長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)習(xí)慣藏糧于倉(cāng)、藏糧于民、以豐補(bǔ)歉。然而，耕地占補(bǔ)質(zhì)量嚴(yán)重失衡，耕地總體質(zhì)量下降已經(jīng)成為提高糧食生產(chǎn)能力的障礙。對(duì)此，社會(huì)對(duì)藏糧于地、藏糧于技的呼聲越來(lái)越高，2016年中央一號(hào)文件也聚焦到該戰(zhàn)略。

“過(guò)去糧食生產(chǎn)下來(lái)要存在糧倉(cāng)里，現(xiàn)在要求重視土壤肥力的培育。土壤肥力提高了，糧食生產(chǎn)能力才能提高，作物高產(chǎn)才能實(shí)現(xiàn)，這就是藏糧于地。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃所副所長(zhǎng)徐明崗研究員向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者介紹，耕地質(zhì)量的核心是土壤肥力，而土壤肥力最基礎(chǔ)最主要的指標(biāo)是土壤有機(jī)質(zhì)。

日前，《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者在采訪中了解到，徐明崗團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)30年的聯(lián)網(wǎng)研究與實(shí)踐驗(yàn)證，通過(guò)探明土壤有機(jī)質(zhì)的演變規(guī)律，首次揭示了土壤有機(jī)質(zhì)提升與作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的定量耦合關(guān)系，創(chuàng)建了具有區(qū)域特色的有機(jī)質(zhì)提升的關(guān)鍵技術(shù)，并大面積示范和推廣應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境效益顯著。該成果獲得了2015年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

土壤有機(jī)質(zhì)與化肥超量使用

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中最活躍的部分，是土壤肥力的基礎(chǔ)。而我國(guó)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量整體水平偏低，嚴(yán)重制約我國(guó)農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展。

“目前僅為歐洲同類(lèi)土壤的1/3到1/2。” 徐明崗表示，有機(jī)質(zhì)含量低導(dǎo)致作物高產(chǎn)的化肥依賴(lài)性強(qiáng)，過(guò)量化肥的施用對(duì)國(guó)家生態(tài)安全和環(huán)境安全造成了嚴(yán)重的威脅。

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2013年我國(guó)農(nóng)業(yè)化肥施用量為5912萬(wàn)噸，按農(nóng)業(yè)種植面積（包括果園等在內(nèi)）計(jì)算，化肥用量為每公頃322公斤，遠(yuǎn)高于世界平均水平，分別是美國(guó)的2.6倍和歐盟的2.5倍。

2015年，國(guó)家提出了“一控兩減三基本”，按照求，到2020年化肥農(nóng)藥的使用量要實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)。

“化肥減量不等于肥料減量，化肥減下去，有機(jī)肥必須要補(bǔ)上去。”江西紅壤研究所研究員黃慶海向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者表示，有機(jī)質(zhì)含量的提升與國(guó)家化肥減量政策是一致的。

針對(duì)以上問(wèn)題，該項(xiàng)目組在東北、華北、西北、南方旱地和水田5大糧食產(chǎn)區(qū)，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，布置40多個(gè)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，開(kāi)展300多個(gè)典型農(nóng)戶(hù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，揭示了我國(guó)集約化農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)變化具有明顯的階段性和區(qū)域性的特點(diǎn)。

在東北地區(qū)監(jiān)測(cè)觀察顯示，該地區(qū)開(kāi)墾前有機(jī)質(zhì)處于較高水平，開(kāi)墾后有機(jī)質(zhì)下降是一個(gè)必然的過(guò)程，開(kāi)墾后的前30~40年有機(jī)質(zhì)處于快速下降期，開(kāi)墾至今有100多年的歷史，目前下降速率處于較低的平衡期。

“西北、華北和南方旱地，有機(jī)質(zhì)處于較低水平，維持投入水平較低，隨著作物單產(chǎn)逐漸提高，作物根茬歸還量也相應(yīng)增加，有機(jī)質(zhì)水平穩(wěn)定上升。”徐明崗介紹，由于近30年化肥大量施用，有機(jī)肥投入比例低，有機(jī)質(zhì)上升速率較慢。

而南方水田由于特殊的淹水環(huán)境，以及近年來(lái)高產(chǎn)水稻的大面積推廣應(yīng)用，作物殘茬歸還量較大，質(zhì)穩(wěn)定增加。

有機(jī)質(zhì)提升與有機(jī)肥科學(xué)實(shí)施

徐明崗認(rèn)為，在我國(guó)人口不斷增加的情況下，要實(shí)現(xiàn)糧食持續(xù)增長(zhǎng)，減緩環(huán)境壓力，土壤有機(jī)質(zhì)提升的需求十分迫切。

我國(guó)農(nóng)民施用有機(jī)肥料有著悠久的歷史，老百姓都知道施用有機(jī)肥作物長(zhǎng)勢(shì)好、產(chǎn)量穩(wěn)、抗性強(qiáng)。有關(guān)土壤有機(jī)質(zhì)提升與作物增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的研究偶只處于定性的研究水平上。究竟如何科學(xué)施用有機(jī)肥仍是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題。

“但由于廣大農(nóng)民缺乏有機(jī)質(zhì)提升的技術(shù)原理和知識(shí)，不知道施用多少秸稈或有機(jī)肥能維持有機(jī)質(zhì)不下降，不知道施用多少秸稈或有機(jī)肥能提升多大幅度。”中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與區(qū)域規(guī)劃所副研究員張文菊告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。

