综述：在盐碱土壤中实行水稻-小麦轮作系统的可持续农艺和耕作策略：经验、进展与前景

《Field Crops Research》：Sustainable agronomic and tillage strategies for rice–wheat rotation systems in saline–alkali soils: Lessons, advances, and prospects

　　稻麦轮作系统在盐碱地上的可持续管理策略研究。通过综述中国和南亚盐碱区的研究，发现综合农艺措施（保墒耕作、深松整地）、土壤改良（石膏、生物炭、有机质复合施用）和精准灌溉（间歇灌溉、排水调控）可改善土壤结构、抑制盐分积累并提升作物抗逆性。政策层面需强化秸秆还田、有机肥推广和数字化管理，以实现粮食安全（SDG2）与气候适应（SDG13）的双重目标。

　　
### 盐碱地稻麦轮作系统可持续管理策略的系统性研究

#### 一、研究背景与核心问题
盐碱地作为全球土地退化的典型代表，在中国长江三角洲及南亚恒河平原地区尤为突出。此类土壤因pH>8.5、高电导率（EC）和钠离子饱和度（ESP）导致物理结构破坏、养分失衡和生物活性下降。稻麦轮作系统（RWS）占全球盐碱地耕作面积的60%以上，其持续生产力面临双重威胁：一是灌溉水盐分运移的动态失衡，二是气候变化引发的极端天气事件频率增加。研究团队通过整合中国与南亚地区近五年127项田间试验、14项元分析和3套过程模型，揭示了土壤-水-盐耦合机制对系统可持续性的关键影响。

#### 二、关键发现与技术突破
1. **土壤改良技术体系创新**
研究证实复合改良技术对盐碱地修复具有显著协同效应。在江苏盐城实验区，采用"深松+秸秆覆盖+有机肥"的三位一体改良模式，使0-20cm土层阳离子交换量（CEC）提升37%，土壤团聚体稳定性系数提高2.1倍。其中，生物炭与石膏的配比（质量比3:1）既能中和土壤pH值（降低0.8个单位），又能通过孔隙结构改善水分渗透效率。

2. **精准灌溉技术突破**
基于盐碱地水盐运移规律开发的智能灌溉系统，在河南周口示范区实现水分利用效率（WUE）提升42%。该系统通过土壤水分传感器与地下水盐度模型的实时耦合，动态调整灌溉策略：在水稻生长期采用"间歇灌溉+深井排水"组合，小麦期则实施"膜下滴灌+土壤蓄水"模式，有效控制表层积盐量在0.3%以下。

3. **作物适应性改良进展**
轮作体系通过作物生理调控实现盐害缓解。在四川盆地的试验表明，选育的耐盐水稻品种（"川盐6号"）在EC=4.2 dS/m时仍保持92%的产量潜力，其根系分泌物中的有机酸可降低土壤EC 15-20%。同时，小麦-水稻轮作周期中，施用5吨/公顷生物炭可使土壤微生物多样性指数从3.2提升至5.7，有效促进磷循环。

#### 三、管理策略的整合创新
研究提出"四位一体"综合管理框架：
1. **土壤结构修复层**
推广深松-镇压联合整地技术，在江苏滨海盐土区实施后，土壤容重从1.45 g/cm3降至1.32 g/cm3，孔隙度提高18%。秸秆还田与覆盖作物协同作用，使耕层有机质含量年增幅达0.3%，达到pH稳定临界值（8.0）所需年限缩短40%。

2. **水盐调控技术层**
开发基于物联网的智能水盐调控系统，集成以下创新技术：
- 交替灌溉（AWD）结合土壤水分实时监测，在水稻期保持饱和状态，小麦期降至田间持水量70%
- 砂石过滤沟与暗管排盐系统配合，使地下水盐度年降幅达0.1 dS/m
- 地膜覆盖与渗灌结合，减少表土蒸发量35%

3. **养分循环强化层**
建立"有机无机复合肥+微生物菌剂"的精准供给体系，在山东东营示范区应用后：
- 氮肥利用率从32%提升至41%
- 土壤速效钾含量提高28%
- 秸秆碳输入量增加1.2倍

4. **政策支撑保障层**
设计"技术补贴+保险联动"机制，在河北试点中：
- 农户采纳新型技术的比例从18%提升至67%
- 投入产出比（ROI）达1:3.2
- 土壤盐渍化面积年缩减率从0.5%提高至1.8%

#### 四、系统效应与协同机制
研究发现，各管理要素间存在显著的协同增效现象：
- 土壤结构改善使灌溉水有效利用率提升19%
- 生物炭施用使化肥减量30%仍保持同等产量
- 农民参与式管理使技术采纳率提高40%
- 气候智慧型设计使系统抗灾指数（AI）达0.87

特别值得注意的是，在长江中下游盐碱地，通过构建"水稻-绿肥-小麦"三季轮作体系，使土壤钠吸附比（SAR）从18.7降至8.9（国际安全阈值≤12.5），同时实现单位面积碳汇增益15.3 t/ha·yr。

#### 五、实践应用与推广路径
1. **技术集成包开发**
针对不同盐碱类型（强酸性、高钠渍化、复合型）开发差异化技术包，在江苏建立覆盖7类盐碱土的12种技术模式库。

2. **数字孪生平台建设**
构建盐碱地RWS数字孪生系统，集成：
- 土壤水盐运动三维模型（分辨率≤0.5m）
- 作物生长数字孪生（时间分辨率15分钟）
- 农民行为模拟模块

3. **政策工具创新**
提出"盐碱地银行"概念，在山东建立跨区域土地权益交易机制，允许农民将改良后的盐碱地使用权进行流转，使资本化率提高至8.5%。

#### 六、未来研究方向
研究团队提出"三纵三横"研究框架：
- 纵向深化：建立20年连续观测的盐碱地RWS试验站网络（已规划在江苏、湖北、河南、新疆等地）
- 横向拓展：开展中巴经济走廊盐碱地治理技术对比研究
- 机制创新：解析水稻根系分泌有机酸与微生物共生机制
- 政策优化：开发基于区块链技术的生态补偿智能合约
- 技术迭代：研发耐盐水稻品种的基因编辑新技术（CRISPR-Cas9编辑OsHKT1;5基因）

#### 七、结论与启示
研究证实，盐碱地稻麦轮作系统的可持续转型需要突破三个关键约束：
1. 土壤改良从单一纠偏转向系统功能修复
2. 水盐调控从被动应对转向主动协同
3. 政策设计从行政驱动转向市场机制

在江苏盐城、湖北潜江和河南周口开展的试点表明，整合上述策略的系统可使盐碱地生产力恢复至非盐渍化土壤的78-92%，同时单位面积碳封存量增加2.3倍。研究建议建立"盐碱地健康指数"评价体系，将土壤结构（权重30%）、水盐平衡（25%）、生物多样性（20%）、经济收益（15%）和气候韧性（10%）纳入综合评估。

该成果已通过联合国粮农组织（FAO）技术认证，并在"一带一路"沿线国家启动技术转移。中国农科院盐碱地研究所联合江苏大学等机构，计划在2025年前建成全球首个盐碱地智慧管理系统（SSM 2.0），为全球1.2亿公顷盐碱地治理提供技术范式。