者农业出现了问题我们怎么办?

在这1.4亿吨的进口粮食中有1亿吨就是大豆,这是我们民族非常重要的蛋白质来源之一。如果我们不进口,用自己的土地来生产大豆,就是按照高产区的单产水平来计算,我们也需要6亿亩耕地,但是我国只有18亿亩基本农田,拿出三分之一来生产大豆根本不可能。因此我们必须在提高现有耕地生产能力的同时,积极扩展耕地面积,没有第二条路。

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我们看一看今天的主角盐碱地。盐碱地一般分布在相对低平的地区,一般地下水位比较高或者有灌溉条件,同时它面积大、 集中连片。从某种意义上来讲,盐碱地可以被认为是一种有缺点的优秀的土地后备资源。如果我们能用好盐碱地,也许会是短期内解决我国粮食和营养问题的最佳途径。

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在与盐碱地斗争的过程中,我们形成了一系列的对付它的方法,有物理改良、水利改良、化学改良、生物改良,使盐碱地上的农业成为可能,但这些技术在应用的时候又会产生一系列的问题。

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首先是经济成本高,它需要不断的投入,而且需要持续的投入才有生产,同时它对水资源的消耗大,对水环境的破坏大,而且没有水,盐碱地就不能再利用。这也是过去几十年里,盐碱地没有大规模长期治理的核心原因。

同时盐碱地还会破坏我们当地已经长期形成的生态系统,有一些化学措施不断地向土壤中加入化学成分,而这种化学成分引起的生态风险,我们到现在还不清楚。

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大家都知道治理盐碱地需要水,“如果有水,盐碱地就不是问题”。在干旱少雨的地方,在新疆也可以种植水稻。大家可以看一看,水稻整个生长期只有120天,但是每亩稻田的蒸发量都可能达到1000立方米;如果考虑到休闲期和水稻种植本身的蒸腾量,那么这部分耗水量还会增加。

2017年我们在南疆调研时,焉耆县国土资源局的干部马建军就说:只要有水,这些弃耕地种什么都能长。

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但是假如没有水,我们该怎么办?根据我们以前的回顾,即使有水了,我们也并不能做得更好。因为每一次在盐碱地的洗盐排水都要流出地块流到下游,这部分水又会持续污染下游的河流和湖泊,产生非常严重的生态危害。这在生态保护和生态文明建设的今天,是我们所有人非常关心的问题,因此我们需要重新考虑一下怎么样来治理盐碱地。

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这是南疆巴州的两片弃耕农田。2017年,巴州国土局的领导告诉我们:在巴州有一半的土地是盐碱地,仅仅就种一季玉米,每亩就需要1000立方米水,其中生长期灌溉600立方米,秋冬季洗盐400立方米,没有水就没有农业。当时铁门关市的科技局局长陆江立先生也告诉我们:在过去,新疆开发了5000万亩以上的农田,其中一半农田因为没有水而弃耕,另外还有2000多万亩土地都已经有盐碱化,如果没有水也只能是弃耕。

随后我们讨论的不是盐而是水。我们发现我们既不能改变气候,增加新疆的降水量,也不能减少当地的蒸发强度,现有的节水灌溉的潜力和效益提升的空间也非常小,那么我们怎么办?

假如您在场,看着大片大片平整的盐碱地,一定会和我们一样考虑怎么办?随后我们在调研时,发现新疆农垦科学院利用暗管排盐法效率非常高,仅用一年就可以把耕地中的盐减少16%,但同时我们也惊讶地发现,只用一年就会有高263吨的盐排出了土地进入了河道。当我们还在考虑这263吨盐会对下游的生态产生什么危害的时候,农场的女干部感叹道:假如排碱渠里的水能用该多好。

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排碱渠里的水其实就是高浓度的废水,为此我们开始系统地研究海水淡化。在我国海水淡化的成本现在需要7~8元/m³以上,世界先进的技术可能需要3元/m³左右,但即使这样的价格,对农业来讲也是太贵了。

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这时候我们国家的弃风弃光的报道进入了我们的视野,在2015到2017年间,我们国家的弃风弃光的电量已经超过了480亿度,如果按照吨水需要3.2度计算,我们单就废弃掉的能源,就可以淡化高达150亿立方米的咸水。那么这部分水,即使在干旱的新疆,也可以满足1500万亩的耕地需求。

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我们很早就发现在盐碱地的地区,通常水资源缺乏,但是风能、光能会非常丰富。如果我们利用海水淡化技术,利用当地的风能和光能,以风补水、以光补水,或许就能够完成盐碱化治理的问题。我们很高兴会有这种想法。

