土壤盐渍化—古老问题的新挑战
导 读
土壤盐渍化是一个古老的新问题，在全球气候变化、淡水资源日趋紧缺和人口不断增加的背景下，如何科学治理因盐碱障碍而导致的中低产田和持续改造部分盐碱地为耕地日益成为全球面临的一个重大挑战。对此问题的解决，有赖于土壤学、农田水利学、植物营养学、生物学、物理学与农业经济学等多学科的交叉融合，有赖于科学家、决策者与农企（农民）的协同努力，有赖于科学、技术和政策的同频共振。该文对盐渍化问题进行了全面深入的分析，并提出了可资借鉴之道，具有“他山石”之功效。
原文作者：Dennis Wichelns, Manzoor Qadir
译者: 中国科学院烟台海岸带研究所海岸带 土壤和沉积物环境风险与生态修复研究组 陈小兵、曹丹、咸敬甜、李远 等译，原题为“实现可持续灌溉需要有效地管理盐分、土壤盐度与浅层地下水”
联系人: xbchen@yic.ac.cn
原文链接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378377414002558
摘要
2000多年来，盐渍化和内涝一直影响着干旱地区的农业生产。这些问题的原因是众所周知的，管理盐渍化土壤和浅层地下水所需的方法和投资也是众所周知的。然而，问题仍然存在于许多地区，在这些地区，农民使用过量的灌溉水，农民和灌溉部门未能投资足够的排水解决方案。很久以前，E.W. Hilgard教授描述了干旱地区盐分问题的不可避免性以及预防或克服这些问题所需的措施。E.W. Hilgard对加州中央谷即将发生的盐渍化发出了警告，这部分是基于他对印度盐渍化和内涝问题的理解。最近，Jan van Schilfgaarde、Jim Oster和其他人也介绍了灌溉必将造成的环境影响。这些作者认为灌溉也许是可持续的，但在某些地区，将环境影响降低到可接受水平的成本可能很高。我们回顾了这些作者和其他人的观点，展望了未来。在未来，实现可持续灌溉的目标与更广泛地加强农业的目标相一致，以期为不断增加大的全球人口提供食物和纤维。我们提出了五项活动，可以在一个综合计划中实施，以成功管理盐渍化和内涝。我们还引入了为灌溉用水中所含的盐分支付押金或保证金的概念。农民将根据他们的盐分管理和处置做法获得补偿。
关键词：干旱区；作物生产；硒；排水；水涝；水政策
1 动机
从2015年到2050年，全球人口可能会增加到90亿或100亿。随着人口的增长和收入的增加，对农作物和畜产品的需求将会增加。面对到2050年将粮食产量增加50%或更多的挑战，许多分析师正在推广农业可持续集约化的概念，这通常涉及每公顷更高的关键投入率，以追求更高的产量，同时最大限度地减少对环境和自然资源的潜在影响(Tilman et al.，2011；Tscharntke et al.，2012；Garnett et al.，2013；Godfray and Garnet，2014)。
在呼吁可持续集约化的同时，人们逐渐认识到，主要生产区域的作物产量增长率已大大低于20世纪60年代至90年代观察到的增长率(Ray et al.，2012；Iizumi et al.，2013)。目前玉米、水稻、小麦和大豆的产量增长率不足以满足2050年的预计粮食需求(Ray et al.，2013)。增长率下降的原因包括来自盐度和内涝的胁迫增加(Humphreys et al.，2010)、土壤养分和有机物耗竭(Chianu et al.，2012；Srinivasarao et al.，2013)、气候变化(Chen et al.，2010；Lal，2011；Lin and Huybers，2012；Lobell，2012；Rao et al.，2014)和不当的作物管理方法(Fan et al.，2012)。
由于过度抽水，缺水和地下水位下降时获取地下水的成本上升，也导致作物产量增长率下降(Ambast et al.，2006；Humphreys et al.，2010)。自20世纪80年代以来，印度恒河平原上游稻麦产区的地下水位下降了5-15米，而管井密度增加到15平方公里。该地区的小麦产量仍在增加，但水稻产量似乎已经稳定下来(Ambast et al.，2006)。
