甘肃省休耕试点区域主要技术模式及实施效果

高 飞，崔增团，贾蕊鸿，郭世乾

（甘肃省耕地质量建设保护总站，兰州 730020）

0 引言

为了实现粮食产量的逐年提升和自给自足，在一段时期内农业生产上出现了重化肥轻有机肥、重用地轻养地、重产出轻投入的倾向，人们不断增加农业投入，使水资源、肥料、农药及地膜等消耗量逐年增加，致使耕地土壤理化性质变差、地力下降，还造成水土流失、土壤污染加重等问题，制约着农业的可持续发展。突出的耕地问题若得不到及时解决，将危及国家粮食安全。实行轮作休耕制度，有利于耕地休养生息，不仅可以保护耕地资源，确保潜在农产品生产能力，也有利于平衡粮食供求矛盾、稳定农民收入。在甘肃省生态脆弱区开展耕地休耕试点，构建耕地休耕农作制度，强化耕地质量保护，在有效巩固提升粮食长期产能、提高农业质量效益和竞争力的同时，能够促进生态脆弱区经济发展和维护农业生态系统的完整性，实现人与自然的和谐发展。因此，开展耕地休耕试点工作有重大的现实意义。南丽丽等[1-4]学者认为，土壤微生物量碳、微生物量氮、pH 和有机质含量对土壤真菌群落结构影响显著，与休耕相比，施有机肥、秸秆还田、绿肥还田结合深耕均降低了土壤中病理营养型真菌的相对丰度，利于保持农田土壤生态系统健康；马涛等[5]认为黄土高原丘陵沟壑区轮作休耕模式对土壤剖面水分差异性、空间分布、变异性和层次划分能够产生重要影响。刘姝彤等[6]研究表明，在夏季对耕地实行休耕与培肥措施相结合，能够使农田得到休养生息、快速恢复和提升耕地生产力；休耕季小麦玉米间作农田土壤N2O 排放受土壤水热条件的影响较大。中国耕地差异化的休耕模式主要有地下水漏斗区节水保水型休耕模式、土地污染区清洁去污型休耕模式、生态严重退化区生态修复型休耕模式、耕作过度集约化区耕地地力保护型休耕模式及耕地撂荒严重区的“流转+休耕”模式。土地休耕不同于撂荒，其基本目的是生态环境保护。农户意愿影响土地休耕制度的实施，应建立包括生态补偿的主体、实施方式、补偿标准等在内的动态生态补偿机制。同时也要扩大休耕规模和范围，丰富休耕试点区域，建立目标多元化、模式多样化和实施常态化的耕地休耕制度[7-9]。有研究提出轮作休耕对劳动力转移存在显著的正向影响，对区域农民增收有促进作用[10]。杨庆媛等[11]学者认为，中国应结合区域农业资源禀赋和生态环境特点和基于粮食安全和生态文明建设要求确定轮作休耕的规模与布局，健全轮作休耕监管监测评价体系，才能保障轮作休耕制度有效实施。耕地休耕要与培肥措施相结合才能使农田得到休养生息、快速恢复和提升耕地生产力。农户是耕地利用主体，也有学者从农户角度对休耕政策进行了调查，提出农户休耕意愿是依据补偿标准而定，这为政策的制定和实施提供了借鉴[12-13]。前人的研究主要集中在休耕技术模式对土壤理化性状及微生物种类数量的影响上，而对西北土壤退化严重地区土壤中微量元素及理化性状指标的研究较少。本研究基于甘肃土壤退化地区连续实施休耕，并对休耕模式技术措施进行分析总结，以期为在甘肃扩大耕地休耕试点面积提供技术支撑。

