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2015-2017年黑土地保护利用试点区耕地质量监测报告
点击: 发布时间:04月11日 返回 关闭

2015-2017年黑土地保护利用试点区耕地质量监测报告

 
农业部耕地质量监测保护中心
二〇一八年


 
 
  党中央、国务院高度重视东北黑土地保护,明确提出要采取有效措施,保护好这块珍贵的黑土地。为此,从2015年开始,中央安排专项资金在黑龙江省海伦、呼兰、桦川、克山、龙江、嫩江、宁安、双城、北林,吉林省公主岭、宁江、农安、榆树,内蒙古阿荣旗、扎赉特旗,辽宁省法库、铁岭17个县(市、区、旗,以下简称为试点县)开展黑土地保护利用试点工作。3年来,各试点县因地制宜开展试点工作,积极探索黑土地保护有效的技术模式和工作机制,集成组装了18种以保护为主、治理为辅的综合技术模式,促进了黑土地耕地质量提升,推动了黑土地保护工作。
 
  为全面、科学评价黑土地保护利用试点项目实施效果,按照试点工作方案的要求,各试点县建立了耕地质量定位监测点,开展了调查监测工作。本监测报告是以4个试点省(区)、17个试点县建立的170个耕地质量定位监测点,2015年、2017年耕地质量监测数据为基础,分析试点实施前后黑土地耕地质量主要性状指标的变化情况及原因,针对耕地质量监测中发现的突出问题,提出加强黑土地保护利用的措施建议。
 
  一、耕地质量监测结果
 
  黑土地保护利用试点项目实施以来,试点区共建立了耕地质量定位监测点170个。从区域分布看,黑龙江省占52.9%、吉林省占23.5%、辽宁省占11.8%,内蒙古占11.8%。从土壤类型分布看,黑土占40.2%,草甸土占19.1%,黑钙土占18.3%,暗棕壤占5.9%,水稻土占4.8%,其他类型占11.7%。从地形地貌分布看,低山丘陵占16.0%,缓坡漫岗占3.5%,平原占80.5%。
 
  (一)土壤有机质
 
  土壤有机质是指土壤中形成的以及外加入的所有动植物残体不同阶段各种分解产物和合成产物的总称。土壤有机质是土壤固相中最活跃的部分,与土壤许多重要属性相关联,是反映土壤肥力、耕地质量状况的综合性指标。
 
  监测结果表明,通过实施黑土地保护利用综合措施,试点区土壤有机质含量稳中回升。2015年(项目实施前,下同)土壤有机质平均含量30.2g/kg,2017年(项目实施后,下同)31.2g/kg。与项目实施前比,土壤有机质增加1g/kg,提高了3.3%(表1、图1)。从土壤有机质分级标准看,土壤有机质含量大于20g/kg点位所占百分比(简称占比,下同),2015年占比83.8%,2017年占比88.6%,提高4.8个百分点。其中:20-30g/kg占比降低3.1个百分点,30-40g/kg占比增加4.9个百分点,大于40g/kg占比增加4.3个百分点。
 
表1土壤有机质含量(单位:g/kg)
年度 平均值 >40 30-40 20-30 10-20 ≤10
2015年 30.2 45.9 35.7 24.6 16.6 -
2017年 31.2 46.8 36.3 24.0 16.5 -
 
 
图1  土壤有机质含量
按区域统计,分析结果表明:黑龙江省试点区2015年土壤有机质平均含量35.6g/kg,2017年36.7g/kg,与项目实施前比,增加1.1g/kg,增幅3.1%。吉林省试点区2015年土壤有机质平均含量21.7g/kg,2017年22.4g/kg,与项目实施前比,增加0.7g/kg,增幅3.2%。辽宁省试点区2015年土壤有机质平均含量19.7g/kg,2017年20.5g/kg,与项目实施前比,增加0.8g/kg,增幅4.0%。内蒙古试点区2015年土壤有机质平均含量30.5g/kg,2017年31.5g/kg,与项目实施前比,增加1g/kg,增幅3.2%。试点省(区)土壤有机质含量均有不同程度提升(图2)。
 
图2不同地区土壤有机质含量
按土壤类型统计,分析结果表明:黑土2015年土壤有机质平均含量36.2g/kg,2017年37.3g/kg,增加1.1g/kg,增幅3.0%。草甸土2015年土壤有机质平均含量28.9g/kg,2017年29.3g/kg,增加0.4g/kg,增幅1.4%。黑钙土2015年土壤有机质平均含量24.5g/kg,2017年25.1g/kg,增加0.6g/kg,增幅2.4%。暗棕壤2015年土壤有机质平均含量27.6g/kg,2017年29.0g/kg,增加1.4g/kg,增幅5.1%。水稻土2015年土壤有机质平均含量30.7g/kg,2017年31.9g/kg,增加1.2g/kg,增幅3.9%。主要土壤类型土壤有机质含量均有不同程度提升(图3)。
 
