【CC讲坛】孙志刚：经之以天，纬之以地，为盐碱地做“CT”

孙志刚

中国科学院地理科学与资源研究所 研究员

黄河三角洲研究中心 主任

中科山东东营地理研究院 院长

我演讲的主题是跟盐碱地密切相关的。

我们知道近些年来盐碱地研究，我们学术界近十年相关的文章增长特别快，呈直线增长，同时通过常用的搜索引擎，我也搜索了一下，有将近有两千多万的搜索结果。为什么大家现在越来越关注盐碱地？

我们的地球人口60亿~70亿，虽然这个增长速率在降低，但是我们基数特别大，我们地球能不能养活这些人？

随着工业化和城镇化发展，城镇化工业化占用了什么土地？都是离城市周边特别平整的，地势比较好的，耕地质量也比较好的，自然资源要素匹配性也比较好的这些耕地。现在我们国家耕地普查发现耕地不够了，这在国外也存在，所以说作为重要的后备耕地资源，盐碱地逐渐进入我们的视野，成为我们保障粮食安全的一个新的选择。

全球盐碱地有9.5亿公顷，约占世界土地面积的10%左右，我们国家根据《第二次土壤普查》的数据，盐渍土面积大约在5.26亿亩左右，其中有一亿亩有开发潜力。

而且我们也发现这些盐碱地一般分布在什么地方？都是一些干旱半干旱地区，而这些地方生态环境比较脆弱，我们要进行开发的话，有很多需要考虑的。而我们印象中的盐碱地是什么呢？

我先举个例子。这是我的一个学生，她是去年硕博连读，当时考到我这边来，当然她大学毕业的毕业论文，也是我指导做的。当时问我，老师我做什么题目？我说，你既然过来，也是学农业的，而且现在盐碱地也比较热门，我给她布置一个盐碱地相关的题目。所以她的毕业论文是做盐碱地的，收集了很多资料，然后做了一些这种综合分析，洋洋洒洒写了两三万字，毕业之后，在去国科大上基础课之前，暑假来到我们的基地实习，然后在这边做实验实习。后来发现，她看到的盐碱地跟课本上，包括她自己写的论文差别特别大，当时感慨论文“白写”了，现在她对盐碱地有深刻的认识了。

我是2001年，当时来到科学院读研究生，我当时跟她的经历很像，研究生拿到录取通知书了，暑假没有回家，然后就去我们盐碱地的基地。等我2014年回国，研究重心也逐渐转移到这个地方。

通过现场的调研和长期观测，我们发现这边的问题依然存在，主要什么原因？第一，这边靠近海边，地下水特别浅，所以盐分是很容易上来的，所以含盐量特别高；

第二个原因是什么？因为黄河三角洲这个地方，它成土时间特别短。因为它都是从黄土高原冲下来淤积起来的，成土才是几十年，最长的也就是一二百年的时间，土壤结构特别差，土壤质量也比较低；

另外空间差异化特别大，斑块化程度特别高。大家可以看，在同一个地块里面，有的地方长得特别好，同时在边上那个地方，白白的一片什么都不长，什么原因呢？

我们发现土壤里面的盐，跟水分运动密切相关，盐随着水来 然后随着水去，水如果蒸发掉了，盐还留在表面，所以说整个农田的水分循环过程，是我们土壤盐分运动的一个非常主要的因素，频繁交替发生的水循环过程，使得我们土壤盐分始终处于动态变化当中，它不是很安静，时刻在运动着，也让我们深刻认识到，我们做盐碱地的改良和利用，我们要深入了解盐碱地的水盐动态变化的规律，包括它的空间分布特征，这是我们盐碱地改良和综合利用的基础性的科学问题。

随着一些新的技术的发展，包括我们在做的过程中发现新的问题，一些思路也发生变化了。从以前小面积的一块地，现在到大区域的，从单一技术到整个系统解决方案，比如以前我们更多的是关注盐碱地改良，如何把盐降下去，包括选育一些耐盐的品种，现在我们还考虑更多的问题，比如水资源的问题、环境的问题、生态的问题；我们前面讲很多是在生态环境比较脆弱的地方，同时我们还要考虑经济效益，如果经济效益不合适的话，这种技术模式可能也很难推广。

这就需要我们从自然资源的优化配置和高效利用，生态系统功能的挖掘和利用，包括系统的整体效应和区域协同发展这三个层面，来逐级地解决这些问题，这就需要我们时刻把脉跟盐碱地的相关的一些资源要素与系统的变化，包括土壤的、植被的。

因为我是2014年回国，之前我不是做农业的，我是做遥感的，我们做生态环境遥感，利用卫星、无人机这些信息来研究地球表面生态环境的变化。我在想我的研究基础，跟我们现在要做的这些问题如何结合，当时也是我回国之后那几年思考的问题。