1 甘肃省耕地质量状况概述

甘肃省地处西北内陆地区，地域辽阔、地形复杂，土壤类型较多。按大的区域土壤类型划分为陇南山地丘陵褐土、棕壤类型区；黄土高原黑垆土、黄绵土类型区；河西内陆绿洲灌漠（淤）土类型区等三大类型区。全省现有耕地中包含了25个土类，178个土种，分布在全省79 个县市区，其中面积最大的土种为坡黄绵土；全省总耕地面积为537.67 万hm2，但由于流域生态治理、干旱以及沙地、沟坝地、撂荒地等因素影响，大于100万hm2的耕地已不能正常耕种，实际仍在耕种的耕地面积仅为440 万hm2左右。在保障经济社会快速发展的情况下，全省耕地面临的形势严峻，耕地资源紧缺将成为常态。甘肃省耕地地力基础贡献率平均为47.73%，低于全国平均水平约5个百分点；中低产田耕地数量占总耕地面积的80%以上，高于全国10个百分点；耕地中土壤有机质含量低于20 g/kg 的面积占82.5%。除了受全球气候变暖、降雨量减少、地表径流枯竭等自然因素影响外，化肥过量施用、不合理灌溉及有机肥料投入少等人为因素也导致甘肃耕地土壤蓄水保肥能力下降、土壤板结、土壤盐碱化等退化问题日益严重。通过调查可知，全省盐碱地总面积为141.40万hm2，盐碱耕地面积为33.47 万hm2。土壤盐渍化已造成部分区域土地生产能力减退，盐碱地区粮食产量不足当地产量的60%；根据农业部《全国耕地质量等级公报》[9]，甘肃省耕地分布在全国3个区域：黄土高原区中东部、甘新区河西走廊及青藏区甘南及天祝，其中黄土高原区中东部、青藏区甘南及天祝耕地质量等级主要为七至十等，仅甘新区河西走廊耕地等级为一至四等。根据2015年耕地质量评价结果，一至四等优良耕地在全省耕地总面积中占比仅为33.9%。休耕技术有利于遏制土壤退化趋势与耕地土壤理化性状的改善，是缓解并逐步解决当前甘肃省耕地出现问题的一项有力技术措施。

2 休耕主要技术模式

甘肃省休耕试点工作主要在中东部严重干旱的环县、安定区、会宁县、通渭县、静宁县、秦州区、永登县、永靖县以及河西土壤沙化、盐渍化严重的古浪县等9个县（市、区）36个乡镇开展，试点面积达到1.33万hm2，涉及主要土壤类型包括黑垆土、黄绵土、灰钙土、褐土、棕壤、灌淤土、新积土等。围绕防止休耕地荒化、降低休耕地侵蚀、提升休耕地地力、协调休耕地水肥4个主要环节，规划设计符合生态特点的休耕地耕作、防护、培肥、调控治理修复技术模式，调整种植结构，改种绿肥植物，培肥地力，提高土壤有机质含量，同时减少农事操作，不断改善生态环境。按照种植绿肥→杀青还田→深翻晒垡→增施有机肥→耙耱保墒→秸秆覆盖保护→翌年翻耕还田的流程，进行休耕地年度管护，实现耕地质量提升，做到休而不荒、休而不废。

中东部干旱地区休耕技术模式：前茬作物收获后，及时深翻耕，施用充分腐熟的农家肥45000 kg/hm2，使用适量固氮菌剂，种植芸芥或箭筈豌豆、毛苕子，在绿肥作物盛花期翻耕还田，并施适量腐熟剂，秋季适时旋耕一次，第二、三年继续种植芸芥或箭筈豌豆、毛苕子，实施第一年耕作措施，在大面积应用绿肥种植技术模式的同时，示范应用秸秆还田、秸秆覆盖技术，不断改良土壤，提高土壤保肥、保水、保温性能和生产能力。

河西土壤退化严重地区休耕技术模式：针对试点耕地干旱缺水、土壤沙化、盐渍化严重的实际，在防止休耕地退化的基础上，通过合理的灌水，冲施适量土壤调理剂，施入畜禽粪便堆沤腐熟的有机肥45000 kg/hm2，旋耕种植箭筈豌豆、毛苕子等绿肥作物，在绿肥盛花期深翻还田、晒垡，连续实施3年。

3 休耕耕地质量监测结果

3.1 耕地质量监测工作基本情况

通过综合考虑土壤类型、土地利用、耕地质量、土壤环境、管理水平、行政区划等因素，按照休耕试点区域原则上平均66.67 hm2耕地设立一个固定监测点，2017 年，甘肃省在9 个休耕试点县共建立耕地质量固定监测点181个；同时，在与试点区域监测点区域相近的非休耕耕地上选择设置固定对照监测点181个。

各试点县根据不同试点区域耕地休耕方式与特点、主要作物播种与收获季节，在固定时期开展调查监测与评价工作。休耕试点区域耕地土壤样品监测指标分统一调查监测指标和区域性补充调查监测指标。统一调查监测指标包括土壤名称、地貌类型、地形部位、坡度、海拔高度、常年降雨量、有效积温、土壤养分状况、容重等。区域性补充指标有耕层土壤水溶性盐总量、八大离子含量（含K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Cl－、SO42-、HCO3－、CO32-）、盐化类型、盐渍化程度等。

