耕地是糧食生產的命根子。近年來,我國加快耕地質量保護立法,實施耕地有機質提升行動,耕地保護取得積極成效。不過,部分區域耕地質量退化仍未根本扭轉。今年中央一號文件將“加強東北黑土區侵蝕溝、南方酸化退化耕地治理”作為強化耕地保護和質量提升的重點內容。4月,《加快建設農業強國規劃(2024—2035年)》發布,強調“加強黑土地保護利用和退化耕地治理”。本期特邀專家圍繞相關問題進行研討。
構建退化耕地綜合治理體系
為什么會出現耕地退化現象?我國治理退化耕地取得了怎樣的成效?
鄖文聚(自然資源部土地工程技術創新中心主任、二級研究員):耕地是保障國家糧食安全的基石。耕地系統的正常運行需以遵循自然生態系統運行規律為前提,配套必要的人工投入與基礎設施并輔以各類生產活動,是具有典型半自然、半人工特征的綜合體。
長期以來,由于人為活動和自然因素共同作用,我國耕地退化問題突出。耕地退化是區域糧食綜合生產能力全面、系統、不可逆的惡化過程,其特征包括以下方面。其一,生產力下降,在同樣的投入下,作物產量降低、品質變差;其二,穩定性減弱,耕地物理、化學、生物性狀改變,導致對干旱、洪澇等自然災害抵抗力下降且難以恢復;其三,生態調節或自凈功能喪失,涵養水源、凈化環境、養分再生等功能由于物質循環與能量傳遞受阻而下降,更多依賴人工輸入。
耕地退化表現為物理、化學、生物性退化,以及系統整體性退化。物理性退化主要指土壤變薄,即土層厚度降低;土壤變硬, 即土壤板結、孔隙度下降,導致作物根系難以穿透。化學性退化主要指土壤變酸,pH值下降產生強酸性現象,如高溫多雨氣候導致紅壤鹽基離子流失;土壤變瘦,即有機質下降、肥力降低,當前我國耕地土壤有機質較20世紀90年代初期降低約0.07%;土壤鹽化,指由于鹽分積聚而緩慢惡化的過程;土壤堿化,指表層堿性鹽積累、交換性鈉離子飽和度增高等現象,如內蒙古河套灌區土壤堿化問題。生物性退化主要指土壤生物多樣性降低。系統整體性退化表現為氣候、區位、土壤、水資源等失調而引發生態問題,如歷史上陜北毛烏素沙地的形成與擴張過程。
縱觀人類歷史,耕地退化成因復雜,包括氣候變化等自然因素,但更深層次原因在于人為活動。不合理的土地利用、加速的城鎮化進程以及生態污染等,是導致土地生產力下降的主要原因。從另一個角度看,也反映出傳統農業生產方式在應對現代化發展需求時所面臨的困境與不足。例如,隨著生物質發電、飼料利用等興起,農作物秸稈離田現象普遍,切斷了農業系統內部的物質循環鏈條,導致土壤有機質來源不足,結構和肥力持續下降,2021年全國秸稈產生量8.65億噸,秸稈有效還田量僅4億噸,還田率不足50%。又如,種植業與養殖業分離導致“作物—牲畜—肥料—作物”的良性循環模式被打破。目前農、林、牧、漁產值比例約為13∶1∶8∶2,種養失衡導致農業廢棄物無法有效還田,加劇了面源污染和耕地退化,尤其是導致土壤大面積酸化。再如,糧食主產區與畜牧區分割明顯,有機肥資源難以就地轉化,農田不得不依賴化肥維持產量,化肥投入量增長導致土壤有機質含量下降,基礎肥力逐年退化。
我國高度重視耕地保護和質量提升工作,黨的十八大以來,一系列政策支持推動退化耕地綜合治理體系逐步構建并顯現實效。
大力實施高標準農田建設工程。通過對田、土、水、路、林、電、管等實行綜合基礎設施配套建設,推廣土壤改良培肥技術、推動科學種植,著力提高農田保水保土保肥能力、抵御旱澇災害能力、機械化耕作便捷水平。截至2024年末,全國累計建成高標準農田超10億畝,畝均產能提高10%左右,為糧食總產量連續站穩1.3萬億斤臺階奠定堅實基礎。