从现在到2050年，作物产量所需的大部分增长将来自植物遗传学和农业技术的创新。一些国家正在植物基因组学、生理学和农学领域开展大量研究(Sinclair et al.，2004)。这项研究的成功成果，当应用于农业时，将是必要的，但不足以在2050年生产所需的食物和纤维量(Wollenweber et al.，2005)。所有生产地区的大小农场的农艺措施也需要显著改进。需要这种改进来抵消近年来观察到的一些作物产量下降，并提高作物产量，使其超过关键生产地区的平均水平，如中国北部、南亚和东南亚以及撒哈拉以南非洲(George，2014)。
农艺措施的必要改进必须以有助于在湿润和干旱地区实现可持续灌溉的方式实施。干旱和半干旱地区面临的挑战可能更大，那里的大面积生产区受到土壤盐分、地下排水不足和内涝的影响。在许多地区，必须先改良盐质和钠质土地，才能获得并保持较高的产量。利用化学土壤改良剂或实施植物策略，如植物修复，可以实现改良(Qadir and Oster，2004；Qadir et al.，2007)。改善灌溉的分布均匀性和提供充足的地下排水也将是成功实现可持续灌溉的重要组成部分(Wichelns and Oster，1990；Oster and Wichelns，2003；Wichelns and Oster，2006)。
在本文中，我们回顾了在确保到2050年粮食和营养安全的全球挑战背景下，关于可持续灌溉的知识现状，特别强调干旱和半干旱地区。许多学者和实践者，包括Jim Oster和他在几个国家的研究伙伴，多年来一直在研究土壤盐度和钠化度、灌溉均匀性、地下排水和作物生产实践。他们提供了大量关于实现可持续灌溉所需的科学、政策和管理方面的文献。我们回顾了一小部分文献，并介绍了几个灌溉和排水问题的例子，这些问题可以通过采用Jim Oster和他的同事提出的一些建议来部分解决。
1.1土壤盐渍化—古老问题的新挑战
2000多年来，干旱和半干旱地区的农民一直面临着实现可持续灌溉的挑战。古代文明的消亡部分是由于农业土壤中盐的积累导致的作物歉收，这是众所周知的(Jacobsen and Adams，1958；Letey，2000；Zhou et al.，2012；Zhao et al.，2013)。世界主要生产地区长期存在的盐分和内涝问题也是如此(Hillel，1991；Hillel and Vlek，2005；Rengasamy，2006；Proust，2008；Qadir et al.，2009；Singh，2009)。
19世纪下半叶，加州的E.W. Hilgard教授在访问印度的工程师时，了解到在农民开始灌溉后的几年内，大片曾经高产的农田都被水淹没和盐渍化了。农民们从大型地面灌溉计划中获得供水，这些计划是为了补充或替代地下水的抽取而建造的。E.W. Hilgard教授非常了解问题的原因。高架输水渠道的渗漏和农民“从井灌的艰苦过程中解脱出来”过度使用灌溉水，导致浅层地下水在非常靠近土壤表面的地方上升，从而使盐分在根区积累(E.W. Hilgard，1886)。补救措施很简单，尽管代价很高:
降低高架渠的高度，以减少渗漏，并迫使农民提水灌溉；
2.建造区域性的排水系统，将地下咸水输送到河流和海洋中，“从而或多或少永久地减轻陆地上的灾难(E.W. Hilgard，1886)。”
E.W. Hilgard教授理解印度和加州中央谷的农业条件之间的相似性，在那里，如果管理得当，他看到了农业繁荣的巨大潜力(E.W. Hilgard，1893)。因此，他热情洋溢地写道，加州存在内涝和盐渍化的潜在威胁，敦促农民和政府官员建立区域性排水系统，并“节约”使用灌溉用水，以防止加州农业未来不可避免的损害。用他的话说，
“几乎没有必要进一步深入研究[印度发生的问题]的细节，以加强它们向我们的灌溉社区传达的教训和警告。现在困扰印度西北部灌溉区的弊端已经令人痛苦地显现出来；除非采取适当的补救措施，否则想要它们不再增加就要寄希望于自然法将被放弃，而有利于加利福尼亚州。印度灌溉运河带来灾难的自然条件，在加利福尼亚的大峡谷中得到精确的再现；在印度发生的事情肯定也会在那里发生(E.W. Hilgard，1886)。”
