[中國(guó)科學(xué)報(bào)]莊稼一枝花 全靠肥當(dāng)家
▲東北黑土長(zhǎng)期試驗(yàn)及增施有機(jī)肥和秸稈覆蓋還田土壤有機(jī)質(zhì)提升技術(shù)
▲南方紅壤典型長(zhǎng)期試驗(yàn)及改良劑和輪作改良土壤酸性快速提升土壤有機(jī)質(zhì)技術(shù)
張文菊供圖
長(zhǎng)期以來,我國(guó)習(xí)慣藏糧于倉(cāng)、藏糧于民、以豐補(bǔ)歉。然而,耕地占補(bǔ)質(zhì)量嚴(yán)重失衡,耕地總體質(zhì)量下降已經(jīng)成為提高糧食生產(chǎn)能力的障礙。對(duì)此,社會(huì)對(duì)藏糧于地、藏糧于技的呼聲越來越高,2016年中央一號(hào)文件也聚焦到該戰(zhàn)略。
“過去糧食生產(chǎn)下來要存在糧倉(cāng)里,現(xiàn)在要求重視土壤肥力的培育。土壤肥力提高了,糧食生產(chǎn)能力才能提高,作物高產(chǎn)才能實(shí)現(xiàn),這就是藏糧于地。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃所副所長(zhǎng)徐明崗研究員向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者介紹,耕地質(zhì)量的核心是土壤肥力,而土壤肥力最基礎(chǔ)最主要的指標(biāo)是土壤有機(jī)質(zhì)。
日前,《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者在采訪中了解到,徐明崗團(tuán)隊(duì)經(jīng)過30年的聯(lián)網(wǎng)研究與實(shí)踐驗(yàn)證,通過探明土壤有機(jī)質(zhì)的演變規(guī)律,首次揭示了土壤有機(jī)質(zhì)提升與作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的定量耦合關(guān)系,創(chuàng)建了具有區(qū)域特色的有機(jī)質(zhì)提升的關(guān)鍵技術(shù),并大面積示范和推廣應(yīng)用,經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境效益顯著。該成果獲得了2015年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
土壤有機(jī)質(zhì)與化肥超量使用
土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中最活躍的部分,是土壤肥力的基礎(chǔ)。而我國(guó)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量整體水平偏低,嚴(yán)重制約我國(guó)農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展。
“目前僅為歐洲同類土壤的1/3到1/2。” 徐明崗表示,有機(jī)質(zhì)含量低導(dǎo)致作物高產(chǎn)的化肥依賴性強(qiáng),過量化肥的施用對(duì)國(guó)家生態(tài)安全和環(huán)境安全造成了嚴(yán)重的威脅。
據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù),2013年我國(guó)農(nóng)業(yè)化肥施用量為5912萬噸,按農(nóng)業(yè)種植面積(包括果園等在內(nèi))計(jì)算,化肥用量為每公頃322公斤,遠(yuǎn)高于世界平均水平,分別是美國(guó)的2.6倍和歐盟的2.5倍。
2015年,國(guó)家提出了“一控兩減三基本”,按照求,到2020年化肥農(nóng)藥的使用量要實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)。
“化肥減量不等于肥料減量,化肥減下去,有機(jī)肥必須要補(bǔ)上去。”江西紅壤研究所研究員黃慶海向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者表示,有機(jī)質(zhì)含量的提升與國(guó)家化肥減量政策是一致的。
針對(duì)以上問題,該項(xiàng)目組在東北、華北、西北、南方旱地和水田5大糧食產(chǎn)區(qū),從20世紀(jì)80年代開始,布置40多個(gè)長(zhǎng)期定位試驗(yàn),開展300多個(gè)典型農(nóng)戶長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)試驗(yàn),揭示了我國(guó)集約化農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)變化具有明顯的階段性和區(qū)域性的特點(diǎn)。
在東北地區(qū)監(jiān)測(cè)觀察顯示,該地區(qū)開墾前有機(jī)質(zhì)處于較高水平,開墾后有機(jī)質(zhì)下降是一個(gè)必然的過程,開墾后的前30~40年有機(jī)質(zhì)處于快速下降期,開墾至今有100多年的歷史,目前下降速率處于較低的平衡期。
“西北、華北和南方旱地,有機(jī)質(zhì)處于較低水平,維持投入水平較低,隨著作物單產(chǎn)逐漸提高,作物根茬歸還量也相應(yīng)增加,有機(jī)質(zhì)水平穩(wěn)定上升。”徐明崗介紹,由于近30年化肥大量施用,有機(jī)肥投入比例低,有機(jī)質(zhì)上升速率較慢。
而南方水田由于特殊的淹水環(huán)境,以及近年來高產(chǎn)水稻的大面積推廣應(yīng)用,作物殘茬歸還量較大,質(zhì)穩(wěn)定增加。
有機(jī)質(zhì)提升與有機(jī)肥科學(xué)實(shí)施
徐明崗認(rèn)為,在我國(guó)人口不斷增加的情況下,要實(shí)現(xiàn)糧食持續(xù)增長(zhǎng),減緩環(huán)境壓力,土壤有機(jī)質(zhì)提升的需求十分迫切。
我國(guó)農(nóng)民施用有機(jī)肥料有著悠久的歷史,老百姓都知道施用有機(jī)肥作物長(zhǎng)勢(shì)好、產(chǎn)量穩(wěn)、抗性強(qiáng)。有關(guān)土壤有機(jī)質(zhì)提升與作物增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的研究偶只處于定性的研究水平上。究竟如何科學(xué)施用有機(jī)肥仍是一個(gè)懸而未決的問題。
“但由于廣大農(nóng)民缺乏有機(jī)質(zhì)提升的技術(shù)原理和知識(shí),不知道施用多少秸稈或有機(jī)肥能維持有機(jī)質(zhì)不下降,不知道施用多少秸稈或有機(jī)肥能提升多大幅度。”中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與區(qū)域規(guī)劃所副研究員張文菊告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。
