沈仁芳 王 超 孫 波

中國科學(xué)院南京土壤研究所 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室 南京 210008

確保糧食產(chǎn)量和安全是治國安邦的首要任務(wù)，是關(guān)系到我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定和國家自立的全局性重大戰(zhàn)略問題。近年來，我國糧食連年增產(chǎn)，農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。國家統(tǒng)計局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2017 年全國糧食總產(chǎn)量達(dá) 61 791 萬噸。與此同時，國內(nèi)糧食庫存量顯著增加，部分糧食品種供給偏多，倉儲補貼負(fù)擔(dān)加重，并且受到國際市場糧食價格走低的嚴(yán)重沖擊。反觀糧食增產(chǎn)的代價是耕地的高強(qiáng)度利用、超負(fù)荷運行、質(zhì)量退化、地力透支及土壤嚴(yán)重污染等負(fù)面問題，這嚴(yán)重制約了我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在當(dāng)前局勢下，如果糧食生產(chǎn)結(jié)構(gòu)不能及時調(diào)整，我國的糧食產(chǎn)量和安全將面臨越來越大的挑戰(zhàn)和壓力。

在此背景下，黨的十八屆五中全會通過的“十三五”規(guī)劃建議提出：堅持最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，堅守耕地紅線，實施“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略，提高糧食產(chǎn)能[1]。實施“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略是保障國家糧食產(chǎn)能和安全的必然選擇，體現(xiàn)了黨中央和國務(wù)院對保障我國糧食安全問題的高度重視，不僅是對我國糧食生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)發(fā)展形勢的準(zhǔn)確判斷，也是保障我國糧食安全和農(nóng)業(yè)綠色持續(xù)發(fā)展長效機(jī)制的科學(xué)途徑[2]。

“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略的實現(xiàn)，關(guān)鍵是要保障耕地數(shù)量和提升耕地質(zhì)量[1]。耕地是糧食生產(chǎn)和安全的根基和載體，是最重要的生產(chǎn)要素和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心基礎(chǔ)?；A(chǔ)地力是反映耕地生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)，對其提升是實現(xiàn)“藏糧于地”戰(zhàn)略的基礎(chǔ)和保證。

1 “藏糧于地、藏糧于技”的重要戰(zhàn)略意義

“藏糧于地、藏糧于技”是指通過提升耕地質(zhì)量和土地生產(chǎn)力，實現(xiàn)糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，在糧食生產(chǎn)相對充足的情況下，有效地調(diào)整土地產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，將部分土地改作種植經(jīng)濟(jì)作物或從事其他經(jīng)營，讓過度消耗的耕地得到休養(yǎng)生息的機(jī)會，從而保障和提升耕地地力；當(dāng)出現(xiàn)糧食緊缺的時候，可很快恢復(fù)耕地生產(chǎn)能力，滿足國內(nèi)糧食需求[3]。

實施“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略的短期目標(biāo)是調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，提升耕地地力，降低國內(nèi)糧食庫存量，以減輕國家倉儲補貼負(fù)擔(dān)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革；長期目標(biāo)是提高土地綜合生產(chǎn)能力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，保障國家糧食穩(wěn)定供給和安全。

實施“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略不僅可以保護(hù)我國耕地資源，提升耕地產(chǎn)出效益，緩解土地生態(tài)壓力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，還有利于平衡國內(nèi)糧食供求矛盾，保障國家糧食安全供給，促進(jìn)農(nóng)民增收，緩解糧食庫存壓力，減輕倉儲財政負(fù)擔(dān)[3]，這符合我國目前的基本國情。

2 我國耕地質(zhì)量現(xiàn)狀及面臨的問題

實施“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略根本在于耕地。只有保證了足夠數(shù)量的耕地面積和不斷提升耕地質(zhì)量，確保耕地資源的可持續(xù)利用，才能保障國家糧食產(chǎn)量和糧食安全。然而，不管是從耕地數(shù)量還是質(zhì)量上，我國當(dāng)前耕地資源形勢都非常嚴(yán)峻，面臨著耕地資源匱乏、整體質(zhì)量偏低、土壤退化和污染嚴(yán)重等問題[4]。

2.1 我國耕地數(shù)量不足而且還不斷減少

基于第二次全國土地調(diào)查結(jié)果，2015 年我國耕地面積為 1.35 億公頃，人均耕地不足 0.11 公頃，僅為世界人均數(shù)量的 45%。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，生態(tài)和交通建設(shè)不斷推進(jìn)，耕地數(shù)量還在持續(xù)減少?！笆濉逼陂g，耕地年平均減少面積為 90 萬公頃。根據(jù)《全國土地利用總體規(guī)劃綱要（2006—2020 年）調(diào)整方案》，到 2020 年確保我國基本耕地面積為 1.24 億公頃，農(nóng)田面積穩(wěn)定在 1.03 億公頃以上。

