我國(guó)耕地質(zhì)量主控因素及提升策略

摘要： 我國(guó)耕地質(zhì)量總體偏低，嚴(yán)重威脅國(guó)家糧食安全和生態(tài)環(huán)境安全。目前我國(guó)耕地質(zhì)量的主控因素尚缺乏系統(tǒng)研究，不同類(lèi)型障礙耕地的質(zhì)量提升技術(shù)策略也不明晰。因此，本文在全面闡述我國(guó)耕地質(zhì)量現(xiàn)狀的同時(shí)，重點(diǎn)調(diào)研揭示了東北黑土地、北方旱地、南方水田、南方旱地、設(shè)施農(nóng)地和鹽堿耕地6 類(lèi)典型耕地的突出問(wèn)題，深入分析了耕地質(zhì)量問(wèn)題的主控因素和耕地質(zhì)量下降的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。以耕地保護(hù)與合理利用為核心，從耕地監(jiān)測(cè)、改良、培肥、利用4 個(gè)方面，提出維持和提升耕地質(zhì)量的核心策略，明確耕地科技創(chuàng)新的主要方向。闡明農(nóng)田工程、保護(hù)性耕作、科學(xué)施肥、水資源高效利用、耐逆適生作物品種選育等關(guān)鍵耕地質(zhì)量提升技術(shù)途徑的適用性。旨在梳理全面綜合提升耕地質(zhì)量的科技需求，為耕地保護(hù)相關(guān)政策的制定提供重要參考，支撐耕地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)服務(wù)功能提升，實(shí)現(xiàn)藏糧于地、藏糧于技和農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。

關(guān)鍵詞： 耕地質(zhì)量； 障礙土壤； 耕地監(jiān)測(cè)； 耕地改良； 耕地培肥； 耕地利用

耕地作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)資源，保障其數(shù)量和質(zhì)量直接關(guān)系到國(guó)家糧食安全、生態(tài)安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。從數(shù)量上看， 我國(guó)耕地總面積約為1.28 億hm2 [ 1 ]，相比于第二次國(guó)土調(diào)查時(shí)減少了0.08 億hm2，而人均耕地面積僅0.09 hm2，遠(yuǎn)低于0.32 hm2 的世界平均水平。從耕地生產(chǎn)力來(lái)看，2022 年我國(guó)糧食總產(chǎn)量6.87 億t，人均糧食產(chǎn)量達(dá)到486.3 kg，比國(guó)際糧食安全標(biāo)準(zhǔn)高出21.6%[2]，可見(jiàn)集約化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有效地保障了我國(guó)的糧食供應(yīng)能力。然而，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，谷物消費(fèi)減少而動(dòng)物性食物消費(fèi)增加，我國(guó)糧食需求將保持剛性增長(zhǎng)趨勢(shì)。預(yù)測(cè)2035 年我國(guó)人均糧食需求量為534.6 kg，這就需要糧食產(chǎn)量保持穩(wěn)步增長(zhǎng)[ 3 ]。然而，我國(guó)耕地?cái)?shù)量呈基本穩(wěn)定趨勢(shì)[4]，盡管尚有約0.57 億hm2 的后備耕地資源，但存在開(kāi)發(fā)難度大、開(kāi)發(fā)成本高等問(wèn)題，短期內(nèi)難以形成有效的土地糧食生產(chǎn)力[5]，因此依賴(lài)耕地?cái)?shù)量增長(zhǎng)來(lái)推動(dòng)糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)，短期內(nèi)潛力不大。作物單產(chǎn)提升成為當(dāng)前保障國(guó)家糧食安全的主要途徑。通過(guò)高產(chǎn)抗逆品種選育和集約化的種植管理措施，近幾十年來(lái)我國(guó)作物單位面積產(chǎn)量得到了顯著的提升[6]。耕地質(zhì)量是作物單產(chǎn)提升的基石，便利的農(nóng)田設(shè)施條件，適宜的土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤結(jié)構(gòu)和水分條件等促進(jìn)了作物生長(zhǎng)并提高了抵御氣候變化的能力[7?8]，是作物高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的保證，因此耕地質(zhì)量的優(yōu)劣是決定耕地產(chǎn)能上限的關(guān)鍵。然而，由于我國(guó)耕地質(zhì)量總體偏低，長(zhǎng)期以來(lái)化肥和農(nóng)藥的大量投入是作物高產(chǎn)的主要驅(qū)動(dòng)，進(jìn)一步加劇了耕地的污染和退化，影響了作物單產(chǎn)提升的可持續(xù)性。2021 年，習(xí)近平總書(shū)記在中央農(nóng)村工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)“良田是能夠以最低的生產(chǎn)投入獲得最高糧食產(chǎn)量的優(yōu)質(zhì)耕地資源”，因此提升耕地質(zhì)量，為作物創(chuàng)造更好的生長(zhǎng)環(huán)境，從而提高其抗逆性，是實(shí)現(xiàn)作物單產(chǎn)進(jìn)一步提升的戰(zhàn)略需求。

通過(guò)《基本農(nóng)田保護(hù)條例》、《中華人民共和國(guó)耕地占用稅法》等耕地保護(hù)政策的嚴(yán)格實(shí)施，我國(guó)耕地?cái)?shù)量減少趨勢(shì)得到了有效的遏制。盡管我國(guó)也高度重視耕地質(zhì)量建設(shè)工作，陸續(xù)出臺(tái)和實(shí)施了沃土工程、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)、土地綜合整治、耕地休養(yǎng)生息等政策和行動(dòng)，但大部分耕地受限于立地條件差、水土資源匹配不協(xié)調(diào)、高強(qiáng)度不合理利用導(dǎo)致退化嚴(yán)重等因素，耕地質(zhì)量問(wèn)題十分嚴(yán)峻。全國(guó)耕地質(zhì)量平均等級(jí)僅為4.76 等，中低等耕地面積超過(guò)68%[9]，因此，當(dāng)前耕地總體狀況依然堪憂(yōu)。通過(guò)大量學(xué)者多年來(lái)的研究，我國(guó)耕地質(zhì)量的突出問(wèn)題已比較明確，如東北黑土地退化、北方旱地干旱和耕層變淺、南方旱地酸化貧瘠化、南方水田低產(chǎn)障礙、鹽堿地面積擴(kuò)大、設(shè)施農(nóng)地污染加劇等[10?15]，但當(dāng)前針對(duì)不同區(qū)域類(lèi)型的障礙性耕地，對(duì)其質(zhì)量的主控因素及提升途徑仍缺乏系統(tǒng)性研究。隨著國(guó)際糧食貿(mào)易動(dòng)蕩形勢(shì)加劇和國(guó)內(nèi)需求進(jìn)一步增長(zhǎng)，耕地質(zhì)量問(wèn)題日益受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。本文旨在對(duì)我國(guó)耕地質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行綜合性評(píng)述，通過(guò)深入探討耕地質(zhì)量在提升我國(guó)糧食安全能力方面存在的短板，解析制約不同類(lèi)型耕地質(zhì)量的主控因素，進(jìn)而有針對(duì)性地提出耕地質(zhì)量提升策略，明確耕地科技創(chuàng)新方向，以期為相關(guān)政策制定和耕地改良實(shí)踐提供有益參考，共同推動(dòng)我國(guó)耕地質(zhì)量持續(xù)改善，確保國(guó)家糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 我國(guó)耕地資源質(zhì)量現(xiàn)狀

