《Agricultural Water Management》：Estimating soil salinity stock in cropland by remote sensing to save agricultural desalination irrigation quotas
编辑推荐：
摘要专业翻译
本研究创新性地提出了土壤盐分储量（soil salinity stock）的概念，严格定义为特定土壤深度区间（本研究为棉田0?1 m）内所保留的盐分总质量。首先，总盐含量等浓度指标易受土壤水分波动影响，而盐分储量由干物质质量和标准深度决定，可避免
摘要专业翻译
本研究创新性地提出了土壤盐分储量（soil salinity stock）的概念，严格定义为特定土壤深度区间（本研究为棉田0?1 m）内所保留的盐分总质量。首先，总盐含量等浓度指标易受土壤水分波动影响，而盐分储量由干物质质量和标准深度决定，可避免瞬时土壤水分波动造成的干扰，在时间序列上表现出更强的稳定性和可加性，从而能够精确计算"盐分源-汇"关系。其次，该方法厘清了土壤压实与盐分积累之间的混淆交互作用——通过明确考虑长期覆膜和机械耕作（如深耕）引起的容重变化，研究人员能够区分"真实的盐分积累"与体积收缩导致的"表观浓度增加"。此外，与"土壤总盐分含量"和"根区盐分负荷"不同，这一定义从根本上将分析焦点从简单的浓度指标转向综合储量评估，从而更直接地支撑农田管理。作为区域尺度分区管理的强有力指标，"盐分储量"使政策制定者和农民能够以前所未有的清晰度衡量脱盐效率（例如每立方米排水所去除的盐分量）。核心研究目标是利用遥感技术估算棉田0?1 m土壤盐分密度（SSD，soil salinity density）的空间分布，并在此基础上计算科学合理的理论灌溉定额，从而应对干旱和半干旱地区农业水资源优化配置与盐渍化土壤长期管理所面临的技术挑战。具体研究目标如下：（1）识别并明确棉田SSD的主导环境预测因子；（2）揭示阿拉尔垦区0?1 m SSD的空间分布格局；（3）基于区域盐分储量制定针对性的灌溉改良与调控策略。
论文解读文章
一、研究背景与科学问题
盐分是地球表面的常见组成成分，但土壤中盐分过度积累会导致盐渍化，对作物生长发育造成不利影响。土壤盐分过度积累会扰乱植物水分吸收机制，严重时抑制生长甚至导致植株死亡。已有研究证实，作物产量随土壤盐分含量的增加呈线性下降趋势，且盐分胁迫对作物生产力的负面影响比水分胁迫更为显著。据统计，全球每年因土壤盐渍化造成的农业直接经济损失高达273亿美元，若考虑土壤质量退化、水污染和土地弃耕等连锁生态效应，实际经济损失更为巨大。
近年来，持续的气候变暖以每年0.013℃的速度推动地表温度上升，显著加剧了表土干燥趋势，不仅驱动旱地扩张和水资源胁迫加剧，还同时引发盐渍化土壤面积的持续增加。在气候变暖-干旱化和人口刚性增长的双重压力下，耕地无序扩张进一步加剧了区域水土资源供需矛盾，干旱和半干旱地区受影响最为严重。
灌溉是农业生产中调控根区土壤盐分、保障作物稳产的核心农艺措施。目前，干旱和半干旱地区普遍采用冬灌或春灌进行盐分淋洗以抑制土壤盐分积累。然而，由于缺乏精细的土壤剖面盐分含量数据，经验性和均一化的灌溉定额被广泛采用，其耗水量超过农业总用水量的50%。这种粗放模式不仅加剧了本已脆弱的水资源短缺状况，还容易破坏土壤剖面的固有水盐动态平衡，使系统陷入"灌溉淋洗-水资源亏缺-盐分再积累"的恶性循环。在气候变化和耕地无序扩张的双重压力下，传统粗放均一的农田水分管理模式已无法满足精准土壤改良和高效水资源利用的实际需求，亟需向精细化、定量化管理框架转变。
当前土壤盐分研究主要聚焦于表层土壤盐分的时空分布格局，而对土壤剖面内盐分垂直动态的研究相对有限。事实上，决定淋洗效率和作物胁迫程度的固有变量是整个活性根区土壤内的盐分储量，而非某一深度的土壤盐分密度（SSD，soil salinity density），这使得盐分储量成为农田水肥管理的关键因素。以棉花为例，其根系空间分布呈现明显的物候规律——开花前根系主要集中于0?30 cm浅层土壤；铃期主根延伸至40?60 cm；吐絮后核心活性根区位于70?100 cm深度。因此，棉花在整个生长周期中会遭受来自不同土壤深度的盐分胁迫。仅凭表层或单层盐分数据无法真实反映作物承受的整体盐分胁迫负荷。已有研究表明，0?60 cm深度范围是棉田水盐运移和积累的活跃区域，而1 m以下深层水盐条件相对稳定。因此，精确量化0?1 m土壤深度（即棉花主要根区）的盐分总量，是实现棉田精准水盐调控不可或缺的数据基础，具有重要的实践意义。
