干热河谷耕地质量提升的关键技术与成果

我国用不到世界耕地面积9%的耕地养活了近20%的世界人口，但也造成了严重的耕地质量和耕地生态问题，耕地质量保护和生态保护形势刻不容缓。当前我国正处于生态文明建设的关键期，必然更加关注耕地质量安全和生态安全，注重耕地利用绿色高效和循环生态。

国际可持续集约化发展经验为中国构建数量、质量、生态三位一体耕地保护格局提供了重要启示，在保证数量充足和质量优良的基础上，构建“用养结合”的动态平衡体系，创新耕地利用与农业经营模式，加强耕地养护和生态养育，确保粮食生产能力持续稳定。耕地质量保护既是加强保持耕地特有的生产和养育的自然属性，也是对其生态环境抵御和自我恢复能力的提高，是耕地生态保护的重要基础和前提（彭文龙等，2020）。土壤有机质是耕地地力最重要的性状之一，被认为是土壤质量和功能的核心，是农业生产至关重要的决定因子（潘根兴等，2005），已成为世界土壤质量关注的焦点。我国耕层土壤有机质含量平均值为18.63g·kg-1，仅为世界土壤有机质含量平均值（32.54g·kg-1）的57%（胡莹洁等，2018），元谋干热河谷耕层土壤有机质含量仅为6.78g·kg-1，仅为我国耕层土壤有机质含量平均值的36.40%，云南耕层土壤有机质含量平均值为30.10g·kg-1（杨帆等，2017），元谋干热河谷耕层土壤有机质含量仅为云南的22.59%。当前干热河谷耕地质量问题表现为土壤退化、有机质含量低、基础地力低等。除自然环境外，高强度耕作以及灌溉水、农药和化肥的过度使用等人为因素也是区域有机质含量下降、耕地质量下降和生态退化的普遍原因。国际可持续集约化发展经验对解决耕地质量问题启示：加强综合病虫害管理，采用生物防治、物理防治等措施，减少农药使用；强化多样性种植结构，加强保护性耕作措施（生态耕种、免耕种植、覆盖种植、休闲晒地等），建立复合种植农业模式（轮作、间作、套作、农林复合、双季种植相结合等），提升耕地利用效益，增强作物多样性，改善土壤质量；加强推广农家肥、有机肥，增加土壤有机质，减少化肥施用量；强化农民技术培训，引导农民实施可持续农业实践（彭文龙等，2020）。近年来，中央一号文件多次指出，要将耕地质量建设当作一项战略措施抓紧抓好。进入21世纪以来，国家先后启动了土壤有机质提升、耕地质量提升、优粮工程、新增千亿粮食生产能力建设以及黑土地保护试点等重大项目，推广秸秆还田、绿肥种植、增施有机肥、土壤改良培肥和测土配方施肥等重大技术，正在有效促进我国农田土壤有机质含量稳步提升（杨帆等，2017）。总之，增施有机肥、作物轮作、休耕晒地、水肥管理、病虫害防治等措施有效构建健康的土壤，并防治土壤退化。2019年修订的《土地管理法》将耕地轮作休耕、高标准农田等内容以法律形式确定下来。

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图4-1　单一种植模式的生态负效应图（吴红淼等，2016）

作物连作是近代农业现代化集约化生产的必经之路，单一作物长期连作会劣化土壤，导致土传病害发生，影响作物生长发育、产量形成和品质，已成为制约现代农业可持续发展的重要限制因子，是世界性难题（图4-1）。作物连作障碍（Continuous cropping obstacles）是指同一作物或近缘作物连作以后，即使在正常栽培管理的情况下，也会产生产量降低、品质变劣、生育状况变差的现象（李天来等，2016），是植物－土壤－微生物及其环境等诸多因素综合作用的外在表现，日本称这类问题为忌地现象，欧美国家则称之为再植病害（Replant disease）或再植问题（Replant problem）。水稻、玉米、小麦等粮食类作物，西瓜、草莓、番茄、黄瓜等果蔬类作物，烤烟、大豆、花生等经济类作物，人参、三七、地黄等药材类作物的连作栽培种植过程中均发生不同程度的连作障碍现象，仅有很小一部分作物的连作对生长具有促进作用（郝慧荣等，2008）。目前，中国危害程度高的连作地块面积超过10%，其中规模化种植区发生面积一般超过20%；连作障碍导致当季作物损失占20%～80%，严重的几乎绝产，每年造成的经济损失可达数百亿元；同时还降低了农产品的安全性（李天来等，2016）。因此，如何调控连作障碍是农业生产上急需解决的问题，克服连作障碍是农业可持续发展的当务之急。其主要是由土壤劣变导致的，具体可归纳为5个方面：土壤养分失衡；土壤理化性状恶化；来自植物的对土壤有害物质的积累；土壤微生物区系劣变；土壤有害生物积聚等（泷岛，1983）。在这五大因子中，土壤微生物的变化是连作障碍的主要因子，其他为辅助因子。近几年国内外对根分泌物的研究又成为揭示连作障碍机制的热点（吴凤芝等，2000）。虽然，目前尚未找到彻底根治方法，但研究表明，可以通过以下措施缓解作物连作障碍（Katan J，1980；Szczech M et al，1993；郑超等，2004；杨英华，2009；黄新琦等，2014）：选择抗病品种或砧木；改善栽培制度；调节土壤pH；增施有机肥或有机物料，保持较好的土壤团粒结构，维持均衡的土壤营养的有效性和微生物区系，以保持土壤健康；生物防治，增加土壤中有益微生物数量；土壤消毒。近年来，国内外学者从多方面、多角度对土壤连作障碍的产生机制和防治措施进行了研究，由于受研究条件和研究基础的限制，未能深入揭示连作障碍产生的真正原因（王长义等，2020）。