耕地質(zhì)量是環(huán)境條件、土壤健康狀況和農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施水平等綜合構(gòu)成的耕地生產(chǎn)能力[16]，高質(zhì)量耕地通過(guò)提供適宜的土壤肥力、土壤結(jié)構(gòu)、微生態(tài)環(huán)境、水分條件等提高作物抗逆性和產(chǎn)量，因此耕地質(zhì)量是保障糧食安全的核心，決定了糧食生產(chǎn)的穩(wěn)定性與可持續(xù)性[17]。耕地質(zhì)量下降已成為全球共同面臨的問(wèn)題。隨著自然氣候條件變化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式變革以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)化城鎮(zhèn)化建設(shè)快速發(fā)展，我國(guó)耕地質(zhì)量經(jīng)歷了一個(gè)復(fù)雜而多變的演化過(guò)程，耕地質(zhì)量無(wú)論在等級(jí)還是空間分布上，均發(fā)生了顯著變化。首先，耕地的水熱資源質(zhì)量下降，水熱條件好的長(zhǎng)江中下游區(qū)和華南區(qū)耕地面積大幅減少，而水熱條件差、只能一年一熟的東北、內(nèi)蒙及長(zhǎng)城沿線(xiàn)地區(qū)耕地大幅增加；其次，化肥、農(nóng)藥、農(nóng)業(yè)機(jī)械等生產(chǎn)資料和裝備的使用大幅度提高了作物產(chǎn)量，但同時(shí)也帶來(lái)了土壤酸化、污染、壓實(shí)的問(wèn)題[18?20]，導(dǎo)致耕地質(zhì)量的持續(xù)下降；再次，隨著建設(shè)用地規(guī)模的不斷擴(kuò)張，大量高質(zhì)量耕地被占用，盡管實(shí)施了耕地占補(bǔ)平衡政策，但補(bǔ)償?shù)亩嗍莿傞_(kāi)發(fā)或復(fù)墾的低質(zhì)量耕地。城市化占用高產(chǎn)田面積在全國(guó)耕地面積中的比例從2000—2005 年的9.7% 上升到2010—2015 年的15.6%，導(dǎo)致高產(chǎn)田比例不斷下降[21?22]；最后，近年來(lái)國(guó)家開(kāi)始重視耕地保護(hù)和土壤改良工作，通過(guò)加強(qiáng)有機(jī)物料投入、實(shí)施土地整治項(xiàng)目、完善耕地質(zhì)量建設(shè)管理制度等措施，耕地質(zhì)量得到一定程度的提升。因此，梳理我國(guó)耕地質(zhì)量現(xiàn)狀，是提出耕地質(zhì)量提升相關(guān)的對(duì)策建議和重大工程的重要前提。

為準(zhǔn)確摸清全國(guó)耕地質(zhì)量現(xiàn)狀，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《耕地質(zhì)量等級(jí)》（GB/T33469—2016），組織完成全國(guó)耕地質(zhì)量等級(jí)調(diào)查評(píng)價(jià)工作，通過(guò)建立分區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)全國(guó)9 個(gè)大區(qū)和37 個(gè)亞區(qū)的耕地劃分了10 個(gè)等級(jí)[9]。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，全國(guó)耕地質(zhì)量平均等級(jí)為4.76 等，盡管較2014 年提升了0.35 個(gè)等級(jí)[23]，但總體質(zhì)量仍處于中等偏低水平。從圖1來(lái)看，一至三等為高等質(zhì)量耕地，面積0.42 億hm2，占比31.2%，基礎(chǔ)地力較高，障礙因素不明顯，糧食產(chǎn)能高且平穩(wěn)，可按照用養(yǎng)結(jié)合方式開(kāi)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，確保耕地質(zhì)量穩(wěn)中有升；四至六等為中等質(zhì)量耕地，面積0.63 億 hm2，占比46.8%，氣候基本適宜，農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)較好，障礙因素較不明顯，是今后糧食增產(chǎn)的重點(diǎn)區(qū)域和突破口；七至十等為低等質(zhì)量耕地，面積為0.29 億hm2，占比22.0%，基礎(chǔ)地力相對(duì)較差，生產(chǎn)障礙因素突出，糧食產(chǎn)能水平很低，是耕地質(zhì)量提升的瓶頸和難點(diǎn)，短時(shí)間內(nèi)較難得到根本改善，應(yīng)持續(xù)開(kāi)展農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和耕地內(nèi)在質(zhì)量建設(shè)。通過(guò)耕地質(zhì)量調(diào)查評(píng)價(jià)，全面摸清了我國(guó)耕地質(zhì)量家底，為堅(jiān)守耕地質(zhì)量紅線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略目標(biāo)提供重要支撐。按耕地質(zhì)量提升1 個(gè)等級(jí)，1 hm2 耕地面積增加糧食產(chǎn)能1500 kg 估算，只要全國(guó)耕地質(zhì)量等級(jí)能夠再提高0.26 個(gè)等級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)新一輪千億斤糧食產(chǎn)能提升的戰(zhàn)略目標(biāo)。

2 不同區(qū)域類(lèi)型耕地質(zhì)量的突出問(wèn)題及主控因素

當(dāng)前我國(guó)耕地質(zhì)量問(wèn)題突出表現(xiàn)為基礎(chǔ)地力低、有機(jī)質(zhì)含量降低、水土流失、耕層變淺、酸化、鹽堿化、污染加劇等。在前人研究的基礎(chǔ)上，表1 總結(jié)了不同區(qū)域低質(zhì)量耕地或耕地質(zhì)量下降的具體表現(xiàn)，并分區(qū)分析了耕地生產(chǎn)的關(guān)鍵障礙因素和影響耕地質(zhì)量提升的主要驅(qū)動(dòng)因子。我國(guó)耕地質(zhì)量面臨的主要問(wèn)題包括以下6 個(gè)方面。

2.1 東北黑土地退化

東北黑土地退化主要表現(xiàn)為黑土層變薄、有機(jī)質(zhì)含量變低和土層壓實(shí)變硬等問(wèn)題。黑土的主要特征是具有較深厚的暗沃表層、良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、豐富的有機(jī)質(zhì)含量、較高的鹽基飽和度、適宜的pH 值和土壤容重[12]。然而，由于農(nóng)田防護(hù)林體系破壞，風(fēng)蝕水蝕頻繁發(fā)生，導(dǎo)致黑土層越來(lái)越薄[24]。據(jù)調(diào)查，黑土區(qū)平均每年流失0.3～1.0 cm 的黑土表層，黑土層由開(kāi)墾前的80—100 cm 下降到20—40 cm [12]，變薄耕地比例約50%。黑土具有豐厚的有機(jī)質(zhì)，碳儲(chǔ)量巨大，然而由于高強(qiáng)度利用的同時(shí)忽視秸稈、有機(jī)肥等有機(jī)資源的還田，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)含量從開(kāi)墾初期的8%～10% 下降到目前的2.5%～3.5%[25]，而從黑土中損失到大氣的碳越來(lái)越多，使土壤從碳匯轉(zhuǎn)為碳源[26]，導(dǎo)致黑土愈來(lái)愈瘦，變瘦耕地比例約52%。另外，東北地區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度普遍較高，機(jī)械播種、施肥、收獲反復(fù)碾壓導(dǎo)致土壤容重增加，土壤板結(jié)，孔隙減少，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)不斷退化，通透性變差，入滲能力下降，保水保肥性能減弱，抵御旱澇能力降低，導(dǎo)致黑土愈來(lái)愈硬，變硬耕地比例約46%。