2.2 我國耕地質(zhì)量整體水平偏低，中低產(chǎn)田面積比例較大

我國耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量不足 1% 的面積達(dá)到 26%，整體有機(jī)質(zhì)含量低于歐洲同類土壤的一半。目前，我國耕地基礎(chǔ)地力對糧食生產(chǎn)的貢獻(xiàn)僅為 50% 左右，比發(fā)達(dá)國家低 20—30個百分點[5]。根據(jù)農(nóng)業(yè)部關(guān)于全國耕地質(zhì)量等級情況的公報統(tǒng)計顯示，全國高、中、低產(chǎn)田的面積分別為 0.31 億公頃、0.43 億公頃和 0.34 億公頃，其中中低產(chǎn)田面積占耕地總面積比例高達(dá) 70%，低產(chǎn)田超過 30%[6]。雖然我國通過土地開發(fā)、土地整理和土地復(fù)墾平均每 10 年補充耕地 280萬—490 萬公頃，而這些耕地一般多為劣質(zhì)低產(chǎn)田，很難快速達(dá)到優(yōu)質(zhì)耕地的水平[6]。

2.3 耕地土壤退化較為嚴(yán)重

我國耕地退化面積較大，占耕地總面積的 40% 以上，而且退化趨勢日趨嚴(yán)重。土壤退化突出表現(xiàn)在：耕層變淺、有機(jī)質(zhì)含量偏低、土壤養(yǎng)分呈現(xiàn)非均衡化、水土流失以及土壤鹽漬化、沙化、酸化等方面。例如，我國水土流失面積為 356 萬平方公里，年平均增加 1 萬平方公里。目前，東北黑土區(qū)土壤耕層只有 12—15 厘米。近 30 年，我國 21.6% 的耕地出現(xiàn)嚴(yán)重酸化，pH 值平均降低了 0.85 個單位，主要集中在湘贛粵等紅壤地區(qū)[7]。

2.4 土壤污染嚴(yán)重，障礙因素復(fù)雜多樣

按聯(lián)合國的劃分方法，我國耕地有障礙的面積占 89%，無障礙耕地僅占 11%。根據(jù) 2014 年環(huán)保部和國土資源部發(fā)布的全國土壤污染狀況調(diào)查公報，全國受污染的耕地面積約有 0.1 億公頃，土壤點位超標(biāo)率高達(dá) 19.4%。農(nóng)田土壤重金屬污染率已從 20 世紀(jì) 80 年代末期的不足 5%，上升至目前的約 20%[8]，受農(nóng)藥污染的耕地土壤面積達(dá) 0.09 億公頃[4]，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全受到嚴(yán)重威脅。面源污染加重已成為制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的突出矛盾。

3 耕地資源保護(hù)和可持續(xù)利用的科技發(fā)展現(xiàn)狀及需要解決的問題

3.1 國際耕地資源保護(hù)和可持續(xù)利用研究進(jìn)展

國際上自 20 世紀(jì) 90 年代提出集約化可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，以提高耕地質(zhì)量和水土資源利用效率，從而促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力的穩(wěn)步提升。21 世紀(jì)以來，國外發(fā)展集約化可持續(xù)農(nóng)業(yè)研究在防治土壤污染、消減土壤障礙和提升土壤生物功能 3 個方面取得顯著進(jìn)展。

（1）土壤污染防治計劃和法規(guī)。歐、美、日等發(fā)達(dá)國家從可持續(xù)規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展的角度制定污染土壤修復(fù)計劃，如美國“超級基金”計劃、加拿大“國家污染場地修復(fù)計劃”、荷蘭《土壤保護(hù)法》和《土壤質(zhì)量法令》、日本《農(nóng)用地土壤污染防治法》等，防治土壤重金屬污染，建立相關(guān)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)。

（2）土壤障礙消減技術(shù)和模式。美國農(nóng)業(yè)部鹽土實驗室與澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織系統(tǒng)研究了打破土壤障礙對耕地培肥和提升化肥養(yǎng)分利用效率機(jī)制，基于土壤水-鹽-肥運移模型（HYDRUS 3D）提出鹽堿土治理技術(shù)模式；荷蘭瓦赫寧根大學(xué)建立了有效的地力分區(qū)管理策略，加拿大薩斯喀徹溫大學(xué)等建立了基于小麥間歇性免耕和豆科輪作的保護(hù)性耕作體系。此外，在水土資源質(zhì)量自動化監(jiān)測、打破土壤障礙和水資源制約的生物化學(xué)原理、障礙土壤改良綜合工程技術(shù)、土壤污染綜合治理技術(shù)、農(nóng)田非常規(guī)水源高效利用技術(shù)、應(yīng)對土壤障礙和氣象災(zāi)害的抗逆品種篩選技術(shù)以及智能化農(nóng)業(yè)體系建設(shè)方面取得重要進(jìn)展[9]。

