60年來我國熱帶土壤學科的發(fā)展歷程及研究展望

王大鵬+羅微+王文斌+羅雪華+張永發(fā)+林釗沐+吳小平

摘 要 對文獻資料及相關歷史資料進行總結，簡要綜述60年來我國熱帶土壤學科在熱帶土壤發(fā)生與分類、熱帶土壤肥力區(qū)劃與管理、熱帶作物營養(yǎng)診斷及熱帶土壤信息化管理等方面的研究工作，并對學科今后的發(fā)展方向進行展望。

關鍵詞 熱帶 ；土壤學科 ；土壤資源 ；開發(fā)與利用

分類號 S15

Development Course of Tropical Soil Disciplinein the Past 60 Years

and Research Prospects

WANG Dapeng LUO Wei WANG Wenbin

LUO Xuehua ZHANG Yongfa LIN Zhaomu WU Xiaoping

（Rubber Research Institute， CATAS， Danzhou， Hainan 571737， China）

Abstract This paper summarized the literatures and historical information. On that basis， it briefly reviewed the studies on soil genesis and classification， soil fertility regionalization and management， crop nutrition diagnosis， soil information management of tropic soil discipline in the past 60 years of China and proposed the future research direction in this field.

Keywords tropic soil discipline ； soil resource ； exploitation and application

我國熱帶地區(qū)（熱區(qū)）位于熱帶北緣，主要包括海南省全部、廣東的雷州半島、云南及臺灣的南部地區(qū)。由于熱區(qū)的氣候條件獨特，水熱資源豐富，擁有極其寶貴的熱帶農業(yè)資源。自20世紀50年代，我國開展了以墾殖橡膠為代表的開發(fā)熱區(qū)土壤資源和農業(yè)資源的浩大工程，并取得了巨大的成功。其中，“橡膠樹在北緯18～24度大面積種植技術”在1982年榮獲國家發(fā)明一等獎[1-3]。在我國熱區(qū)農業(yè)大開發(fā)的歷程中，土壤科學在熱區(qū)農業(yè)生產中發(fā)揮了舉足輕重的作用。如對我國熱帶土壤進行了系統(tǒng)的分類并探究了演化機制，對熱區(qū)土壤肥力特性進行了區(qū)劃并因地制宜的制定了施肥措施，率先提出了國際上先進的“三保一護”膠園土壤管理和培肥技術，開展了熱帶多種作物的營養(yǎng)診斷研究，彌補了我國熱區(qū)作物養(yǎng)分管理的空白，開展熱帶土壤信息化管理等工作。本文簡要的綜述了近60年來我國熱區(qū)土壤開發(fā)、利用和管理的研究成果和進展，并對下一步工作進行了展望。

1 熱帶土壤學科的發(fā)展歷程及研究成果

1.1 熱帶土壤的發(fā)生分類與系統(tǒng)分類研究

我國熱區(qū)多數屬于丘陵地帶，且土壤較為貧瘠，明確熱區(qū)土壤的發(fā)生機制及土壤類型對于發(fā)展熱帶經濟作物具有極其重要的意義。因此，以墾殖橡膠為代表的熱作事業(yè)從開始就十分注重熱區(qū)土壤形成過程和土壤分類的系統(tǒng)研究，并開展了相當規(guī)模的土壤普查和相關研究工作。

熱帶地區(qū)的土壤，具有充沛的水熱條件和巨大的生產潛能。在這種特殊的濕熱氣候及特殊環(huán)境因素的作用下，熱帶土壤具有獨特的發(fā)生過程與土壤類型。早在20世紀30年代，我國已經開始了對熱帶土壤發(fā)生性質的研究。在50年代，進行了更加深入的研究[4-6]。在80至90年代，研究得到很大程度的完善[7-11]。這些研究的結果表明，我國熱帶土壤同樣具有土層深厚、風化強烈、脫硅富鋁化作用明顯等特征。趙其國[7-8]對熱帶地區(qū)土壤的發(fā)生及分類問題進行了綜述。研究認為，在熱帶土壤的發(fā)生中，各種成土因素發(fā)揮了不同的作用。如熱帶地區(qū)高溫潮濕與干濕交替的氣候條件是決定土壤發(fā)生與形成的重要因素；熱帶土壤可發(fā)育在各種不同母質上，但不同母質對其發(fā)生影響很大；熱帶土壤的主要形成過程是富鋁化作用（脫硅富鋁化作用）。1981年，趙其國等[8，10]較全面的總結和提出了我國熱帶亞熱帶土壤發(fā)生分類系統(tǒng)，將熱區(qū)土壤劃分為磚紅壤、赤紅壤、紅壤、黃壤、燥紅土、紫色土、石灰土和水稻土8個土類，下設35個亞類。海南島作為我國最為典型的熱帶地區(qū)，多年來研究者也對其進行了較為全面的土壤發(fā)生分類研究，參照我國80年代中期制定的土壤分類系統(tǒng)，將海南島的土壤劃分為7個土綱共20個土類或10個土綱34土類[12-15]。這些工作基本明確了海南島土壤類型，促進了熱區(qū)土壤發(fā)生分類的研究。