2.2 北方旱地干旱貧瘠

北方旱地質(zhì)量問(wèn)題主要表現(xiàn)為水資源短缺制約耕地產(chǎn)能提升，土壤肥力低依賴(lài)外源養(yǎng)分大量投入，耕層淺化導(dǎo)致蓄水保肥能力差；另外，沿淮地區(qū)存在粘、板、澇、漬等作物生長(zhǎng)障礙因子。我國(guó)旱地農(nóng)業(yè)主要分布在秦嶺淮河以北地區(qū)，包括干旱、半干旱偏旱、半干旱、半濕潤(rùn)偏旱和半濕潤(rùn)區(qū)等主要類(lèi)型區(qū)，水資源嚴(yán)重短缺，降水量少而分布不均，自南而北、自東向西遞減，降水量70% 集中在6～9 月份，在其余時(shí)間里旱災(zāi)頻繁，導(dǎo)致地下水嚴(yán)重超采。萬(wàn)煒等[27]研究發(fā)現(xiàn)，燕山—太行山山麓平原、冀魯豫低洼平原和黃淮平原旱地農(nóng)業(yè)區(qū)的光溫?水?土生產(chǎn)力在近20 年間逐漸降低。北方旱作區(qū)耕地由于土壤基礎(chǔ)肥力差，加之長(zhǎng)期高強(qiáng)度利用，導(dǎo)致大部分土壤有機(jī)質(zhì)含量在10 g/kg 以下，氮磷養(yǎng)分含量也處于較低水平。該區(qū)域典型耕作制度是小型農(nóng)機(jī)具淺耕作業(yè)，長(zhǎng)期淺耕及大量施用化肥引發(fā)了耕層結(jié)構(gòu)性障礙，例如，耕層淺化（lt;12 cm）、犁底層上移、緊實(shí)度增加等[28]，以及功能性障礙，例如有機(jī)質(zhì)含量降低、土壤板結(jié)、耕性變差等[29]。

2.3 南方旱地酸化貧瘠

南方旱地耕地質(zhì)量問(wèn)題主要表現(xiàn)為立地條件較差，地形起伏較大，山地土壤養(yǎng)分貧瘠，部分耕地嚴(yán)重酸化。南方地區(qū)的旱地主要分布在山區(qū)坡地，河流水上不去、又沒(méi)有托水層導(dǎo)致地下水缺乏，只能依靠降雨種植玉米等旱作作物，如西南石灰?guī)r山區(qū)。這些地區(qū)立地條件較差，土層較薄，土壤養(yǎng)分貧瘠，基礎(chǔ)地力較低，水利設(shè)施條件落后，灌溉條件不足，部分耕地存在障礙因素。劉冬碧等[30]研究結(jié)果表明，該區(qū)域類(lèi)型土壤有機(jī)質(zhì)和銨態(tài)氮含量處于極低水平，約80% 的土壤缺鉀、缺鋅，50% 的土壤缺錳、缺硫，40% 的土壤缺硼，25% 的土壤缺磷，少數(shù)土壤輕度缺鎂。此外，南方旱地因過(guò)量施用氮肥和氮沉降導(dǎo)致土壤酸化問(wèn)題嚴(yán)重[18， 31]，約有14.5%的耕地嚴(yán)重酸化，且酸化程度高于水田。例如，華南地區(qū)旱地土壤pH 值（5.45） 低于水田（5.74） 和水旱輪作（5.47）[32]。土壤pH 值下降，不僅影響作物的根系發(fā)育和養(yǎng)分吸收，而且會(huì)活化土壤中的重金屬，導(dǎo)致土壤及農(nóng)作物中重金屬含量超標(biāo)[33]。

2.4 南方水田低產(chǎn)障礙

我國(guó)南方低產(chǎn)水田耕地的面積約為767 萬(wàn)hm2，占南方全部水田面積的1/3 以上。不同類(lèi)型低產(chǎn)水稻土的質(zhì)量特征與低產(chǎn)成因各不相同，其低產(chǎn)障礙主要可概括為瘦、板、爛、酸、冷等土壤生產(chǎn)障礙特性[14]，5 類(lèi)低產(chǎn)水稻田的關(guān)鍵限制因子包括：1） 華中雙季稻區(qū)黃泥田（瘦），土壤熟化程度不高，土質(zhì)粘重或粉沙粒含量高，缺乏有機(jī)質(zhì)（lt;25 g/kg），水穩(wěn)性團(tuán)聚體低（lt;30%），酸性大，易板結(jié)，透水性差；2） 華中單季稻區(qū)白土（板），耕層淺薄（lt;12 cm），土壤漂洗嚴(yán)重，養(yǎng)分貧瘠，粘粒含量少（lt;7%），粗粉沙含量高，易淀漿板結(jié)，保肥供肥性差；3） 沿湖稻區(qū)潛育化水稻土（爛），土壤深水久灌，氧化還原電位低（lt;200 mv），通氣性差，供肥緩慢，秧苗易發(fā)僵或坐篼，產(chǎn)量比正常水稻產(chǎn)量低一半以上；4） 華南稻區(qū)反酸田（酸），土壤酸度高（pHlt;5.5），還原性毒物多（全硫含量0.2%～3%），土壤質(zhì)地粘重，耕性差，同時(shí)土壤磷養(yǎng)分缺乏；5） 西南梯田稻作區(qū)冷泥田（冷），土壤水多漬害（Fe2+、Mn2+毒害gt;1200、35 mg/kg），土壤質(zhì)地粘重，通氣性差，干旱季節(jié)漏水漏肥，春季土溫低[34?37]。

2.5 鹽堿耕地水資源限制

鹽堿土是鹽土和堿土的統(tǒng)稱(chēng)，指含鹽量在0.2%以上，或者土壤膠體吸附一定數(shù)量的交換性鈉，堿化度在20% 以上，對(duì)作物正常生長(zhǎng)有害的土壤。鹽堿耕地是我國(guó)當(dāng)前中低產(chǎn)田的最主要類(lèi)型之一，主要存在水資源缺乏、灌排工程不配套限制土壤鹽基離子淋洗，沙化、荒漠化嚴(yán)重，耐鹽種質(zhì)不足，土壤養(yǎng)分貧瘠，生產(chǎn)力水平較低等問(wèn)題。我國(guó)可利用鹽堿地總面積約1993 萬(wàn)hm2，其中鹽堿耕地面積約760 萬(wàn) hm2，按照地理區(qū)位、土壤因素、氣候條件以及鹽堿成因等，大致可分為5 大類(lèi)型區(qū)：一是西北內(nèi)陸鹽堿區(qū)，屬于極端干旱漠境鹽土區(qū)，包括甘、青、新等?。▍^(qū)） 的廣大干旱、半干旱內(nèi)陸區(qū)。該區(qū)干旱少雨，植物生長(zhǎng)依賴(lài)灌溉，鹽堿地面積大且連片分布，土壤含鹽量高，鹽分以硫酸鹽為主。該區(qū)鹽堿地形成的主要原因是氣候干燥和灌溉技術(shù)落后、防滲渠建設(shè)不完善，排水設(shè)施田間配套率低，工程老化、淤積嚴(yán)重等因素[38]。二是黃河上中游鹽堿區(qū)，包括蒙、寧、甘等3 ?。▍^(qū)） 的引黃灌區(qū)。由于使用含鹽的黃河水灌溉，且大水漫灌、灌排比例失調(diào)，造成地下水位急速抬高，而氣候干旱、蒸發(fā)強(qiáng)，造成次生鹽堿化強(qiáng)烈[39]。三是東北松嫩平原鹽堿區(qū)，主要為蘇打堿化土，土壤總含鹽量不算太高，但碳酸鈉、重碳酸鈉含量大導(dǎo)致pH 值很高，物理結(jié)構(gòu)不良，質(zhì)地粘重，具有膠結(jié)性強(qiáng)，透水性差等特點(diǎn)[40]，“濕時(shí)兜水不漏，干時(shí)刀槍不入”，治理困難大。四是濱海鹽堿區(qū)，主要分布在冀、遼、蘇、浙、魯?shù)? 省的沿海地區(qū)，這些區(qū)域地勢(shì)低洼平坦，受海水鹽漬影響。濱海鹽堿化土壤均直接發(fā)育于鹽漬淤泥，離海岸越近含鹽量越高[41]。同時(shí)地下水水位和礦化度均高，結(jié)構(gòu)差、脫鹽困難。五是黃淮海平原鹽堿區(qū)，包括京、津、冀、蘇、皖、魯、豫等7?。ㄊ校?的廣大平原地區(qū)。由于季風(fēng)性氣候?qū)е碌叵滤簧仙?、蒸發(fā)增加，而降雨和灌溉又產(chǎn)生淋鹽作用，其最顯著的特點(diǎn)就是季節(jié)性積鹽和脫鹽的頻繁交替，但總體上向上累積的鹽分超過(guò)淋洗的鹽分[41]。