該項(xiàng)目通過(guò)大量田間定位試驗(yàn)的聯(lián)網(wǎng)研究，明確了不同區(qū)域有機(jī)物料的長(zhǎng)期利用效率，從而解決了不同區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)維持和提升中有機(jī)物料究竟還多少的問(wèn)題。

有機(jī)質(zhì)提升與作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的核心指標(biāo)，不僅是土壤養(yǎng)分的重要載體，也是土壤微生物的能量源，直接影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和供應(yīng)。“土壤有機(jī)質(zhì)與作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)關(guān)系非常密切。”張文菊表示。研究成果表明，有機(jī)質(zhì)含量低的土壤無(wú)論如何施肥也難以大幅度增加產(chǎn)量。有機(jī)質(zhì)提升后土壤微生物活性提高，相應(yīng)促進(jìn)土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，提高養(yǎng)分的有效性供應(yīng)強(qiáng)度，進(jìn)而促進(jìn)作物的吸收，實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。

徐明崗介紹，該項(xiàng)目成果首次確定了不同區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)提升與作物增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的量化關(guān)系，即通過(guò)長(zhǎng)期的聯(lián)網(wǎng)研究，獲得不同區(qū)域每提升一個(gè)單位有機(jī)質(zhì)作物的增產(chǎn)量。這也是該成果的重要?jiǎng)?chuàng)新之一。

該項(xiàng)目組調(diào)查研究證明，在當(dāng)前生產(chǎn)水平下，土壤有機(jī)質(zhì)每提升1個(gè)單位有機(jī)質(zhì)，三大糧食作物平均可增產(chǎn)47～66 公斤/畝，穩(wěn)產(chǎn)性提高5%～8%。

“根據(jù)該成果中不同區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)的適宜值以及有機(jī)質(zhì)與產(chǎn)量的定量關(guān)系，確定不同區(qū)域有機(jī)質(zhì)的提升目標(biāo)，以有機(jī)物料的長(zhǎng)期利用效率確定有機(jī)物料的投入量，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)的定量提升，該成果進(jìn)一步證實(shí)有機(jī)質(zhì)提升對(duì)全國(guó)作物增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率將近10%。”徐明崗說(shuō)。

事實(shí)上，影響農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)提升的主要可控限制因素為有機(jī)物料投入量、土壤水分、溫度和pH值等。

“目前的管理模式下，我國(guó)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)提升的第一驅(qū)動(dòng)因素仍然是有機(jī)物料的投入量，這也是最根本的。”張文菊表示，土壤的環(huán)境條件如土壤濕度、溫度和酸堿性是影響有機(jī)物料利用效率的重要的外部因素。

張文菊進(jìn)一步解釋道，在投入量超過(guò)有機(jī)質(zhì)的維持投入后，適宜的土壤水分、溫度和pH值能提高有機(jī)物料的利用效率，從而有效地提升土壤有機(jī)質(zhì)水平。

區(qū)域性技術(shù)模式的創(chuàng)新與推廣

在我國(guó)，人多地少，農(nóng)田集約化強(qiáng)度大，利用度高，得不到休養(yǎng)生息，有機(jī)質(zhì)消耗大；另一方面，在目前現(xiàn)行的農(nóng)業(yè)管理模式下，化肥依賴(lài)大，有機(jī)物還田與投入不足。

據(jù)介紹，該項(xiàng)目針對(duì)區(qū)域有機(jī)質(zhì)的特點(diǎn)和生產(chǎn)實(shí)際中存在的突出問(wèn)題，集成具有區(qū)域特色的有機(jī)質(zhì)提升技術(shù)模式，創(chuàng)新集成5類(lèi)13種具有區(qū)域獨(dú)特性和適宜性的土壤有機(jī)質(zhì)提升技術(shù)模式。其中增施有機(jī)肥和秸稈還田最受推崇。

徐明崗舉華北以氮增碳雙還技術(shù)模式為例，該模式采用氮肥基肥重施、控磷減鉀，機(jī)械化小麥秸稈條帶覆蓋的核心技術(shù)，同時(shí)采用玉米秸稈粉碎深耕翻壓的配套技術(shù)，解決華北區(qū)域秸稈量大、碳氮比高、旋耕淺導(dǎo)致的腐解效率低、還田后跑墑及影響作物出苗等問(wèn)題。

據(jù)了解，項(xiàng)目成果不僅通過(guò)與農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣部門(mén)的合作，開(kāi)展相關(guān)的技術(shù)培訓(xùn)和媒體宣傳，而且還依托長(zhǎng)期施肥試驗(yàn)基地，建立試驗(yàn)示范區(qū)，通過(guò)試驗(yàn)示范、現(xiàn)場(chǎng)觀摩、技術(shù)培訓(xùn)/專(zhuān)題講座、資料發(fā)放等形式帶動(dòng)農(nóng)業(yè)種植大戶(hù)及農(nóng)戶(hù)，采納相關(guān)有機(jī)質(zhì)提升關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)模式。

近3年來(lái)，技術(shù)模式主要在黑龍江、吉林、河南、河北、山東、山西、陜西、四川、湖南、湖北、廣西、安徽、江蘇等13個(gè)省區(qū)累計(jì)示范和推廣面積10672萬(wàn)畝。

“不僅顯著提升了土壤肥力，促進(jìn)了作物增產(chǎn)；也產(chǎn)生了顯著的生態(tài)環(huán)境效益，促進(jìn)了秸稈等有機(jī)廢棄物資源的高效利用，增強(qiáng)了土壤固碳能力，提升了土壤肥力狀況，改善了土壤的緩沖性能和抗逆性。”徐明崗說(shuō)。