（3）土壤生物功能提升計劃。近年來土壤和植物微生物組成為國際研究前沿，美國在 2010 年 8月啟動“地球微生物計劃”（Earth Microbiome Project，EMP），研究全球典型土壤等生態(tài)系統(tǒng)微生物群落的多樣性及其功能，建立基因圖譜（Gene Atlas，GA)；2016 年 5月又啟動了“國家微生物組計劃”（National Microbiome Initiative，NMI），通過政府-大學(xué)-研究所-企業(yè)的聯(lián)合創(chuàng)新深入認(rèn)知土壤、植物和水體等環(huán)境中微生物組（稱為“微生物群落集合”）的結(jié)構(gòu)和功能，促進(jìn)微生物在農(nóng)業(yè)和環(huán)境管理中的應(yīng)用。在提升土壤功能方面，美國康奈爾大學(xué)、法國國家農(nóng)業(yè)研究院和瑞士有機(jī)農(nóng)業(yè)研究所利用13C標(biāo)記、高通量測序和熒光顯微成像等現(xiàn)代分析技術(shù)深入揭示了有機(jī)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和間作系統(tǒng)中化肥養(yǎng)分高效利用的土壤生物物理機(jī)制。

3.2 國內(nèi)耕地資源保護(hù)和可持續(xù)利用研究進(jìn)展

我國自 20 世紀(jì) 80 年代以來相繼實施了“中低產(chǎn)田改良”“沃土工程”“高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)”等計劃，揭示了中低產(chǎn)土壤肥力的長期變化規(guī)律，發(fā)展了地力快速提升理論與技術(shù)。近年來，在土壤結(jié)構(gòu)-養(yǎng)分庫容-生物網(wǎng)絡(luò)功能協(xié)同提升機(jī)制、主要糧食產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)演變與提升綜合技術(shù)、黃淮地區(qū)農(nóng)田地力提升與大面積均衡增產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用、克服土壤生物障礙的微生物有機(jī)肥及其新工藝方面取得顯著進(jìn)展。

針對土壤污染問題，我國在土壤環(huán)境背景值制定、污染土壤物理-化學(xué)-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)展，近期開展了區(qū)域治理工作。2016 年 5月國務(wù)院印發(fā)了《土壤污染防治行動計劃》（簡稱“土十條”），提出在 2018 年底前查明農(nóng)用地土壤污染的面積、分布及其對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，建立 10 年 1 次的土壤環(huán)境質(zhì)量狀況定期調(diào)查制度；對農(nóng)用地土壤實施分類管理，按照污染程度劃分為優(yōu)先保護(hù)類、安全利用類和嚴(yán)格管控類；以影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的突出環(huán)境問題為重點，制定土壤污染治理與修復(fù)規(guī)劃，組織開展治理與修復(fù)。

中國科學(xué)院在 2015 年啟動“土壤-微生物系統(tǒng)功能及其調(diào)控”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項[10]，國家自然科學(xué)基金委 2017 年啟動“水圈微生物驅(qū)動地球元素循環(huán)的機(jī)制”重大研究計劃，開展不同生態(tài)系統(tǒng)中微生物對碳、氮、磷等元素循環(huán)驅(qū)動機(jī)制和調(diào)控措施的研究。2016 年起，我國相繼啟動國家重點研發(fā)計劃專項，包括“糧食豐產(chǎn)增效科技創(chuàng)新”“化學(xué)肥料和農(nóng)藥減施增效綜合技術(shù)研發(fā)” “農(nóng)業(yè)面源和重金屬污染農(nóng)田綜合防治與修復(fù)技術(shù)研發(fā)”和“智能農(nóng)機(jī)裝備水資源高效開發(fā)利用”。2017 年開始立項啟動“京津冀環(huán)境綜合治理”科技重大工程，農(nóng)業(yè)農(nóng)村環(huán)境風(fēng)險管控及綜合治理是其中的一個重要方面。

3.3 國內(nèi)土壤質(zhì)量演變監(jiān)測技術(shù)發(fā)展方向

我國在 20 世紀(jì) 50 年代和 80 年代開展了 2 次全國土壤普查，并長期開展了不同農(nóng)區(qū)土壤肥力評價和土壤肥力演變規(guī)律的研究。20 世紀(jì) 80 年代中國科學(xué)院建立的中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的土壤肥力與肥料效應(yīng)監(jiān)測網(wǎng)，2005 年起融合建立了國家野外科學(xué)觀測研究站體系，協(xié)同開展農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和土壤質(zhì)量長期演變規(guī)律的研究，從土壤肥力拓展到土壤環(huán)境質(zhì)量和健康質(zhì)量演變研究；評價了我國農(nóng)田化肥養(yǎng)分平衡和養(yǎng)分利用的時空變化特征；揭示了熱量驅(qū)動的化肥養(yǎng)分投入和有機(jī)養(yǎng)分再循環(huán)對產(chǎn)量的增益作用；發(fā)展了典型類型土壤質(zhì)量管理的指標(biāo)體系、培育理論與技術(shù)體系。在國家尺度上，基于測土配方施肥數(shù)據(jù)和模型分析，建立了全國測土配方施肥數(shù)據(jù)管理平臺和縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)并已應(yīng)用于 2 498 個縣，支撐了全國耕地地力評價和施肥決策。目前，針對我國耕地地力和施肥水平的多樣性和復(fù)雜性，亟須在不同時空尺度上系統(tǒng)開展耕地地力提升與水、肥高效利用之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制研究，重點在化肥減施高潛力區(qū)開展耕地地力和水、肥資源協(xié)同管理理論、技術(shù)和調(diào)控模式研究。