20世紀70年代，美國提出了以診斷層和診斷特性為基礎、定量化為特點的土壤系統(tǒng)分類，在全球掀起了土壤分類研究的重大變革。我國于80年代中期開展了“中國土壤系統(tǒng)分類”的研究，建立了定量化的《中國土壤系統(tǒng)分類》，成為中國歷史上最為先進的土壤分類系統(tǒng)。當前，我國土壤發(fā)生分類和系統(tǒng)分類并存，而土壤發(fā)生分類在我國已有半個世紀的歷史，因此我國土壤系統(tǒng)分類與發(fā)生分類的參比對發(fā)展我國土壤科學具有重要現(xiàn)實意義和積極推動作用[16]。陳志誠等[17]首次對海南島土壤發(fā)生分類與系統(tǒng)分類進行了參比。該研究利用海南島237個土壤剖面參照中國土壤系統(tǒng)分類體系，闡述了海南島土壤發(fā)生分類體系的28個亞類級土壤類型在中國土壤系統(tǒng)分類中的歸屬，初步提出了按中國土壤系統(tǒng)分類的該島土壤分類系統(tǒng)建議，并討論了其土壤發(fā)生分類與系統(tǒng)分類之間具體土壤類型的對應關系。龔子同等[18]編著《海南島土系概論》，根據《中國土壤系統(tǒng)分類檢索》（三稿）對海南島土壤進行了土壤系統(tǒng)分類，共劃分了10個土綱、20個亞綱、40個土類和96個亞類，并對海南發(fā)生分類的土壤類型與土壤系統(tǒng)分類進行了參比。該書以診斷層和診斷特性為基礎，全面系統(tǒng)地反映了海南土壤的特點，是迄今為止海南土壤分類最為詳細的研究。endprint

上述研究，加深了人們對熱區(qū)土壤發(fā)生分類和系統(tǒng)分類的認識，而這些認識是開發(fā)熱區(qū)農業(yè)資源和進行熱區(qū)土壤和作物管理的重要基礎。

1.2 熱帶土壤肥力區(qū)劃與土壤管理

我國熱區(qū)土壤比較貧瘠，早在20世紀50年代就開始了土壤普查和肥力調查的相關工作，并在此基礎上開展了熱區(qū)土壤肥力區(qū)劃以指導熱帶作物施肥的一系列工作。而在這些工作中，又以橡膠土壤肥力區(qū)劃工作最為典型和完整。下文以橡膠樹為例，綜述了多年來我國植膠區(qū)土壤肥力區(qū)劃和土壤管理的相關工作。

橡膠是熱區(qū)最為典型的經濟作物。我國橡膠樹自1904年開始引種，1952年在廣東（包括海南）、廣西、福建和云南等地區(qū)進行了全面的勘察，并開始大規(guī)模的墾植橡膠[1-3]。如上文所述，我國熱區(qū)多為丘陵，且土壤貧瘠，尋找宜膠之地是早期發(fā)展橡膠的工作重點，而這些工作必須依賴于大規(guī)模的土壤普查和肥力調查。肖吉珍等和林釗沐等將我國主要植膠區(qū)分為8個土壤類型，并分析了其分布和肥力特點[19-20]。這些工作極大的解決了墾殖橡膠工作中尋找宜膠之地的實際困難，具有非常高的指導和實用意義。何向東等[21]人根據海南膠園土壤肥力特點和橡膠樹施肥效果，將海南植膠區(qū)劃分為4大類：Ⅰ類為缺磷鉀富氮鎂鐵粘質土；Ⅱ類缺磷鎂富鉀硅鋁壤質土；Ⅲ缺磷的肥力偏低土；Ⅳ缺氮磷鉀鎂低肥砂性土。并根據4大肥力分區(qū)分別制定了4個配方的海南橡膠樹專用復合肥，見表1[22-24]。90年代中后期海南農墾開始全面推廣這4種橡膠專用肥，從大規(guī)模推廣后的結果來看其增產效果明顯[25-26]，從而表明了上述工作對指導橡膠種植和生產是非常成功的。