图3不同土壤类型有机质含量
按地形地貌统计,分析结果表明:低山丘陵区2015年土壤有机质平均含量26.6g/kg,2017年27.2g/kg,增加0.6g/kg,增幅为2.3%。缓坡漫岗区2015年土壤有机质平均含量36.2g/kg,2017年37.1g/kg,增加0.9g/kg,增幅2.5%。平原区2015年土壤有机质平均含量为26.9g/kg,2017年27.8g/kg,增加0.9g/kg,增幅为3.3%(图4)。
 
图4不同地形地貌类型土壤有机质含量
 
(二)耕层厚度
耕层是作物生长的主要区域,厚度直接影响土壤蓄水保墒、养分储存释放、土壤气体交换及作物根系生长发育等。
监测结果表明,通过实施黑土地保护利用综合措施,试点区耕层厚度明显加厚。2015年耕层平均厚度20.7cm,2017年28.2cm,与项目实施前比,平均增加7.5cm,增幅36.2%(表2、图5)。从分级标准看,耕层厚度大于25cm占比,2015年5.0%,2017年86.4%,占比增加81.4个百分点。
表2   土壤耕层厚度(单位:cm)
年度 平均值 >25 20-25 15-20 10-15.0 ≤10
2015年 20.7 29.4 23.2 18.2 14.0 -
2017年 28.2 29.2 23.8 18.3 - -
 
图5  土壤耕层厚度
按区域统计,分析结果表明:黑龙江省2015年耕层平均厚度21.2cm,2017年27.4cm,平均厚度增加6.2cm,增幅22.6%。吉林省2015年耕层平均厚度19.3cm,2017年30.3cm,平均厚度增加11.0cm,增幅57.0%。辽宁省2015年耕层平均厚度25.0cm,2017年30.0cm,平均厚度增加5.0cm,增幅20.0%。内蒙古2015年耕层平均厚度26.7cm,2017年29.9cm,平均厚度增加3.2cm,增幅12.0%。试点省区耕层平均厚度均有较大幅度增加(图6)。
 
图6  不同区域土壤耕层厚度
按土壤类型统计,分析结果表明:黑土2015年耕层平均厚度20.5cm,2017年28.6cm,平均厚度增加8.1cm,增幅39.5%。草甸土2015年耕层平均厚度21.9cm,2017年29.0cm,平均厚度增加7.1cm,增幅32.4%。黑钙土2015年耕层平均厚度19.5cm,2017年29.2cm,平均厚度增加9.7cm,增幅49.7%。暗棕壤2015年耕层平均厚度19.6cm,2017年26.4cm,平均厚度增加6.8cm,增幅34.7%。水稻土2015年耕层平均厚度21.2cm,2017年28.2cm,平均厚度增加7cm,增幅33.0%。主要土壤类型耕层平均厚度均有较大幅度增加(图7)。
 
图7不同土壤类型耕层厚度
按地形地貌统计,分析结果表明:低山丘陵区2015年耕层平均厚度22.5cm,2017年26.3cm,增加3.8cm,增幅16.9%。缓坡漫岗区2015年耕层平均厚度20.5cm,2017年28.6cm,增加8.1cm,增幅39.5%。平原区2015年耕层平均厚度20.7cm,2017年28.9cm,增加8.2cm,增幅39.6%(图8)。
 
图8  不同地形地貌类型耕层厚度
 
 
(三)土壤物理性指标
土壤容重是土壤重要的物理性状之一,决定着土壤含水量、通气性及矿质元素的运移,是评价土壤结构和耕地质量的重要指标。
监测结果表明,通过实施黑土地保护利用综合措施,试点区土壤容重略有降低,土壤板结状况略有改观。2015年土壤容重1.30 g/cm3,2017年1.26g/cm3。与项目实施前比,降低3.2%(表3、图9)。从分级标准看,土壤容重大于1.3 g/cm3占比,2015年46.0%,2017年36.1%,占比减少9.9个百分点。
表3土壤容重(单位:g/cm3
年度 平均值 >1.4 1.3-1.4 1.2-1.3 1.0-1.2 ≤1.0
2015年 1.30 1.47 1.35 1.26 1.17 -
2017年 1.26 1.46 1.34 1.26 1.15 -
 
图9土壤容重
按区域统计,分析结果表明:黑龙江省2015年土壤容重1.23 g/cm3,2017年1.21g/cm3,降低0.02g/cm3,降幅为1.6%。吉林省2015年土壤容重1.43g/cm3,2017年1.39g/cm3,降低0.04g/cm3,降幅为2.8%。辽宁省2015年土壤容重1.35g/cm3;2017年1.33g/cm3,降低0.02g/cm3,降幅为1.5%。内蒙古2015年土壤容重平均值1.38g/cm3,2017年1.35 g/cm3,降低0.03 g/cm3,降幅为2.2 %(图10)。
 
图10不同区域土壤容重
按土壤类型统计,分析结果表明:黑土2015年土壤容重1.24g/cm3, 2017年1.22g/cm3,土壤容重降低0.02g/cm3,降幅1.6%。草甸土2015年土壤容重1.26g/cm3,2017年1.21g/cm3,土壤容重降低0.05g/cm3,降幅4.1%。黑钙土2015年土壤容重1.37g/cm3,2017年1.34g/cm3,土壤容重降低0.03g/cm3,降幅2.2%。暗棕壤2015年土壤容重1.26g/cm3,2017年1.25g/cm3,土壤容重降低0.01g/cm3,降幅0.8%。水稻土2015年土壤容重1.25g/cm3,2017年1.15g/cm3,土壤容重降低0.1g/cm3,降幅8.7%。主要土壤类型土壤容重均有一定程度降低(图11)。
 