3.2 休耕耕层土壤理化性状变化

3.2.1 土壤物理性状指标

（1）耕层厚度。监测结果表明，休耕试点区耕层厚度为23.8 cm。试点前耕层平均厚度为22.6 cm，2019年耕层厚度为23.8 cm。与试点前比，耕层厚度增加1.2 cm，增幅为5.3%。与对照区比，2019 年休耕试点区耕层厚度基本没有变化。2017—2019年，实施休耕制度试点后，休耕试点区土壤耕层厚度呈逐年增加趋势，但变化幅度较小；与未实施休耕制度的对照区相比，试点区的耕层厚度相对持平。

（2）土壤容重。休耕试点区土壤容重为1.22 g/cm3，试点前耕层土壤容重为1.23 g/cm3。与试点前比，土壤容重略有降低，减少了0.01 g/cm3。与对照区比，2019年休耕试点区土壤容重变化幅度不大。2017—2019年，实施休耕制度试点后，休耕试点区土壤容重呈先降低后上升的变化趋势，但整体看变化幅度不大；与未实施休耕制度的对照区相比，试点区的土壤容重增幅相对持平。

3.2.2 土壤化学性状指标

（1）土壤有机质。实施休耕制度试点3年来，休耕试点区土壤有机质含量呈逐年增加的变化趋势，实施试点前2年土壤有机质含量变化幅度不大，实施第3年土壤有机质含量显著增加；与未实施休耕制度的对照区相比，试点区的土壤有机质含量相对有所增加。监测结果表明，休耕试点区土壤有机质平均含量为12.8 g/kg，试点前耕层土壤有机质含量平均值为8.3 g/kg。与试点前比，休耕试点区土壤有机质含量显著增加，增加了4.6 g/kg，增幅为55.7%。与对照区比，2019 年休耕试点区土壤有机质增加了0.5 g/kg。

（2）土壤pH。2017—2019 年，实施休耕制度试点后，休耕试点区土壤pH整体变化幅度不大。由监测结果可知，休耕试点区土壤pH 8.4，试点前耕层土壤pH 8.6。与试点前比，土壤pH 略有降低，减少了0.12 个单位。与对照区比，2019年休耕试点区土壤pH相对持平。

（3）全氮。实施休耕制度试点3年来，休耕试点区土壤全氮含量呈逐年增加的变化趋势，实施试点前两年土壤全氮含量变化幅度不大，实施第3 年土壤全氮含量显著增加。试点区的土壤全氮含量与未实施休耕制度的对照区相对持平。休耕试点区土壤全氮平均含量为0.82 g/kg，试点前耕层土壤全氮含量平均值为0.53 g/kg。与试点前比，休耕试点区土壤全氮含量显著增加，增加了0.29 g/kg，增幅为53.8%。与对照区比，2019年休耕试点区土壤全氮含量变化幅度不大。

（4）有效磷。2017—2019 年，实施休耕制度试点后，休耕试点区土壤有效磷呈先降低后升高的趋势，而未实施休耕制度的对照区则呈逐年降低的趋势。试点前土壤有效磷平均含量为12.9 mg/kg，2019 年有效磷为13.2 mg/kg。与试点前比，有效磷增加0.3 mg/kg，增幅为2.3%。与对照区比，2019年休耕试点区有效磷含量比对照区高26.1%。

（5）速效钾。监测结果表明，休耕试点区速效钾为172 mg/kg。试点前土壤速效钾评价含量为164 mg/kg，2019 年速效钾为172 mg/kg。与试点前比，速效钾增加9 mg/kg，增幅为5.3%。与对照区比，2019年休耕试点区速效钾含量高于对照区，比对照区高18 mg/kg，变幅为11.5%。

2017—2019 年，实施休耕制度试点后，休耕试点区土壤速效钾呈先升高后持平的变化趋势；与试点区不同，未实施休耕制度的对照区则呈先升高后降低的变化趋势。

（6）中微量元素。监测结果表明，试点前后相比，休耕试点区土壤有效锌含量有所增加，土壤有效硫、有效硼和有效钼有所降低，其余中微量元素均与试点前相比持平。其中：2019 年土壤有效锌平均含量为0.50 mg/kg，较2017 年增加0.04 mg/kg，增幅为8.5%；2019 年土壤有效硫平均含量与试点前比减少了4.9 mg/kg，降幅为26.7%；2019年土壤有效硼平均含量为0.65 mg/kg，与试点前比土壤有效硼平均含量降幅为6.8%；2019 年土壤有效钼平均含量为0.08 mg/kg，与试点前比，土壤有效钼平均含量减少了0.01 mg/kg，降幅为9.1%（表1）。