2.6 設(shè)施農(nóng)地污染加劇

設(shè)施耕地主要種植蔬菜等園藝作物，具有高投入、高產(chǎn)出和高強(qiáng)度利用的特點(diǎn)。由于長(zhǎng)期受相對(duì)封閉環(huán)境條件影響，土壤性質(zhì)發(fā)生劇烈變化。耕地質(zhì)量下降的主要表現(xiàn)包括設(shè)施土壤次生鹽漬化、污染物累積、連作障礙嚴(yán)重等，而且多種形式的土壤退化經(jīng)常同時(shí)發(fā)生。我國(guó)設(shè)施耕地施肥量大，以設(shè)施蔬菜氮肥投入為例，單季氮肥施用量為500 kg/hm2左右（包括化肥和有機(jī)肥）[42?43]，是糧食作物的2～3倍，而周年氮肥投入量在1000 kg/hm2 以上，遠(yuǎn)高于歐洲設(shè)施蔬菜每年650 kg/hm2 的投入水平[44]，而氮肥利用率卻僅有19%[45]。過(guò)量施肥導(dǎo)致耕層土壤養(yǎng)分大量累積，加之封閉環(huán)境溫度高蒸發(fā)量大，缺少自然降水對(duì)土壤的淋溶作用，導(dǎo)致設(shè)施土壤次生鹽漬化現(xiàn)象普遍[46]。據(jù)調(diào)查，設(shè)施蔬菜栽培土壤的平均鹽度為4680 mg/kg，是質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的2 倍以上[47]。此外，過(guò)量施肥也加重了生態(tài)環(huán)境負(fù)載，養(yǎng)分流失導(dǎo)致地表和地下水污染、溫室氣體排放增加[48?50]。同時(shí)，設(shè)施土壤存在顯著的農(nóng)藥、重金屬、抗生素、微塑料等污染物累積問(wèn)題，嚴(yán)重威脅農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。設(shè)施畜禽糞便等農(nóng)家肥投入巨大，平均達(dá)89.7 t/ hm2（鮮重）[15]，規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)來(lái)源畜禽糞便的重金屬和抗生素含量較高，是設(shè)施土壤污染的重要來(lái)源。農(nóng)膜和化學(xué)農(nóng)藥也在設(shè)施栽培生產(chǎn)中大量使用，農(nóng)膜殘留導(dǎo)致設(shè)施土壤微塑料累積[51]，濫用有機(jī)磷、擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)、氨基甲酸酯類(lèi)等殺蟲(chóng)劑和殺菌劑農(nóng)藥導(dǎo)致土壤有機(jī)污染[52?53]。設(shè)施土壤由于高度集約化和長(zhǎng)期單一化連作，土壤微生態(tài)環(huán)境破壞、根系分泌自毒物質(zhì)導(dǎo)致連作障礙問(wèn)題嚴(yán)重[54]。特別是隨著設(shè)施栽培年限延長(zhǎng)，土傳病害發(fā)生頻次增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)5 年以上的大棚出現(xiàn)連作障礙的高達(dá)80% 以上，連作20 年以上的幾乎達(dá)100%[55]。

3 耕地質(zhì)量提升策略與技術(shù)途徑

3.1 耕地質(zhì)量提升的核心策略

針對(duì)我國(guó)耕地質(zhì)量整體不高、問(wèn)題復(fù)雜多變的現(xiàn)狀，考慮新時(shí)代背景下對(duì)耕地質(zhì)量的新需求，本文以耕地保護(hù)與利用為核心，以“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—消減障礙—提升地力—生態(tài)服務(wù)”為總體思路，提出從“耕地監(jiān)測(cè)、耕地改良、耕地培肥、耕地利用”4 個(gè)視角開(kāi)展耕地質(zhì)量提升策略創(chuàng)新研究（圖2），推進(jìn)耕地質(zhì)量的全面綜合提升，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和生態(tài)目標(biāo)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

3.1.1 耕地監(jiān)測(cè)向長(zhǎng)期定位聯(lián)網(wǎng)及智慧化監(jiān)測(cè)發(fā)展

耕地監(jiān)測(cè)是耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)施定期的、系統(tǒng)的耕地監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解和全面掌握耕地的數(shù)量、質(zhì)量及其變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)耕地質(zhì)量下降的區(qū)域和障礙因素，為耕地質(zhì)量提升策略的制定提供方向。國(guó)內(nèi)外圍繞耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法開(kāi)展了大量研究。傳統(tǒng)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)主要采用區(qū)劃布點(diǎn)—樣品獲取—分析檢測(cè)—數(shù)據(jù)分析的方法，對(duì)土壤理化特征、耕地產(chǎn)出能力和環(huán)境質(zhì)量開(kāi)展監(jiān)測(cè)。例如，美國(guó)采用格網(wǎng)法布設(shè)覆蓋全美50 個(gè)州的國(guó)家資源監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，每年采集土壤樣品檢測(cè)，并調(diào)查農(nóng)作物類(lèi)型、耕作制度、水土保護(hù)措施、灌排條件等數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果編制到國(guó)家資源清單[56]。歐盟同樣采用網(wǎng)格法，構(gòu)建了覆蓋整個(gè)歐盟成員國(guó)的土壤和土地利用類(lèi)型的監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，定期對(duì)耕地利用情況和質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估和分析[57]。加拿大為應(yīng)對(duì)全國(guó)性耕地質(zhì)量退化問(wèn)題，在全國(guó)建立了23 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，其中2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)鄰近衛(wèi)星遙感對(duì)照地點(diǎn)，用于對(duì)農(nóng)場(chǎng)歷史、地形部位、土壤特征等指標(biāo)開(kāi)展監(jiān)測(cè)[58?59]。盡管?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者在耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系方面做了大量工作，但在監(jiān)測(cè)指標(biāo)分區(qū)選取方面開(kāi)展的研究還不夠廣泛，存在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與區(qū)域差異性匹配不高的問(wèn)題，而且目前評(píng)估指標(biāo)主要集中于物理和化學(xué)指標(biāo)，生物學(xué)指標(biāo)涉及較少，對(duì)土壤健康反映度不夠。因此，圍繞作物生產(chǎn)力、土壤健康和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展耕地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是耕地監(jiān)測(cè)的當(dāng)務(wù)之急。

高精度遙感、5G、物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了耕地監(jiān)測(cè)朝智慧化方向發(fā)展。遙感以其覆蓋面積大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于耕地資源信息提取，特別在地理環(huán)境惡劣、交通條件不便、常規(guī)手段難以獲取數(shù)據(jù)的區(qū)域，可以對(duì)耕地資源進(jìn)行全天候、全覆蓋、多分辨率、多尺度的監(jiān)測(cè)。耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)越來(lái)越注重傳統(tǒng)方法與遙感技術(shù)的結(jié)合。例如，世界銀行、聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織等采用土壤樣本分析和遙感影像監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法，對(duì)東非部分國(guó)家的耕地質(zhì)量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)[60]。我國(guó)對(duì)地觀測(cè)技術(shù)也處于快速發(fā)展階段，遙感數(shù)據(jù)已廣泛應(yīng)用于耕地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)工作中，主要用于耕地?cái)?shù)量調(diào)查、耕地利用情況及變化監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物精準(zhǔn)識(shí)別及產(chǎn)量估算、干旱災(zāi)害預(yù)警等方面[61]。目前，遙感數(shù)據(jù)對(duì)于精細(xì)尺度的耕地質(zhì)量反演技術(shù)仍具有巨大發(fā)展空間，完善耕地質(zhì)量提升策略對(duì)于高精度土壤科學(xué)大數(shù)據(jù)的需求迫切。同時(shí)，促進(jìn)遙感與物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算等技術(shù)進(jìn)一步融合，并加強(qiáng)在耕地監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量智慧化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵途徑。

