玉米长期连作对农业生态环境的不利影响分析与对策研究

于新雨 李明森 李子林 吴艳丽

(吉林省农业机械研究院，吉林 长春 130022)

1 吉林省玉米生产情况调研分析

1.1 吉林黄金玉米带

吉林黄金玉米带约位于N40°～42°,E125°～128°，吉林省中部，松辽平原腹地，也被称为中国黄金玉米带。主要分布于吉林省长春地区、四平地区、松原地区、白城地区、辽源地区、吉林地区6市22个县(市、区)，核心区域为长春平原，总幅员面积6万多km2，占吉林省面积的30%以上;耕地299.75万hm2，占吉林省耕地面积的75.1%;粮食作物面积254.1万hm2，占吉林省播种面积的75.7%，年总产量265亿kg，占吉林省玉米总产量的82%。“黄金玉米带”让吉林成为中国产粮大省，并深刻影响作物种植结构。

1.2 吉林省种植结构

吉林省在过去很长时间一直是我国东北大豆的生产区域及最大集散地，出口量大，当时被国际上称为“豆城”。玉米经济的热潮，对高产高效目标的追逐使玉米种植面积逐年增长，吉林省种植规律和种植结构发生改变，玉米成为粮食生产的主要单一品种。多年以来，在全国范围内，吉林省玉米商品量、商品率以及人均占有量和出口量稳居全国第1位，在保障我国的粮食安全、经济发展、增加农民收入以及脱贫攻坚方面作出了重要贡献。经过几十年的发展，至今成为世界瞩目的玉米产区。随着我国对农业结构调整的战略部署，农业的供给侧改革使“黄金玉米带”种植结构正在发生变化。

1.3 吉林省耕作制度现状分析

吉林省历史和自然条件造就了规律的轮作制度,有农业生产以来，均以循环种植结构生产玉米、大豆、水稻、高粱等粮食作物。循环的种植结构，配以具有差异的生产方式，使得农业粮食生产与土壤生态环境和谐发展。

玉米经济的浪潮推动和较长时间的持续发展，使吉林省的玉米种植面积已超过耕地面积的70%～80%，形成长期“连作”的玉米生产格局。绝大多数地块已经连续十几年或者二十几年均一直从事玉米种植生产。玉米是一种具有高产潜力的粮食品种，同时也是最消耗土壤肥力的粮食产品。

统计数据显示，通常土壤环境下，在同一块耕地上如果连续种植玉米达到3a时，第3年土壤肥力将出现严重减退，会使玉米产量显著下降。如果还要继续种植玉米，就要快速提高土壤的肥力，显然化肥是合适的选择，这就需要在前3a肥料数量的基础上继续加大化肥的数量，长期以往化肥使用数量从低到高已达到800～1000kg·hm-2。但相关检测表明，化肥的利用率还不到施肥量的50%，每年有相当数量化肥不能被植物有效利用，其被挥发、被径流带到水里，或以其它形态留在土壤里，形成化学土壤的形态。肥料浪费的同时也促成了土壤生态的化学污染，整个过程是从低级到高级的恶化延伸。调查显示，现在土壤化学肥料的使用保持在800～1000kg·hm-2平衡点上，在平衡点以下就会出现产量明显下降的趋势。为了不减产只能保持高位肥量，不仅浪费了能源，提高了生产成本，同时还污染了生态环境。

研究发现，长期坚持玉米连作的耕地有机质含量会消失殆尽，无有效补充。且大量长期使用化肥，沙化趋势必然出现，非科学有效的耕作，土壤的压实板结严重，垄沟就是犁底层，土壤透水透气保水保肥能力极差。作物根系无法伸展，趋水、趋肥、趋氧的能力受到限制，生长发育受到影响，表现出脱水、脱肥、缺氧的状态。生产者只好加大施肥量来平衡脱肥的状况，造成土壤越板结越加肥，越加肥土壤越板结的恶性循环。直到土壤对作物的供给能力与外界对土壤的供给能力达到平衡，作物生长发育平衡。可以认定，目前普遍形成的超高的化肥使用就是在这样恶性循环状态下形成的。

在此条件下形成的化学土壤结构，土壤生物微生物的多样性遭到破坏，在这样的土壤结构里，已经见不到多少种类的生物体，蚯蚓的身影已经基本消失。

图1 吉林市某玉米产区土壤情况

图2 农安县某玉米产区土壤情况

图3 农安县某连作玉米产区秸秆深度还田后土壤现状

依前所述，在玉米连作生产过程中可以通过2种方式对减轻土壤板结、土壤有机质的补充发挥重要作用，即作物秸秆深度还田、实行科学有效的机械化耕作。通过调研，显然以往的种植方式轻视了这2项措施。