熱帶地區(qū)降雨充沛，水土流失量大。因此，膠園中的土壤管理工作是植膠生產工作中的重要內容，主要包括膠園水土保持和培肥土壤等。20世紀70～90年代以來，膠園土壤管理技術日趨成熟，基本形成了圍繞“三保一護”（保水、保肥、保土和護根）為主要內容的膠園土壤管理技術，如修筑梯田、挖穴壓青施肥和膠園覆蓋作物等[1]。研究表明[1，27-29]，“三保一護”膠園土壤管理技術對改良膠園土壤、減少水土流失、提高有效養(yǎng)分、促進幼樹生長以及開割后膠樹的產膠，都起到很好的綜合效應。然而經過多年的植膠生產，我國植膠區(qū)土壤肥力全面下降已經是不爭的事實[30-35]。海南植膠區(qū)植膠生產近60年后，整個植膠區(qū)土壤養(yǎng)分呈現(xiàn)大面積下降趨勢。主要土壤養(yǎng)分指標（除有效磷外）下降的幅度均在40%以上（表2），說明目前膠園土壤管理和施肥技術存在一定的問題，膠園土壤管理技術亟待改進。

1.3 熱帶作物營養(yǎng)診斷與測土配方施肥研究

熱帶作物多為多年生的經濟作物，其礦質養(yǎng)分的吸收、利用、固定和分配不僅存在很大的季節(jié)變化，且在不同生長年齡也存在相當大的差異。因此，熱帶作物的營養(yǎng)診斷具有不同于其他農作物的特點[36]。自20世紀60年代，中國熱帶農業(yè)科學院就開始了針對橡膠樹的土壤診斷和營養(yǎng)診斷指導施肥的研究。經過幾代人的積累，熱帶作物的營養(yǎng)診斷研究取得了相當大的進展。這些研究成果有力的推動了熱帶土壤學科和植物營養(yǎng)學科的發(fā)展，對于指導熱帶作物施肥具有重要的理論價值和實用意義[36-54]。

尋找具有代表性的診斷部位是作物營養(yǎng)診斷研究的工作重點。國外一般將葉片作為熱帶作物營養(yǎng)診斷的測定部位[54]，我國經過大量研究同樣確認了葉片是我國熱帶作物營養(yǎng)診斷的最佳器官，如橡膠、劍麻、胡椒等[38-39，45-46，50-51]。營養(yǎng)診斷指標是衡量土壤養(yǎng)分和作物養(yǎng)分豐缺程度的標準，制定能準確反映土壤肥力水平和作物正常養(yǎng)分水平的指標是營養(yǎng)診斷研究工作的核心，是指導作物科學施肥的重要參數。確定營養(yǎng)診斷指標的方法，主要通過對不同土壤類型區(qū)的土壤和作物進行大量調查分析，以獲得大量土壤肥力數據和健康植株葉片養(yǎng)分含量的平均值和標準差。將（平均值±標準差）作為土壤養(yǎng)分和作物養(yǎng)分含量的標準值范圍，同時根據養(yǎng)分含量與產量的關系及缺素植株葉片養(yǎng)分含量水平進行調整，從而確定熱區(qū)土壤和作物營養(yǎng)診斷指標[36]。經過多年研究工作的積累，熱帶作物中陸續(xù)的制定了如橡膠[38]、檳榔[47]、咖啡[48]、胡椒[50]等作物的營養(yǎng)診斷指標，并建立了一整套的以營養(yǎng)診斷為核心的施肥理論和技術指標體系，極大的推動了熱區(qū)作物施肥工作的發(fā)展，在實際生產中取得了顯著的經濟效益。

