?綠色生產(chǎn)健康農(nóng)田土壤培育措施若干思考?

?石麗紅 唐海明 程凱凱 肖小平 李超 董春華 李萬明 羅尊長?

摘 要：近年來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中農(nóng)田耕層土壤變淺、庫容量變小，土壤酸化和潛育化加強(qiáng)，耕地質(zhì)量下降、土壤養(yǎng)分利用率低等問題較為突出。針對(duì)上述問題，從土壤障礙因子消減、土壤耕作、現(xiàn)代農(nóng)作制度構(gòu)建以及秸稈等農(nóng)業(yè)資源利用等方面綜述了農(nóng)田土壤培育的研究進(jìn)展，并提出了綠色生產(chǎn)健康農(nóng)田土壤培育的研究方向，如土壤輪耕模式、土壤主要障礙因子綜合調(diào)理、有機(jī)無機(jī)肥高效配施技術(shù)、水肥協(xié)同綜合利用技術(shù)等，為農(nóng)田健康土壤培育和農(nóng)作物綠色生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：綠色生產(chǎn);健康農(nóng)田;土壤培育;研究現(xiàn)狀;展望

中圖分類號(hào)：S158.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-060X（2020）05-0048-03

Some Thoughts on Soil Cultivation Measures for Green Production and Healthy Farmland

SHI Li-hong，TANG Hai-ming，CHENG Kai-kai，XIAO Xiao-ping，LI Chao，DONG Chun-hua，

LI Wan-ming，LUO Zun-chang

（Hunan Soil and Fertilizer Institute， Changsha 410125， PRC）

Abstract： Soil is the foundation of crop production， and soil quality and health are the important guarantee for agricultural sustainable development. In recent years， some problems were obvious in the process of agricultural production， for example， arable soil layer becomes shallower， soil bank capacity decreased， soil acidification and gleization increased， soil quality decreased， and utilization of soil nutrients decreased. In view of the above problems， combined with the peoples increasing requirements for the quality of agricultural products， this paper discusses the research progress of farmland soil cultivation from the aspects of the reduction of soil obstacle factors， soil cultivation， the construction of modern farming system and the utilization of agricultural resources such as straw， and puts forward the research direction of green production and healthy farmland soil cultivation， such as soil rotation mode， comprehensive control of main soil obstacle factors， high-efficiency application of organic and inorganic fertilizers， and coordinated comprehensive utilization of water and fertilizer to? provide theoretical basis for healthy soil cultivation and green production of crops.

Key words： green production; healthy farmland; soil cultivation; research status; expectation

土壤是農(nóng)作物生產(chǎn)的基礎(chǔ)，土壤質(zhì)量健康是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力提高的重要保障，相關(guān)研究也是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性工作。如何保育和提升農(nóng)田耕地質(zhì)量、保障國家糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品有效供給一直是國家“三農(nóng)”工作的重中之重。特別是近年來，國家越發(fā)重視糧食安全和食品安全，加上人民生活質(zhì)量的提高等對(duì)農(nóng)田土壤質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量均提出了更高的要求[1]。因此，加強(qiáng)農(nóng)田土壤質(zhì)量健康與調(diào)控研究，有利于健康土壤培育和水稻等農(nóng)作物綠色生產(chǎn)，不僅對(duì)保障國家糧食安全具有十分重要的意義，而且也是當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展新階段提高農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的迫切需要。

1 我國農(nóng)田土壤存在的主要問題及原因

當(dāng)前，在農(nóng)作物綠色生產(chǎn)和健康土壤培育等方面存在的問題主要為：耕層土壤變淺、庫容量變小，土壤養(yǎng)分不均衡、肥力下降，土壤酸化與板結(jié)、耕地質(zhì)量下降，農(nóng)田潛育化加強(qiáng)、耕性變差，農(nóng)田面源污染加劇等，嚴(yán)重制約了農(nóng)作物的健康發(fā)展[2]，極大影響了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)、區(qū)域農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)。然而導(dǎo)致這些問題的原因主要是：（1）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中采取不合理的土壤耕作措施，如：僅在農(nóng)作物移栽前進(jìn)行簡單的機(jī)械耕作，使得農(nóng)田的“犁底層”位置上移，耕作層變淺;（2）在農(nóng)事操作過程中重化肥輕有機(jī)肥、重大量元素輕微量元素，肥料施用結(jié)構(gòu)不合理;（3）種植制度、水分管理措施與排灌設(shè)備不配套;（4）長期過量施用化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜和未處理的有機(jī)肥，導(dǎo)致農(nóng)田土壤遭遇重金屬、有機(jī)化合物和致病生物的污染;（5）還有一些其他不合理的操作，如重用地輕養(yǎng)地、農(nóng)田冬泡等。