3.4 土壤改良和培育技術(shù)裝備發(fā)展方向

國內(nèi)針對土壤酸化障礙對氮、磷養(yǎng)分高效利用的制約，研發(fā)了不同有機(jī)源生物炭生產(chǎn)和施用技術(shù)，開發(fā)了基于畜禽糞便與堿性粉煤灰或高嶺土（吸附劑）“共堆肥”生產(chǎn)有機(jī)肥的方法和配套設(shè)施。針對鹽堿土改良，建立了基于壟作、硫酸鋁改良和生物肥的重度鹽堿土治理技術(shù)，研發(fā)了濱海鹽堿地加速脫鹽、長效培肥、耐鹽品種和輕簡栽培的技術(shù)體系，集成了成熟的滴灌土壤水鹽調(diào)控方法、咸水滴灌土壤水鹽調(diào)控技術(shù)以及“滴灌+壟作+覆膜”改土利用模式。針對東北黑土耕層變薄和華北潮土砂性障礙問題，研發(fā)了以秸稈掩埋激發(fā)式快腐為核心的肥沃耕層構(gòu)建技術(shù)體系。針對南方低丘崗地低產(chǎn)田，圍繞“治水—改土—造林”鏈條，集成侵蝕、酸化和養(yǎng)分貧瘠化阻控技術(shù)和土地生產(chǎn)力快速提升技術(shù)，建立具有區(qū)域特色的“畜—沼—林/果/農(nóng)”生態(tài)模式。但是，在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)和土地整治設(shè)備方面，尚缺乏專業(yè)化大型深松破土裝備和暗管鋪設(shè)設(shè)備。

3.5 土壤污染治理與修復(fù)技術(shù)發(fā)展方向

我國近年來在土壤污染調(diào)查與風(fēng)險評估、土壤污染過程與機(jī)制、修復(fù)技術(shù)與示范等方面取得了顯著進(jìn)展。國內(nèi)開發(fā)了污染場地健康與環(huán)境風(fēng)險評估軟件（HERA）；研制了基于生物炭/黏土礦物/納米羥基磷灰石/功能微生物的系列土壤修復(fù)劑；研發(fā)了重金屬和有機(jī)污染土壤植物修復(fù)技術(shù)，如砷污染土壤蜈蚣草植物修復(fù)、鎘污染土壤伴礦景天植物修復(fù)、有機(jī)污染土壤紫花苜蓿-根瘤菌共生原位生物修復(fù)技術(shù)等；總結(jié)形成了土壤污染治理與修復(fù)的“風(fēng)險管制、分類修復(fù)、分區(qū)試點”工作思路；建立了土壤修復(fù)技術(shù)規(guī)范、工程案例和推廣應(yīng)用模式；在湘、贛、桂、黔、蘇、浙、云、皖、豫、遼等省份建成了土壤重金屬污染修復(fù)示范區(qū)，如2014 年啟動長株潭耕地重金屬污染修復(fù)及農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整國家級試點，開展“VIP+n”，即采用鎘低積累水稻品種（Variety）、合理灌溉（Irrigation）、施用石灰等調(diào)節(jié)土壤酸度（pH 值），3 年實施在萬畝示范片早稻達(dá)標(biāo)率達(dá)到 50%。目前發(fā)展趨勢是研發(fā)聯(lián)合的原位修復(fù)技術(shù)、基于環(huán)境功能修復(fù)材料（納米）的修復(fù)技術(shù)、基于設(shè)備化的快速原位修復(fù)技術(shù)、土壤修復(fù)決策支持系統(tǒng)及修復(fù)后評估技術(shù)等。

3.6 中低產(chǎn)土壤培育和養(yǎng)分高效利用機(jī)制和模式發(fā)展方向

國內(nèi)利用同步輻射、核磁共振等技術(shù)研究了秸稈還田和保護(hù)性耕作等對土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分庫容的協(xié)同影響，發(fā)展了農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)綜合提升技術(shù)，闡明了長期施肥對基礎(chǔ)地力提升的貢獻(xiàn)[11]。在土壤結(jié)構(gòu)體形成和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化供應(yīng)的微生物驅(qū)動機(jī)制方面，揭示了土壤大團(tuán)聚體促進(jìn)復(fù)雜生物網(wǎng)絡(luò)形成、提升氮磷供應(yīng)能力的機(jī)制，以及長期施肥和外源引種下根際土壤微生物種間互營促進(jìn)有機(jī)物降解與養(yǎng)分釋放機(jī)制[12]。針對不同區(qū)域的耕層土壤退化，在東北平原黑土區(qū)提出“玉米免耕結(jié)合秸稈深埋的肥沃耕層構(gòu)建技術(shù)”以應(yīng)對耕層變薄問題，在華北平原潮土區(qū)建立“激發(fā)式玉米秸稈行間掩埋技術(shù)”消減土壤砂性障礙，在關(guān)中平原和渭北旱塬塿土和黑壚土區(qū)建立了小麥-玉米的“高茬還田”和“壟溝覆膜栽培”技術(shù)減緩干旱脅迫和提升土壤有機(jī)質(zhì)，在長江中游紅壤區(qū)發(fā)展“旱地秸稈（生物炭）-生物有機(jī)肥匹配技術(shù)”和“稻田綠肥輕簡化清潔生產(chǎn)技術(shù)”協(xié)同控酸、擴(kuò)充養(yǎng)分庫容和生物功能，在四川盆地紫色土區(qū)構(gòu)建“聚土壟作免耕-坡式梯田-有機(jī)培肥模式”破除耕層淺薄和貧瘠問題，這些中低產(chǎn)田改造技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了養(yǎng)分和養(yǎng)分利用效率和作物產(chǎn)量。