20世紀80年代，我國土肥科技工作者根據全國第2次土壤普查的結果，分土類、分作物開展了主要作物測土配方施肥參數的研究，建立了適合當時生產條件的作物施肥技術體系。2005年，農業(yè)部組織和實施了全國范圍的測土配方施肥行動。與此同時，熱區(qū)也開展了相應的測土配方施肥研究和推廣工作[55-57]。多年來的研究和推廣工作表明，熱區(qū)測土配方施肥技術指標體系不健全仍然是當前實施測土配方施肥工作中的難點[55]。為解決這一問題，熱區(qū)開展了相應的研究工作，如采用“3414”試驗建立儋州地區(qū)水稻的肥料效應模型，并計算最佳施肥量[56]；基于WebGIS開發(fā)農田測土配方施肥管理系統(tǒng)等[57]。這些工作有力的推動了熱區(qū)測土配方施肥工作的發(fā)展，為熱區(qū)養(yǎng)分綜合管理起到了一定的指導作用。

1.4 熱帶土壤信息化管理

SOTER是土壤-地體數字化數據庫（Soil and Terrain Digital Databases）的簡寫。早在20世紀90年代，中國科學院南京土壤研究所就開展了全國范圍的SOTER研究。1996年，中國熱帶農業(yè)科學院聯(lián)合南京土壤所構建了海南省中比例尺的SOTER數據庫及縣級區(qū)域的數據庫[15，58-62]。本文簡要綜述近年來我國熱區(qū)（以海南為例）SOTER數據庫的建立和應用等熱帶土壤信息化管理方面的研究工作。

HaiSOTER（Hainan Soils and Terrain Digital Databases）于1998年獲得UNDP資助，由中國熱帶農業(yè)科學院在海南選取代表性區(qū)域而構建的1∶2.5萬縣級SOTER數據庫和全島1∶20萬的省級數據庫[15，58-62]。這個數據庫的建立進一步完善了SOTER數據庫的建庫理論和方法體系，同時對于海南土地的管理、利用和開發(fā)具有重要意義。1∶20萬HaiSOTER數據庫內容十分豐富，主要包括1∶10萬海南島地區(qū)全套地形圖；1∶20萬海南島土壤圖；1∶50萬海南島地質圖；1∶20萬海南島沿海第四紀地質圖；1∶10萬海南島土地利用現(xiàn)狀圖；TM圖像；1∶20萬海南行政區(qū)圖；土壤普查資料及野外調查資料等[15，53]。1∶2.5萬縣級HaiSOTER數據庫主要選取了儋州、東方、保亭和瓊山等四個縣區(qū)，每區(qū)域面積約22 km×25 km。樣區(qū)包括了海南島的主要地貌，也代表了海南幾種不同氣候，基本涵蓋了海南島的土壤。該數據庫主要包括1∶2.5萬地形圖，1∶2.5萬土壤圖，1∶2.5萬巖性圖等[58-59]。endprint

利用上述建成的HaiSOTER數據庫，海南地區(qū)著重開展了4大方面的應用研究：海南島土壤質量系統(tǒng)評價[63]；熱帶作物適宜性評價[64]；海南島土壤侵蝕危險性評價[65-66]；海南島土壤多樣性分析[67]。如張學雷等[63]基于HaiSOTER數據庫初步建立了海南省4種熱帶作物8個土壤質量評價模型，為海南省土壤數據庫的應用開創(chuàng)了先例；趙玉國等[64]利用HaiSOTER數據庫及自動土地評價模型ALES，對海南島4種主要母巖上發(fā)育的土壤類型、土壤性質及香蕉種植適宜性與母質關系進行了分析。上述的研究工作較為系統(tǒng)的評價了海南省的土壤和土地資源現(xiàn)狀，對海南土壤應用前景、利用適宜性及侵蝕危險性等也提供較為全面的基礎信息和相應的評價模型，并給出一定的評價結果，為熱區(qū)土壤信息化管理提供了重要的研究基礎。

