孙志刚：经之以天纬之以地给盐碱地做CT_新浪财经

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专题：2024年CC讲坛

　　由中国科学院大学校友会、北京君和创新公益基金会联合主办，主题为“和而不同，思想无界”的CC讲坛第58期演讲2024年3月3日在中国科学院大学（北京玉泉路校区）礼堂举行。来自中国科学院地理科学与资源研究所黄河三角洲研究中心中科山东东营地理研究院孙志刚研究员出席，并以《经之以天纬之以地给盐碱地做CT》为题发表演讲。

　　我演讲的主题是跟盐碱地密切相关的，也是跟我们吃密切相关的。

　　我不知道大家有没有通过媒体看到是不是现在“盐碱地”越来越热？我们搜索了一下国内外学术界从近十年相关的文章增长特别快，呈直线增长，同时我们通过常用的搜索引擎，我也搜索了一下，将近有二千多万的搜索结果，为什么大家现在越来越关注盐碱地，它的原因是什么？

　　我们看一下我们人口，我们的地球人口多少？60——70亿，虽然增长速率在降低，但是我们基数特别大，预估到2050年左右要达到90亿，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？都是我们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，在国外也存在，所以说作为重要的后备耕地资源，特别是人多地少的国家和地区，包括我们国家，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，盐碱土地面积大约在5.26亿亩左右，其中有1亿亩有开发潜力。

　　目前一些比较好看的盐碱地基本上得到开垦，剩下的都是难度越来越大的，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问题。

　　而我们印象中的盐碱地是什么呢？我的一个学生，她是去年硕博连读，打算考到我这边来，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，而且现在盐碱地也是比较热门是吧？我给她布置一个盐碱地的相关题目，然后收集了很多资料，做了一些综合分析，洋洋洒洒写了两三万字，然后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，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。

　　我是2001年到科学院读研究生，我当时跟她的经历很像，研究生拿到录取通知书了，暑假我没有回家，然后就去我们盐碱地的基地。当时我们通过阅读文献，然后看一些老师前辈的讲解，这个地方在山东禹城，靠近济南，现在都是吨粮田的，以前是盐碱地特别严重，通过多年的治理，已经成为大粮仓了。

　　我们知道我们国家有三大粮仓，是吧？长江中下游平原、东北平原、还有华北平原。以前华北平原，可是大片的盐碱地，通过治理的话，现在已经是吨粮，有些好的地方已经可以达到1.5吨，就一年两季，小麦一季，玉米一季，可以实现1.5吨，这是我脑中的印象。

　　后来了解包括我们的滨海盐碱地，要通过治理也可以实现比较好的产量了，所以我的印象当中，滨海盐碱地问题不是很突出的，我是2014年回国，然后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，而且地下水因为靠海边，比较近，它里面的含盐量比较高，所以它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。所以这个地方有一些陆地成土才是几十年，最长的也就是一二百年的时间，所以它成土时间短，土壤结构特别差，土壤质量也比较低。

　　另外这种空间差异化特别大，斑块化程度特别高。我们的科研基地。大家可以看在同一个地块里面，有的地方长得特别好，同时在边上白白的一片，什么都不长，什么原因？我们也在思考这个问题。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，然后水蒸发掉了，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，它时刻在运动着，这也让我们深刻认识到，我们在做盐碱地改良，做利用，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。

　　现在我们盐碱地综合利用的研究思路，也有了新的变化，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，一块地的，现在到大区域的，从单一技术的，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，包括选用一些耐盐的品种，现在我们还考虑更多的问题，就是水资源的问题、环境的问题、生态的问题，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。这样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解决这些问题。

　　这个就需要我们要时刻把脉对盐碱地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、无人机来研究我们地球表面生态环境的变化，这是我的研究基础。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比较思考的问题，所以说让我们看要做一些分析，看行还是不行。

　　遥感是什么？遥感是我们利用不同高度的，包括卫星上面的、无人机上面的或者气球上面、航天飞机上面的，包括我们现在太空站，这些接收平台可以接受这种地表的反射信号，主要是太阳光的反射信号，当然这个我们叫被动遥感；也可能是人为主动发射的，你比如激光，然后还有我们说的这种导航信息，主动遥感；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，我们通过这种数学的方法来解译这些反射信号，获取地物类型它的性质，它的类别，从而可以实现非接触的、大面积的、高频的对地监测，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，刚才我们看到盐斑是吧？我们以人眼可以看得比较清晰是吧？我们通过光学遥感是不是可以识别这些信息，这是光学遥感。