推進鹽堿地綜合治理利用拓展產能空間。一方面,在現有鹽堿耕地推廣節水抑鹽、排灌優化技術,恢復其產能;另一方面,加快耐鹽堿作物品種選育推廣,大力開發利用鹽堿荒地,如黃淮海平原、松嫩平原等,增加耕地資源。通過以地適種、以種適地、適地適種等路徑,改善鹽堿地土壤性狀,挖掘生產潛力,預計到2035年新增耕地1500萬畝左右,改造提升1億畝以上。
加強黑土地保護利用。通過制定《東北黑土地保護規劃綱要(2017—2030年)》、開展東北黑土地保護性耕作行動、實施國家黑土地保護工程、出臺并施行黑土地保護法等,多措并舉推進黑土地保護。創新以“梨樹模式”為代表的技術體系,緩解黑土地變薄、變瘦、變硬問題。監測顯示,項目區土壤有機質含量呈回升態勢,風蝕和水蝕量顯著下降,用養結合的種植理念和集成技術成為退化耕地治理的實踐標桿。截至今年6月,東北83個黑土地重點保護縣地表基質調查完成,系統查清了東北典型黑土區地表基質資源“家底”。
強化受污染耕地安全利用。實施農用地土壤鎘等重金屬污染源頭防治行動,強化風險管控,全國土壤重點風險監控點重金屬含量顯著下降,受污染耕地生產功能逐步恢復,預計今年安全利用率達93%左右。
開展土壤酸化治理試點。針對南方耕地酸化問題,農業農村部2023年啟動酸化耕地治理重點縣建設,在20個縣探索適宜治理模式,在工作機制構建、技術模式推廣等方面取得階段性進展。
實施全域土地綜合整治與“多田套合”提升空間利用效率。“多田套合”源于浙江省實踐探索,旨在系統推進“耕地—永久基本農田—高標準農田—糧食生產功能區”空間布局層層套合。通過全域土地綜合整治統籌推進農田、水利、道路、生態等要素配置,解決耕地“細碎化”問題,實現“多田套合”集約高效利用。2019年以來,全國25個省份實施全域土地綜合整治試點1500多個,整治規模720多萬畝,新增耕地66萬畝,有效激活了鄉村產業用地要素。
治理侵蝕溝保護“耕地中的大熊貓”
為什么東北黑土區侵蝕溝治理如此重要?東北地區進行了怎樣的探索實踐?
彭新華(中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所研究員):黑土地是指黑龍江省、吉林省、遼寧省、內蒙古自治區等相關區域范圍內具有黑色或者暗黑色腐殖質表土層,性狀好、肥力高的耕地。黑土地被譽為“耕地中的大熊貓”,貢獻了全國1/4的糧食產量和1/3的商品糧調出量。然而,在長期高強度利用下黑土地退化嚴重,土層變薄、自然肥力下降、土壤侵蝕問題突出。其中,侵蝕溝是最為嚴重的退化類型,給農業生產和生態環境帶來巨大破壞。今年中央一號文件將東北黑土區侵蝕溝治理納入強化耕地保護和質量提升內容,凸顯了這一問題的必要性和緊迫性。
水利部組織松遼水利委員會以2020年為本底完成東北黑土區侵蝕溝調查,全面調查溝道長度超50米、溝系匯水面積不大于50平方千米的侵蝕溝。結果顯示,黑土區侵蝕溝總數量66.67萬條,其中內蒙古自治區(東四盟)、黑龍江省、吉林省和遼寧省分別為26.20萬條、20.75萬條、14.26萬條和5.46萬條,近九成屬于發展型侵蝕溝。
