生物垂直井-地下沟系统改良碱斑的机理与农业应用：基于西辽河平原的4年实证研究

针对干旱深水位区碱斑导致土地生产力低下问题，研究人员设计生物垂直井-地下沟系统（B-S系统），通过4年田间试验证实其可提升排水速度1.09倍、降低耕层盐碱度59.9%（0-30 cm），玉米增产78.1%，为盐碱地可持续治理提供创新方案。

　　

研究背景
在干旱半干旱地区，土壤盐碱化如同给大地套上"干时盔甲不透水，湿时陶罐不漏汤"的枷锁，其中碱斑（alkali spots）更是农业生产的顽疾。西辽河平原作为中国最典型的苏打盐碱区，40%土地被pH值高达8.5-10、渗透性近乎为零的碱斑覆盖，导致玉米倒伏率最高达75%。传统方法如挖土换土成本高昂，而常规竖井排水在深水位区（>6 m）效果有限。如何破解碱斑"不透水层"的魔咒，成为提升土地生产力的关键难题。

研究设计与方法
中国某研究团队在《Agricultural Water Management》发表研究，创新性提出生物垂直井-地下沟系统（B-S系统）：将1.2 m深垂直生物井（填充玉米秸秆）与30 cm宽、5‰坡降地下沟结合，形成"横向集水-纵向渗透"复合排水网络。通过4年田间对照试验（B-S vs CK），监测水盐动态（ESP、总盐量）、玉米生长指标及产量变化，采用SURFER 14.0进行空间可视化分析。

主要发现

1. 降水与积水深度
   B-S系统使积水持续时间缩短2/3，排水速度提升至8.82 mm/d（CK的2.09倍），有效控制半径达5-10 m。2024年数据显示，碱斑积水深度降低54.2%，4日内完全下渗。

2. 土壤盐分分布
   盐分呈"井-沟双中心对称"分布：

• 平行沟方向：3年后耕层（0-30 cm）盐分降至3.6 g/kg（降幅59.9%）
• 垂直沟方向：距沟15 m处盐分降幅达60.6%，形成明显脱盐带

1. 土壤碱化度(ESP)调控
   秸秆填充显著改善渗透性：

• 0-30 cm层ESP从58.2%降至12%（降幅78.8%）
• 40 cm处"碱化层"ESP年降幅超18.4%，打破原有"棱柱状结构"

1. 玉米产量指标
   B-S系统创造"水-盐-根"协调环境：

• 出苗率提升19.9%（2024年达92.8%）
• 保苗率增长84.5%，百粒重增加26 g
• 产量三年递增25.7%，2024年达9064.6 kg/ha

机制创新
研究首次提出"四区动态调控"模型：

• A区（侧渗区）：生物井穿透碱化层，渗透率提升至12 cm/d
• B区（过渡区）：秸秆孔隙促进盐分淋洗
• C区（滞水区）：传统碱斑积水区，改良后消失
• D区（汇流区）：与地下水连通，实现9 cm/年水位回升

应用价值
该技术每公顷投入27975元，4年内使玉米产值增长356%，同时解决秸秆资源化难题。相比传统暗管排水，更适应深水位干旱区，为全球1/5受盐碱威胁的灌溉农田提供新思路。未来需优化井-沟参数匹配，建立长期生态效应评估体系。

结论
B-S系统通过生物物理协同作用破解碱斑"不透水层"，实现排水-脱盐-增产三重效益，其"以废治碱"（秸秆回填）理念契合循环农业需求。该研究为干旱区盐碱地改良提供了可复制的技术范式，对保障粮食安全与生态安全具有双重意义。