該項(xiàng)目通過大量田間定位試驗(yàn)的聯(lián)網(wǎng)研究,明確了不同區(qū)域有機(jī)物料的長(zhǎng)期利用效率,從而解決了不同區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)維持和提升中有機(jī)物料究竟還多少的問題。
有機(jī)質(zhì)提升與作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)
土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的核心指標(biāo),不僅是土壤養(yǎng)分的重要載體,也是土壤微生物的能量源,直接影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和供應(yīng)。“土壤有機(jī)質(zhì)與作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)關(guān)系非常密切。”張文菊表示。研究成果表明,有機(jī)質(zhì)含量低的土壤無論如何施肥也難以大幅度增加產(chǎn)量。有機(jī)質(zhì)提升后土壤微生物活性提高,相應(yīng)促進(jìn)土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化,提高養(yǎng)分的有效性供應(yīng)強(qiáng)度,進(jìn)而促進(jìn)作物的吸收,實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。
徐明崗介紹,該項(xiàng)目成果首次確定了不同區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)提升與作物增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的量化關(guān)系,即通過長(zhǎng)期的聯(lián)網(wǎng)研究,獲得不同區(qū)域每提升一個(gè)單位有機(jī)質(zhì)作物的增產(chǎn)量。這也是該成果的重要?jiǎng)?chuàng)新之一。
該項(xiàng)目組調(diào)查研究證明,在當(dāng)前生產(chǎn)水平下,土壤有機(jī)質(zhì)每提升1個(gè)單位有機(jī)質(zhì),三大糧食作物平均可增產(chǎn)47~66 公斤/畝,穩(wěn)產(chǎn)性提高5%~8%。
“根據(jù)該成果中不同區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)的適宜值以及有機(jī)質(zhì)與產(chǎn)量的定量關(guān)系,確定不同區(qū)域有機(jī)質(zhì)的提升目標(biāo),以有機(jī)物料的長(zhǎng)期利用效率確定有機(jī)物料的投入量,從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)的定量提升,該成果進(jìn)一步證實(shí)有機(jī)質(zhì)提升對(duì)全國(guó)作物增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率將近10%。”徐明崗說。
事實(shí)上,影響農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)提升的主要可控限制因素為有機(jī)物料投入量、土壤水分、溫度和pH值等。
“目前的管理模式下,我國(guó)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)提升的第一驅(qū)動(dòng)因素仍然是有機(jī)物料的投入量,這也是最根本的。”張文菊表示,土壤的環(huán)境條件如土壤濕度、溫度和酸堿性是影響有機(jī)物料利用效率的重要的外部因素。
張文菊進(jìn)一步解釋道,在投入量超過有機(jī)質(zhì)的維持投入后,適宜的土壤水分、溫度和pH值能提高有機(jī)物料的利用效率,從而有效地提升土壤有機(jī)質(zhì)水平。
區(qū)域性技術(shù)模式的創(chuàng)新與推廣
在我國(guó),人多地少,農(nóng)田集約化強(qiáng)度大,利用度高,得不到休養(yǎng)生息,有機(jī)質(zhì)消耗大;另一方面,在目前現(xiàn)行的農(nóng)業(yè)管理模式下,化肥依賴大,有機(jī)物還田與投入不足。
據(jù)介紹,該項(xiàng)目針對(duì)區(qū)域有機(jī)質(zhì)的特點(diǎn)和生產(chǎn)實(shí)際中存在的突出問題,集成具有區(qū)域特色的有機(jī)質(zhì)提升技術(shù)模式,創(chuàng)新集成5類13種具有區(qū)域獨(dú)特性和適宜性的土壤有機(jī)質(zhì)提升技術(shù)模式。其中增施有機(jī)肥和秸稈還田最受推崇。
徐明崗舉華北以氮增碳雙還技術(shù)模式為例,該模式采用氮肥基肥重施、控磷減鉀,機(jī)械化小麥秸稈條帶覆蓋的核心技術(shù),同時(shí)采用玉米秸稈粉碎深耕翻壓的配套技術(shù),解決華北區(qū)域秸稈量大、碳氮比高、旋耕淺導(dǎo)致的腐解效率低、還田后跑墑及影響作物出苗等問題。
據(jù)了解,項(xiàng)目成果不僅通過與農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣部門的合作,開展相關(guān)的技術(shù)培訓(xùn)和媒體宣傳,而且還依托長(zhǎng)期施肥試驗(yàn)基地,建立試驗(yàn)示范區(qū),通過試驗(yàn)示范、現(xiàn)場(chǎng)觀摩、技術(shù)培訓(xùn)/專題講座、資料發(fā)放等形式帶動(dòng)農(nóng)業(yè)種植大戶及農(nóng)戶,采納相關(guān)有機(jī)質(zhì)提升關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)模式。
近3年來,技術(shù)模式主要在黑龍江、吉林、河南、河北、山東、山西、陜西、四川、湖南、湖北、廣西、安徽、江蘇等13個(gè)省區(qū)累計(jì)示范和推廣面積10672萬畝。
“不僅顯著提升了土壤肥力,促進(jìn)了作物增產(chǎn);也產(chǎn)生了顯著的生態(tài)環(huán)境效益,促進(jìn)了秸稈等有機(jī)廢棄物資源的高效利用,增強(qiáng)了土壤固碳能力,提升了土壤肥力狀況,改善了土壤的緩沖性能和抗逆性。”徐明崗說。
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