E.W. Hilgard推荐了一个实现可持续灌溉管理的三部分战略，发表在加州大学农业学院公报(E.W. Hilgard，1886)上:
1.“排水与灌溉相关。”E.W. Hilgard强调需要在灌溉计划的同时开发排水解决方案。他理解当排水系统没有及时安装时可能产生的潜在危害。
2.区域性解决方案。E.W. Hilgard写道，“然而，单个个体在这件事上几乎无能为力；所采取的行动必须是整个社区的行动。”考虑到过度灌溉会导致浅层地下水位超过单个农场的边界，因此需要一个区域排水系统。
3.“节约用水以限制碱的上升。”E.W. Hilgard警告说，如果扩大灌溉而不采取节约用水的管理策略来“限制碱的增加”[正如E.W. Hilgard所使用的，“碱”一词与盐度同义]，那么涝渍和盐渍化将困扰加州农业。
E.W. Hilgard关于实现可持续灌溉的指示在21世纪和19世纪一样有效。加州和其他地方的盐分与排水问题出现并持续很大程度上与E.W. Hilgard在1886年描述的原因相同：过度灌溉、排水不畅和缺乏区域管理计划。世界各地的大多数农民缺乏足够的激励来优化灌溉输送，并以最大限度地减少农场外影响的方式管理深层渗漏。以制定法规、提供激励措施和为基础设施发展筹集资金的形式进行社区参与，对于防止土地和水资源的区域退化至关重要。
由于缺乏区域性的综合行动，在许多关键生产地区，例如美国西南部、澳大利亚大部分地区、伊朗以及印度和巴基斯坦的印度恒河平原的大部分地区，盐度和排水问题持续存在(Ritzema et al.，2008；Singh，2009；Singh et al.，2010；Emadodin et al.，2012；Wichelns and Oster，2014)。为了在这些地区和其他地区实现可持续灌溉，农民必须实施正确的农艺措施组合，同时明智地用水和谨慎地管理浅层地下水位，同时在区域排水中协同合作(Letey，2000；Oster and Wichelns，2003；Hillel and Vlek，2005；Ibrakhimov et al.，2011)。
有效的农场一级水管理对于最大限度地减少区域排水行动的规模和成本至关重要。正如E.W. Hilgard所建议的那样，灌溉用水必须节约使用，特别是在干旱和半干旱地区，因为每单位灌溉用水都会增加盐分，从而导致地表河流和地下水的含盐量增加。灌溉计划的规划者往往没有充分考虑到过度灌溉对下游的影响。他们假设一个农场的地表径流或深层渗漏对其他农民有利。然而，水质不可避免地随着之后的用水顺序而下降(Burkhalter and Gates，2005；Duncan et al.，2008；Martín-Queller et al.，2010)。灌溉和排水计划必须考虑到水质影响，农民必须积极有效地灌溉，尽量减少淋洗分数(Ayars and Hanson，2014)。
地表径流和深层渗漏通常比农田灌溉水含盐量更高。地表径流从土壤表面和在润湿干燥交替中表现出大量开裂的土壤缝隙中获得盐分(Rhoades et al.，1997；Shouse et al.，1997；Crescimanno and Garofalo，2006；Wallender et al.，2006)。离开农场的地表径流的盐度可能大大高于初始灌溉水的盐度。深层渗漏可以溶解穿过土壤剖面的天然盐类，从而为地下水增加盐分(Lin and Garcia，2012)。在过度灌溉对排入河流的蓄水层进行补给的地区，这些河流的盐度会随着灌溉计划向下游大幅增加(van Schilfgaarde，1994；Thayalakumaran et al.，2007；Price and Gates，2008；Lin and Garcia，2012)。
1.2 可持续的祝福还是永久的诅咒？
