烟台市中低产田类型分析与产能提升策略

李 晓

(烟台市福山区福新街道生态环境中心 山东烟台 265500)

耕地是粮食生产最基本的资源保障条件,其质量直接影响粮食安全和农产品质量安全,关系到农业、农村和整个国民经济可持续发展大局。烟台市地处胶东半岛东北部,土地开发历史悠久,是我国东部沿海地区土地垦殖利用率最高和耕地高度集中的地区之一[1]。但是烟台市地形地貌复杂,属低山丘陵区[2],低山和丘陵面积占比分别为37%和40%[3],耕地资源短缺。此外,由于经济利益的驱动,果园面积迅速扩大,大量优质粮田变成果园,果园中有机肥投入量急剧增加,导致耕地中有机肥的施用量大幅减少,土壤肥力显著下降。优质高产田面积减少,中低产田面积占比增加,全市中低产田的面积约占耕地总面积的2/3[4],且这部分土地资源质量差,存在土壤板结、肥力低下、水土流失严重等问题。

粮食生产事关国计民生,认识和提升烟台市中低产田地力,提升粮食产能,已成为保障烟台市粮食安全的重要手段。本文以烟台市耕地为研究对象,通过对烟台市中低产田现状阐述、问题分析,从技术和政策等方面提出了建议,旨在为烟台市耕地面积增加、粮食生产和农业可持续发展提供参考。

1 中低产田土壤现状及存在的问题

1.1 面源污染型农业用地

烟台市是山东省重要的粮食、蔬菜和水果产区。烟台市现有粮食种植面积约454.1万亩(1亩=667 m2),粮食总产量为1 833.0 kt,主要生产模式是小麦-玉米轮作;蔬菜播种面积约61.2万亩,蔬菜产量为2 345.3 kt;水果种植面积约269.6万亩,产量为7 435.0 kt。

在小麦-玉米轮作体系中,化肥氮(N)、磷(P2O5)平均投入量分别为457、210 kg/hm2,超出推荐用量15%和38%以上。投入的氮当季吸收利用率为40.7%,土壤残留率为36.2%;其余的氮素通过不同的途径损失,其中氨挥发率达16.4%,其他以淋溶、径流和N2O的形式损失。投入的磷当季吸收利用率为21.0%,土壤残留率为78.8%,径流、淋溶损失量分别可达0.20、0.12 kg/hm2。小麦-玉米轮作体系氮损失途径主要是氨挥发,影响氨挥发的主要因素有施氮量、土壤性质、肥料种类和施肥方法等。氮肥投入过量和肥料种类不匹配是小麦-玉米轮作体系氨挥发损失的主要驱动因子,控制氨挥发是提高小麦-玉米轮作体系氮肥利用率的关键措施。

设施蔬菜(日光温室)体系中氮、磷平均投入量分别为2 025、1 306 kg/hm2,超出推荐用量的184%和140%;投入的氮当季吸收利用率仅为29.4%,土壤残留率为37.2%,其余氮素通过不同途径损失,其中淋溶损失可达25.2%,是设施蔬菜氮损失的主要途径,氮的超额投入和灌水过量是氮素损失的主要驱动因子;投入的磷当季吸收利用率较低,约为17.3%,土壤残留率可达82.1%,土壤磷的淋溶量低于总施磷量的0.5%。露地蔬菜(葱、姜、蒜等)氮、磷平均投入量分别为469、336 kg/hm2,超出推荐用量的24%和9.2%;投入的氮当季吸收利用率约为30.6%,淋溶率约为22.1%;投入的磷当季利用率约为23.0%;露地蔬菜的氮、磷损失也是以淋溶为主,主要驱动因子是化肥超额投入和灌水过量。

果园(以苹果园为例)氮、磷平均投入量分别为360、163 kg/hm2,超出推荐施肥量的71.4%和42.0%;投入的氮当季吸收利用率约为35.9%,土壤残留率占49.6%,其余氮素通过不同途径损失,其中径流损失率约为10.1%,主要以硝态氮为主;投入的磷当季利用率约为25.2%,土壤残留率为74.4%,径流损失主要发生在土壤表层0～5 cm,以水溶性磷为主,约占0.7%;径流是果园氮、磷损失的主要途径。此外,无覆盖与植草覆盖相比,径流量增加90%以上,地表覆盖度低是氮、磷损失的主要驱动因子。