此外，長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)是掌握耕地質(zhì)量演變規(guī)律的主要手段。因此，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于1984 年開(kāi)始在全國(guó)開(kāi)展基礎(chǔ)地力長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院原土壤肥料研究所牽頭構(gòu)建國(guó)家土壤肥力與肥料效益監(jiān)測(cè)長(zhǎng)期試驗(yàn)網(wǎng)，覆蓋我國(guó)部分關(guān)鍵帶8 個(gè)土類(lèi)。中國(guó)科學(xué)院也于1988 年設(shè)立土壤肥力與肥料效益長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)站。但這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置標(biāo)準(zhǔn)不一，監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系各異，監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的數(shù)量和精度存在較大差異，不能做到部門(mén)間的數(shù)據(jù)整合匯總與共享[62]。目前國(guó)際上長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)已從獨(dú)立定位試驗(yàn)監(jiān)測(cè)走向整合和網(wǎng)絡(luò)研究。例如，長(zhǎng)期土壤生態(tài)系統(tǒng)研究已經(jīng)納入美國(guó)科學(xué)基金會(huì)地球關(guān)鍵帶探測(cè)網(wǎng)絡(luò)[63?64]，歐盟在第七框架下，開(kāi)展了歐洲各國(guó)流域?yàn)橹黧w的土壤過(guò)程及功能聯(lián)合監(jiān)測(cè)研究。我國(guó)應(yīng)當(dāng)整合耕地監(jiān)測(cè)資源，建立全國(guó)統(tǒng)一的耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)布設(shè)網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)。聚焦地球關(guān)鍵帶過(guò)程與耕地質(zhì)量演變，關(guān)鍵帶物質(zhì)遷移與循環(huán)過(guò)程對(duì)耕地質(zhì)量的影響，闡明耕地質(zhì)量變化機(jī)理，為因地制宜開(kāi)展退化耕地培肥改良與治理修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

3.1.2 耕地改良迫切需要解決瘠薄化、酸化、鹽堿化等全國(guó)性的土壤退化問(wèn)題

前文介紹了我國(guó)不同區(qū)域及類(lèi)型耕地質(zhì)量的主要問(wèn)題，而全國(guó)性的耕地質(zhì)量問(wèn)題主要是土壤瘠薄化、酸化、鹽堿化等，尤其是受氣候變化、不合理利用等因素影響，存在這3 類(lèi)問(wèn)題的耕地面積比20 世紀(jì)80 年代明顯增加。障礙土壤改良是提升耕地質(zhì)量、恢復(fù)耕地生態(tài)功能的必要手段。因此，重點(diǎn)針對(duì)這3 個(gè)典型問(wèn)題開(kāi)展退化機(jī)理與阻控關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，是全面提升耕地質(zhì)量的迫切需求。

土壤瘠薄化主要表現(xiàn)為有機(jī)質(zhì)含量低、結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致蓄水保肥能力差以及耕層變淺導(dǎo)致養(yǎng)分供應(yīng)能力降低，我國(guó)東北黑土地、北方旱地、南方旱地均存在此類(lèi)問(wèn)題。其中，東北黑土地的“變薄、變瘦、變硬”問(wèn)題為典型，東北黑土地自開(kāi)墾以來(lái)，長(zhǎng)期高強(qiáng)度利用加之風(fēng)蝕水蝕，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量和黑土層厚度大幅下降的趨勢(shì)仍未得到根本遏制。我國(guó)耕地長(zhǎng)期淺耕作業(yè)以及長(zhǎng)期大量施用化肥導(dǎo)致耕層變淺、犁底層上移、緊實(shí)度增加、板結(jié)、耕性變差[28?29]。2017 年全國(guó)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，耕層厚度小于20 cm 的耕地比例超過(guò)65%，土壤容重大于1.3 g/cm3 的占50% 左右，耕層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量?jī)H為C 32.90 Mg/hm2 [ 6 5 ]。據(jù)Ma 等[ 8 ]估測(cè)，實(shí)現(xiàn)小麥、玉米和水稻產(chǎn)量潛力的土壤有機(jī)碳含量分別為12.7～13.4、43.2～43.9、31.2～32.4 g/kg，遠(yuǎn)高于目前我國(guó)耕地土壤的有機(jī)碳含量水平。土壤有機(jī)質(zhì)不足直接影響土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分的礦化和供應(yīng)能力、肥料養(yǎng)分的保持和周轉(zhuǎn)以及土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗壓性，從而降低了耕地的增糧潛力，同時(shí)也削弱了抵御氣候變化的能力[7]。當(dāng)前，亟需加強(qiáng)對(duì)我國(guó)耕地瘠薄化機(jī)理與阻控關(guān)鍵技術(shù)研究，針對(duì)不同區(qū)域耕地資源特點(diǎn)，集成創(chuàng)新以增加耕層厚度和提升土壤有機(jī)質(zhì)為核心的耕地退化阻控技術(shù)模式。

由于不合理開(kāi)發(fā)利用和粗放式水肥管理，導(dǎo)致我國(guó)耕地的酸化問(wèn)題較為突出。我國(guó)旱地、水旱輪作、水田土壤pH 值分別為6.7、6.5、5.8[32]。對(duì)比20 世紀(jì)80 年代第二次全國(guó)土壤普查數(shù)據(jù)，我國(guó)酸性土壤總面積增加64.5 萬(wàn)km2，表明我國(guó)土壤酸化現(xiàn)象較為普遍，其中東北區(qū)、黃淮海、長(zhǎng)江中下游區(qū)、華南區(qū)強(qiáng)酸性土壤（pH≤5.5） 的耕地面積占比分別增加了2.6%、2.2%、14.9%、1.2%[66]。以往經(jīng)常將我國(guó)南方紅黃壤地區(qū)總面積等同于我國(guó)酸化耕地面積，忽視了我國(guó)其他地區(qū)的酸化耕地。相對(duì)于酸性土壤的酸化，東北區(qū)的中性土壤和弱堿性土壤及黃淮海的弱堿性土壤酸化速率大，對(duì)耕地質(zhì)量的潛在威脅更深。同時(shí)，經(jīng)濟(jì)作物農(nóng)田土壤的酸化現(xiàn)象比糧食作物更為嚴(yán)重[18]，也需引起足夠重視。這是由于經(jīng)濟(jì)作物化肥的大量投入，化肥施用在土壤酸化過(guò)程中貢獻(xiàn)最高，貢獻(xiàn)率達(dá)55.1%，其次為作物收獲（34.2%） 和酸沉降（6.8%）[67]。耕地酸化引發(fā)重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)、生物多樣性退化、生態(tài)功能不平衡等土壤健康問(wèn)題凸顯，嚴(yán)重影響耕地產(chǎn)能提升、作物優(yōu)質(zhì)安全與營(yíng)養(yǎng)健康，制約了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。當(dāng)前，耕地酸化研究的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題包括土壤酸化形成機(jī)制與消減機(jī)理不明、作物酸害閾值不清，區(qū)域尺度土壤酸化風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)研究不足。酸化防治亟待突破的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)酸化治理技術(shù)落地難，建立分區(qū)分類(lèi)的酸化治理輕簡(jiǎn)化技術(shù)模式；針對(duì)酸化治理產(chǎn)品成本高，開(kāi)發(fā)出施用簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)效、生態(tài)環(huán)保的新型酸性土壤改良劑；針對(duì)酸化治理技術(shù)應(yīng)用和監(jiān)管規(guī)范缺乏，構(gòu)建統(tǒng)一的酸化耕地治理技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系。