表1 试点区土壤中微量元素含量比较 mg/kg

与对照区相比，2019年休耕试点区域中微量元素含量除有效硫和有效锌有所增加外，其余均含量变化不大，与对照区相对持平。其中：2019 年休耕试点区土壤有效硫平均含量高50.2%；土壤有效锌平均含量增加了0.05 mg/kg，增幅为10.8%（表2）。

表2 2019年试验区与对照区土壤微量元素含量比较 mg/kg

3.2.3 区域性补充监测指标

（1）土壤水溶性离子变化。监测结果表明，实施休耕试点后，土壤水溶性离子含量均有不同程度的变化。2019 年与2017 年相比，水溶性钾离子、钠离子和碳酸根离子含量有增加，其余离子含量均明显下降（表3、4）。2019 年，试验区与对照区相比，水溶性钙和硫酸根离子略高，其余盐分离子均较对照区有所降低。

表3 试点区土壤水溶性盐离子含量比较 g/kg

（2）土壤盐分离子变化。实施休耕制度试点3年来，休耕试点区土壤水溶性总盐含量的变化趋势表现为2017—2018 年相对持平，2018—2019 年显著下降（如表4所示）。监测结果表明，休耕试点区土壤水溶性总盐平均含量为0.5 g/kg，较试点前略有降低。与试点前比，土壤水溶性总盐含量减少了0.1 g/kg，降幅为20.3%。与对照区相比，2019 年休耕试点区水溶性总盐含量略低，试验区较对照区低3.6%。

表4 2019年试验区与对照区土壤水溶性盐离子含量 g/kg

3.2.4 耕地质量等级变化2017 年实施休耕制度试点的9 个项目县中，环县、会宁、安定、通渭、秦州、永靖、永登、静宁等8 县（区）休耕试点区域均属于黄土高原区，其中环县的试点区域属于晋陕甘黄土丘陵沟壑牧林农区，会宁、安定、通渭、秦州、永靖、永登、静宁等7县（区）属于陇中青东丘陵农牧区；古浪县属于甘新区的蒙宁甘农牧区。根据《耕地质量等级(GBT 33469—2016)》，按照黄土高原区和甘新区评级指标体系，对9个休耕试点县的耕地质量等级进行了评价。根据评价的结果，2019 年，实施休耕制度试点的试验区与对照区比较，试验区耕地质量平均等级为9.69等，对照区为9.78等，耕地质量等级提升0.09等。

4 讨论与结论

休耕技术模式对于中国提高土壤质量、促进农业提质增效[14]、维护食品安全和保障生态安全[15]均具有重要意义[16-18]。有学者针对中国北方干旱半干旱地区提出应实行水资源约束的休耕模式，南方地区实行土地整治与休耕相结合的模式，山区则实行退耕与休耕相结合的模式[19]。陈展图等[20]从地力透支、土地污染及生态退化3个方面提出了差异化的区域休耕模式。国内多数研究对休耕技术模式以综合论述为主，西北生态退化地区休耕后对土壤影响的具体效果分析研究还很缺乏试点试验数据支撑。本研究在休耕耕地及对照区均建立监测点，开展实施前后耕地质量监测工作，通过土壤化验取得了丰富的数据资料，分析了土壤理化性状的变化情况，并根据相关指标对休耕耕地进行了质量等级评价。2019年试验区与对照区相比，实施3年休耕试点后，土壤耕层厚度增加、容重降低，有机质、全氮、有效磷、速效钾、有效硫、有效硅等养分含量均表现为增加的趋势。这主要是由于与对照区相比，试验区的休耕试点制度以绿肥种植、增施有机肥和深翻耕的措施，有利于休耕区域土壤蓄积水分，改善底墒，有利于土壤矿物质和水分的积累，通过休耕土壤肥力得到初步恢复，休耕措施对土壤有机碳螯合和养分循环的积极影响，提高土壤结构和水肥利用效率，同时休耕覆盖绿肥作物可以提高土壤健康和环境质量。从土壤盐分离子来看，对位未实施休耕措施的对照区，土壤水溶性总盐含量和大部分水溶性离子均有所降低，土壤呈现脱盐化的趋势向良性发展，有利于退化耕地的恢复。