?绿色生产健康农田土壤培育措施若干思考?

2020-07-04石丽红唐海明程凯凯肖小平李超董春华李万明罗尊长

湖南农业科学 2020年5期

?石丽红唐海明程凯凯肖小平李超董春华李万明罗尊长?

摘要：近年来，农业生产过程中农田耕层土壤变浅、库容量变小，土壤酸化和潜育化加强，耕地质量下降、土壤养分利用率低等问题较为突出。针对上述问题，从土壤障碍因子消减、土壤耕作、现代农作制度构建以及秸秆等农业资源利用等方面综述了农田土壤培育的研究进展，并提出了绿色生产健康农田土壤培育的研究方向，如土壤轮耕模式、土壤主要障碍因子综合调理、有机无机肥高效配施技术、水肥协同综合利用技术等，为农田健康土壤培育和农作物绿色生产提供理论依据。

关键词：绿色生产;健康农田;土壤培育;研究现状;展望

中图分类号：S158.5文献标识码：A文章编号：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

土壤是農作物生产的基础，土壤质量健康是农业可持续发展、农业综合生产力提高的重要保障，相关研究也是农业领域的基础性工作。如何保育和提升农田耕地质量、保障国家粮食安全和农产品有效供给一直是国家“三农”工作的重中之重。特别是近年来，国家越发重视粮食安全和食品安全，加上人民生活质量的提高等对农田土壤质量和农产品质量均提出了更高的要求[1]。因此，加强农田土壤质量健康与调控研究，有利于健康土壤培育和水稻等农作物绿色生产，不仅对保障国家粮食安全具有十分重要的意义，而且也是当前我国农业发展新阶段提高农产品市场竞争力、提升农业生产效益的迫切需要。

1 我国农田土壤存在的主要问题及原因

当前，在农作物绿色生产和健康土壤培育等方面存在的问题主要为：耕层土壤变浅、库容量变小，土壤养分不均衡、肥力下降，土壤酸化与板结、耕地质量下降，农田潜育化加强、耕性变差，农田面源污染加剧等，严重制约了农作物的健康发展[2]，极大影响了农业产业结构转型升级、区域农业的可持续发展与生态环境保护。然而导致这些问题的原因主要是：（1）农业生产过程中采取不合理的土壤耕作措施，如：仅在农作物移栽前进行简单的机械耕作，使得农田的“犁底层”位置上移，耕作层变浅;（2）在农事操作过程中重化肥轻有机肥、重大量元素轻微量元素，肥料施用结构不合理;（3）种植制度、水分管理措施与排灌设备不配套;（4）长期过量施用化肥、农药、农膜和未处理的有机肥，导致农田土壤遭遇重金属、有机化合物和致病生物的污染;（5）还有一些其他不合理的操作，如重用地轻养地、农田冬泡等。

2 绿色生产健康农田土壤培育研究的紧迫性

我国人地矛盾尖锐，人口与经济发展区域高度集中。为了追求更高的生产数量和效益，农户通过不断增加复种指数和施肥量等措施来提高作物产量，严重消耗土壤地力。因此，农田土壤质量健康是降低农业生产成本、提高农业资源利用率的最迫切需求。近年来，随着农用化学品使用量和成本的不断增加、农产品价格的降低、农村劳动力输出等，农村有机肥的积制量和施用量逐年减少，导致农业生产成本提高，单位面积生产效益不断下降。同时，化肥的大量、不合理施用也导致农产品质量降低，目前我国农产品价格较国际市场高10%～20%，加上品质较差，市场竞争力总体较弱。另一方面，耕地质量不高导致农田土壤的保肥、供肥性能不强，肥料的利用效率不高，严重影响农业的可持续发展[3]。综上所述，必须尽快加强绿色生产健康农田土壤培育技术的相关研究，进一步改善和提高耕地质量，降低农业生产成本，提高农业资源的利用效率，从根本上解决或减缓农业生产过程存在的突出问题。这对推动产业转型升级，推进农业供给侧结构性改革和促进农业可持续发展等均具有重要现实意义。