我國(guó)鹽堿地廣泛分布于東北、華北、西北、長(zhǎng)江中上游及濱海的廣大區(qū)域。近年來(lái)，習(xí)近平總書(shū)記在山東、河北考察及中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第二次會(huì)議上，反復(fù)強(qiáng)調(diào)開(kāi)展鹽堿地綜合利用對(duì)于拓展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，保障國(guó)家糧食安全的戰(zhàn)略意義。輕中度鹽堿耕地如果得到有效改良，存在著較大增產(chǎn)空間，在水資源保障條件下，1 hm2 耕地可增產(chǎn)1500 kg 以上，760 萬(wàn)hm2 鹽堿化耕地年均可增產(chǎn)114 億kg，相當(dāng)于新增190 萬(wàn)hm2耕地（按6000 kg/hm2 產(chǎn)量測(cè)算），對(duì)提升糧食安全保障能力意義重大。然而，目前全國(guó)鹽堿地類(lèi)型、分布、數(shù)量和鹽堿化程度及相關(guān)水資源、水利工程等情況底數(shù)不清楚，迫切需要系統(tǒng)謀劃鹽堿地開(kāi)發(fā)利用的布局和規(guī)模。契合新時(shí)期生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展新需求的鹽堿地生態(tài)治理技術(shù)不足，要聚焦綠色、高效、低成本目標(biāo)，重點(diǎn)突破耐鹽堿農(nóng)作物品種選育、抗鹽綠色栽培、生物生態(tài)強(qiáng)化、水鹽智能精準(zhǔn)調(diào)控、鹽堿地增碳儲(chǔ)匯等新技術(shù)及產(chǎn)品，加大節(jié)水條件下高效脫鹽、暗管智能控排鹽等現(xiàn)代工程技術(shù)與關(guān)鍵裝備的研發(fā)力度，圍繞耐鹽堿作物品種構(gòu)建以土壤綠色調(diào)理、地力培育、高效節(jié)水等為核心的鹽堿地適應(yīng)性改良技術(shù)體系，突出技術(shù)研發(fā)的針對(duì)性和實(shí)踐性。

3.1.3 耕地培肥向綠色高效、精準(zhǔn)智能與可持續(xù)發(fā)展

我國(guó)耕地土壤肥力基礎(chǔ)薄弱，且區(qū)域差異大，整體居世界中下游水平[68]，耕地基礎(chǔ)地力對(duì)糧食產(chǎn)量貢獻(xiàn)率僅為50%，遠(yuǎn)低于歐美國(guó)家的70%～80%[69]。加之我國(guó)耕地長(zhǎng)期高強(qiáng)度、超負(fù)荷利用背景下，土壤肥力水平持續(xù)下降，耕地綜合生產(chǎn)能力下降風(fēng)險(xiǎn)加劇。我國(guó)耕地糧食產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)率較低，糧食產(chǎn)量提高仍有巨大潛力[70]，而土壤肥力持續(xù)提升是實(shí)現(xiàn)耕地產(chǎn)能進(jìn)一步提升和肥料減量增效的前提。通過(guò)高效培肥實(shí)現(xiàn)耕地高強(qiáng)度利用下的作物高產(chǎn)、養(yǎng)分高效、環(huán)境友好等多重目標(biāo)，成為當(dāng)前耕地質(zhì)量發(fā)展的重要任務(wù)。然而，目前耕地培肥與作物高產(chǎn)高效難以協(xié)同，其突出問(wèn)題主要表現(xiàn)為：在養(yǎng)分循環(huán)方面，耕地高強(qiáng)度利用下養(yǎng)分循環(huán)機(jī)制尚不明確，土壤肥力維持機(jī)理不清，培肥增效調(diào)控途徑缺乏；在肥料創(chuàng)制方面，安全、環(huán)保、可降解的綠色生物基膜材料緩控釋肥不足，養(yǎng)分釋放與作物吸收難以同步，生物肥料、水溶性肥等功能肥料施用占比依然較低，肥料產(chǎn)品與施肥機(jī)械匹配度不高；在施肥技術(shù)方面，在小農(nóng)戶(hù)和規(guī)模化農(nóng)場(chǎng)長(zhǎng)期并存條件下，缺乏適應(yīng)小農(nóng)戶(hù)田間尺度的輕簡(jiǎn)、精準(zhǔn)、智能推薦施肥方法，以及適應(yīng)大農(nóng)場(chǎng)作業(yè)的感知決策能力及配套的智能化機(jī)械裝備。

在農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新形勢(shì)下，我國(guó)耕地培肥要向綠色高效、精準(zhǔn)智能與可持續(xù)方向發(fā)展。需要重點(diǎn)在以下幾個(gè)方面取得突破：一是揭示土壤?作物系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程與土壤健康維持機(jī)制，重點(diǎn)闡釋耕地高強(qiáng)度利用下外源無(wú)機(jī)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與損失阻控機(jī)理，明確土壤肥力維持機(jī)制與有機(jī)質(zhì)提升途徑，深入挖掘土壤微生物組在養(yǎng)分資源高效利用中的功能潛力，開(kāi)展土壤碳氮循環(huán)模型模擬與未來(lái)場(chǎng)景預(yù)測(cè)；二是新型綠色高效肥料創(chuàng)制與應(yīng)用，重點(diǎn)加強(qiáng)與生物學(xué)、材料學(xué)、化學(xué)等交叉融合，闡明肥料養(yǎng)分釋放與作物吸收同步機(jī)制，突破新型綠色生物基膜材與養(yǎng)分釋放精準(zhǔn)調(diào)控，揭示肥水協(xié)同增效機(jī)制與產(chǎn)品創(chuàng)新，開(kāi)展基于微生物組的功能性肥料創(chuàng)制與應(yīng)用；三是構(gòu)建智能化推薦施肥技術(shù)與裝備。重點(diǎn)推進(jìn)智能化大數(shù)據(jù)推薦施肥方法研發(fā)，強(qiáng)化基于傳感器和信息技術(shù)的養(yǎng)分實(shí)時(shí)診斷技術(shù)，優(yōu)化大數(shù)據(jù)施肥決策模型與配套機(jī)械，明確農(nóng)田養(yǎng)分資源高效利用的生態(tài)功能與環(huán)境效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分協(xié)同優(yōu)化與精準(zhǔn)管理。

3.1.4 耕地利用需要提升生態(tài)功能和抵御氣候變化能力

可持續(xù)的耕地資源利用方式是落實(shí)耕地保護(hù)、維護(hù)糧食安全的重要抓手。傳統(tǒng)的耕地利用模式只關(guān)注單一的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能，這種模式往往過(guò)度依賴(lài)化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等化學(xué)投入品，導(dǎo)致土壤健康水平下降、水體污染、生物多樣性降低等[ 7 1 ? 7 4 ]，耕地利用的生態(tài)問(wèn)題嚴(yán)峻。這些問(wèn)題不僅影響了耕地的可持續(xù)利用和糧食安全，也對(duì)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了負(fù)面影響。我國(guó)的農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展方案要求耕地利用過(guò)程中融合面源污染防治、低碳等綠色理念，以應(yīng)對(duì)耕地綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展新挑戰(zhàn)[75]。從國(guó)際上看，西歐國(guó)家、美國(guó)、加拿大以及日本、韓國(guó)等東亞國(guó)家普遍實(shí)施了農(nóng)地多功能管理模式，通過(guò)推行有機(jī)綜合農(nóng)場(chǎng)、種養(yǎng)結(jié)合、產(chǎn)業(yè)多樣化經(jīng)營(yíng)等措施，實(shí)現(xiàn)了耕地的多功能化利用，為我國(guó)的耕地利用模式轉(zhuǎn)型提供了有益的借鑒。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)，人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求不僅僅滿(mǎn)足于數(shù)量，更加關(guān)注食品安全，注重農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的長(zhǎng)期效益和可持續(xù)發(fā)展。耕地利用需要適應(yīng)這種需求變化，實(shí)現(xiàn)耕地利用可持續(xù)集約化轉(zhuǎn)型。通過(guò)優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料利用效率、發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)等措施，突破土壤健康、污染防控、固碳減排等關(guān)鍵技術(shù)，推進(jìn)耕地利用由單一生產(chǎn)功能向生產(chǎn)、環(huán)境、生態(tài)服務(wù)多功能拓展，發(fā)揮耕地的生態(tài)屏障、水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)等生態(tài)服務(wù)功能，提升我國(guó)耕地利用的生態(tài)效率[76]，減少對(duì)自然資源的過(guò)度消耗和破壞，緩解生態(tài)環(huán)境壓力，推動(dòng)耕地資源的可持續(xù)利用。