在E.W. Hilgard之后100多年，van Schilfgaarde(1994)提出了灌溉是福还是祸的问题。他提醒我们，干旱地区的灌溉不可避免地会降低下游的水质，因为溶解的盐进入灌溉回流，从而增加了其他农民和社区取水的水道盐度。van Schilfgaarde总结说，灌溉也许是一件喜忧参半的事情。灌溉至关重要，需要额外的灌溉投资来为不断扩大的全球人口生产粮食和纤维。然而，我们必须利用现有的科学和技术，以敏锐的管理意识进行灌溉，并最大限度地减少第三方的影响(van Schilfgaarde，1994)。
Oster(1994)在《农业水管理》的同一期上写道，他回顾了有关劣质水灌溉的知识状况。鉴于灌溉不可避免地会降低水质，干旱地区的农民最终将需要适应较低质量的水用于灌溉。Oster描述了标准灌溉实践的三个基本变化：
1.选择适当的耐盐作物；
2.改善水管理，在某些情况下通过使用先进的灌溉方法；
3.保持土壤物理特性，以确保土壤的可耕性和足够的渗透性，满足作物水分和淋洗要求。
每种做法都可以由个体农民实施，因为它们与农场一级的土壤、作物和水管理有关。可持续性要求农民只使用将土壤盐分维持在可接受范围内所需的最低淋洗分数。E.W. Hilgard节约用水的理念必须被广泛接受，尤其是在农民用低质量的水灌溉的地方。在这种条件下过度灌溉与实现可持续性的行动是不相容的。
广泛采用最低的淋洗分数将最大限度地降低区域排水系统排除含盐排水并保持足够的浅层地下水位深度的成本。较低的成本将增加农民和土地所有者共同投资区域排水设施的可能性，这些设施产生的效益分散且延迟。每个农民参与的成本比预期的收益更清楚、更容易计算。因此，许多农民不愿意投资于区域排水解决方案，尽管长期净效益是积极的。
1.3 市场缺失和制度缺陷
鉴于盐渍化和排水问题由来已久，我们有理由问，为什么这些问题没有得到解决，以防止农业用地的进一步退化，以及随之而来的对生产力和生计的负面影响。市场缺失和制度缺陷是部分原因，因为人们固有的偏好是短期净收入增长，以换取农业生产率的长期下降。许多农民及其代表可能会选择在本年度实现净收入最大化，同时推迟对盐度和排水管理的昂贵但必要的投资。盐度和排水问题变得越棘手，这种必要投资的延迟就越长。
也许最相关的市场缺失是后代无法表达他们对保持土壤质量和农业生产力的渴望。如果今天有这几代人，他们可能愿意补偿农民对盐分管理和排水系统的投资，这将为后代提供更可用和更有价值的农田。由于缺乏这种代际交换，目前的农民无法从所需的投资中获得回报，因此无法进行投资。
体制缺陷主要表现在公共灌溉和排水系统方面。在许多国家，农业部和灌溉部支持公共投资，为干旱地区的农民提供灌溉用水，同时将盐分管理和排水方面的必要投资留给另一个机构或以后。大规模灌溉计划产生的效益易于描述，并得到一般公众的普遍赞赏。这种好处也是上镜的。许多新闻报道和公众行动使沙漠开花的照片文章都成功地将灌溉扩大到无法单靠降雨来支持作物生产的干旱地区。投资地下排水系统的理由更难向非农业公众描述，排水系统组件的照片也不是立即令人信服的。
2 典型案例剖析
2.1 尼罗河三角洲
尼罗河三角洲的灌溉输送包含淡水和含盐排水的混合物，因为政府和个体农民都使用排水来扩大可用的灌溉水供应。自1928年以来，政府一直在实施官方的排水再利用，当时建造了许多泵站中的第一个，将排水从排水管中抽出，并将其放入输水渠道(Abdel Ghaffar and Shaban，2014)。个体农民非官方抽水和使用排水在埃及是非法的，但这项禁令在很大程度上没有得到执行，因为政府意识到许多农民依赖排水来灌溉庄稼(Barnes，2012)。农民普遍意识到用含盐排水进行持续灌溉的近期和长期影响，但他们将作物收入的短期收益置于因土壤中盐分积累而造成的长期损失之上。
尼罗河三角洲的灌溉和排水计划反映了在干旱、生产性、灌溉地区维持盐分平衡的困难。尼罗河三角洲需要地下排水沟，以保持足够的地下水位深度，并清除根区的咸水。理想情况下，收集的排水将被排放到适当的水槽中。然而，在一个对有限水资源的需求日益增加的地区，排水被政府和个体农民视为可用的灌溉水源。政府试图根据工程和农艺标准，通过管理一系列大型泵站的排水抽水和混合，优化尼罗河三角洲的排水回用 (AbdelDayem et al.，2007)。然而，数以千计的个体农民对排水的非官方使用使得该地区管理盐分平衡的总体努力变得复杂。