侵蝕溝危害主要表現在三方面:直接損毀耕地。東北黑土區侵蝕溝約3/4分布在耕地上,溝道數量、長度、面積占比分別為74.22%、70.74%、69.11%,平均每平方公里耕地約有1.45條侵蝕溝,直接損毀約420萬畝耕地,造成糧食損失約25億公斤。導致耕地破碎化。東北黑土區是我國機械化程度最高的區域之一,侵蝕溝形成后分割土地單元,限制農業機具通行和作業,極大降低了農業生產效率。加劇生態惡化。大量肥沃土壤流失造成河道淤積,削弱河道行洪能力,降低了自然災害防御能力。
近年來,中央和地方各級政府高度重視東北黑土區侵蝕溝治理,在監測防控、溝毀耕地修復等方面綜合施策,“十四五”以來累計治理侵蝕溝3.3萬條,保護和恢復耕地792萬畝。
一是逐步完善監測體系。侵蝕溝是地表徑流集中沖刷土壤和母質,并切入地內形成溝壑的一種形式,通過遙感、無人機等技術手段,逐步完善長、寬、深等指標體系,拓展坡度、坡長等臨界條件監測,厘清溝蝕過程及其影響因素,為分類分級制定治理策略提供了支撐。二是多舉措合力增強治理效能。持續優化升級治理工程,構建從溝頭到溝口,涵蓋跌水、谷坊、消力池等設施的完整防護系統,有效遏制侵蝕溝擴展。同時,綜合采取農藝、生物等措施,通過保護性耕作、生態袋谷坊、魚鱗坑植樹等方式,改善耕地結構,強化生態屏障功能。三是不斷更新溝毀耕地修復技術。加快研發創新,形成以秸稈填埋、風化石/煤矸石等物料填充為基礎,融合地表股流滲井、地下暗管排水等措施的溝毀耕地修復技術體系,實現對受損耕地填平復墾。
各地積極探索侵蝕溝治理的有效路徑,分區分級治理模式逐漸完善。整體來看,對于來水量大、溝道較深且比降較大的大中型侵蝕溝,以工程措施為主、植物措施為輔;對于漫川漫崗黑土區、低山丘陵區水土資源較好的中型侵蝕溝或溝段,以植物措施為主、工程措施為輔;對于低山丘陵區土層深厚且水分狀況良好的中小型侵蝕溝,全部采用植物措施;對于坡耕地中的小型侵蝕溝,以復墾為主。
以吉林省為例,該省采取修建谷坊、溝頭防護、溝道灘岸防護、支毛溝治理及相關林草措施,遏制侵蝕溝發展勢頭。坡耕地綜合治理方面,推行“二改一修”建設,對坡度6度以下漫川漫崗耕地實行保土耕作和等高改壟,種植地埂生物籬帶;對坡度6度以上坡地區域,修筑等高U型溝,種植灌木防沖帶。敦化市實施“2024年侵蝕溝專項治理工程”,通過修建石籠谷坊、柳樁護岸樹條等,治理侵蝕溝376條,保護耕地面積120公頃,預計年均可減少糧食損失90萬公斤,增加經濟效益約160萬元。
黑龍江省著力構建侵蝕溝治理技術體系,因地制宜探索生態治溝。海倫市創新技術路徑,結合地形地貌特點,中小型侵蝕溝采取喬木封溝、石籠護砌等穩固阻止技術,大型侵蝕溝采取溝頭石籠跌水、溝底修建階梯石籠谷坊、溝坡人工植草等分級分類生態修復技術,目前共治理侵蝕溝800多條。
東北黑土區侵蝕溝治理是一項長期而艱巨的任務,未來需持續發力。一方面,侵蝕溝在形成發育過程中,兼具水力、重力等侵蝕特征,經歷了由淺溝到切溝的過程,建議加強極端氣候與人類活動對侵蝕溝發育機理的研究,構建多源數據與侵蝕溝發展之間的定量關系模型。另一方面,侵蝕溝治理以工程類項目為主,石料多為遠途運輸,購置成本較高,石籠一旦被沖毀分散在耕地中,會引發阻礙耕作、破壞機具等風險,建議以流域為尺度,構建科學排水體系,實施溝頭溝坡溝底加固防護,科學配置工程、生物措施,發揮綜合防治效能。
因地制宜探索酸化耕地治理模式
南方地區一直重視紅黃壤治理,耕地酸化問題為何仍未解決?各地開展酸化土壤治理試點,形成了哪些有效模式?