目前需要針對地力提升與減肥減藥的雙重目標(biāo)，根據(jù)不同區(qū)域氣候、作物和土壤特點，加強(qiáng)化肥-有機(jī)肥替代的共性技術(shù)研究（秸稈還田、生物炭施用、有機(jī)肥安全利用、綠肥輪作間作），建立不同區(qū)域替代率和替代方式的標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)程），結(jié)合小流域或區(qū)域“種—養(yǎng)—加”循環(huán)農(nóng)業(yè)體系建設(shè)，完善耕地長效培肥的“有機(jī)質(zhì)-養(yǎng)分庫-生物功能”協(xié)同提升理論和技術(shù)模式（圖 1）。

3.7 中低產(chǎn)田抗旱和防御隱形災(zāi)害技術(shù)

國內(nèi)基于作物高效利用雨水和灌溉水的機(jī)制，發(fā)展了降水保蓄和灌溉水高效利用的統(tǒng)籌方法，研發(fā)了不同區(qū)域節(jié)水抗旱品種、覆膜集雨保墑和秸稈還田培肥聚墑技術(shù)，形成了“集、蓄、保、提”旱地農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)節(jié)水技術(shù)體系、集雨補灌技術(shù)、分根交替灌溉和調(diào)虧灌溉技術(shù)、水肥耦合技術(shù)、化學(xué)制劑應(yīng)用技術(shù)、水肥一體化微灌節(jié)水技術(shù)；通過集成農(nóng)藝和工程節(jié)水技術(shù)，實現(xiàn)了生物和化學(xué)節(jié)水、以水調(diào)水促肥、提高降水和灌溉水利用效率的目標(biāo)。在挖掘中低產(chǎn)田弱水資源利用特別是咸水和微咸水利用方面，研發(fā)了基于土壤-水-鹽-作物相互關(guān)系的微咸水補灌制度，基于咸水結(jié)冰凍融咸淡水分離原理建立了冬季咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地技術(shù)；利用咸水直灌技術(shù)配套“淡化肥沃層”和“兩相耕作抑鹽”等理論技術(shù)，集成了黃淮海中低產(chǎn)區(qū)鹽堿地綜合治理模式。針對不同中低產(chǎn)耕地分布區(qū)的隱形災(zāi)害類型，通過實施土壤培肥以及控溫調(diào)水綜合管理措施，調(diào)整作物品種體系和輪作體系，輔助農(nóng)業(yè)災(zāi)害保險服務(wù)和中低產(chǎn)田改造扶持政策，提升耕地抵御農(nóng)業(yè)隱形災(zāi)害的能力。

圖 1 建立“有機(jī)質(zhì)-養(yǎng)分庫-生物功能”協(xié)同提升的肥沃耕層構(gòu)建理論和耕地保育技術(shù)模式

3.8 適生耐逆品種選育和微生物-作物互作

國內(nèi)針對障礙土壤研發(fā)了成熟的特色先鋒作物選育及配套栽培技術(shù)，開發(fā)了耐鹽大麥、燕麥、雜交油葵、地膜棉花、苜蓿、羊草、甜高粱、芒草和柳枝稷等先鋒作物體系，針對海蓬子、鹽地堿蓬、堿蓬、鹽角草和二色補血草等特色經(jīng)濟(jì)植物開展了種質(zhì)資源調(diào)查、引種馴化和應(yīng)用。特別是近年發(fā)現(xiàn)“海稻 86”等高耐鹽資源可以在含鹽量達(dá) 0.5%—0.6% 的濱海鹽堿地中生長，但需要加強(qiáng)對基因組分析揭示其高耐鹽機(jī)理，加強(qiáng)基因克隆和編輯育種技術(shù)的應(yīng)用。同時，國內(nèi)在植物-微生物互作方面的研究也有突破，發(fā)現(xiàn)脂肪酸是植物傳遞給菌根真菌的主要碳源形式，通過降低植物脂肪酸的合成，能夠有效抑制白粉病病原真菌的致病性[13]；通過改進(jìn)高通量微生物培養(yǎng)技術(shù)，從擬南芥中分離出近 8 000 個細(xì)菌，覆蓋了 64% 的根系微生物種類，并建立了人工重組微生物群體（SynCom）的實驗體系[14]。國內(nèi)對植物-微生物共生的研究傳統(tǒng)上主要關(guān)注微生物本身，需要加強(qiáng)對植物宿主-微生物互作分子機(jī)制的研究，特別需要研究如何利用這種互作機(jī)制增加作物對障礙土壤的耐逆適生性。