2.2 中亚
中亚长期以来出现的盐度和排水问题是众所周知和广泛研究的。该地区灌溉的广泛发展主要依靠阿姆河和锡尔河的水，其实施方式注重棉花和粮食生产的近期收益，而对土地和水资源的可持续性关注不够。农民过度灌溉，没有认真管理水资源的动力，灌溉区下游的排水与淡水混合，导致了大面积的盐渍和涝渍土壤(Qadir et al.，2009)。许多年来，农民主要是根据遥远地方的灌溉工程师制定的用水标准进行灌溉，而不是试图将灌溉与作物需水量相匹配。
除了损害目前的生产力之外，如果气候变化导致年降雨量减少和季节气温升高，中亚地区广泛的土壤盐分和积水可能会在未来造成更多的危害。特别是，年降雨量的减少将使实现盐分充分淋洗的努力复杂化，而更高的温度将对已经受到土壤盐分影响的地区造成额外胁迫(Sommer et al.，2013)。因此，似乎迫切需要尽快改进农艺措施，目标是在气候变化之前改良盐渍和涝渍土地。此外，在中亚生产棉花时，农民可能会考虑覆盖交替垄沟，因为覆盖似乎会提高土壤水分条件，减缓灌溉田土壤盐分的增加速度(Bezborodov et al.，2010)。
2.3 约旦河谷
近年来，约旦河谷土壤盐分的分布范围有所扩大，部分原因是越来越多地使用低质量的水进行灌溉。低质量水的一个来源是未经处理的废水流入King Talal水坝后面的水库，该水库为该地区提供灌溉用水(Al-Zu’bi，2007)。Ammari等(2013)报告称，约旦河谷63%的土壤为盐渍土，其中46%为中度至重度盐渍土。作者建议，除了增加混合灌溉回流和中度含盐废水的使用之外，许多农民已经转向滴灌，他们没有应用足够的水来通过土壤剖面淋洗盐分。
Carr等(2011年)报告称，约旦河谷农场一级选择漫灌还是滴灌，部分取决于水的可利用性，农场一级的淋洗策略受到缺水的制约。许多农民意识到用再生废水灌溉可能会对盐度产生影响，但鉴于该地区淡水供应不足，废水利用是必不可少的(Carr et al.，2010)。肥料的过度使用也导致约旦河谷土壤盐分增加(Ammari et al.，2013)。因此，农艺措施是该地区土壤质量退化的部分原因，对生产力和可持续性有负面影响。
2.4 加利福尼亚州圣华金河谷
在加州的圣华金河谷，盐度和排水问题变得相当具有挑战性，部分原因是规划者没有及时解决区域性排水系统的必要需求，尽管E.W. Hilgard教授在19世纪晚期提出了有先见之明的警告。20世纪80年代初，开始修建一条区域排水沟，将河谷西侧农场的地下排水输送到圣华金河，并最终输送到海洋。然而，排水没有及时完成，它携带的排水被排放到凯斯特森国家野生动物保护区的一组蓄水池中。正是在那里，农业排水中的高浓度硒对水生野生动物造成了伤害，导致完成区域排水的计划永久终止(Ohlendorf et al.，1987；Letey，2000；Letey et al.，2002；Lemly，2004)。
硒天然存在于圣华金河谷西侧的土壤中。它通过灌溉被移动，并随着灌溉水渗透通过土壤剖面而进入地下排水沟(Lemly，2004)。凯斯特森国家野生动物保护区由硒引起的水质问题激发了灌溉和排水管理的新研究(Kausch and Pallud，2013；Chang and Silva，2014)。圣华金河谷的许多农民基本上失去了从农场排放盐的机会。灌溉农业的可持续性需要在管理单个农场或灌溉或排水区内的盐分的同时实现。许多农民需要开始将含盐的排水纳入他们的灌溉制度。
Maas和Hoffman(1977)以及Ayers和Westcot(1985)提供了一些用咸水灌溉的早期指南。在早期工作的基础上，美国盐土实验室的Rhoades和其他人对用盐水灌溉的农场级策略进行了广泛的研究。他们证明了在高质量的水中连续使用盐水的可行性，这使得农民能够利用一定量的咸水而不降低作物产量(Rhoades，1984，1989；Rhoades et al.，1989，1992；Oster and Grattan，2002)。顺序再利用还减少了需要排放到蒸发池的排水量，从而降低了利用蒸发池进行排水处理的成本和环境风险(Tanji et al.，2002；Posnikoff and Knapp，2006；Schwabe et al.，2006)。