　　还有一个介于盐碱的导电性质，大家应该知道纯水是不导电的，是吧？假如纯水里面如果放点盐，它有离子，是不是就有导电性了？那么盐碱地里面含有盐，因为含有水分，所以说它有一点导电性质，微波是对这个导电性比较敏感的，我们觉得它应该是有一定的可行性的。

　　还有一个就是盐碱地长出的植被，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，是吧？我们一般会做一个CT扫描。我们主要是利用可见光和微波，对我们地球，我们的盐碱地，我们的植物做这种非接触的监测，我们通俗地叫法，叫CT扫描，那行还是不行？

　　我们通过一些案例来看一看。

　　首先我们用无人机。无人机现在是比较普及了，也是比较简单了，我刚回国的时候买了一架无人机，包括载荷全加起来将近100万。对，相当于一个“大奔”的钱，现在随着技术的进步，很便宜了，这成本已经降到差不多十几万，所以我们很多农业生产密切相关的都能用。

　　我们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，它的有机质这个指标是非常重要的，我们用无人机监测是可以实现，同时我们还可以做一些植物的监测，你比如说一些灾害，台风过境之后造成一些植物的倒伏，我能不能监测？也可以，我们发现倒伏之后的作物的纹理是不一样的，我们可以用无人机做监测，有什么用呢？

　　我们对灾害是不是可以做评估，我们有一些农业保险的，要做这种灾后的一些评估，好理赔，就是受灾多大面积，受灾什么程度也都是可以的。

　　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，因为密度直接决定后面的产量，就是测产一亩地大约多少产量，或者更大面积的，我们可以利用无人机来做。

　　下面来看看这个卫星，更高一个层次。卫星遥感有什么好处？它可以做更大面积，是吧？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，可以做整个区域的盐分的分布，哪个地方高、哪个地方低？应该种什么？还有我们也可以做整个植被的作物分布，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，我们空间上都可以做制图。

　　当然我们也可以做一些具体的农场，20多万亩，我们可以做一个农田综合评估，那个长得好还是不好，不好的话我们下一季应该如何来处理，我们可以都很精确的到每一个地块。

　　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，但是我们用的是什么技术？

　　大家都知道导航是吧？

　　大家手机里面都有一个导航，如果是咱们国科大玉泉路校区不知道，肯定是打开导航，然后导航过来的，导航信息帮着我怎么去一个地方对吧？

　　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，是吧？我们在想这个波段能不能利用呢？这种导航信息能不能给它做一下增加的辅助功能？

　　我们做了一些尝试，我们发现 L波段可以穿透云雨，全天候工作，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，有长期稳定性，而且不需要定标。

　　如果我们把它的接收器放在无人机上或者放在地基上，它体积很小，重量比较轻，信号也很丰富，采用无源探测，可以多尺度的监测土壤的水分盐分。

　　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，我们就可以获取整个区域的盐分的分布，和我们在实际调查结果一致性非常好。同时我们也可以田间尺度，我们通过地基来接收信号，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，对我们做盐碱地的治理，认识它的规律，这个是非常必要的。

　　以前我们前辈做工作，一般都在田间，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，我们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的、万亩级的、百万亩级的，当然我们这个是主要用在盐碱地上面，是吧？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，我们做到全国，我们可以做到全球。就在上周四，我刚有个学生博士开题，当时他做的题目就是做全球尺度的，既有一流的数据，包括卫星遥感数据，他想要了解什么？就是全球有多少盐碱地，这些盐碱地现在种的是什么？产量是多少，还有多大潜力，如何能够养活更多的人？这些地方应该怎么来处理？他是做全球尺度的。

　　通过这些盐碱地的CT数据，包括系统优化设计，这是我们的科研基地，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的设计方案，显著提升了盐碱地改良的效果，综合效果。

　　其实这里面还有有一个故事。我们是2017年来到东营建基地、做项目，一开始我们只是在几个点位上，常规的方法做一个点位上采土样，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还可以，东部地区基本上没什么产量，有的地方是颗粒无收，这样对我们造成了很大的损失。

　　我们也在反思，逼着我们反思，然后我们采用新的技术结合起来，给我们整个一个盐碱地，我们做一个CT，做一个扫描，我们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，这样的话我们基于 CT扫描的结果，我们就制定了针对性的方案。

　　比如轻度的地方，我们种小麦玉米，稍微重一点的地方，我们种牧草，因为我们还有养殖，再重的地方我们可能可以做点设施农业，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，形成了粮食作物、经济作物整套的技术模式，然后在整个盐碱地大数据的支撑下，我们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？这个是我们在黄河三角洲做的一个案例。