通过调研检验具有土壤生态灵魂的有机物质肥料消耗殆尽，得不到科学的补充，黑土地正在加速变成黄土地。

长期连作及对土壤保护观念的不足，导致土壤养分失衡，土壤酸化、盐渍化增加，土壤团粒结构趋于消失，黑土地腐蚀表现明显，长期粮食生产消耗加上长期水土流失，宝贵的黑土层即将消失。有机层从最初的70～80cm已经减少到现存的20～30cm，个别地域已经减少到不足20cm，耕层厚度就是黑土层的厚度，耕整地作业时一不小心黄土就被翻到土壤表层。深松是解决土壤板结保护优化土壤结构十分有效的机械化作业耕作方式，前期已在粮食主产区积极全面推行，初期也收到了一定效果，对土壤的疏松度、含水率等改善起到明显作用。但由于耕层土壤变薄，硬底层上升，深松超过黑土耕层，黄土上翻，这种现象的发生，使农民对深松整地产生疑虑，开始不接受对土壤的深松作业。使得能够改善优化土壤作用的深松作业方式出现停顿。

同土壤的自然生产规律相悖的玉米长期连作生产方式使得玉米的产能获得巨大收获，但这种收获是靠损坏土壤自然生态环境为代价获得的，带来的能源肥料浪费与居高不下的农业生产成本长期困扰着农业经济持续发展。农业生态环境的恶化已经发展到不断困扰威胁社会的多领域方面。研究分析预测，在水质污染、空气污染、食品安全隐患等不良现象中，与目前土壤生态环境损害也具有一定的关联。

长期玉米连作促成的化肥、化学药物的超常规使用，使得土壤自然生态的自净能力失效，地表水受到不同程度的污染。严重地区深层水的污染也趋于加重，地下水不能饮用，农村的饮水受到威胁。长期大量使用化肥、农药的农业生产，必定会对自然生态可持续发展产生非常不利的影响。长期一味追求单一的高产高效的非科学农业生产格局必然会打破自然生态平衡的格局，给自然环境造成复杂性的损害及严重后果。

2 调研分析结论

调查分析检测表明，在长期的玉米连作生产过程下，耕地资源受到了严重的损害，黑土地退化面临严重的威胁，粮食安全和生态安全面临严重挑战，具体表现在以下方面：黑土地逐渐消失，生态平衡不断被破坏；土地板结严重，垄沟就是心土层；生态结构被破坏；土壤沙化逐渐加剧，植物生长调节系统被破坏；化肥的使用已达到作物需要标准的3～4倍；化学土壤正在形成；除草剂、杀虫剂、防疫、生长剂等化学药剂污染加剧；土壤有机质消耗殆尽，土壤生物多样性遭到毁坏；土壤中自然生态系统平衡状态失调，土壤品质下降；地下水与地表水污染严重，水资源可利用遭到威胁；玉米连作的种植方式还在继续，对自然环境的破坏还在延续。

图4 部分玉米连作区的黑土地现状

图5 典型黑土地参考模式

3 解决路径与对策

根据调研结论，提出以下综合性措施建议及对策。

提高农业粮食生产者保护耕地资源的理念，充分认识耕地保护的重要性，自觉树立耕地的保护性开发使用意识;将系统交叉学科领域新技术理念与技术方法引入到现有玉米连作生产各环节中，用系统工程技术解决当前土壤生态环境存在的各种危机;探索现有条件下等价值种植结构生产系统，采取等价值生产方法推进轮耕制度的回归，改变目前长期玉米连作不科学、不合理的种植方式，在种植结构上发挥黑土地保护根本作用;转变对农业秸秆等次生资源的认识，将秸秆等作为宝贵资源来保护使用，强化种植次生资源逐级全量归田，不是部分而是全部深度还田;快速恢复土壤有机质水平，恢复土壤生态构造；减少化肥的使用，挖掘有机肥料的资源强化和有机肥的运用，恢复土壤生物微生物生态多样性;改革化学复合肥料的使用，坚持3a一测土，2a一深松相配合方式，改善土壤板结和物理性能恶化;减少药物、除草剂等化学药物的使用，用机械工程加生物工程的方法代替或部分代替;加快补齐土壤生态环境保护型技术与机械的短板，创立轮作制度条件下的农业生产方式技术体系，为农业种植业生产可持续发展和农业生态环境可持续发展提供保障。

4 结语

玉米长期连作对土壤生态环境的不利影响和损害，使得粮食安全生产的危机不断显现，并对黑土地的保护产生威胁。因此，必须走生态优先绿色发展之路，改变目前农业生态环境困境要从2个方向入手，推进供给侧改革，推进种植结构调整，促进连作为轮作的改革，以适合区域内的玉米、大豆轮作的生产制度实现种地养地相结合，达到土地生态使用平衡发展。改变土壤的机械化种植生产方式，配以土壤生态需要和作物生长发育需要配套的技术与手段，确保土壤生态安全和作物生长安全。这是迫切希望实现的农业粮食生产与生态环境共同可持续发展的目标。