图11  不同土壤类型土壤容重
按地形地貌统计,分析结果表明:低山丘陵区2015年土壤容重1.31g/cm3,2017年1.24g/cm3,降低0.07g/cm3,降幅为5.3%。缓坡漫岗区2015年土壤容重1.24g/cm3,2017年1.22g/cm3,降低0.02g/cm3,降幅为1.6%。平原区2015年土壤容重1.33g/cm3,2017年1.30g/cm3,降低0.03g/cm3,降幅为2.3 %(图12)。
 
图12  不同地形地貌类型土壤容重
 
(四)土壤化学性指标
1、土壤pH
土壤pH是指土壤酸碱度,又称“土壤反应”,主要取决于土壤溶液中氢离子的浓度,土壤酸碱度直接影响土壤中植物所需养分的有效性、土壤中重金属元素的活动及土壤微生物群落等。pH低于6.5为酸性,pH6.5-7.5为中性,pH高于7.5为碱性。
监测结果表明,试点区土壤pH值变化不大。2015年土壤pH6.3,2017年pH6.3(表4、图13)。从分级标准看,pH值小于5.5所占比例,2015年占比13.8%,2017年13.6%,与项目实施前比,降低0.2个百分点,表明部分区域土壤酸化得到一定程度遏制。
表4土壤pH
年度 平均值 >8.5 7.5-8.5 6.5-7.5 5.5-6.5 ≤5.5
2015年 6.3 8.6 7.7 7.0 5.9 5.4
2017年 6.3 - 7.8 7.1 6.0 5.3
 
图13  土壤pH
按区域统计,分析结果表明:黑龙江省2015年土壤pH6.1,2017年pH6.2,增加 0.1个单位,增幅为1.6%。吉林省2015、2017年土壤pH均为6.8,项目实施前后没有变化。辽宁省2015年土壤pH6.7 ,2017年pH6.6,降低0.1个单位,降幅1.5%。内蒙古2015年土壤pH 6.1,2017年pH 6.0,降低0.1个单位,降幅为1.6%(图14)。
 
图14  不同区域土壤pH
按土壤类型统计,分析结果表明:黑土2015年土壤pH6.0,2017年pH5.9,降低降低0.1个单位,降幅1.7%。草甸土2015年土壤pH6.5,2017年pH6.4,降低降低0.1个单位,降幅1.5%。黑钙土2015年土壤pH7.0,2017年pH7.0,基本持平。暗棕壤2015年土壤pH6.3,2017年土壤pH6.3,基本持平。水稻土2015年土壤 pH6.6,2017年pH6.7,增加0.1个单位,增幅1.5%(图15)。
 
图15  不同土壤类型pH
按地形地貌统计,分析结果表明:低山丘陵区2015年土壤pH6.2,2017年pH6.1,降低0.1个单位,降幅1.6%。缓坡漫岗区2015年土壤 pH6.0,2017年pH6.0,基本持平。平原区2015年土壤pH6.8,2017年pH为6.8,基本持平(图16)。
 
图16  不同地形地貌类型土壤pH
2、土壤全氮
土壤全氮反映着土壤氮素贮藏量和供氮潜力,是土壤肥力的主要指标之一。
监测结果表明,试点区土壤全氮含量有所增加。2015年全氮含量1.78g/kg,2017年1.85g/kg,与项目实施前比,增加3.9%(表5、图17)。从分级标准看,土壤全氮含量大于1.5g/kg,2015年占比59.5%,2017年68.6%,上升8.9个百分点,表明土壤供氮能力有所增强。
表5土壤全氮含量(单位:g/kg)
年度 平均值 >2 1.5-2.0 1.0-1.5 0.75-1.0 ≤0.75
2015年 1.78 2.50 1.77 1.23 0.90 0.67
2017年 1.85 2.53 1.76 1.21 0.91 0.65
 
图17全氮含量
按区域统计,分析结果表明:黑龙江省2015年土壤全氮含量2.16g/kg,2017年2.24g/kg,增加0.08g/kg,增幅3.7%。吉林省2015年土壤全氮含量1.00g/kg,2017年1.03g/kg,增加0.03g/kg,增幅为3.0%。辽宁省2015年土壤全氮含量1.19g/kg,2017年1.22g/kg,增加0.03g/kg,增幅为2.5%。内蒙古2015年土壤全氮含量1.68g/kg,2017年1.78g/kg,增加0.10g/kg,增幅5.9%(图18)。
 