2 展望

熱帶地區(qū)土壤學科在我國熱區(qū)農業(yè)生產中，發(fā)揮了舉足輕重的作用。近年來，隨著熱區(qū)農林業(yè)迅速發(fā)展，且呈現(xiàn)出高度集約經營的發(fā)展模式，而相應的養(yǎng)分基礎研究和高產技術相對滯后。我國熱區(qū)土壤資源管理與利用已經面臨重大生產和科學問題，熱帶土壤學科的研究也呈現(xiàn)新的特點和趨勢。

2.1 研究熱區(qū)土壤質量退化機理，建立熱區(qū)土壤質量評價指標體系

我國熱區(qū)土壤普遍退化，直接威脅著作物高產與可持續(xù)利用[30-35]。世界各國十分重視對土壤質量的研究，著重關注農業(yè)管理措施對土壤質量演化的長期研究工作。因此，研究我國熱區(qū)土壤質量退化現(xiàn)況，建立我國熱區(qū)主要作物土壤質量退化評價體系；長期觀測和研究土壤質量演變過程，闡明我國熱區(qū)土壤質量退化的原因機理；運用計算機和遙感等先進技術，研究其養(yǎng)分的空間分布特征、退化程度及區(qū)域防退技術措施。這將是熱區(qū)土壤學科在未來很長一段時間內的工作重點。

2.2 加強熱區(qū)不同農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分轉化、吸收利用和損失去向的研究勢在必行

對某一生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分吸收、殘留及損失去向的系統(tǒng)研究是近十幾年來國際養(yǎng)分研究的特點。就熱區(qū)不同作物生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分的轉化、遷移、吸收、損失等過程本身及其內在聯(lián)系來說，已經進行了較多的研究[68-71]。但是研究的系統(tǒng)性還遠遠不夠，尤其缺乏在田間實際條件下，同時同地監(jiān)測土壤-肥料養(yǎng)分各個過程動態(tài)和去向的定量數據，對作物-土壤-肥料養(yǎng)分行為的評價尚缺乏完整性。整體而言，當前我國熱區(qū)不同種植體系中養(yǎng)分損失的主要途徑尚不明了，限制了相應阻控措施的研究和應用，這是今后一段時間應大力解決和重點突破的工作。

2.3 重新建立以熱區(qū)土壤肥力區(qū)劃為核心的不同作物區(qū)域推薦施肥技術體系

在作物施肥技術體系中，確定適宜施肥量是提高肥料利用率、降低肥料損失及其環(huán)境壓力的重要途徑。一些研究探索了盡可能避開土壤測試以確定適宜施肥量的方法，如“區(qū)域平均適宜施氮量與田塊微調相結合”的推薦方法[72]。考慮到我國熱區(qū)的實際情況，應將此方法作為熱區(qū)推薦施肥的技術指導，重新建立以熱區(qū)土壤肥力區(qū)劃為核心的不同作物區(qū)域推薦施肥技術體系。這其中包括：①重新開展熱區(qū)土壤肥力調查工作，建立熱區(qū)土壤數據庫，對熱區(qū)不同作物進行土壤肥力區(qū)劃；②選擇代表性區(qū)域進行大田試驗，確定不同作物的區(qū)域推薦施肥量；③基于GIS技術建立區(qū)域土壤養(yǎng)分管理及作物區(qū)域推薦施肥信息技術體系；④設置長期定位試驗，對肥料產量效應與土壤養(yǎng)分進行長期監(jiān)測，每3～5年進行調整。

2.4 熱帶作物專用新型肥料的研發(fā)工作亟待突破

以緩控釋肥為代表的新型肥料具有能同步肥料養(yǎng)分釋放與作物養(yǎng)分需求的功能而備受關注，被認為是未來肥料的重要發(fā)展方向。近年來，我國緩控釋肥產業(yè)高速發(fā)展，已經在多種作物上得到推廣和應用。然而我國熱帶作物專用緩控釋肥等新型肥料的研發(fā)和應用尚處于起步階段，目前僅見在香蕉、甘蔗等數個熱帶作物上應用[73]。我國熱區(qū)為熱帶季風氣候，具有高溫、高濕和強降雨的氣候特征。這種特殊的濕熱氣候及特殊環(huán)境因素是發(fā)展熱帶經濟作物的重要基礎，同時也意味著很高的養(yǎng)分損失風險，緩控釋肥在熱區(qū)具有更加廣闊的應用前景，熱帶作物專用新型肥料的研究工作亟待突破。

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