2 綠色生產(chǎn)健康農(nóng)田土壤培育研究的緊迫性

我國人地矛盾尖銳，人口與經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)域高度集中。為了追求更高的生產(chǎn)數(shù)量和效益，農(nóng)戶通過不斷增加復(fù)種指數(shù)和施肥量等措施來提高作物產(chǎn)量，嚴(yán)重消耗土壤地力。因此，農(nóng)田土壤質(zhì)量健康是降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本、提高農(nóng)業(yè)資源利用率的最迫切需求。近年來，隨著農(nóng)用化學(xué)品使用量和成本的不斷增加、農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格的降低、農(nóng)村勞動(dòng)力輸出等，農(nóng)村有機(jī)肥的積制量和施用量逐年減少，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本提高，單位面積生產(chǎn)效益不斷下降。同時(shí)，化肥的大量、不合理施用也導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量降低，目前我國農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格較國際市場高10%～20%，加上品質(zhì)較差，市場競爭力總體較弱。另一方面，耕地質(zhì)量不高導(dǎo)致農(nóng)田土壤的保肥、供肥性能不強(qiáng)，肥料的利用效率不高，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3]。綜上所述，必須盡快加強(qiáng)綠色生產(chǎn)健康農(nóng)田土壤培育技術(shù)的相關(guān)研究，進(jìn)一步改善和提高耕地質(zhì)量，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高農(nóng)業(yè)資源的利用效率，從根本上解決或減緩農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程存在的突出問題。這對(duì)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等均具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

3 綠色生產(chǎn)健康農(nóng)田土壤培育研究現(xiàn)狀

3.1 土壤障礙因子消減技術(shù)

土壤障礙因子是指土體中妨礙植物正常生長發(fā)育的性質(zhì)或形態(tài)特征。例如土壤的酸化、鹽漬化、貧瘠化、潛育化和連作障礙等。易瓊等[4]研究認(rèn)為，自研改良劑+氮磷鉀肥和鈣鎂磷肥處理，均能明顯提高土壤pH值，降低土壤的金屬毒害，對(duì)改良酸性硫酸鹽土壤障礙因子具有明顯的效果。采取平衡施肥、有機(jī)肥還田、土壤合理耕作、作物輪作和間套作、施用土壤調(diào)理劑及生物防治等土壤障礙因子消減技術(shù)，可改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤質(zhì)量。這是減緩或解決土壤障礙因子的有效防治措施[5]。

3.2 土壤培肥與質(zhì)量提升

施肥是影響農(nóng)田土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化和累積的主要農(nóng)業(yè)措施，其中有機(jī)肥、無機(jī)肥合理配施是提高土壤肥力與質(zhì)量效果的有效農(nóng)業(yè)措施。周艷等[6]認(rèn)為，化肥配施生物有機(jī)肥、黃腐酸鉀等外源有機(jī)碳均有利于土壤有機(jī)碳的累積及土壤質(zhì)量的提高。張慶等[7]的研究表明，免耕+有機(jī)肥措施有利于構(gòu)建紅壤坡耕地耕作層，培肥土壤、提高土壤質(zhì)量。付威等[8]認(rèn)為，木本泥炭+生物激發(fā)調(diào)節(jié)劑+腐熟秸稈+化肥綜合措施可快速提高土壤養(yǎng)分含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，有利于優(yōu)質(zhì)耕作層的快速構(gòu)建。張志毅等[9]研究表明，秸稈還田+土壤旋耕綜合措施有利于提高土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體和活性有機(jī)碳的含量。同時(shí)，有機(jī)肥與無機(jī)肥配施還可改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成，有利于增加土壤微生物多樣性[10]，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤養(yǎng)分有效性，對(duì)于維持良好的土壤微生態(tài)和土壤肥力等具有重要作用。