图18不同区域全氮平均含量
按土壤类型统计,分析结果表明:黑土2015年土壤全氮含量2.11g/kg,2017年2.17g/kg,与项目实施前比,增加0.06g/kg,增幅2.8%。草甸土2015年土壤全氮含量1.57g/kg,2017年1.68g/kg,增加0.11g/kg,增幅7.0%。黑钙土2015年土壤全氮含量1.49g/kg,2017年1.56g/kg,增加0.07g/kg,增幅4.7%。暗棕壤2015年土壤全氮含量1.80g/kg,2017年1.90g/kg,增加0.1g/kg,增幅5.6%。水稻土2015年土壤全氮含量1.79g/kg,2017年1.85g/kg,增加0.06g/kg,增幅3.4%(图19)。
 
 
图19不同土壤类型全氮含量
按地形地貌统计,分析结果表明:低山丘陵区2015年土壤全氮含量1.43g/kg,2017年1.50g/kg,增加0.07g/kg,增幅4.9%。缓坡漫岗区2015年土壤全氮含量1.87g/kg,2017年2.06/kg,增加0.19g/kg,增幅10.2%。平原区2015年土壤全氮含量1.76g/kg,2017年1.83g/kg,增加0.07g/kg,增幅4.0%(图20)。
 
图20  不同地形地貌类型土壤全氮含量
 
3、土壤有效磷
磷是植必需的三大营养元素之一,土壤有效磷是反映土壤磷素养分供应水平高低的重要指标。
监测结果表,试点区土壤有效磷含量基本持平。2015年土壤有效磷平均含量27.7mg/kg,2017年27.7mg/kg,(表6、图21)。从分级标准看,土壤有效磷大于20mg/kg,2015年占比61.1%,2017年61.4%,增加0.3个百分点。
表6土壤有效磷含量(单位:mg/kg)
年度 平均值 >40 30-40 20-30 10.0-20 ≤10
2015年 27.7 58.1 33.7 24.8 15.8 6.0
2017年 27.7 58.3 33.9 24.8 15.8 8.0
 
图21土壤有效磷含量
按区域统计,分析结果表明:黑龙江省2015年土壤有效磷含量27.3mg/kg, 2017年27.3mg/kg,基本持平。吉林省2015年土壤有效磷含量23.3mg/kg,2017年24.0mg/kg,增加0.7mg/kg,增幅3.0%。辽宁省2015年土壤有效磷含量43.5mg/kg,2017年43.6mg/kg,增加0.1mg/kg,增幅0.2%。内蒙古2015年土壤有效磷含量22.4mg/kg,2017年24.5mg/kg,增加2.1mg/kg,增幅9.4%(图22)。
 
图22不同区域土壤有效磷含量
按土壤类型统计,分析结果表明:黑土2015年土壤有效磷含量30.4mg/kg,2017年30.6mg/kg,增加0.2mg/kg,基本持平。草甸土2015年土壤有效磷含量26.3mg/kg,2017年26.2mg/kg,降低0.1mg/kg,基本持平。黑钙土2015年土壤有效磷含量20.6mg/kg,2017年23.6mg/kg,增加3.0mg/kg,增幅14.4%。暗棕壤2015年土壤有效磷含量27.5mg/kg,2017年27.5mg/kg,基本持平。水稻土2015年土壤有效磷含量36.6mg/kg,2017年38.8mg/kg,增加2.2mg/kg,增幅6.0%(图23)。
 
 
图23  不同土壤类型有效磷含量
按地形地貌统计,分析结果表明:低山丘陵区2015年土壤有效磷平均含量35.2mg/kg,2017年35.6mg/kg,增加0.4mg/kg,增幅1.1%。缓坡漫岗区2015年土壤有效磷含量31.3mg/kg,2017年29.6mg/kg,降低1.7mg/kg,降幅5.4%。平原区2015年土壤有效磷含量23.8mg/kg,2017年23.8mg/kg,基本持平(图24)。
 
图24  不同地形地貌类型土壤有效磷含量
 
4、土壤速效钾
钾是植必需的三大营养元素之一,土壤速效钾是反映土壤钾素养分供应水平高低的重要指标。
从监测结果看,试点区土壤速效钾含明显增加。2015年土壤速效钾含量179mg/kg,2017年195mg/kg。与项目实施前比,增加8.9%(表7、图25)。从分级标准看,2015年占比91.1%,2017年97.1%,增加6个百分点,大部分试点区土壤速效钾含量大于100mg/kg,表明土壤供钾能力较强。
表7土壤速效钾含量(单位:mg/kg)
年度 平均值 >200 150-200 100-150 50-100 ≤50
2015年 179 265 175 129 84 -
2017年 195 285 177 135 86 -
 
图25土壤速效钾含量
按区域统计,分析结果表明:黑龙江省2015年土壤速效钾含量205mg/kg,2017年216mg/kg,增加11mg/kg,增幅5.4%。吉林省2015年土壤速效钾含量138mg/kg,2017年142mg/kg,增加5mg/kg,增幅2.9%。辽宁省2015年土壤速效钾含量122mg/kg,2017年133mg/kg,增加11mg/kg,增幅9.0%。内蒙古2015年土壤速效钾含量180mg/kg,2017年197mg/kg,增加17mg/kg,增幅9.4%(图26)。
 
