21世纪以来中国中低产田改造技术研究进展

李明秋,郭锦标

(河南理工大学 测绘与国土信息工程学院,河南 焦作 454000)

21世纪以来中国中低产田改造技术研究进展

李明秋,郭锦标

(河南理工大学 测绘与国土信息工程学院,河南 焦作 454000)

借助于中国知网(www.cnki.net),在收集、整理大量文献资料的基础上,从工程、生物、化学、生物培肥和综合五个方面系统梳理和总结了自21世纪以来中国中低产田改造技术的类型、特点及其适用范围。结果表明：包括工程技术和土壤培肥技术等在内的传统技术仍然是目前中国治理各种中低产田的基础技术,新的中低产田改造技术在不断诞生,特别是在生物技术和化学技术领域,中低产田改造逐步由单一技术向多种技术融合转变;今后研究的重点应放在中低产田治和防的平衡问题,增施有机肥与土壤面源污染问题,中低产田改造技术的大范围推广问题和中低产田改造与农村土地综合整治的联动问题。

中低产田;改造技术;研究进展;21世纪

粮食安全始终是关系到中国社会稳定和国民经济持续稳定发展的重大战略问题。中低产田改造不仅是确保中国在耕地面积不断减少的大背景下粮食中长期供求平衡的重要措施,也是实现中国土地资源可持续利用的有效途径[1]。2008年11月发布的《国家粮食安全中长期规划纲要(2008—2020年)》明确提出要加快改造中低产田,力争到2020年中低产田所占比重降到50%左右。2016年发布的国家“十三五”规划纲要也明确提出,以粮食等大宗农产品主产区为重点,大规模推进中低产田改造和高标准基本农田建设。进入21世纪以来,学术界对中低产田改造的相关问题开展了大量研究,取得了丰硕成果。本文借助于中国知网(www.cnki.net),在收集、整理大量文献资料的基础上,系统梳理了21世纪以来中国中低产田改造技术的演变历程和发展趋势,并提出了今后的研究方向。

1 中低产田改造技术的系统梳理

由于中国地域广阔,不同区域间中低产田的成因、类型差异较大,改造技术也不尽相同。综合相关文献资料,可以将目前常用的改造技术细分为工程技术、生物技术、化学技术、土壤培肥技术和综合技术等,见表1。

1.1 工程技术

工程技术涵盖的范围较广,适用于多种类型的中低产田改造。综合相关文献资料,工程技术可概括为:①土地平整技术。对地表高低起伏,容易跑水跑肥、不便灌溉的中低产田,可通过土地平整来提高地表的平整度。但土地平整技术仅适用于改造范围较小、地表起伏不大的中低产田。此外,在地表平整过程中如果不对耕作层进行剥离并在平整后进行回填,容易导致部分土地的耕作层被掩埋或遭到破坏,造成耕地质量下降。②坡改梯技术。对地表起伏较大的中低产田,通过实施坡改梯技术,改变区域微地形,截短坡长,降低坡度,以达到减少地表冲刷,提高其保水、保土、保肥性能的目的。③兴修水利设施。对因地势低洼或气候干旱导致排水不畅、易旱、易涝、易渍等原因造成的中低产田,可通过兴修和配套水利设施,完善排灌体系,加固堤防,推广节水灌溉工程技术等措施来保证农田灌溉或降低地下水位。④排水洗盐技术。通过在农田内开挖较深的明渠或地下暗渠,将下渗到土壤中的盐分通过地下排水的方法排水洗盐,也是治理盐碱地的重要技术手段之一。⑤地表覆盖技术。利用地表覆盖可减少地表水分蒸发,抑制盐分在地表聚集,是蓄水保墒和改良盐碱地的重要手段。蔡太义等[5]的试验结果表明,渭北旱塬区当春玉米生育期的降水量低于390mm时,利用秸秆覆盖可起到蓄水保墒和增加土壤有机质含量的功效,增产效应明显。

表1 中低产田改造代表性技术成果

(接表1)

1.2 生物技术

利用生物技术改造中低产田广泛应用于盐碱地改造、土壤理化性状改善和土壤肥力提升等方面。综合相关文献资料,生物技术主要包括:①培育耐障碍因素的作物新品种,如耐盐碱的作物新品种和耐旱的作物新品种等。通过培育、筛选能够适应盐环境下的抗盐作物新品种是目前开发利用盐碱地的最为有效的途径之一;②通过合理调整耕作制度来提高作物产量和土壤肥力。相关试验表明[9],在黄土高原地区实施秋豆(当地种植的一种大豆品种)——小麦轮作不但有利于氮磷养分的累积,减少小麦生育后期钾素的损失,而且提高了来年小麦的产量;③绿肥种植技术。绿肥作为一种重要的有机肥,具有提高土壤有机质含量、培肥地力的作用。相关研究表明,把油菜作为绿肥,在其盛花期还田能显著提高土壤全氮、全磷和有机质含量,并能增加稻田土壤的总孔隙度,减少土壤容重[35]。