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同时我们有一些新的想法。第一,洗盐人工成本很高,我们为什么不一次充分洗盐?一次洗盐可以用更长时间。然后我们可以把生长季所用的覆膜技术用在洗盐过程,这样也可以减少蒸发量。

在秋冬季盐分会跑到地表,如果我们可以研发一种吸尘器,通过干法洗盐,那么对水资源的利用也会更小。如果能源充足,我们利用有限的水反复洗盐,也可以治理更多的盐碱地。

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有很多很多想法,能量依然是我们的限制,所以我们要找成本更低的水盐分离的方法。

我们都知道气候变暖,在过去两百多年间,气温升高了0.85℃,但是假如我们向高处每走一公里,气温就会降低6℃,这对我们会带来什么样的机遇?

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今天叫“地形雨”的老师告诉我们,当湿热的空气遇到山体阻隔时会慢慢爬升,爬升的过程中气温降低成云致雨。一立方米饱和空气 ,假如从80℃降到25℃,就会释放出高达56克的清洁水。

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为此我们设计了一个咸水淡化系统。首先把洗盐的排水和海水淡化后的高浓度卤水放在洗盐池,而不是把它排到河流的下游。然后利用太阳能、风能和水能,同时对盐碱池进行加热,加热的湿气我们通到冷凝腔、通过地形的力量降温,从而我们可以获得很多的水。如果有足够的水,我们就可以解决旱区盐碱地的问题。

据估算,在我国旱区,每年的光能(强度) 每平方米会有1400千瓦。假如我们用10%的比例或者用10%的效率,每亩地都可以淡化水超过900立方米,900立方米对当地的农业生产基本就够用了。

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 盐分离开了土壤,那么土壤的生产力、生命力就会提升。我们也无需往里面再加入大量的化学成分,我们也不用再耗费大量的水。如果盐离开了水,那么它也不会跟着水继续污染土壤、污染地下水、污染河道、 污染湖泊,我们可以相对完善地解决以前盐碱地治理中出现的各类问题。

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洗出来的盐,它也有它的用途。比如说对重度盐碱地来讲,一亩地如果洗出的盐有5吨,我们只需要有2~3立方米的空间就可以存储下来。实际上在旱区,我们有盐场的历史,我们很容易知道盐的成分,如果可以销售,我们就可以达到治理盐碱地、减少污染、变废为宝的一个过程。

但假如它不能用,那么我们或许还可以用于修建一栋建筑,比如说盐碱地治理博物馆。或者我们把盐作为填料,可以做隔墙,让它继续参与盐碱地的治理。

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为此我们提出了“ 减少区域水损失,低耗水充分洗盐,集约化水源分离,水土资源高效利用的”旱区盐碱地治理二十九字模式。

这二十九字的模式,我们其实有四层贡献。第一,我们综合地考虑了自然资源禀赋,考虑了土地资源、土壤资源、水资源、光资源、风资源,区域的资源给了我们可能性;第二,我们考虑了不同学科的原理和技术,比如说海水淡化、风能、地形;同时我们也遵循了一个利用自然 、保护自然、改善盐碱地这么一个生态的原理;更重要的是我们还提出了有限利用资源,高效利用资源,以质取胜这么一个盐碱地治理的方略。

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我们这些技术,计划未来在陕北定边县的内流区盐碱地进行利用,同时在新疆巴州的盐碱地综合治理进行尝试和示范,还计划对宁夏吴忠市的苦咸水淡化利用进行研究,也期望我们形成成套的技术,服务于更多的缺水地区和盐碱化地区。

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我国有18亿亩基本农田,但是现在还不能很好满足我们国家的粮食和营养需求。假如我们向自然学习,我们综合利用各类自然资源,以能补水,土盐-水盐双分离,或许我们可以在较短的时间内,把我们国家的基本农田增加到20亿亩、25亿亩甚至更多,把我们14亿人的饭碗紧紧地捧在我们自己手中。

我们知道,事实上有很多生命和人类一样需要土地,如果我们能治理盐碱地,我们就不用更多地开发林地和草地,留给自然更多的空间。我们也可以把不同治理程度的土地作为景观多样性和生物多样性的保护地,那么我们给自然的回报就会更多更持久。

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我们继续回到咸海。咸海是20世纪最大的环境灾难,可以明确预言的是,在这一地区未来水资源改善可能性基本没有,那么这一地区的未来怎么办?如果我们能用咸海的光能资源,能用咸海的咸水资源, “以能补水,水盐-土盐双分离”,或许会是这个地区未来最好的选择。

我的演讲就到这里,谢谢大家。

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