图26不同区域土壤速效钾含量
按土壤类型统计,分析结果表明:黑土2015年土壤速效钾含量215mg/kg,2017年209mg/kg,降低6mg/kg,降幅2.8%。草甸土2015年土壤速效钾含量176mg/kg,2017年169mg/kg,降低7mg/kg,降幅4.0%。黑钙土2015年土壤速效钾含量156mg/kg,2017年176mg/kg,增加20mg/kg,增幅12.8%。暗棕壤2015年土壤速效钾含量202mg/kg,2017年224mg/kg,增加22mg/kg,增幅10.9%。水稻土2015年土壤速效钾含量152mg/kg,2017年194mg/kg,增加42mg/kg,增幅27.6%(图27)。
 
 
图27  不同土壤类型速效钾含量
按地形地貌统计,分析结果表明:低山丘陵区2015年土壤速效钾含量155mg/kg,2017年207mg/kg,增加52mg/kg,增幅33.5%。缓坡漫岗区2015年土壤速效钾含量215mg/kg,2017年209mg/kg,减少6mg/kg,降幅2.8%。平原区2015年土壤速效钾含量162mg/kg, 2017年土壤速效钾含量为173mg/kg,增加11mg/kg,增幅6.8%(图28)。
 
图28不同地形地貌类型土壤速效钾含量
(五)土壤环境性指标
土壤镉、汞、砷、铅及铬等重金属元素,一般通过工业三废、畜禽粪便等途径进入土壤,具有长期性、隐蔽性和不可逆性等特点,土壤重金属含量直接影响着农产品质量和环境安全。
从监测结果看,试点区土壤镉2015年含量0.25mg/kg,2017年0.17mg/kg;土壤汞2015年含量0.02mg/kg,2017年0.02mg/kg;土壤砷2015年含量8.35mg/kg,2017年5.57mg/kg;土壤铅2015年含量18.4mg/kg,2017年13.7mg/kg;项目实施后,100%的监测点土壤镉、土壤汞、土壤砷、土壤铅低于土壤环境质量标准二级限值。土壤铬2015年含量79.45mg/kg,2017年62.02mg/kg,项目实施后,93%的监测点低于土壤环境质量标准二级限值(表8)。总体来看,土壤重金属含量变化均在采样和分析误差范围内,基本保持不变。由此可判,试点区绝大部分耕地均可以作为绿色、有机农产品生产基地。
表8  土壤重金属含量及二级限值(单位:mg/kg)
项目 土壤镉 土壤汞 土壤砷 土壤铅 土壤铬
2015年 0.25 0.02 8.35 18.4 79.45
2017年 0.17 0.02 5.57 13.7 62.02
土壤环境质量标准(二级最低标准) 0.3 0.15 25(水田)
30(旱田)
250 150(旱田)
250(水田)
(六)水土流失
土壤侵蚀是限制当今人类生存与发展的全球性环境问题之一,严重制约着全球社会经济可持续发展,目前全球土壤侵蚀面积约(1.643×107)km2,占地表总面积的11.0%。据水利部第三次遥感调查,我国黑土区每年流失土壤量达2.4亿吨,严重的土壤侵蚀已对黑土区土壤肥力构成严重威胁,并对粮食安全存在潜在危险。多年监测数据表明,黑土区5度旱作农田,顺坡垄作年均径流系数约10%,土壤侵蚀模数2000—3000 t/km2.a,即黑土层年均变薄2—3 mm,土壤有机质年均降低1.4%。
试点区因地制宜推广应用垄向区田、等高垄作、秸秆覆盖条耕等水土阻控技术,有机物料还田土壤有机碳快速提升技术,深松耕等保护性耕作技术集成,实现坡耕地固土保水,建设高效肥水库。
1、水土阻控技术效果。监测结果表明,相比顺坡垄作,横坡生物篱、秸秆覆盖、垄向区田、横坡垄作措施,土壤含水量分别增加7.41%、3.16%、3.16%、0.42%,水土阻控措施具有明显保墒蓄水作用,有利于作物的生长发育(表9)。
表9  不同水土阻控措施对土壤含水量的影响
含水量% 2013年 2014年 2015年 2016年
顺坡垄作 22.76 21.00 23.52 21.87
秸秆覆盖 25.01 25.58 22.91 22.57
横坡垄作+生物篱 25.23 26.82 24.35 23.50
横坡垄作 24.46 25.78 22.15 21.97
垄向区田 24.38 27.90 24.42 22.57
2、培肥措施效果。监测结果表明,相比单施化肥,增施有机肥、秸秆还田、施用生物炭,土壤含水量明显增加。土壤容重分别降低4.72%、4.72%、2.83%,土壤孔隙度分别增加3.62%、3.44%、2.00%,土壤最大持水量分别增加0.88%、6.62%、8.03%,培肥措施可以有效地改善土壤物理性状。