1.2 酸化型农业用地

1.3 其他障碍类型的中低产田

1.3.1 干旱缺水型农业用地

干旱缺水是影响烟台市农业生产最为重要的气象因素。干旱缺水型土壤主要分布在烟台市丘陵区,以土层薄缺水为主要特征,由于降雨量不足或季节分配不合理,以及土壤保水蓄水能力缺陷等原因,无法满足作物生长对水分的需求,需要通过发展灌溉加以改造。

1.3.2 盐碱障碍性农业用地

盐碱地主要集中在莱州市,属于滨海盐碱土,土壤中盐分主要来源于海相沉积物或是由海水浸渍造成。盐碱地在开发利用过程中存在以下主要问题:①土壤有机质含量低、提升慢,氮、磷含量低,钾含量较高,土壤通透性差,微生物多样性缺乏;②重用轻养,撂荒严重;③作物种植结构单一,产量低且种植模式亟需优化;④盐碱地专用农机具欠缺;⑤淡水资源短缺,低成本多水源联合利用不足;⑥农牧结合的循环生产模式发展滞后。

2 实施中低产田改造,提高土壤综合生产能力

烟台市耕地中有2/3是中低产田,耕地质量问题亟待解决。提高耕地土壤质量,防止退化和污染,减少环境带来的负面影响,是实现土壤资源可持续利用的重点。

2.1 面源污染型农业用地

2.1.1 加强农田面源污染过程及机理研究

实验结果的检测方法有多种，当教材中的检测方法不能达到预期效果时，可以引导学生思考在其他实验中有没有出现过类似的问题，有没有方法可以借用。例如，在“果汁中的果胶和果胶酶”实验中，实验结果需要观察果汁的澄清度。平时的实验中，学生一般用肉眼观察，各个试管中的果汁澄清度差异很不明显。这时，教师可以启发学生联想到：在“亚硝酸盐的测定”实验中曾经使用过分光光度计来测量吸光度从而推测亚硝酸盐的含量，若在本实验中也使用分光光度计来定量检测，将定性试验改为定量试验，就可以明确地比较出不同实验组中的果汁澄清度差异。

从污染物全生命周期的角度来看,还缺乏对农田面源污染的系统认识,尤其是对污染物在不同土地利用方式、不同耕作管理措施、不同地理特征下的迁移转化过程、排放-污染过程的认识还较欠缺。今后应把工作的重点放在土地多尺度利用、氮磷等营养元素投入和成污过程(排放-运移-消纳-成污)三者之间的联系和内在规律上,阐明土地利用、耕作管理、地理水文特征等对农业面源污染的影响机理和规律,提出科学、合理的农田面源污染防控措施与技术体系。

2.1.2 开展流域尺度的农田面源污染监测系统建设及负荷估算模型研究

尽管在第一次全国污染源普查的基础上,我国构建了全国农田面源污染国控监测网络并实现了业务化运行,但现有监测网络在布点、监测技术、监测手段等方面还不足以适应我国当前农田面源污染防治的复杂形势,特别是难以准确评估农田面源污染对水体污染的贡献。因此,构建全国农田面源污染环境监测“一张网”,开展新监测技术、新监测方法的研究十分必要,同时需建立科学合理的面源污染评价方法。

在面源污染监测的基础上,还要开展农田面源污染负荷估算方法和模型的研究。现有主流模型大多是根据北美地区的环境特点建立的,需要根据中国的土地利用、地理地貌特征、耕作管理措施等进行参数修订和模型修改,以更好地适应中国实际情况,提高模型估算的精度。同时,要结合农田面源污染的监测系统和污染负荷估算模型,建立农田面源污染预警体系,以更好地判断、评估和管控面源污染。

2.1.3 加强新材料与新装备的研发

农田面源污染治理已经取得阶段性成绩,一些技术的应用也取得了较好的效果,但要实现农田面源污染的全面防控、农村生态环境的根本好转,仍需要加大新材料和新装备的研究与开发。这些新产品包括新型肥料的研制与开发、新型环境材料的开发、新的环境治理设备或装备的开发等。

2.2 酸化型农业用地

2.2.1 施用土壤改良剂

施用土壤改良剂,提高土壤的酸碱度。土壤改良剂主要有贝壳粉、生石灰以及由磷矿粉和钾长石制备的硅钙钾镁肥等碱性物质。此外,可以将植物所需的大中微量营养元素、土壤调理剂及矿物载体混合,制成营养型有机无机改良剂。农作物的茎秆等制成的生物质炭也可用于改良酸性土壤。