近年来，一些研究人员已经证明了考虑土壤中盐分运移动力学的重要性，他们使用的是瞬态模型，而不是盐度影响的稳态模型。他们的工作表明，在某些地区，成功的作物生产可能会持续下去，这些地区的淋洗分数比前些年建议的要小(Corwin et al.，2007；Letey and Feng，2007；Letey et al.，2011)。较小的淋洗需水量可能使农民能够使用较小量的淡水维持作物生产，同时也产生较小量的地下排水。然而，尚不清楚是否可以在圣华金河谷的所有地区持续灌溉，特别是在限制排放咸水以保护下游水质的地区(Schoups et al.，2005)。
利用排水进行灌溉并不是应对农业盐分管理挑战的长久之计(Grattan et al.，2014)。如果缺少有效的淋洗和随后的清除，盐分将继续在土壤中积累。在无法以环境可接受的方式去除盐分的地区，可能有必要停止在一些农业用地上的生产。近年来，加州圣华金河谷已有超过80，000公顷的灌溉土地退出农业生产，部分原因是为了减少到达圣华金河和其他水道的硒负荷(Wallender et al.，2002；Wichelns and Cone，2002)，并抵消平均每公顷水分配的下降，因为流域的地表水输送已被重新分配给竞争用途。
如果农民从一开始就节约使用灌溉用水，如果在该地区最早的灌溉开发设计中纳入了盐分管理，圣华金河谷的盐分和排水问题可能会更容易解决，成本也会更低。E.W. Hilgard教授提出的关于干旱地区灌溉和排水的自然法不可能被加州放弃的建议被证明是准确的(E.W. Hilgard，1886)。盐分最终在圣华金河谷的土壤中积累，区域性排水解决方案变得至关重要。由于农业排水中的硒引起了意想不到的问题，加州的排水情况比许多类似地区更具挑战性。然而，从一开始，收集和去除盐分的区域性排水解决方案的需求是可以预测的。
3在积极的STEPP框架下前行
涝渍和盐渍化的广泛和持续发生表明，与灌溉和排水相关的原因和并发症是根本性的，它们适用于全球，跨越广泛的地理和文化条件。在大多数地区，涝渍和盐渍化的两个主要潜在原因是灌溉水管理不当和适当排水系统建设的延误。世界各地的原因和影响是相似的，空间和时间维度也是如此。此外，潜在的解决方案受到相似的物理、经济和社会因素的限制。
消除盐渍化和涝渍对实现可持续农业的紧迫威胁，所需的行动和投资可概括为包括五个项目：支持性机构、培训、经济分析、政策和私营部门的参与(STEPP)。我们依次讨论这些活动。
1.干旱国家的公共领域需要支持性机构和加强机构合作，因为这些国家的农民依赖灌溉和排水方面的公共投资。对适当的盐分管理和排水的投资必须与在干旱地区扩大灌溉的投资同时进行，并有同样的承诺程度(Abdel-Dayem et al.，2007)。随着时间的推移，负责灌溉和排水的联合机构或部委必须发展大量能力，以了解含盐浅层地下水位的成因和管理，以及有时与提供充足排水的努力相关的负面外部影响(Ali et al.，2013；Oster and Wichelns，2014)。单靠农民行动来解决农场一级的盐度和排水问题将缺少足够的激励、能力或资金来实施必然的区域的、长期的解决方案。
2.培训和能力建设对公共和私营部门都至关重要。农业部工作人员需要了解新的瞬态模型，该模型可以增强关于盐分对作物产量影响的理解，并提供关于明智灌溉和排水管理的更深刻见解(Oster et al.，2012；Visconti et al.，2014)。这种模型使工程师能够基于对盐分淋洗需水量的改进估计来设计更有效的排水系统。规划者还将受益于基于植物的盐质和钠质土壤改良方法的知识，也称为植物修复(Qadir and Oster，2004；Qadir et al.，2007；Panta et al.，2014)。这些措施增加了利用排水的选择，并扩大了盐渍化土壤的用途。遥感、地理信息系统和卫星图像方面的知识也可以扩大监测和评估灌溉、盐渍化和涝渍地区的机构能力(Dehni and Lounis，2012；El Bastawesy and Ali，2013；Allbed et al.，2014；El Baroudy and Moghanm，2014；Kaplan et al.，2014；King and Thomas，2014)。