3、技术集成效果。根据黑龙江省克山县坡耕地特点,在玉米大豆两区轮作基础上,集成4种培肥耕作技术模式,即①深翻、旋耕+秸秆、有机肥,②深翻、旋耕+秸秆,③灭茬、深松耙地旋耕+秸秆、有机肥,④灭茬、深松耙地旋耕+秸秆。与当地常规措施比,土壤含水量增加、土壤容重降低、土壤机械稳定性变好施用有机肥、秸秆还田的土壤,促进土壤水稳性团聚体的形成,大于0.25mm水稳性团聚体含量增加,减少了水体流失。
综合分析,通过实施黑土地保护利用试点项目,试点区耕地质量主要性状指标稳步向好。土壤有机质稳中回升,平均含量达到31.2g/kg,增幅3.2%,超过试点预期目标。耕作层厚度明显增加,平均厚度28.2cm,尽管没有达到试点工作预期的30cm的目标,但耕层增厚7.6cm,提高36.5%。土壤物理性指标略有改观,容重达到1.26g/cm3,降幅3.2%,土壤板结问题一定程度得到缓解。土壤肥力指标全面向好,土壤全氮、有效磷、速效钾均处于高水平状态,表明具有较强的供给能力;全氮、速效钾含量明显增加,表明供应能力进一步增强;有效磷含量基本持平,一定程度减少了磷养分固定和流失。土壤重金属均处于健康安全状态,绝大部分耕地可作为绿色和有机农产品的生产基地。
二、耕地质量监测指标变化的主要原因
(一)增加有机资源投入,提高了土壤有机质含量。秸秆还田是黑土地保护利用试点区采取的最普遍技术措施之一。试点区因地制宜地推广应用秸秆深混还田、秸秆全量覆盖、秸秆间隔覆盖还田等多种秸秆还田技术。据统计,试点区秸秆还田面积275万亩,还田率85%以上,还田量153多万吨,为土壤提供有机质30多万吨。黑龙江省试验结果表明,连续3年将玉米秸秆全量深混(0-35 cm),土壤有机质含量增加1.47g/kg;秸秆还田配施有机肥(0-35cm),与常规耕作相比,土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾分别提高1.3%、2.4%—4.3%、3.7%—4.9%和9.5%—12.6%,土壤综合供肥能力提高8.9%。增施有机肥是试点区采取的又一重要技术措施。据调查,试点区增施农家肥252万亩、施用量303万吨,增施商品有机肥94.8万亩、施用量14.2万吨,畜禽粪便利用率60%以上,为土壤提供有机质110多万吨。黑龙江省试验结果表明,连续3年施用有机肥1吨/亩以上,耕层土壤有机质含量增加0.9g/kg以上。有机资源的大量投入,促进了试点区有机物质的积累,提高了土壤有机质含量。
(二)转变耕作方式,增加了耕作层厚度。试点区因地制宜采取了有效防止土壤侵蚀的措施,增加耕作层厚度,提高土壤保水保肥性能。实施深耕深松,增加耕层厚度,提高土壤蓄水保水能力。据统计,试点区实施深松面积152.7万亩,耕层厚度由15厘米,提高到30厘米左右。吉林省试验结果表明,实施深松措施,0—25cm耕层土壤含水量增加5.4%,每亩耕层土壤蓄水量增加3.1吨。实施坡耕地治理,防止水土流失。据调查,试点区改顺坡种植为环耕种植1.02万亩,改长坡种植为短坡种植0.056万亩,建设等高田1.12万亩。内蒙古试验结果表明,通过实施丘陵坡耕地等高田建设,亩均减少土壤侵蚀量46.2公斤;结合土壤培肥措施,土壤有机质由3.8%提高到4.2%,亩均减少化肥用量2.5公斤,农田蓄水保墒能力进一步提高,防风蚀、水蚀能力提高约30%。黑龙江省海伦市实施垄向区田技术0.1万亩,提高坡耕地保水蓄水能力35 mm,阻止地表径流发生达到85%以上,降低土壤流失90%以上。黑龙江宁安市实施等高环山改垄,阻止地表径流80%以上,减少土壤流失90%以上,作物增产7.5%。
(三)调整种植结构,提升土壤肥力水平。试点区调整连年种植玉米等单一作物的种植制度,针对玉米连作导致土壤养分失衡的现象,采取了粮豆轮作、粮草轮作、粮饲轮作等措施,用养结合,缓解了黑土地土壤肥力消耗。试点区实施玉米大豆轮作108.7万亩,粮草轮作7.2万亩。中国科学院海伦农业生态试验站长期定位监测结果表明,长期玉米大豆轮作和玉米连作相比较,全氮含量由2.50 g/kg提高到2.90 g/kg,有效磷含量由35.1mg/kg提高到40.2mg/kg,速效钾含量由231mg/kg提高到259mg/kg,土壤有机质含量由51.0g/kg提高到60.0g/kg,土壤肥力明显改善。辽宁省法库县实施“玉米—玉米—大豆”的轮作种植结构,配套玉米秸秆粉碎机还田技术,实施面积8万亩,减少化肥投入2880吨,节约资金774.7万元,亩均增产6%左右。黑龙江省嫩江县实施“玉米-大豆-小麦”,三年土壤有机质提高1.3%,玉米产量比连作玉米提高15.2%,显著提高了黑土肥力,达到了保护黑土的目的。