目前，針對不同類型耕地的保育和改良，需要完善國家耕地質(zhì)量、土壤環(huán)境基準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)體系，查明耕地質(zhì)量演變和土壤污染分布，研究地力培育與水肥資源利用的關(guān)聯(lián)機(jī)制，闡明土壤障礙和污染對耕地地力提升和作物適應(yīng)性影響，發(fā)展綠色土壤生物修復(fù)技術(shù)體系，提出多水資源綜合利用技術(shù)和抵御隱形災(zāi)害技術(shù)體系，發(fā)掘植物耐逆、抗逆功能基因和適生植物資源優(yōu)勢，建立中低產(chǎn)田產(chǎn)能綜合提升模式，研發(fā)配套機(jī)械、改良劑和肥料產(chǎn)品，為實現(xiàn)“藏糧于地、藏糧于技”的目標(biāo)提供基礎(chǔ)理論和技術(shù)支撐。

4 實施“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略提升我國耕地質(zhì)量的途徑問題

“藏糧于地”核心是“地”，關(guān)鍵是“藏”，需要利用農(nóng)業(yè)技術(shù)措施不斷提升耕地質(zhì)量，這也是“藏糧于技”的基本含義。在我國耕地數(shù)量剛性減少，糧食需求不斷增加的前提下，基礎(chǔ)地力的提升對保證糧食的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，縮減產(chǎn)量差和可持續(xù)生產(chǎn)具有重要的作用，是確?！安丶Z于地、藏糧于技”戰(zhàn)略實施的有效途徑。在開展全國土壤資源普查的基礎(chǔ)上，需要整合現(xiàn)有土地，按照土地平整、集中連片、土壤肥沃、水利設(shè)施、農(nóng)電配套、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、生態(tài)良好、抗災(zāi)能力強(qiáng)的耕地綜合利用目標(biāo)，與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營方式相適應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化布局，統(tǒng)籌建設(shè)，初步形成了一套不同區(qū)域和不同耕地質(zhì)量的保護(hù)措施與地力提升的技術(shù)模式。

4.1 高產(chǎn)田的穩(wěn)產(chǎn)保育

數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在我國的20億畝耕地中，只有 4 億畝能夠達(dá)到高產(chǎn)農(nóng)田生產(chǎn)能力的要求，集中分布在平原以及灌溉水平較高的綠洲區(qū)，此類耕地基礎(chǔ)地力較高，生產(chǎn)穩(wěn)定性好。雖然高產(chǎn)田基本不存在限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的障礙因素，但仍需持續(xù)實行耕地保育措施，強(qiáng)化耕地資源的保護(hù)利用。因地制宜地加強(qiáng)建立耕地用途監(jiān)測監(jiān)管平臺，實施耕地質(zhì)量監(jiān)測、測土配方施肥、有機(jī)質(zhì)提升技術(shù)（休耕輪作、秸稈還田等），完善農(nóng)田水利建設(shè)工程，提高農(nóng)電配套設(shè)施，實施現(xiàn)代化播種耕作技術(shù)及基本信息數(shù)字化技術(shù)等。實現(xiàn)使用與養(yǎng)護(hù)相結(jié)合的方式開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，保證足夠數(shù)量的高產(chǎn)田耕地面積尤其是將優(yōu)質(zhì)耕地永久保護(hù)起來，并鞏固提升農(nóng)田的“藏糧”能力。實現(xiàn) 2016 年中央一號文件提出的“到 2020 年確保建成 0.53 億公頃、力爭建成 0.67 億公頃集中連片、旱澇保收、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、生態(tài)友好的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田”的目標(biāo)。

4.2 中低產(chǎn)田的地力提升

中低產(chǎn)田是我國重要的耕地資源，具有很大的增產(chǎn)潛力，占耕地面積的 70% 左右。改良和提升中低產(chǎn)田的土壤地力是“藏糧于地”戰(zhàn)略實施的重要保障，對我國糧食產(chǎn)量和安全及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展起到積極推動作用。2008 年 11月發(fā)布的《國家糧食安全中長期規(guī)劃綱要（2008—2020 年）》中提出要加快中低產(chǎn)田改造，力爭到 2020 年中低產(chǎn)田所占比重降低到 50% 左右。

中低產(chǎn)田改良過程中，需要遵循改良、使用和養(yǎng)護(hù)相結(jié)合的方式，依靠土壤地力定向培育理論，構(gòu)建土壤障礙消減和地力提升的核心技術(shù)體系[2]。我國中低產(chǎn)田形成的主要障礙因素包括：耕層變淺、干旱缺水、瘠薄、坡耕地、鹽堿、風(fēng)沙、漬澇、酸化及污染嚴(yán)重等。科學(xué)認(rèn)知土壤障礙形成過程及消減原理，對于中低產(chǎn)田改良具有重要的指導(dǎo)意義。通過土壤改良和農(nóng)業(yè)增產(chǎn)相結(jié)合的工程措施與耕作培肥等技術(shù)相配套的綜合措施，加深耕作層、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高養(yǎng)分含量和保水保肥能力、促進(jìn)生物功能等，從而提升土壤地力[15]。