　　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。

　　介绍了我们取得的一些成果，一些盐分比较低的地方，我们种一些粮食作物，我们所熟悉的小麦、玉米，还有一些饲草，现在我们国家养殖业对饲草的需求量特别大，盐碱地种饲草也是一个重要的选择。

　　同时我们的盐分比较高的地方，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，这是堆在我们食堂的，我们的学生特别幸福，在食堂吃完饭，两个学生一人切一半，就抱回去吃去了。我们西瓜非常甜，烹饪界不是有一句“想要甜，加点盐”，前两天我还查了一些相关的资料，为什么“要想甜，放点盐”？大家应该知道有句俗语“苦尽甘来”，盐碱地的老前辈讲，以前的盐碱地改造，没水喝，就打了个井水，叫苦咸水，所以喝了容易拉肚子的，因为你只有尝过这个盐，尝过这个苦，然后你吃起来会更甜，是吧？大家回去也可以试一试。

　　当然了我们的甜，更多得益于我们在做科研工作有一些成果，所以说我们可能吃起来更甜，更多的是我们这里面还含着我们一份收获。

　　刚才讲了还有更重的盐碱地，大家看照片什么都不长，光板地，有一些芦苇和碱蓬，这个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，大家看西红柿长得特别好，而且盐碱地的西红柿品质特别好，我们做了一些测试分析，我们发现高盐分处理的西红柿，它跟品质风味相关的指标显著增长，我们能吃到我们小时候吃的味道，现在你在市场上吃这个西红柿，大家很难吃到那个味道，是吧？特别是我们年龄偏大一点的，年龄小一点可能体会不到，因为你吃的全是市场上买的西红柿，我们小时候家里的西红柿，在这里面能吃到这个味道。而且它还可以节水，跟种水稻比非常节水，然后我们采用生态的种植方法，能够节农药节化肥，我们的西红柿，你可以直接吃。现在这个技术比较成熟，在当地也得到了很好的推广。

　　我是2014年回国之后，基本上在这边开展工作，这么多年做科研、建基地，然后带学生，在工作中也有一些启示和各位分享。

　　盐碱地，其实这个地方很漂亮是吧？很漂亮。我们在北京呆久了，我特别喜欢在这个地方呆着。

　　第一个启示是什么？就是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，它是一个长期的过程，需要我们进行长期的观测，长期的研究，我们也是这么做的，我们以前在禹城那个地方，靠近济南，在黄河北岸工作是始于上个世纪六七十年代，当时我们国家特别缺粮食，当时在那边做盐碱地治理，然后建立实验站，然后东营这个基地是2017年，当时我们在这边建基地的，我们要进行长期的研究，在比较长的时间尺度上来发现规律，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，然后这些技术方案、技术模式我们在实际中应用，在应用当中我们还能发现新的问题，提出真问题，这就形成了一个闭环，这也是我们科学研究的一种模式；

　　第二个启示是什么？因为农业的科技工作要看得见，摸得着，我们上面跟同行接触，我们下面跟地方政府、企业，我们跟农民接触，你的工作是要放在地面上看得见摸得着的，能够有效果的，所以说我们这些工作一定要到田间地头，要目之所及，脚之所及，事必躬亲，这样我们工作才能落地。这两张照片大家可以看一下，是2021年的，那个就是典型的盐碱地的植被——碱蓬，表示这个盐基本上是8‰——10‰以上，正常的作物是长不活的，我们到2023年，经过了三年，1000多天连续的科技攻关，大家可以看，现在已经是作物长得很好了，玉米可以达到1200斤左右，水稻可以达到350斤左右，在中重度盐碱地产量已经是很好了；

　　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一代人传下来，要薪火相传。我们前面很多工作可以追溯到上个世纪六七十年代，后来我们现在在黄河三角做的工作，我们都有很好的传统，现在特别高兴的是我们很多年轻人，我们的青年科研人员，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。

　　当然了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，我们在做的过程中会有新的问题，比如地下水位特别浅，如何进行调控，水比较紧张，我们如何多水源高效利用，我们如何进行水盐的精准监测和调控，我们如何开发多尺度的成本比较低、效益比较高的监测技术和设备，我们如何实现盐碱地的产能的稳定性和可持续性？我们技术服务，包括市场模式如何开展？这只是想到的问题，可能还有很多问题，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……

　　最后欢迎大家，到黄河三角洲来，在这里发现问题、思考问题、解决问题，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。

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