3 绿色生产健康农田土壤培育研究现状

3.1 土壤障碍因子消减技术

土壤障碍因子是指土体中妨碍植物正常生长发育的性质或形态特征。例如土壤的酸化、盐渍化、贫瘠化、潜育化和连作障碍等。易琼等[4]研究认为，自研改良剂+氮磷钾肥和钙镁磷肥处理，均能明显提高土壤pH值，降低土壤的金属毒害，对改良酸性硫酸盐土壤障碍因子具有明显的效果。采取平衡施肥、有机肥还田、土壤合理耕作、作物轮作和间套作、施用土壤调理剂及生物防治等土壤障碍因子消减技术，可改善土壤结构，提高土壤质量。这是减缓或解决土壤障碍因子的有效防治措施[5]。

3.2 土壤培肥与质量提升

施肥是影响农田土壤有机碳转化和累积的主要农业措施，其中有机肥、无机肥合理配施是提高土壤肥力与质量效果的有效农业措施。周艳等[6]认为，化肥配施生物有机肥、黄腐酸钾等外源有机碳均有利于土壤有机碳的累积及土壤质量的提高。张庆等[7]的研究表明，免耕+有机肥措施有利于构建红壤坡耕地耕作层，培肥土壤、提高土壤质量。付威等[8]认为，木本泥炭+生物激发调节剂+腐熟秸秆+化肥综合措施可快速提高土壤养分含量，改善土壤结构，有利于优质耕作层的快速构建。张志毅等[9]研究表明，秸秆还田+土壤旋耕综合措施有利于提高土壤水穩性团聚体和活性有机碳的含量。同时，有机肥与无机肥配施还可改变土壤微生物群落结构组成，有利于增加土壤微生物多样性[10]，提高土壤有机质含量和土壤养分有效性，对于维持良好的土壤微生态和土壤肥力等具有重要作用。

3.3 土壤耕作与生物肥力提升

土壤耕作措施（翻耕、旋耕、免耕、少免耕）是影响农田土壤理化特性和土壤肥力的关键因素之一。Fuentes等[11]研究表明，免耕+秸秆覆盖措施有利于提高土壤水稳性团聚体含量，降低土壤容重，增加总孔隙度，改善土壤结构。Tang等[12]认为，翻耕、旋耕+秸秆还田措施均有利于增加农田下层土壤碳库和碳库管理指数。曾可等[13]认为，常耕处理有利于增加农田土壤的碱解氮、有效磷和有机质含量，免耕处理则有利于提升土壤pH值和增加速效钾含量。也有研究表明，与传统耕作（翻耕）相比，农田在长期连续免耕的条件下会出现养分含量表层富集的现象[11]。因此，采取合理的土壤轮耕技术体系和多元化覆盖技术体系，以增加土壤微生物多样性、改善土壤理化特性，培肥地力，对维持农田可持续发展具有十分重要的现实意义。

3.4 土壤培肥现代农作制度构建

农作制度是指一个地区或生产单位的作物种植制度以及与此相适应的农田土壤培肥与可持续利用、土壤耕作等用地和养地相结合的综合技术体系。目前，农田的用养结合型多熟种植模式主要有马铃薯—双季稻、黑麦草—双季稻和紫云英—双季稻，两熟制种植模式主要绿肥—一季晚稻和马铃薯—一季晚稻等[14]。杨皓宇等[15]研究表明，在优化施肥+横坡种植+秸秆覆盖+植物篱的农作制条件下能有效减少农田的水土流失和氮、磷养分损失。肖小平等[16]研究表明，需根据自身的区域优势，科学规划，发展粮、肥间套复种高效农作种植模式，做到用地与养地相结合，从而提高耕地质量、土地利用率和资源产出率。因此，在农业生产中需加强农田的用、养有机结合，建立可持续发展的现代农作制，培肥土壤，从而有利于农业的健康可持续发展。