沈仁芳(中國科學院南京土壤研究所所長、研究員):我國目前酸性(pH值小于6.5)耕地面積約9.19億畝,其中強酸性(pH值小于5.5)耕地面積2.61億畝,南方紅黃壤區面積約1.66億畝。南方地區是我國重要的糧食和經濟作物主產區,但受高溫多雨氣候和長期高強度農業活動影響,土壤酸化問題尤為突出。酸化導致土壤肥力退化、重金屬活性增加、農作物減產等問題,嚴重制約了農業可持續發展。
以江西鷹潭為例,長期定位試驗顯示,連續單施氮肥10年后,紅壤pH值從5.7降至4.5,油菜籽減產40%以上。類似情況在湖南、廣西、福建等地也普遍存在。土壤酸化的危害主要表現為:土壤養分失衡,鈣、鎂等鹽基離子大量流失;活化鋁和重金屬等元素抑制作物根系生長;降低微生物活性,破壞土壤生態系統功能。
造成土壤酸化的原因,包括高溫多雨加速礦物風化等自然因素,以及過量施用化肥(特別是生理酸性肥料)、酸沉降等人為因素。不同區域的土壤酸化特征存在明顯差異,紅壤區以鋁毒害為主,紫色土區酸化與水土流失相互疊加,黃壤區則表現為酸瘦雙重障礙。這些差異決定了治理策略需因地制宜。
2015年以來,農業農村部結合實施耕地保護與質量提升項目,在土壤pH值小于5.5的南方地區開展土壤酸化綜合治理技術試驗示范。2018年,支持浙江、湖南、廣西等12個省(區、市)開展土壤酸化治理示范。2020年,在江蘇、安徽等13個省(區、市)開展酸化土壤治理試驗示范。2023年啟動酸化耕地治理重點縣建設,在20個縣開展酸化耕地治理。通過持續試點探索,形成了一系列有效治理模式。
精準長效治理模式。針對華南地區耕地土壤強酸性障礙問題,建立了土壤理化指標與改良劑施用量的精準定量關系模型。通過調整改良劑組分比例,提升土壤酸緩沖容量,構建快速精準降酸技術,從而實現在水田、旱地、園地等不同土地利用方式下改良劑施用量的精準預測,并長效抑制反酸。強酸性水田施用300公斤/畝堿性鐵改性泥炭調理劑后,5年內pH值維持在6.7,長效性較傳統技術提升10倍。該模式已在廣東、廣西、海南等地推廣應用,并在農業農村部“重點縣酸化耕地治理項目”相關地區開展試驗示范。
高效阻酸與生物培肥協同模式。針對南方耕地土壤酸化和肥力退化等問題,采用“石灰+有機肥+配方施肥”“腐植酸土壤調理劑+有機肥+配方施肥”“生物質炭+有機肥+配方施肥”等技術,形成以“新型土壤調理劑+腐殖酸+配方肥”為主,輔以由科學秸稈還田、有機替代和綠肥種植技術集成的高效阻酸控鋁與生物培肥協同宜機化技術模式。該模式在浙江、福建示范,土壤pH值提升0.3至0.5,浙江金華新墾耕地單季稻產量提升至500公斤/畝以上,福建浦城再生稻基地年畝產提高5%,米質提升1個等級。
西南紫色土分級治酸與耕地產能協同提升模式。針對紫色土酸化及耕地產能低下問題,結合不同等級分類施策。pH值為5.5至6.5的弱酸性紫色土,通過施肥管理和合理輪作進行治理;pH值小于5.5的土壤,采用改良劑并配套測土配方施肥、有機肥施用、耕作優化、水分調控、深松深翻等方式提升質量。2023年以來,該模式在重慶江津區、四川廣安等地示范近20萬畝/年,輻射帶動周邊區縣,累計推廣超100萬畝,土壤pH值平均提高0.3至1.2,有機質和結構得以改善,耕地質量年均提升0.1個等級以上。土壤質量有效提升,糧油作物年均增產4.5%至28.8%,蔬菜等作物增產10%至168%,化肥減量10%以上,糧油作物畝均增收超40元,蔬菜等作物畝均增收600元至800元,經濟效益顯著。
南方酸化耕地治理取得一定成效,但仍面臨精準長效治理不足、長效管護機制缺乏等問題。需加快科技創新和政策創新,推動從單項技術向系統解決方案轉變、從試點示范向全域推廣轉變、從短期治理向長效管護轉變。
一是加強基礎研究,全面系統摸清區域耕地土壤酸化成因和主控影響因素,定量研究不同區域土壤酸化對作物產量的影響,結合作物種植結構布局,制定全國耕地土壤酸化防治分區方案。二是加大科技攻關力度,針對不同區域土壤酸化特點,研發高效降酸調理劑,構建高效、精準降酸技術,建立動態監測技術體系。三是加快技術推廣,集成研發適配不同區域的酸化治理技術體系,構建不同場景土壤分區分類治理與產能提升技術模式,實施區域耕地酸化治理重大工程。四是引入技術推廣補貼機制,鼓勵引導多元投入,實現耕地酸化長效治理,推動治理成效與農業產業升級,加強對基層農技人員和農民的培訓,使新技術應用落地農戶,為落實“藏糧于地、藏糧于技”戰略提供科技支撐。