3.对盐度和排水问题的许多经济分析描述了对作物产量和种植模式的观察到的或预期的影响，无论是从物理角度还是从货币角度。这些研究有助于评估在盐度和排水管理方面进行农场级投资的成本和收益(Houk et al.，2006)。需要一个更广阔的视角来评估区域盐管理和排水救济项目的公共投资，并指导有关灌溉用水和排水系统安装的新政策和激励措施的设计(Wichelns，2002；Oster和Wichelns，2003；Schwabe et al.，2006；Khan et al.，2009，2011)。评估盐度和排水问题的近期和长期环境影响以及解决方案也很重要，特别是在实现真正可持续灌溉的背景下(Wichelns and Oster，2006；Connor，2008；Lee et al.，2012)。政府官员和规划者需要更多地了解盐渍化和排水问题的农场外和长期影响以及潜在的解决办法(Datta and de Jong，2002；Bathgate et al.，2009；Roberts and Pannell，2009)。他们还需要估计区域就业可能减少的情况、盐分和浅层地下水对基础设施(如建筑、道路和铁路)的影响，以及土地退化的农场的潜在财产价值损失(Qadir et al.，2014)。这种分析需要在盆地或流域范围内进行，分析应包括对市场和非市场影响的评估。
4.需要反映良好的社会和自然科学的公共政策，以建立一个框架，使私营和公共部门都可以最有效地为解决盐度和排水问题做出贡献(Quinn，2009，2011，2014；Lee et al.，2012；Scott et al.，2014)。公共机构必须了解其管辖范围，及其能够为致力于实现可持续农业的农民和社区提供的机会。鉴于盐分和排水问题固有的负面外部性，有正当的理由实施包括公共投资、法规和财政激励在内的综合干预措施，同时考虑农场一级管理盐渍化土壤和农场排水系统的能力。政策制定者将受益于上述类型的经济分析。他们还将通过直接与研究人员、政策分析师和利益相关者讨论政策选择来获得支持(Ritzema et al.，2008)。最佳的公共政策和计划将反映许多个人和组织的深思熟虑的投入，这些个人和组织在确保成功实现可持续灌溉方面有利害关系(Wallis et al.，2013；Ward，2014)。公共领导人可以加快实现可持续灌溉的步伐，将解决盐度和排水问题的投资和干预措施的关键决策置于政治议程的重要位置。
5.私营部门也可以提供很多东西，特别是在开展研究和领导开发新的有希望的技术方面，这些技术有朝一日将降低灌溉农业中管理盐分和排水的成本。特别令人感兴趣的是基因组学、蛋白质组学、生物技术和纳米技术领域的新想法，例如培育耐盐和耐旱作物的尝试(Parry and Hawksford，2010；Chen and Yada，2011；Tuberosa，2012；Ngara and Ndimba，2014；Roy et al.，2014；Seabra et al.，2014；Singh Sekhon，2014)。大部分资金和创新可能来自私营部门，但公共部门将在保护人类健康、维持环境质量和促进新技术向发展中国家推广方面发挥重要作用(Chaudhry and Castle，2011；Anthony and Ferroni，2012；Lidder and Sonnino，2012；Bennett et al.，2013；Beumer and Bhattacharya，2013；Mura et al.，2013；Barrows et al.，2014)。
4 分配盐分处理的责任