二、研究目的与意义
本研究创新性地提出土壤盐分储量概念，其核心研究目标包括：（1）识别并明确棉田SSD的主导环境预测因子；（2）揭示阿拉尔垦区0?1 m SSD的空间分布格局；（3）基于区域盐分储量制定针对性的灌溉改良与调控策略。这一研究框架为干旱和半干旱地区农业水资源优化配置与盐渍化土壤长期管理提供了新的理论工具和数据支撑。
三、关键技术与方法
研究人员以中国新疆阿拉尔垦区为研究区，总面积约3900 km2。该区域年降水量仅60 mm，潜在蒸发量达1800 mm，蒸降比高达30:1，干旱特征极为显著。研究人员于2019年10月21日至11月15日期间，在阿拉尔垦区共布设197个土壤剖面采样点，采样仅限于棉田边界范围内，各采样点间距至少2 km，采用分层随机抽样方法，覆盖了该区域农田的主要空间范围。使用土壤采样钻（Rhino S1，美国）采集深度为1 m的原状土柱，采用Trimble Juno SC手持GPS精确记录各采样点地理坐标。土壤可溶性盐分含量（SSC，soil soluble salinity content）采用重量法测定，土水比为1:5，每个采样点保留两份平行样品（即每点三次测定），共记录591个读数，以平均值作为各采样点的实测值。0?1 m深度土壤容重（SBD，soil bulk density）数据取自SoilGrids全球土壤数据集，并采用Hengl等（2017）建立的转换公式进行校正。基于实测SSC、校正后的SBD和土壤采样厚度，定量计算0?1 m SSD。此外，研究人员采用遥感技术估算棉田0?1 m SSD的空间分布，并基于此计算科学合理的理论灌溉定额。
四、研究结果
4.1 棉田SSD主导环境预测因子的识别
研究人员通过分析多种环境变量与SSD之间的关系，识别出种植年限、人类活动影响指数和土壤砂粒含量是预测棉田SSD的关键预测因子。这些因子综合反映了自然本底条件和人为管理活动对土壤盐分积累的共同影响。
4.2 阿拉尔垦区0?1 m SSD空间分布格局
研究结果表明，阿拉尔垦区棉田0?1 m土壤盐分密度范围为1.12至10.41 kg m?2，区域土壤盐分储量达到6.16?6.27太克（teragram）。这一空间分布格局揭示了盐分在区域内的不均匀分布特征，为分区精准管理提供了数据基础。
4.3 基于盐分储量的灌溉定额优化
基于盐分储量计算的灌溉定额，相比传统均一化定额，可减少洗盐用水量11.34?13.61%。这一结果表明，基于盐分储量的精准灌溉管理能够在有效淋洗土壤盐分的同时显著节约水资源，为干旱区农业水资源高效利用提供了可行路径。
五、讨论与结论
本研究提出的土壤盐分储量概念，将分析焦点从简单的浓度指标转向综合储量评估，能够更直接地支撑农田管理决策。与"总土壤盐分含量"和"根区盐分负荷"不同，盐分储量作为区域尺度分区管理的强有力指标，使政策制定者和农民能够清晰衡量脱盐效率（例如每立方米排水所去除的盐分量）。该方法通过明确考虑长期覆膜和机械耕作引起的容重变化，有效区分了"真实盐分积累"与体积收缩导致的"表观浓度增加"，厘清了土壤压实与盐分积累之间的混淆交互作用。此外，盐分储量由干物质质量和标准深度决定，避免了瞬时土壤水分波动造成的干扰，在时间序列上表现出更强的稳定性和可加性，从而能够精确计算"盐分源-汇"关系。
研究结论表明，基于遥感技术估算的0?1 m SSD空间分布，结合区域盐分储量计算科学合理的理论灌溉定额，能够有效应对干旱和半干旱地区农业水资源优化配置与盐渍化土壤长期管理所面临的技术挑战。基于盐分储量的灌溉定额优化策略可在保障作物产量和土壤健康的同时显著节约农业用水，为干旱区农田水盐精准调控和农业可持续发展提供了重要的理论依据和实践指导。