我國中低產(chǎn)田特點是：種類較多，分布廣泛，構(gòu)成復(fù)雜，土壤類型多樣，區(qū)域分布差異較大。因此，進(jìn)行改造的任務(wù)和重點不同，所需的改良和提升技術(shù)也有所不同（圖 2）[16]。

（1）東北黑土區(qū)。該地區(qū)是我國中低產(chǎn)田分布最集中的地區(qū)之一，由于高強(qiáng)度利用、重用輕養(yǎng)、土壤侵蝕等原因，導(dǎo)致黑土地土層變薄、有機(jī)質(zhì)含量下降、土壤退化嚴(yán)重。需要加快實施黑土地保護(hù)策略規(guī)劃，通過用養(yǎng)結(jié)合，水土流失防治，改良培肥等措施，保護(hù)黑土地資源。

（2）華北區(qū)。該地區(qū)中低產(chǎn)田分布較廣，耕層變淺，土壤蓄水保肥能力下降，水利設(shè)施和降水條件成為耕地產(chǎn)能的制約性因素。應(yīng)改善現(xiàn)有農(nóng)田水利設(shè)施，發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)，實現(xiàn)耕地資源的質(zhì)量保護(hù)；此外，應(yīng)重點改善耕層結(jié)構(gòu)，提高耕層質(zhì)量。

（3）長江中下游及南方地區(qū)。自然條件優(yōu)越，是我國熱量資源和水資源最豐富的地區(qū)，但也是中產(chǎn)田分布較多的地區(qū)。近年來，我國南方地區(qū)土壤酸化日益加劇，污染嚴(yán)重。重點在于治酸控污，制定土壤酸化和污染治理與修復(fù)規(guī)劃，開展治理與修復(fù)工程及示范；土地治理過程中應(yīng)注意改造低產(chǎn)坡耕地或退耕恢復(fù)植被。

（4）西北和黃土高原干旱區(qū)。該地區(qū)氣候變化劇烈，降水稀少以及土地不合理利用，導(dǎo)致干旱缺水，耕地退化和次生鹽漬化嚴(yán)重，依靠農(nóng)業(yè)灌溉程度高。注重水資源優(yōu)化調(diào)配，大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)以及退耕還林還草，治理水土流失，防治次生鹽漬化，改善生態(tài)環(huán)境。

（5）青藏高原區(qū)。由于海拔高，年平均氣溫較低，干燥缺水，生態(tài)脆弱，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。應(yīng)以保護(hù)和改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境為主要方向，結(jié)合自然地理和氣候環(huán)境條件采取合理的改良措施，開展高原特色生態(tài)農(nóng)田建設(shè)，恢復(fù)植被，減少水土流失，有效治理土地沙化現(xiàn)象，全面提升其生態(tài)服務(wù)功能。

在中低產(chǎn)田地力改良過程中，一些現(xiàn)實的意義不可忽視。例如，中產(chǎn)田的增產(chǎn)潛力、增產(chǎn)效益均比低產(chǎn)田高，改造費用也相對低廉，因此在中低產(chǎn)田的改良過程中應(yīng)以改造中產(chǎn)田為主攻對象，在條件允許的情況下有計劃地改良低產(chǎn)田。我國西北干旱區(qū)、黃土高原區(qū)、青藏高原區(qū)由于自然條件的限制，生態(tài)環(huán)境脆弱、基礎(chǔ)地力差、耕地退化嚴(yán)重，使得這些區(qū)域低產(chǎn)田改良難度較大，需要投入更大的人力、物力和財力?；谖覈?dāng)前的經(jīng)濟(jì)實力，很難在這些地區(qū)實施大范圍的中低產(chǎn)田改良。

圖 2 我國不同區(qū)域中低產(chǎn)田質(zhì)量提升的重點任務(wù)

4.3 后備耕地資源的補充

后備耕地資源開發(fā)主要是對未投入使用的土地進(jìn)行開發(fā)及合理的利用。規(guī)劃后備耕地資源已成為增加耕地面積的一個重要途徑，是實現(xiàn)耕地動態(tài)平衡的現(xiàn)實手段。“十三五”期間，通過土地整理每年新增 23.33 萬公頃耕地面積，5 年共新增 116.67 萬公頃。這些新增的耕地在一定程度上補充了耕地面積的減少。

后備耕地資源開發(fā)主要涉及開發(fā)類耕地和復(fù)墾類耕地。開發(fā)類耕地后備資源主要包括荒草地、沼澤地、葦?shù)亍┩考捌渌蠢玫耐恋?；?fù)墾類耕地后備資源主要包括工礦廢棄地、塌陷地及自然災(zāi)害損毀地。開墾前，應(yīng)首先對土地進(jìn)行評價，分析土地的適宜性、經(jīng)濟(jì)效益和對生態(tài)環(huán)境的影響，而后確定是否適合開墾。重點考察評估土地是否具備土地平整、質(zhì)地良好、養(yǎng)分豐富、灌排條件、土地生產(chǎn)力較高及生態(tài)良好等條件，并且充分考慮對生態(tài)環(huán)境的影響，不允許損害周圍土地環(huán)境。對補充耕地要進(jìn)行更加嚴(yán)格的質(zhì)量把關(guān)，確保能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)文明建設(shè)。