3.3 土壤耕作與生物肥力提升

土壤耕作措施（翻耕、旋耕、免耕、少免耕）是影響農(nóng)田土壤理化特性和土壤肥力的關(guān)鍵因素之一。Fuentes等[11]研究表明，免耕+秸稈覆蓋措施有利于提高土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，降低土壤容重，增加總孔隙度，改善土壤結(jié)構(gòu)。Tang等[12]認(rèn)為，翻耕、旋耕+秸稈還田措施均有利于增加農(nóng)田下層土壤碳庫和碳庫管理指數(shù)。曾可等[13]認(rèn)為，常耕處理有利于增加農(nóng)田土壤的堿解氮、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量，免耕處理則有利于提升土壤pH值和增加速效鉀含量。也有研究表明，與傳統(tǒng)耕作（翻耕）相比，農(nóng)田在長期連續(xù)免耕的條件下會(huì)出現(xiàn)養(yǎng)分含量表層富集的現(xiàn)象[11]。因此，采取合理的土壤輪耕技術(shù)體系和多元化覆蓋技術(shù)體系，以增加土壤微生物多樣性、改善土壤理化特性，培肥地力，對(duì)維持農(nóng)田可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.4 土壤培肥現(xiàn)代農(nóng)作制度構(gòu)建

農(nóng)作制度是指一個(gè)地區(qū)或生產(chǎn)單位的作物種植制度以及與此相適應(yīng)的農(nóng)田土壤培肥與可持續(xù)利用、土壤耕作等用地和養(yǎng)地相結(jié)合的綜合技術(shù)體系。目前，農(nóng)田的用養(yǎng)結(jié)合型多熟種植模式主要有馬鈴薯—雙季稻、黑麥草—雙季稻和紫云英—雙季稻，兩熟制種植模式主要綠肥—一季晚稻和馬鈴薯—一季晚稻等[14]。楊皓宇等[15]研究表明，在優(yōu)化施肥+橫坡種植+秸稈覆蓋+植物籬的農(nóng)作制條件下能有效減少農(nóng)田的水土流失和氮、磷養(yǎng)分損失。肖小平等[16]研究表明，需根據(jù)自身的區(qū)域優(yōu)勢(shì)，科學(xué)規(guī)劃，發(fā)展糧、肥間套復(fù)種高效農(nóng)作種植模式，做到用地與養(yǎng)地相結(jié)合，從而提高耕地質(zhì)量、土地利用率和資源產(chǎn)出率。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需加強(qiáng)農(nóng)田的用、養(yǎng)有機(jī)結(jié)合，建立可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代農(nóng)作制，培肥土壤，從而有利于農(nóng)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

3.5 秸稈等農(nóng)業(yè)資源綜合利用

農(nóng)作物秸稈綜合利用是培肥農(nóng)田土壤的重要措施之一，主要包括秸稈直接還田、秸稈肥料化、秸稈飼料化、秸稈發(fā)酵及沼肥利用等技術(shù)。何勛等[17]研究認(rèn)為，以秸稈為原料完善其利用產(chǎn)業(yè)鏈條，通過食用菌技術(shù)和飼料技術(shù)發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，利用養(yǎng)殖業(yè)進(jìn)行秸稈過腹還田，或生產(chǎn)沼氣產(chǎn)生的沼液沼渣通過工藝處理形成肥料還田，可獲得較好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。李玉娥等[18]的研究表明，秸稈經(jīng)粉碎、酶化、配料、混料和造粒等特殊處理后可制成復(fù)合肥，施用后有利于改善土壤的物理性狀和農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。也有研究認(rèn)為，將作物秸稈制成生物質(zhì)炭，施用于農(nóng)田中不僅可以改善土壤理化性狀、培肥土壤，而且可以減少水體養(yǎng)分流失，改善土壤生態(tài)環(huán)境[19]。還有研究表明，秸稈中含有豐富的有機(jī)質(zhì)、大量元素和微量元素，將秸稈經(jīng)粉碎、翻壓、微生物菌劑快速腐熟、堆漚處理后還田，能增加土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，改善土壤的理化特性和土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤微生物活性，提高土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量，培肥地力，從而改善土壤環(huán)境中水、肥、氣、熱等條件[20-21]。