3.5 秸秆等农业资源综合利用

农作物秸秆综合利用是培肥农田土壤的重要措施之一，主要包括秸秆直接还田、秸秆肥料化、秸秆饲料化、秸秆发酵及沼肥利用等技术。何勋等[17]研究认为，以秸秆为原料完善其利用产业链条，通过食用菌技术和饲料技术发展养殖业，利用养殖业进行秸秆过腹还田，或生产沼气产生的沼液沼渣通过工艺处理形成肥料还田，可获得较好的经济、环境和社会效益。李玉娥等[18]的研究表明，秸秆经粉碎、酶化、配料、混料和造粒等特殊处理后可制成复合肥，施用后有利于改善土壤的物理性状和农田生态环境。也有研究认为，将作物秸秆制成生物质炭，施用于农田中不仅可以改善土壤理化性状、培肥土壤，而且可以减少水体养分流失，改善土壤生态环境[19]。还有研究表明，秸秆中含有丰富的有机质、大量元素和微量元素，将秸秆经粉碎、翻压、微生物菌剂快速腐熟、堆沤处理后还田，能增加土壤水稳性团聚体含量，改善土壤的理化特性和土壤结构，增强土壤微生物活性，提高土壤有机质和养分含量，培肥地力，从而改善土壤环境中水、肥、气、热等条件[20-21]。

虽然，我国学者在农田土壤培育领域取得了丰硕的成果。但是，与国际先进水平尚有一定的差距，特别是我国农田耕地类型复杂，耕作制度多样，复种指数高，需根据各个区域的农业特色，加强土壤培育各个关键技术的基础研究，提出与之相适应的绿色生产健康农田土壤培育模式。

4 绿色生产健康农田土壤培育措施研究展望

4.1 健康土壤培育土壤轮耕模式

主要是加强开展土壤少（免）耕保护性耕作、土壤深耕与秸秆还田扩库增容绿色丰产、土壤合理耕作与轮耕、土壤培肥与持续丰产增效栽培等技术的研

究[1]，解决土壤耕层浅和土壤保水保肥性能差等问题，构建适宜各区域农田的合理耕作层，以利于土壤的扩库增容和培肥地力，进而培育健康土壤，达到提升农产品品质、促进农业持续丰产增效的目的。

4.2 土壤主要障碍因子综合调理技术

主要开展土壤调理剂研发和施用、水气热环境综合调控、连作障碍防控与治理、化学-生物-农艺综合调控、潜育化稻田还原性物质快速消减与增量增效、缓释氧化剂与降渍增氧施用等土壤主要障碍因子综合调理技术研究[4]，减缓或解决土壤酸化、潜育化、连作障碍和污染等土壤障碍因素，以达到改善农田耕层土壤结构和生态环境的目的。

4.3 农田绿肥高效利用技术

主要是开展农田绿肥轻简化利用、绿肥替代化肥、绿肥+稻草协同培肥等技术研究[22]，解决有机肥源紧缺、肥料施用结构不合理、土壤养分不均衡的问题，以改善农田土壤的理化性状和土壤的生态环境，培肥土壤，提高水稻等农作物产品质量。

4.4 有机无机肥高效施用技术

主要开展养分调控与培肥地力、有机肥替代施用、有机肥和化肥及生物质炭配合施用等技术研究[7]，解决农田耕地质量下降和养分资源利用率低的问题，提升地力，以达到养分高效利用和作物绿色生产等目的，为农业生产提质增效和农业产业转型提供科技支撑。

4.5 农作物秸秆高效综合利用技术

在农作物秸秆还田措施下，主要开展区域内秸秆循环利用、秸秆异地还田、秸秆资源化和肥料化利用等高效综合利用技术研究[17，20]，解决农业产业链中秸秆废弃物利用低和土地用养不平衡等问题，达到农作物秸秆废弃物资源高效再利用以及改良土壤结构和培肥土壤的目的。

4.6 水肥协同综合利用技术

主要开展农田资源节约型农作种植、耕地培肥与合理农作制综合丰产、水稻精准施肥、增苗节氮、生物培肥等技术研究[14，23]，解决农田大水大肥、肥料施用结构不合理、水肥利用率低等问题，从而提高农田的肥水利用率、减少农田面源污染，为水稻等农作物绿色生产和土壤生态环境保护提供科技支撑。

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（责任编辑：成平）