隨著全球氣候變化的加劇，干旱、洪澇、熱害和凍害等極端氣候事件頻發(fā)，對(duì)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。21 世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)極端天氣氣候事件種類(lèi)多、頻次高，影響范圍廣，災(zāi)害共生性和伴生性顯著。近20 年是百年來(lái)我國(guó)最暖時(shí)期，且不同地區(qū)間升溫幅度差異明顯，北方地區(qū)增溫速率明顯大于南方地區(qū)，西部地區(qū)大于東部地區(qū)，華北、華南和西北地區(qū)平均年降水量波動(dòng)上升，而東北和華東地區(qū)降水量年際波動(dòng)幅度增大，易澇易旱[77]，近年來(lái)形成多次“異常性、極端性、高影響”農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，年均受災(zāi)面積高達(dá)2067 萬(wàn)hm2，年均糧食損失290 億kg。面對(duì)氣候變化帶來(lái)的挑戰(zhàn)，耕地利用需要采取多種策略來(lái)適應(yīng)，通過(guò)改進(jìn)耕作制度、推廣節(jié)水灌溉技術(shù)、選育抗逆性強(qiáng)的作物品種、加強(qiáng)農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)化建設(shè)、推廣農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)制度等措施，提高耕地抵抗力及應(yīng)對(duì)極端氣象災(zāi)害的韌性。氣候變化背景下，區(qū)域水熱因子的匹配不協(xié)調(diào)狀況更為突出，需要進(jìn)一步優(yōu)化全球氣候變化背景下的耕地綜合利用模式。制定耕地利用規(guī)劃，明確不同區(qū)域、不同類(lèi)型耕地的功能定位和發(fā)展方向，加快發(fā)展適水種植模式，推動(dòng)水肥一體化技術(shù)應(yīng)用，發(fā)展多樣化種植模式及配套水肥高效利用綠色生產(chǎn)技術(shù)體系，促進(jìn)區(qū)域種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，提高耕地資源的綜合利用效率。

3.2 耕地質(zhì)量提升的關(guān)鍵技術(shù)途徑

在耕地質(zhì)量提升的技術(shù)層面上，應(yīng)以耕地障礙消除和地力提升為核心，聚焦耕層瘠薄化、土壤酸化、鹽堿化、土壤污染、連作障礙等關(guān)鍵問(wèn)題，針對(duì)不同類(lèi)型耕地質(zhì)量的主控因素，科學(xué)選擇和集成運(yùn)用工程技術(shù)、農(nóng)藝措施、抗逆育種、生物工程等手段，實(shí)施耕地和土壤改良、修復(fù)和定向培育，全面提升耕地質(zhì)量等級(jí)，支撐農(nóng)業(yè)可持續(xù)集約化發(fā)展。

3.2.1 農(nóng)田工程技術(shù)

針對(duì)耕地質(zhì)量退化問(wèn)題，我國(guó)陸續(xù)出臺(tái)和實(shí)施了沃土工程、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)、土地綜合整治等政策和行動(dòng)，針對(duì)田塊規(guī)模、田塊破碎度、田塊規(guī)整度、灌溉保證率、排水條件、田間道路通達(dá)度、耕作距離、林網(wǎng)化程度等指標(biāo)，主要實(shí)施土地平整、田間道路修筑、農(nóng)田水利興建和農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)等工程技術(shù)措施，以提升耕地質(zhì)量。截至2023 年底，我國(guó)已經(jīng)累計(jì)建成超過(guò)6667 萬(wàn)hm2高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施條件不斷改善，實(shí)現(xiàn)耕地規(guī)?；⒓Z食專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，提高了區(qū)域土地資源利用率。通過(guò)工程技術(shù)手段對(duì)破碎地塊進(jìn)行整理，實(shí)現(xiàn)耕地地塊形狀規(guī)則、地面平整和集中連片等目標(biāo)，為農(nóng)業(yè)機(jī)械的進(jìn)出和作業(yè)提供必要條件，是提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化普及率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的主要途徑。針對(duì)旱地水資源匱乏和灌溉條件不足等問(wèn)題，建立和完善農(nóng)田灌溉系統(tǒng)和現(xiàn)代化排水系統(tǒng)等基礎(chǔ)水利工程，發(fā)展高效節(jié)水灌溉，提升旱地耕地產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)旱澇保收。針對(duì)存在鹽堿障礙的耕地，發(fā)展基于水熱鹽運(yùn)移規(guī)律的水利工程措施成為耕地質(zhì)量提升的核心，通過(guò)充分灌溉和排水系統(tǒng)可以淋洗鹽分，顯著降低土壤鹽堿含量，例如在雨量充沛、入滲量大的地區(qū)，利用明溝明渠排鹽降堿，加強(qiáng)對(duì)表層鹽分積累和次生鹽漬化的控制，而在淡水資源限制地區(qū)，利用暗管排水排鹽，通過(guò)在地下鋪設(shè)平行的排鹽管網(wǎng)，利用雨水和灌溉水從地下管道上方的土壤中濾出鹽分[78]，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水控鹽。對(duì)于生態(tài)脆弱地區(qū)，實(shí)施侵蝕溝治理、整修梯田、修復(fù)地埂、建設(shè)防護(hù)林網(wǎng)等田間工程措施，強(qiáng)化耕地的水土保持能力，增強(qiáng)耕地的生態(tài)服務(wù)功能。

3.2.2 保護(hù)性耕作技術(shù)

保護(hù)性耕作是一種以農(nóng)作物秸稈覆蓋還田、少免耕播種和合理輪作為關(guān)鍵要素的可持續(xù)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，能夠有效減輕土壤侵蝕，提升土壤有機(jī)質(zhì)含量并增強(qiáng)保墑抗旱能力和土壤肥力[79]，獲得生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益協(xié)調(diào)發(fā)展。美國(guó)農(nóng)業(yè)在發(fā)展過(guò)程中充分注意了保護(hù)性耕作的重要性，美國(guó)有一半以上的耕地實(shí)行保護(hù)性耕作措施。針對(duì)東北黑土地土壤有機(jī)質(zhì)快速下降，北方旱地和南方旱地土壤有機(jī)質(zhì)本底值低的問(wèn)題，實(shí)行少免耕和秸稈還田等保護(hù)性耕作措施可顯著提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，一方面有機(jī)物料投入是有機(jī)質(zhì)提升的第一要素，秸稈還田短期內(nèi)提升了土壤中易分解有機(jī)碳的數(shù)量，長(zhǎng)期還田條件下易分解有機(jī)碳會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的土壤有機(jī)碳[80]；另一方面少免耕減少了土壤擾動(dòng)和裸露，降低了有機(jī)碳的氧化損失[81]。針對(duì)存在風(fēng)蝕沙化或水土流失問(wèn)題的耕地，通過(guò)留高茬少免耕覆蓋保護(hù)性耕作，減少對(duì)耕層的擾動(dòng)，降低風(fēng)蝕水蝕風(fēng)險(xiǎn)。此外，地表的無(wú)效蒸發(fā)和潛水上升是土壤鹽堿化的重要原因，秸稈覆蓋可以有效阻斷地表水分蒸發(fā)，起到保墑抑鹽的作用[82]。針對(duì)土壤肥力低、結(jié)構(gòu)差或連作障礙問(wèn)題突出的耕地，通過(guò)優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)和區(qū)域布局，因地制宜確定多樣化的種植結(jié)構(gòu)，例如利用豆科/禾本科間套輪作，實(shí)現(xiàn)固碳培肥。澳大利亞的旱地農(nóng)業(yè)實(shí)行以豆科牧草為基礎(chǔ)的草糧輪作制度，被確認(rèn)為一種最佳的耕作制度，豆科牧草的根瘤菌通過(guò)固氮提高了土壤肥力水平，改善了土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了后茬小麥增長(zhǎng)，同時(shí)牧草收入提高了經(jīng)濟(jì)效益[83]。在生態(tài)脆弱、資源匱乏地區(qū)，實(shí)行與水熱資源環(huán)境承載力相匹配的作物輪作與休耕制度，降低耕地利用強(qiáng)度，筑牢生態(tài)安全屏障。