1.3 化学技术

化学技术是指针对酸性土壤或碱性土壤,通过施用化学改良剂来降低土壤酸度或碱度的一种技术手段。在土壤改良中,目前应用较多的化学改良剂有磷石膏、石灰、粉煤灰、硫酸亚铁、氯化钙、硫酸、硫磺、腐殖酸钙、腐殖酸和复合微肥等。施用化学改良剂主要用于改良土壤的物理、化学和生物性质,使其更适宜于植物生长进而提高作物产量。如在酸性土壤中施入适量的生石灰,可降低土壤的酸度,有利于土壤结构的形成;在碱性土壤中施入适量的石膏,可降低土壤pH值和碱化度,对土壤结构的改善也具有重要作用;在砂姜黑土中施入适量的粉煤灰,可有效降低土壤容重和土壤粘粒,增加土壤非毛管孔隙度和渗透性系数,使土壤中“固、液、气”三相比例趋于协调[15]。

1.4 土壤培肥技术

综合相关文献资料,目前我国土壤培肥的主要技术手段可分为:①增施有机肥。有机肥包括沤肥、堆肥、饼肥、厩肥、绿肥、沼肥等,是各种动植物的废弃物及其残体经过一段时期的发酵腐熟后形成的。增施有机肥不但能为各类农作物的生长发育提供持久、全面的养分,而且还可以提高土壤有机质含量,促进土壤微生物繁殖和团粒结构的形成,从而改善土壤的生物活性和理化性状。试验结果表明,在农田中施用有机肥可在一定程度上抵消反复耕作对土壤团聚体的破坏,促进土壤的团聚化,提高团聚体内颗粒有机碳的含量[36]。②秸秆还田。秸秆还田包括简便易行的秸秆直接还田和堆沤、过腹还田。通过秸秆(包括北方的麦秸、玉米、大豆秸秆和南方的玉米、水稻秸秆)还田,可有效增加土壤中的有机质含量,加速土壤熟化,改善土壤理化性状,提升土壤肥力。秸秆还田的增肥增产作用显著,一般可增产5%—10%。③种植绿肥。种植绿肥可提高土壤有机质含量,改善土壤团粒结构和理化性状,提高土壤自身调节水、肥、气、热的能力。④通过增施微肥以补充土壤中所缺乏的微量元素,如铜肥、硼肥、、锰肥、铁肥和锌肥等。王改玲等[37]在黄土高原地区的多年研究结果表明,在施N、P肥的基础上增施Zn、B、Mn可显著提高小麦生物学产量和小麦品质。

1.5 综合技术

由于大部分中低产田存在一种以上的障碍因素,因此在治理过程中就需要多管齐下。如宾士友等[28]针对广西浅瘦型中低产田,提出了加深耕层、增施有机肥、兴修水利、建立排灌系统等综合措施;对潜育型中低产田,提出了开沟排水、半旱式栽培、增施有机肥和平衡施肥等综合措施。目前我国正在实施的中低产田改造项目“渤海粮仓科技示范工程”是运用综合技术改良中低产田的典型代表。该工程有两个特点:①范围大,涉及辽宁、天津、河北、山东等四个环渤海省(市),面积高达110万km2。②中低产田改造技术的集大成者。该区域内最大的障碍因素是土壤盐碱化,其次是土壤贫瘠和淡水资源匮乏。该工程自2013年4月启动以来,先后筛选出了20余个耐盐碱、耐贫瘠小麦、玉米、水稻品种,完善了中低产田土壤深松深耕技术、土壤养分活化技术等关键技术,取得了明显成效。该项目2014年在河北省共建成22个省级千亩示范区,13个万亩辐射区,推广辐射面积12万hm2,总增产粮食2.65亿kg,节水1.2亿m3,节本增效4.92亿元[38]。