遥感是什么？遥感是我们利用不同高度的，包括卫星上面的、无人机上面的、包括我们现在的太空站这些接收平台，可以接受地表的反射信号，主要是光谱的反射信号，这个我们叫被动遥感，也可能是人为主动发射的，比如激光。因为这些发射信号，对我们不同类别，不同性质的地物存在差异，让我们来解译这些反射信号，获取地物类型的性质、它的类别，从而可以实现非接触的、大面积的高频对地监测，这个是遥感的基本原理。

根据基本原理和盐碱地的特性，我们也做一些可行性分析，比如说盐碱地。刚才我们看到盐斑，我们通过光学遥感是不是可以识别这些信息。

还有这种介于盐碱的导电性质，大家应该知道，纯水是不导电的，假如纯水里面如果放点盐，它有离子了是不是就有导电性了？盐碱地里面含有盐，也有含有水分，所以说它里面有一点导电性质，所以用微波是对导电性是比较敏感的，我们觉得它应该是有一定的可行性的。

盐碱地长出的植被，它表现出一些特殊的性质或者性状，也应该可以捕捉到的，所以说我们就是设想，或者有望可以实现对盐碱地和植被，做这种数字扫描，特别像我们去医院做体检，我们主要是利用可见光和微波，对我们的盐碱地，我们的植物做这种非接触的这种监测，通俗的叫法，叫“CT扫描”，行还是不行呢？

首先我们就是用无人机做盐碱地的盐分的监测，包括土壤的有机质的监测，因为盐碱地的质量的好坏，它的有机质指标是非常重要的，同时我们还可以做一些植物的监测，比如台风过境之后，造成一些植物的倒伏，我们发现倒伏之后的作物，它的纹理是不一样的，我们可以用无人机做这种灾后的一些评估。

另外我们还可以更精细的来监测，因为它的分辨率特别高，我们可以监测小麦出麦密度是多少，进行产量测产。

下面我们再看看卫星遥感，更高一个层次了。卫星遥感有什么好处？无人机我们一般都是几千亩、几万亩，卫星遥感我们可以做一大片，几百万亩、甚至一个省、一个国家、甚至全球都可以来做。

这个是在黄河三角洲做的案例，我们可以做到结合地面调查数据，做整个区域的盐分的分布，哪个地方高？哪个地方低？高的地方我们以后应该种什么？还有我们也可以做整个植被的作物的分布，哪个地方种的是小麦，哪个地方种的是玉米，哪个地方种的是水稻或者是大豆。

当然我们也可以做一些具体的农场，二十多万亩，我们可以做一个农田种植评估，那个地方长得怎么样 对吧？长得好还是不好，不好，我们下一季应该如何来处理？我们可以很精确到每一个地块。

前面我们主要是基于光学遥感，光学遥感很多是一些间接的方法。

刚才我们讲了一些微波的方法可以更直接，大家都知道导航吧，大家手机可以打开，里面都有一个导航，导航信息大家都很知道，帮助我怎么去一个地方。它还有一个信号，我们会发现它的工作信号是什么？是L波段的，是一个微波的波段。

前面我们讲了微波波段对盐分是比较敏感的，我们在想，这个波段能不能利用呢？在已有的导航信息上，能不能再做一下增加的辅助功能？

我们做了一些尝试，发现 L波段可以穿透云雨，可以全天候工作，而且可以全球覆盖。我们国家的北斗基本上是全球覆盖，除了高纬度地区，而且它分辨率特别高，精度也很高，有高长期稳定性，而且不需要定标。它的接收机，如果放在无人机上面或者放在地基，它体积很小、重量比较轻、信号也很丰富，采用无源探测，可以多尺度地监测我们土壤的水分盐分。

我们做了两个案例，一个是在卫星上接收的。在卫星上可以接收我们导航的信息，我们通过这种信号的繁衍，就可以获取整个区域的盐分的分布，同时我们也可以在这种田间尺度，通过地基来接收信号，这个可以进行长时间的监测。

前面我们讲了盐分是时刻在变化的，通过长期监测，我们可以把握盐分的变化规律，这对我们做盐碱地的治理，认识它的规律是非常必要的。

以前我们前辈做工作一般都在田间地头，我们现在很幸运，很多新的技术发展特别快，我们采用这些新技术，可以显著提升盐碱地综合利用的深度和广度，比如说我们在千亩级、万亩级、百万亩级，当然我们这个是用在盐碱地上面，我们还可以用于别的土地类型，别的农业类型，空间尺度上我们可以做得更大，可以做到全国、全球。就在前几天，上周四，我刚有个学生博士开题，他做的题目就是做全球尺度的。