雖然，我國學(xué)者在農(nóng)田土壤培育領(lǐng)域取得了豐碩的成果。但是，與國際先進(jìn)水平尚有一定的差距，特別是我國農(nóng)田耕地類型復(fù)雜，耕作制度多樣，復(fù)種指數(shù)高，需根據(jù)各個(gè)區(qū)域的農(nóng)業(yè)特色，加強(qiáng)土壤培育各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)研究，提出與之相適應(yīng)的綠色生產(chǎn)健康農(nóng)田土壤培育模式。

4 綠色生產(chǎn)健康農(nóng)田土壤培育措施研究展望

4.1 健康土壤培育土壤輪耕模式

主要是加強(qiáng)開展土壤少（免）耕保護(hù)性耕作、土壤深耕與秸稈還田擴(kuò)庫增容綠色豐產(chǎn)、土壤合理耕作與輪耕、土壤培肥與持續(xù)豐產(chǎn)增效栽培等技術(shù)的研

究[1]，解決土壤耕層淺和土壤保水保肥性能差等問題，構(gòu)建適宜各區(qū)域農(nóng)田的合理耕作層，以利于土壤的擴(kuò)庫增容和培肥地力，進(jìn)而培育健康土壤，達(dá)到提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)豐產(chǎn)增效的目的。

4.2 土壤主要障礙因子綜合調(diào)理技術(shù)

主要開展土壤調(diào)理劑研發(fā)和施用、水氣熱環(huán)境綜合調(diào)控、連作障礙防控與治理、化學(xué)-生物-農(nóng)藝綜合調(diào)控、潛育化稻田還原性物質(zhì)快速消減與增量增效、緩釋氧化劑與降漬增氧施用等土壤主要障礙因子綜合調(diào)理技術(shù)研究[4]，減緩或解決土壤酸化、潛育化、連作障礙和污染等土壤障礙因素，以達(dá)到改善農(nóng)田耕層土壤結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境的目的。

4.3 農(nóng)田綠肥高效利用技術(shù)

主要是開展農(nóng)田綠肥輕簡化利用、綠肥替代化肥、綠肥+稻草協(xié)同培肥等技術(shù)研究[22]，解決有機(jī)肥源緊缺、肥料施用結(jié)構(gòu)不合理、土壤養(yǎng)分不均衡的問題，以改善農(nóng)田土壤的理化性狀和土壤的生態(tài)環(huán)境，培肥土壤，提高水稻等農(nóng)作物產(chǎn)品質(zhì)量。

4.4 有機(jī)無機(jī)肥高效施用技術(shù)

主要開展養(yǎng)分調(diào)控與培肥地力、有機(jī)肥替代施用、有機(jī)肥和化肥及生物質(zhì)炭配合施用等技術(shù)研究[7]，解決農(nóng)田耕地質(zhì)量下降和養(yǎng)分資源利用率低的問題，提升地力，以達(dá)到養(yǎng)分高效利用和作物綠色生產(chǎn)等目的，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增效和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型提供科技支撐。

4.5 農(nóng)作物秸稈高效綜合利用技術(shù)

在農(nóng)作物秸稈還田措施下，主要開展區(qū)域內(nèi)秸稈循環(huán)利用、秸稈異地還田、秸稈資源化和肥料化利用等高效綜合利用技術(shù)研究[17，20]，解決農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中秸稈廢棄物利用低和土地用養(yǎng)不平衡等問題，達(dá)到農(nóng)作物秸稈廢棄物資源高效再利用以及改良土壤結(jié)構(gòu)和培肥土壤的目的。

4.6 水肥協(xié)同綜合利用技術(shù)

主要開展農(nóng)田資源節(jié)約型農(nóng)作種植、耕地培肥與合理農(nóng)作制綜合豐產(chǎn)、水稻精準(zhǔn)施肥、增苗節(jié)氮、生物培肥等技術(shù)研究[14，23]，解決農(nóng)田大水大肥、肥料施用結(jié)構(gòu)不合理、水肥利用率低等問題，從而提高農(nóng)田的肥水利用率、減少農(nóng)田面源污染，為水稻等農(nóng)作物綠色生產(chǎn)和土壤生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科技支撐。

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（責(zé)任編輯：成 平）

收稿日期：2020-03-04

基金項(xiàng)目：湖南省自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目（2019JJ10003）;湖南省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新資金項(xiàng)目（2019LS03-01）

作者簡介：石麗紅（1981—），女，湖南湘陰縣人，副研究員，主要從事農(nóng)田生態(tài)環(huán)境研究。

通信作者：唐海明