3.2.3 科學(xué)施肥技術(shù)

養(yǎng)分貧瘠化、酸化、次生鹽漬化等耕地質(zhì)量退化問(wèn)題都與不合理施肥密切相關(guān)。由于我國(guó)人多地少、土壤基礎(chǔ)肥力差、經(jīng)營(yíng)分散、復(fù)種指數(shù)大、倒茬時(shí)間緊等客觀因素，作物高產(chǎn)建立在化肥大量施用的基礎(chǔ)上，科學(xué)施肥技術(shù)覆蓋率不高[84]。合理施肥既要避免過(guò)量施肥導(dǎo)致土壤酸化、次生鹽漬化，也要避免養(yǎng)分供應(yīng)不足導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)過(guò)度消耗。伴隨信息技術(shù)與大數(shù)據(jù)科技的發(fā)展，近年來(lái)以養(yǎng)分專(zhuān)家推薦施肥系統(tǒng)為代表的輕簡(jiǎn)智能化推薦施肥新方法得以快速發(fā)展[85]，破解了我國(guó)肥料利用率提升的技術(shù)瓶頸及推廣應(yīng)用的“最后一公里”難題，應(yīng)推進(jìn)其在更大層面和范圍內(nèi)應(yīng)用，進(jìn)一步推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展。同時(shí)，加快研究和推廣應(yīng)用具備精準(zhǔn)定位、智能檢測(cè)、變量施肥功能的種肥同播機(jī)、機(jī)械深施注肥器、側(cè)深施肥機(jī)等配套施肥裝備，這是提升小農(nóng)戶(hù)和規(guī)?；r(nóng)場(chǎng)長(zhǎng)期并存條件下的科學(xué)施肥技術(shù)覆蓋率的關(guān)鍵途徑。針對(duì)傳統(tǒng)肥料產(chǎn)品養(yǎng)分利用率不高、易造成土壤污染和退化的問(wèn)題，加強(qiáng)穩(wěn)定高效、綠色增產(chǎn)、環(huán)境友好的新型肥料產(chǎn)品研發(fā)攻關(guān)和投入推廣。重點(diǎn)利用生物油脂改性材料、天然多糖改性材料（如纖維素、甲殼素、淀粉、木質(zhì)素）、聚乳酸和金屬酚網(wǎng)絡(luò)等包膜材料創(chuàng)新綠色高效型緩控釋肥料產(chǎn)品[86?87]；重點(diǎn)攻克基于根際微生物組鑒定和篩選優(yōu)良微生物菌株技術(shù)及不同功能菌株的優(yōu)配組裝技術(shù)，充分發(fā)揮固氮解磷釋鉀型、污染土壤修復(fù)型和連作障礙消減型微生物肥料在減輕土傳病害、改善土壤健康、促進(jìn)植物生長(zhǎng)等方面的潛力；根據(jù)特定土壤、氣候和種植體系及原料特性定制有機(jī)肥堆肥和使用方法[88]，充分發(fā)揮其在減緩?fù)寥浪峄?、鹽堿化，促進(jìn)土壤培肥和固碳減排等方面的潛力。

3.2.4 水資源高效利用技術(shù)

水資源作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的命脈，對(duì)耕地質(zhì)量的提升具有不可替代的作用，灌溉對(duì)我國(guó)糧食增產(chǎn)的直接貢獻(xiàn)率約為36.3%[89]。然而我國(guó)水資源短缺嚴(yán)重，單位耕地面積的水資源量?jī)H為世界平均水平的一半。而且我國(guó)水土資源不匹配，64% 的耕地分布在秦嶺—淮河線(xiàn)以北，而這些地區(qū)水資源僅占全國(guó)約19%。從全國(guó)不同耕地類(lèi)型來(lái)看，水田占24.6%，水澆地占25.1%，旱地占50.3%[1]。針對(duì)不同耕地類(lèi)型，實(shí)施差異化的水資源管理策略，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。對(duì)于水田和水澆地的水資源管理，應(yīng)結(jié)合土壤特性和作物生長(zhǎng)規(guī)律，通過(guò)采用節(jié)水灌溉技術(shù)，合理調(diào)控灌溉時(shí)間和灌溉量，提升水資源利用效率的同時(shí)，加強(qiáng)水資源保護(hù)和水環(huán)境治理，提高水資源的質(zhì)量和可持續(xù)利用能力。而對(duì)于旱作型耕地，水資源短缺是制約耕地質(zhì)量和作物產(chǎn)能提升的關(guān)鍵限制因子，旱地農(nóng)業(yè)由對(duì)抗型向應(yīng)變型轉(zhuǎn)變，創(chuàng)新抗旱適水型種植技術(shù)和模式，發(fā)展適水型雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，集成推廣耐旱節(jié)水型作物、水肥一體化技術(shù)、節(jié)水型耕作制度、覆蓋減蒸保墑技術(shù)等，形成多元化的水資源高效利用模式，保障旱地農(nóng)田生產(chǎn)的穩(wěn)定性，兌現(xiàn)耕地產(chǎn)能潛力。另外，由于耕地鹽堿障礙治理很大程度上依賴(lài)淡水資源的充足供應(yīng)，而鹽堿地分布區(qū)一般水資源較為短缺或分布嚴(yán)重不均，因此水資源的高效和安全利用是鹽堿地水鹽調(diào)控的核心。在水資源制約條件下，發(fā)展和應(yīng)用新型的節(jié)水控鹽灌溉方法和水分高效的優(yōu)化灌排制度，加強(qiáng)咸水和微咸水資源等邊際水資源的安全利用，是鹽堿地改良和利用的重要方向。

3.2.5 耐逆適生作物品種選育技術(shù)

針對(duì)鹽堿、干旱、酸性、貧瘠等障礙耕地特征，選育可應(yīng)對(duì)逆境脅迫的耐逆適生作物品種，從而提高障礙耕地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平，同樣可視為耕地質(zhì)量提升的間接途徑。針對(duì)不同障礙類(lèi)型，利用GWAS、RNA-Seq 和代謝組分析等研究方法，全面開(kāi)展作物逆境生理學(xué)研究，解析耐逆作物等對(duì)障礙耕地的響應(yīng)和適應(yīng)機(jī)制。重點(diǎn)揭示耐瘠作物品種養(yǎng)分獲取與利用協(xié)同的生理機(jī)制，耐旱作物品種的干旱信號(hào)傳遞過(guò)程與生長(zhǎng)發(fā)育之間的耦聯(lián)機(jī)制及水分高效利用機(jī)理，耐鹽堿作物品種耐鹽聚鹽機(jī)理及根際滲透調(diào)節(jié)機(jī)制，耐酸作物品種根際毒害離子鈍化與養(yǎng)分平衡機(jī)制。通過(guò)基因工程挖掘鹽堿、干旱、酸性、貧瘠等障礙土壤上耐逆作物基因，并進(jìn)行分子輔助設(shè)計(jì)育種，或利用傳統(tǒng)育種技術(shù)篩選和選育耐逆適生的作物品種，在提高鹽堿地、瘠薄旱地、酸化紅黃壤區(qū)等中低產(chǎn)田耕地產(chǎn)能的同時(shí)，挖掘和強(qiáng)化提升土壤質(zhì)量和健康的功能。

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