(四)推广应用绿色技术,提高化肥和水资源利用效率。试点区大力推广标准化生产技术和绿色种植模式,大力推广应用测土配方施肥、化肥减量施用等绿色生产技术,不断提高化肥资源利用效率。实施测土配方施肥等减量施用技术面积162.14万亩,测土配方施肥技术应用面积达到95%以上。通过实施测土配方施肥、增施有机肥等措施,每亩减少化肥用量1.5—2.9公斤。同时,试点区还积极推广应用水肥一体化、缓控释肥料、养分综合调控等技术,提高肥料和灌溉水利用效率。吉林省宁江区试验结果表明,水肥一体化节水节肥栽培技术与常规栽培技术相比,节约灌溉用水30%-50%,化肥用量减少投入15%,玉米保苗率提高10%以上,干旱地区玉米增产率达到20%—30%。
(五)集成创新技术模式,解决黑土地退化现状。试点区建立了多种适合不同区域的黑土地保护利用综合技术模式,有针对性地解决了不同区域黑土地退化现状。黑龙江省实施肥沃耕层构建关键技术,将土壤培肥与施肥、耕作与免耕、轮作与连作、玉米秸秆还田与处理后的畜禽粪便还田集成。第一、二积温带建立“深、免、浅”连作优化模式,通过2个生产周期监测,土壤有机质提高7.1%—10.6%,蓄水能力提高7.8%—11.4%,供水能力提高6.5%—18.7%,自然降水利用效率提高了8.8%—21.9%,玉米增产9.8%—12.4%;第三、四积温带建立“一深一浅加两免”轮作培肥模式,通过2个生产周期监测,土壤有机质可提高8.4%—12.3%,蓄水能力提高8.2%—15.8%,供水能力提高了7.8%—17.4%,自然降水利用效率提高了9.5%—17.6%,玉米和大豆连续增产10.7%—11.3%;第五、六积温带建立“深、免、浅”的米-豆-豆轮作模式,有效根瘤数每株增加6.8—7.6个,根腐病病情指数降低了14.2—16.5个百分点,玉米增产均在10%以上。吉林省建立适合西部干旱区的“秸秆深翻还田水肥一体技术模式”、适合中部雨养农业区的“用养结合型黑土地保护技术模式”和“秸秆深翻还田黑土地保护综合技术模式”以及适合畜禽养殖区“有机培肥黑土地保护技术模式。内蒙古采取问题导向,分类施策,形成适宜低山丘陵区、缓坡漫岗区和平川甸子区的4种黑土地保护利用技术模式。
(六)推动土地规模化经营,提升黑土地保护技术效果。试点区以农机合作社、农业合作社、家庭农场等土地规模化程度高的新型经营主体为实施载体,有效解决了“分散经营、土地细碎化,技术措施落实不到位、效果低”的问题,通过发挥社会化服务组织力量,集中连片组织实施,保证了黑土地保护措施的落实,促进了大型农机具的推广应用,推进了科学耕作制度的建立。据统计,试点区有133个农机合作社,171个农业合作社,81个农庭农场或种粮大户参与项目实施。这些新型经营主体不仅能有效将技术措施落实到位,而且能自筹资金购置翻转犁、有机肥抛撒等机械设备,解决项目实施中的瓶颈问题,发展有机、特色种植及种养结合循环农业等,实现了耕地用养结合,形成黑土地用保良性循环。据调查,与普通农户比,新型生产经营主体养地保地意识更强,同种耕地类型土壤有机质含量增加0.85—1.2g/kg、土壤容重降低0.12—0.25g/cm3、耕层厚度增加5—7cm。
三、存在主要问题及对策建议
黑土地作为我国最重要的粮食生产基地和最大、最安全的粮食储备“粮仓”,被称为“粮食市场稳压器”和“中国最大的商品粮战略后备基地”,但由于土地垦殖率和土壤利用强度高,保护措施滞后,黑土地土壤退化问题依然比较突出。通过开展黑土地保护利用试点区耕地质量监测,发现了黑土地耕地质量还存在亟待解决的问题,需要进一步采取措施加以解决。
(一)水土流失问题依然严峻,要加强工程与农艺措施配套。多年来,尽管东北黑土区实施了三北防护林、退耕还林、耕地保护与整治、重点流域治理等重大生态建设工程和旱作农业、中低产田改造、节水增粮等多项农田基础设施建设项目,特别是2015年开始实施了东北黑土地保护利用试点项目,在生态环境修复治理和耕地质量保护利用方面取得了一定成效,但是由于历史欠账多,过度开发,投入不足,持续性措施不强,零星状、阶段性、局部性建设等问题较为突出,耕地土壤水土流失依然严峻。以内蒙古大兴安岭东南浅山丘陵区为例,区域内有55.9%的耕地存在不同程度的侵蚀,其中三级中度侵蚀以上的面积占19.7%,平均每年土壤侵蚀量581公斤/亩。辽宁山地丘陵区侵蚀情况也比较严重,导致区域内沟壑纵横,造成耕地质量不断退化,直接影响农业的可持续发展和生态安全。要建立黑土地保护的长效机制,必须要将工程措施和农艺措施高度融合,特别是山地丘陵、低坡漫岗区,要采取“筑等高埂、修导流渠、建生态沟”等关键工程措施防治水土流失,集成配套秸秆还田、增施有机肥、粮豆轮作等主要农艺措施,通过打“组合拳”提高黑土地保护利用效果。