2 研究进展评述及展望

进入21世纪以来,中国在中低产田改造技术研究方面呈现出以下特点:①包括工程技术和土壤培肥技术等在内的传统技术仍然是目前我国治理大部分中低产田的基础技术,其他技术只有与传统技术相结合,才能实现预期目的。②新的中低产田改造技术不断涌现,特别是在生物技术和化学技术领域。如耐盐碱、耐贫瘠和耐旱的作物新品种筛选与培育、复合微肥和土壤改良剂、土壤粘合剂的成功研制、利用粉煤灰改良砂姜黑土的理化性状、利用磷石膏来改良贵州黄壤土等。③中低产田改造逐步由单一技术向多种技术融合转变。渤海粮仓科技示范工程就是这方面的典型代表。

综上所述,进入21世纪以来,我国学者对中低产田改造技术进行了系统研究,成果丰硕,但目前的研究还存在一些不足,今后还应重点开展以下研究:①中低产田的治和防的平衡问题。由于中低产田是一个动态的概念,如何防范由于利用或管理不当导致高产田变中产田、中产田变低产田,或改造后的中低产田出现“返贫”现象,这是需要学术界在技术层面予以关注的问题,但这方面的研究远远落后于改造方面的研究。近年来,我国不断加大对农田整治的投资力度,但部分整治区域的农田水利设施、交通设施和绿化工程由于后期管护措施不到位,导致上述设施和工程的利用效益逐年递减,直至最终报废,整治效益难以长期发挥。②增施有机肥与土壤面源污染问题。增施有机肥不但能为农作物的生长提供全面、持久的养分条件,而且还可提高土壤有机质含量,促进微生物繁殖,改善土壤的理化性状和生物活性,因此是提高土壤肥力的关键措施之一。由于部分有机肥掺杂有诸如塑料制品、建筑垃圾、工业废弃物等生产、生活垃圾和有害物质,将这些有机肥施入农田中,容易产生农村土壤面源污染问题。此外,由于我国北方地区地表水污染严重,利用工业污水和生活污水灌溉农田也是导致我国土壤面源污染的重要原因之一。③农田改造技术的大范围推广问题。由于不同地区中低产田产生的原因不同,自然条件和社会经济条件也不相同,因此,在治理中低产田的技术选择上存在差异是必然的。但对于产生原因相同的不同地区,能否用同样的技术进行治理是需要关注的问题。因为目前很多技术特别是现代技术仅在个别地区小范围进行试验,取得了较好的效果,但这种技术能否在其他自然和社会经济条件不同的地区推广还需要大量的试验特别是大田试验研究。④中低产田改造与农村土地综合整治结合联动问题。目前,中低产田改造是作为农业综合开发的重要组成部分,主要由农业部门投资完成的,主要任务是改善农业生产条件和提高土地质量,而农村土地综合整治则是服务于耕地占补平衡工作由土地部门投资完成的,主要任务是改善农业生产条件,增加耕地面积,尽管两项工作在改善农业生产条件的目标上是一致的,但在增加耕地面积和提高耕地质量特别是土壤肥力上则存在着目标上的差异,加上资金来源和组织实施的主体不同,造成两类项目各行其是,难以形成合力。

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LiteratureReviewonLow-mediumYieldingFieldImprovementinChinaSince21stCenturyandResearchProgressofImprovementTechnology

LI Ming-qiu,GUO Jin-biao
(College of Surveying and Land Information Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454000,China)

Based on the collection and collation of a large number of literature by means of China Knowledge Network(cnki.net),the types,characteristics and application range of low-medium yielding fields improvement technology in China since 21st century were systematically summarized and summarized from five aspects of engineering,biology,chemistry,biological fertilization and synthesis in this paper.The results showed that traditional technologies including engineering technology and soil fertility technology were still the basic technologies for controlling various low-yielding fields in China. New low-yielding cropping technologies were also emerging,especially in biotechnology and chemistry in the field of technology,the transformation of middle and low yield farmland would be changed from single technology to multi-technology integration.In the future,the focus of research should be on balance of control and prevention in low-yielding fields,organic manure and soil non-point pollution,large-scale extension of transformation technology and low-yielding fields in rural land reform and the linkage problem.

low-medium yielding fields;improvement technology;research progress;the 21st century

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.05.004

F301.24

A

1005-8141(2017)05-0529-04

2017-03-10；

2017-04-22

国家自然科学基金面上项目(编号:41371524);河南省哲学社会科学规划项目(编号:2015BJJ022);河南省高校科技创新人才(人文社科类)支持计划项目(编号：教社科〔2014〕295号)。

及通讯作者简介：李明秋(1965-),男,河南省邓州人,博士，教授，主要从事土地管理和土地整治方面的教学和研究工作。