盡管如此，新開發(fā)的耕地與已有的耕地地力等級仍相差 2—3 個等級，很難形成一定的生產(chǎn)能力，需要通過采取工程或生物措施，恢復(fù)耕種并達(dá)到較好耕地效益。提高易改良因子條件即可在短時間內(nèi)以較小的投入獲得較高的產(chǎn)出，而對難改良因子的土地提高耕作適宜性的難度較大，且投入多、耗時長。

5 實施“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略亟須解決的耕地資源可持續(xù)管理問題

5.1 建立國家尺度耕地土壤和水資源天-空-地一體化監(jiān)測和預(yù)警平臺

在重點區(qū)建立基于互聯(lián)網(wǎng)的智能化監(jiān)測基地，全面開展農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)耕地水土資源多維多尺度高分辨率聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測，啟動主要農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)土壤和作物微生物組聯(lián)網(wǎng)觀測；融合耕地質(zhì)量監(jiān)測、土壤污染調(diào)查、測土配方施肥和相關(guān)社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫，基于互聯(lián)網(wǎng)分布式數(shù)據(jù)平臺和同步數(shù)字序列多業(yè)務(wù)傳送平臺，構(gòu)建國家尺度耕地土壤質(zhì)量和水肥資源利用大數(shù)據(jù)平臺；基于超算平臺和云計算技術(shù)，分區(qū)分類提出耕地水肥資源高效配置利用方案，為政府部門、企業(yè)、推廣人員和農(nóng)戶提供咨詢服務(wù)。

5.2 建立土壤-水-肥-耕作綜合管理研究平臺

建立新型高效肥料和新型改良劑研發(fā)平臺，新型改土設(shè)施研發(fā)平臺，土壤污染防控與修復(fù)技術(shù)研發(fā)平臺，開展政-商-產(chǎn)-學(xué)-研協(xié)同研發(fā)，創(chuàng)新農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈一體化發(fā)展模式。

5.3 培育一批區(qū)域級土壤修復(fù)創(chuàng)新型科技企業(yè)

以土壤修復(fù)企業(yè)為推手，實施區(qū)域耕地資源集約利用規(guī)劃和節(jié)地技術(shù)，集成中低產(chǎn)田肥沃耕層構(gòu)建技術(shù)、后備耕地資源土壤快速熟化技術(shù)、污染土壤綠色聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，協(xié)同實施高產(chǎn)田土壤保育技術(shù)，實現(xiàn)穩(wěn)定耕地面積和初步提升耕地總體質(zhì)量的目標(biāo)。

5.4 建立多水源精準(zhǔn)管理體系

實現(xiàn)節(jié)水保墑覆蓋技術(shù)、少免耕和農(nóng)田生物質(zhì)資源綜合利用技術(shù)、水肥一體化高效利用技術(shù)體系的突破和集成；實施應(yīng)對氣候變化的流域水資源綜合管理政策和措施，實現(xiàn)流域水資源的穩(wěn)定供應(yīng)和合理利用。

5.5 研發(fā)耕地保育和清潔生產(chǎn)的系列作物品種和肥料

選育耐逆（鹽堿、干旱、鋁毒和重金屬污染）植物品種以及高效培肥的綠肥品種；研制復(fù)混肥和新型緩（控）釋肥料，大力發(fā)展生物有機(jī)肥和多功能肥料，研發(fā)農(nóng)業(yè)耕作施肥和改土治污培肥機(jī)械，建立高產(chǎn)高效和環(huán)境安全的種植體系，降低水、肥資源投入水平，節(jié)本增效。

6 結(jié)束語

“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略是黨中央對確保糧食產(chǎn)能的新思路，是國家“十三五”規(guī)劃的新途徑，充分體現(xiàn)了糧食產(chǎn)量和安全是我國“三農(nóng)”工作的重中之重。真正實施“藏糧于地”戰(zhàn)略，才能促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。這需要科學(xué)合理地利用耕地資源，從根本上提升我國耕地地力水平，加強(qiáng)耕地質(zhì)量保護(hù)，加快建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田。耕地地力提升對我國糧食安全、環(huán)境安全和生態(tài)安全建設(shè)具有現(xiàn)實性和緊迫性的價值意義。

耕地質(zhì)量的不斷提升，必須依靠科技創(chuàng)新，突破資源環(huán)境約束，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，走內(nèi)涵式發(fā)展道路。需要不斷對中低產(chǎn)田改造技術(shù)進(jìn)行集成創(chuàng)新，深入系統(tǒng)地研究認(rèn)識土壤障礙形成過程及消減原理，深化土壤地力定向培育理論，構(gòu)建土壤障礙消減和地力提升的核心技術(shù)體系。從而優(yōu)化布局，打造基礎(chǔ)設(shè)施完備、生產(chǎn)能力穩(wěn)定的糧食生產(chǎn)功能區(qū)，使“藏糧于地”戰(zhàn)略真正落到實處。

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