(二)耕作层偏浅的问题依然突出,要加强农机与农艺措施配套。改革开发以后,农村土地承包经营制度的实施,一家一户分散经营成为农业生产的主体,受经营规模和农机具的影响,耕地翻松越来越浅,造成耕层变浅,全国耕层厚度只有17cm左右。近年来,华北、东北等区域大力推进耕地深松深翻工作,耕层厚度有所改观。特别是实施黑土地保护利用试点项目以来,各试点单位配合秸秆还田等措施,开展耕地深松深翻,耕层厚度增加7.6cm,但仍没有达到试点工作设计的目标。究其原因,主要是农机具设计或马力达不到深松深翻的要求,特别是深翻犁,目前国内设计的大部分深翻犁要么达不到松翻深度,要么不能把秸秆资源全部覆盖,而国外农机具又不享受农机补贴政策,进而影响实施效果。要真正实现耕地深松深翻,彻底打破犁底层,必须要在农机具上作好“文章”,鼓励科研部门加强农机具研发和改进,试验研究农机农艺集成措施。
(三)土壤有机质不均问题依然存在,要加强提升和保护的力度。东北黑土地土壤肥沃,土层深厚,但也存在耕地质量水平空间分布不均匀的问题。从土壤有机质含量来看,不同地区之间,差异较大,辽宁、吉林试点区域实施黑土地保护利用措施后土壤有机质平均含量也仅达到2%以上,低于全国平均水平。从土壤类型看,黑钙土区域实施黑土地保护利用措施后土壤有机质也仅达到2.5%。从地形地貌看,低山丘陵土壤有机质含量较低,实施黑土地保护利用措施后土壤有机质含量也仅达到2.7%。要强化黑土地农业生产的保障能力,提高土壤有机质是重要措施之一,要切实通过增施有机肥、秸秆还田等综合采取措施,加大黑土地建设保护力度,加快黑土地土壤有机质的提升,维持较高水平,夯实“藏粮于地”的基础。
(四)有机资源浪费现象时有发生,要提高资源利用率。东北黑土区耕地面积大,粮食总产量高,畜牧业发展快,秸秆资源丰富。通过实施东北黑土地保护利用试点工作,项目区有机肥资源综合利用率明显提高,秸秆还田率达到85%以上,畜禽粪便利用率达到65%以上。但从整个区域看,有机资源利用情况不容乐观,典型黑土区呼伦贝尔市2016年全市秸秆资源总量874.2万吨,焚烧、燃料、弃置乱堆的秸秆量476.7万吨,占秸秆资源总量的54.5%;畜禽粪便资源总量1740.6万吨,经充分腐熟用作有机肥的365.7万吨,占21.0%,大量有机资源闲置,造成资源浪费,甚至带来环境污染。要扩大黑土地保护利用项目实施范围,加大秸秆还田的补贴和推广力度,实施畜禽粪污无害化处理,变废为宝,遏制有机废弃物污染环境,不断推动绿色发展和生态文明建设。
(五)试点实施效果评价方式有待完善,要建立健全耕地质量监测网络。在黑土地耕地质量保护利用试点期间,每个试点县建立10个耕地质量综合监测点,打造“三区四情”监测模式,比较全面地监测了耕地质量的主要性状指标,为开展监测评价提供了良好的基础。但总体来看,目前试点区存在监测点数量偏少、监测内容不完善、监测质量有待提高等问题,受条件限制、技术能力不足等影响,诸如土壤微生物生物量、水稳性团聚体等与耕地质量密切相关的一些重要指标还没有开展监测,一定程度上影响了实施效果评价工作。要在加强综合监测点建设的基础上,增加调查监测点的数量,调查监测秸秆还田、增施有机肥等技术措施实施效果,扩展监测土壤物理、生物指标,形成调查监测和综合监测相辅相成、相互配套的黑土地耕地质量监测网络体系。同时,强化基层监测人员技术能力建设,采取措施加强监测质量控制,提高监测数据质量,为科学全面评价实施效果奠定基础。
(六)黑土地保护意识有待加强,要加快推进耕地质量立法。随着黑土地保护利用试点项目的实施,试点区域黑土地保护意识、措施等逐步加强,但总的看,黑土地保护还缺乏行之有效的法规支撑依据。尽管近些年来国家先后颁布实施了《土地管理法》、《农业法》、《环境保护法》、《基本农田保护条例》等保护耕地的法律法规,但这些法律法规自成体系,没有形成相互配套、相互衔接、相互补充的完整的土地保护法规体制与机制,而且现有的法律法规主要规范了耕地数量的保护,而对耕地质量保护重视程度不够。要推动耕地质量有关法律法规的修订和完善,鼓励地方出台配套性法规和政策,加大黑土地建设保护力度,为推动黑土地保护保驾护航。



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