除了实施上述措施之外，负责管理自然资源的公共机构可以考虑将盐分的责任分配给农民和其他用水者。这种想法类似于要求消费者在购买可重复使用的容器中的饮料时支付押金。押金激励消费者返还容器，而不是处理它们。押金计划保护环境质量，同时提高资源利用效率。
灌溉水中输送的盐分不容易重复使用，但释放到溪流或地下水中是不可取的。要求农民支付押金或缴纳与灌溉用水中的盐分相关的保证金将激励他们实施农场一级的盐分管理计划。例如，假设一个环境机构在灌溉水的输送中对每吨盐征收10美元的押金或保证金。还假设在一个特定的季节，输送水的平均盐度为0.62 dS/m，因此每毫升水含有约0.40吨盐。因此，每公顷棉花施用6毫升水的农民将被要求支付相当于每公顷24美元的押金或保证金，这与每公顷棉花施用的盐量有关。
该计划的结构可能是这样的，即农民根据他们的盐分管理活动获得押金补偿。例如，如果一个农民在农场收集和使用含盐的排水，他或她可能会获得每吨盐10美元的补偿。或者，如果农民属于灌溉或排水区，经营一个蒸发池，该区可以从农民收集的排水中回收每吨盐分的沉积物。然后，该地区可以使用这些资金和其他资金，以环境可接受的方式支付盐的处置费用。运营和维护蒸发池的年度成本可能很高，包括土地的机会成本和遵守环境法规的成本(Davis et al.，2014)。
如果农民不收集和使用含盐排水，也不参与地区盐分管理计划，环境署将保留存放的资金，用于实施地区盐分管理计划。因此，从经济的角度来看，明智的做法是将存款利率设定为机构盐分管理和处置计划的单位运营成本。
一些地区的环境机构已经实施了与自然资源和环境有关的履约保证金计划。根据美国怀俄明州1977年的《露天采矿控制和复垦法案》(KrzyszowskaWaitkus and Blake，2011)，该州要求煤矿运营商提供足以支付矿山复垦成本的履约保证金。宾夕法尼亚州要求页岩气井的运营商签署保证书，以确保废弃井场的复垦(Mitchell and Casman,，2011)。根据《矿产租赁法》(Andersen et al.，2009)的规定，美国土地管理局也有权要求采矿公司提交履约保证金。履约保证金激励企业以最低成本实现环境合规，但在某些应用中并不能完全免除责任规则的必要性(Gerard，2000；Mooney and Gerard，2003；Gerard and Wilson，2009)。
5 结论和展望
早期的作者很好地预测了干旱和半干旱地区不可避免的盐分和排水问题。他们还以引人注目的洞察力描述了预防盐度问题和实施有效的区域排水解决方案所涉及的挑战。今天，许多干旱和半干旱地区持续存在的问题长期以来一直提醒人们，安装和维护大规模排水系统以收集和清除农业地区的咸水十分困难。它们还提醒我们实现可持续灌溉的高成本，正如E.W. Hilgard很久以前所建议的那样，正如Jan van Schilfgaarde、Jim Oster和许多其他人最近所建议的那样。
展望必须实现可持续灌溉的未来，作为以环境可接受的方式加强农业的全球行动的一部分，我们建议开展五项必要的活动，以改善干旱和半干旱地区土壤盐分和浅层地下水的管理。我们用首字母缩略词“STEPP”来描述这些问题，它代表支持机构、各部委的培训和能力建设、增强的经济分析、适当的公共政策和私营部门的参与。在许多情况下，同时实施所有五项活动将是一项挑战。然而，每项活动都有可能在不久的将来实施，例如尽可能改革一些机构，改进选定的培训和能力建设方案，以及提供激励措施，刺激私营部门在盐度和排水管理方面的投资。
在可预见的未来，盐渍化和内涝将继续影响干旱和半干旱地区的农业。然而，我们可以通过设计和实施有效的区域解决方案，开始降低盐分和涝渍损害生产力和降低作物产量的程度。我们还必须向农民提供适当的经济激励，以减少过度灌溉，并在其灌溉战略中管理盐分和浅层地下水。管理盐分和涝渍的技术很容易获得。也许目前唯一缺少的投入是设计和实施有效解决方案的财政承诺和政治意愿。
参考文献略
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