通过这些盐碱地的CT数据，我们的科研基地有5000多亩，我们也提出了5000亩的盐碱地农田的优化分区和种植设计方案，显著提升了盐碱地改良的效果综合效果。

其实这里面还有一个故事，我们是2017年来到东营，建基地、做项目。开始我们只是在几个点位上用常规的方法做，在几个点位上采土样，然后回实验室做分析，得出的结果就是盐分差不多是中轻度水平，然后我们根据以往的经验，就制定了中轻度盐碱地改良的措施和方案，然后在5000亩地上统一实施种植冬小麦、夏玉米，后来我们发现靠近西部地区的产量还可以，东部地区基本上没什么产量，有的地方是颗粒无收。

我们采用新的技术结合起来，给我们整个盐碱地做一个CT，做一个扫描，我们会发现它的盐分差别特别大，西部地区是比较轻的，东部地区是比较重的，这样我们基于 CT扫描的结果，就制定了针对性的方案，比如轻度的地方种小麦玉米，稍微重一点的地方我们种牧草，因为我们还有养殖，再重的地方我们可以做点设施农业，效果都很好，经济效益、环境效益、 生态效益都可以同步提升。

我们在不同的盐分条件下，在整个盐碱地大数据的支撑下，就可以在整个区域尺度，和这种基于精准的资源环境要素的时空优化配置，可以在整个黄河三角洲地区，不同的地方应该种什么，它的产业是怎么样的，当然这个工作可以在整个环渤海地区，甚至在整个我们国家，甚至在一带一路，这种技术方法都可以应用。

我们取得一些成果，一些盐分比较低的地方，我们种一些粮食作物，同时我们在盐分比较高的地方，我们种一些附加值比较高的经济作物，你比如说西瓜。

大家看西瓜长势还不错，西瓜的产量也可以，我们的学生特别幸福，我们西瓜非常甜。烹饪界不是有一句俗语，“要想甜，加点盐”，大家回去也可以试一试。

当然我们的甜，更多的得益于我们做科研工作，然后有一些成果，所以说我们可能吃起来更甜，更多的是这里面还领着我们一份收获。

刚才讲了我们还有更重的盐碱地，大家看照片，什么都不长，光板地，有一些芦苇和碱蓬，这是盐碱地里面特有的植物，只要长这两种植物，这个地方基本上什么都不长了。

我们通过原土改良的方法，基本上当年就有效果，而且盐碱地的西红柿品质特别好。我们做了一些测试分析，发现高盐分处理的西红柿，跟品质风味相关的指标显著增长，我们能吃到我们小时候的味道。现在你在市场上吃西红柿，我觉得大家很难吃到那个味道，是吧？而且它还可以节水，然后我们采用生态的种植方法，能够节药、节肥，我们的西红柿可以直接吃。当然现在这个技术比较成熟，在当地也得到了很好的推广。

第一个启示，我们很多工作需要长期坚持，我们知道很多自然规律的发现，是一个长期的过程，需要我们进行长期的观测研究。我们以前在禹城那个地方，工作是始于上个世纪六七十年代，东营这个基地是2017年，当时我们在这边建基地的，我们要进行长期的观测、长期的研究，在比较长的时间尺度上来发现这个规律，包括它内含的机制，只有我们掌握了基本的科学规律之后，我们才能提出更合理更科学的解决方案和技术模式，在应用当中我们还能发现新的问题，提出真的问题 这形成了一个闭环，这也是我们科学研究的一种模式；

这两张照片大家可以看一下，这一个是2021年的，典型的盐碱地的植被，那是碱蓬，表示这个盐分基本上是8‰~10‰以上，正常的作物是长不活的，然后我们到2023年，经过了三年 1000多天，在这边连续的科技攻关，大家可以看，现在作物长得很好了，在中重度盐碱地，这个产量已经是很好了。

第三个启示是什么？我们刚才讲了，我们很多农业科技工作，它需要扎根土地，而且很多工作需要一代代传下来，薪火相传。刚才我们讲了我们前面很多工作，可以追溯到上个世纪六七十年代，包括现在在黄河三角洲做的工作，都有很好的传统，我们现在特别高兴的是，我们很多年轻人，青年科研人员、我们的博士后、我们的研究生，他们愿意来到这里开展相关工作，来思考问题，来解决问题，这个也是我们特别欣慰的。

当然，我们现在解决了一些问题，但是我们的工作只是在前人的肩上，走了一小步，我们未来还有很多工作需要做，所以说我们围绕这片土地，我们探索、我们发现、我们实践，我们永远在路上。

欢迎更多的朋友来到这里，来到这片广袤的田野上，我们一起“经天纬地" ，谢谢大家。