2.2.2 合理施肥

施肥时应根据作物品种、产量水平和土壤肥力等因素来确定肥料品种、施肥时期、施用量和施用方法,并通过合理的水肥管理减少养分的淋失。如:选择尿素和硝酸铵等不易引起土壤酸化的肥料品种;在作物需肥关键期施肥,以提高作物对养分的吸收效率;确定合理的施肥量,减少养分损失;通过秸秆还田或施用有机肥,增强土壤对酸碱的缓冲能力。

2.2.3 优化农艺措施

果园自然生草可提高土壤的酸碱度和土壤中有机质的含量[9]。在施肥方面,可采用缓控释肥料、水肥一体化技术等,保障肥料养分释放与作物吸收同步,最大限度地提高肥料利用率。

2.3 干旱缺水型农业用地

一方面需要完善农田水利设施建设,通过整修田间灌排渠系、平整土地、扩大田块、修筑道路和植树造林等措施,调节并改良农田水分状况和地区水利条件;另一方面通过发展喷/滴灌、测墒补灌、水肥一体化等新型节水灌溉技术,制定合理的灌溉策略,提高农田灌溉水有效利用系数,改善农业水资源利用现状,保障农业生产的可持续性。可以采用免耕制,减少土壤水分蒸发,增加水分向土壤入渗。

2.4 盐碱障碍型农业用地

要针对土壤盐渍化不同类型、障碍程度、盐碱的发生演变规律以及人为影响要素等特点,因地制宜地开展盐碱地绿色开发利用。物理方法主要是针对地表土层的修复,如地表覆盖、灌水压盐、深耕疏松、客土改土等;化学改良方法包括施用酸性肥料,增施有机肥、土壤改良剂等。

3 政策与保障

由于农业机械化水平较低、投资成本高、成效不明显,导致中低产田耕地质量和产能提升缓慢,需要全方位的政策支持。因此需要确立可持续长期利用的土壤改良技术开发及推广鼓励政策,建立可持续区域发展决策系统及保障体系,这对于缓解人地矛盾,实现藏粮于地、降盐增碳等绿色生态和资源节约等农业发展战略和目标具有重要的保障意义。

3.1 深入实施科技兴农战略,加快农业科技进步

鼓励高校、科研院所与实力较强的相关企业建立起产学研相结合的新型农业科技创新体系,创新各类中低产田改良利用理论与技术,推动农业高质量绿色发展,为中低产田可持续利用提供强有力的科技支撑。完善基层农业技术推广部门农业科技推广服务网络与科技示范网络,提升农业经营者素质,充分利用大数据、物联网技术指导农业生产。

3.2 提升农业产业化经营水平

增强农业龙头企业在行业的引领作用,便于改良技术的推广和实施机械化操作,进一步扩大规模,提升生产水平,最终实现核心竞争力和辐射能力的全面提升。在中低产田区域优先发展订单农业,优化种植结构,出台积极的企业优惠政策,引导企业、合作社和农户建立长期稳定的合作关系,互惠互利,促进人民群众增收致富。

3.3 加强农业资源合理利用和农业生态环境保护

因地制宜、分类高质利用农业资源,通过积极调整和优化农业产业与产品结构,重点发展适合各种土地条件的生态农业,全面优化种植业、畜牧养殖业、林业、渔业产业结构。针对薄弱环节加大农业基础设施建设投入力度,为中低产田农业可持续发展提供可靠保障。

3.4 加强政策性资金支持力度

以财政资金为主导,加强对土壤改良与修复方面的投入,保障资金的连续性;发挥市场机制的作用,形成多元化、多层次的投资机制,降低治理成本;政府利用降低税收等政策,完善利益分配机制,构建新型农业土地补贴政策体系,完善中低产田使用权的流转;给予企业或种植户政策支持或专项补贴,在农机购置、土地平整、沟渠建设、改良物资、种植技术人员培训等环节予以资金补助,鼓励企业、个人和社会资本等进入到土壤改良中来。

4 结语

中低产田耕地质量和产能提升是一个系统工程,涉及政策、基础研究、工程、技术等各个方面。多种障碍因子的存在又增加了中低产田耕地质量和产能提升的复杂性,单靠一项或少数几项措施很难取得理想的改良效果。从源头控制抓起,筛选和培育抗性品种,优化栽培与农艺措施,建立多学科、多措施相结合的综合提升技术,是土壤改良的理想手段。