近30年中国农田耕层土壤有机质含量变化|研究
导 读
土壤有机质含量是影响土壤肥力水平的重要指标,也是开展耕地质量建设、科学施肥 工作的基础。本文利用2005—2014年测土配方施肥项目数据与全国第二次土壤普查数据进行对比,分析了近30年来中国农田耕层土壤有机质的变化趋势。
文/杨 帆1 徐 洋1 崔 勇1 孟远夺1 董 燕1 李 荣1 马义兵2 (1 全国农业技术推广服务中心) (2 中国农业科学院农业资源和农业区划研究所)
来源:土壤学报(2017年第5期)
土壤有机质含量不仅代表土壤碳贮量,也是土壤养分供应能力和肥力的重要指标之一,在耕地质量、环境保护、气候变化和农业可持续发展方面均有着至关重要的作用。近年来,随着我国农业农村 发展环境的变化,资源环境约束逐渐趋紧,土壤肥力特别是土壤有机质成为世界关注的焦点。Ladha等指出全球农田有机质含量呈总体下降趋势。黄耀和孙文娟在综合了两百余篇文章后提出,1980—2000年,占中国大陆农田面积53%~59%的土壤有机质呈明显增加趋势,华东和华北地区增加最为明显,东北地区呈总体下降趋势。Sun等的研究表明,中国东部在1980—2000年间,农田表层土壤有机质增加了9.96t
2005年我国开始实施的测土配方施肥项目将土壤采集和基本性质检测列为基础性工作之一。在2005—2014年的10年间,全国2948 个农业县(农 场、单位)的土肥部门根据农业部制订的《测土配 方施肥技术规范》,在当地粮田、菜田和果园 采集了大量土壤样品进行检测,测试项目包括土壤 有机质、全氮、有效磷、速效钾和pH等基础五项 指标。2014年,全国农业技术推广服务中心组织专家对测土配方施肥土壤基础五项检测数据和空间数 据进行审核后编辑出版了《测土配方施肥土壤基础 养分数据集》(2005—2014年)。本文利用该数据集中的土壤有机质含量数据与全国第二次土壤普查(1979—1985年)相关数据进行比较,以期了解全国第二次土壤普查以来,中国耕地土壤有机质含量变化情况,为今后开展耕地质量建设和指导科学施肥提供参考。
1 材料与方法
1.1 数据来源
本文涉及的数据来源于《中国土壤普查数据》和《中国土壤肥力》,代表面积13162.7万
1.2 土壤有机质含量等级划分
全国第二次土壤普查耕层有机质含量数据曾按大于40
1.3 数据统计
全国第二次土壤普查以成土条件、成土过程 及其属性为分类依据,根据不同土壤类型将各地数 据进行了分级,《中国土壤肥力》一书中利用 各省各级别土壤有机质含量的中值与该级别耕地面 积比例加权平均后得到该省土壤有机质平均含量。 本文引用这组数据作为全国第二次土壤普查各省 (区、市)农田土壤耕层有机质平均含量。
(1)式中,Ea为a省土壤有机质平均含量,
测土配方施肥项目覆盖了全国所有农业县 (场、单位),根据土壤类型、土地利用方式和行政区划,将土壤采样区域划分为若干个采样单元, 每个采样单元面积和采样地块面积均按照《测土配 方施肥技术规范》执行,代表面积相近,因此,在计算各省土壤有机质平均含量时,采用了该省各取样点土壤有机质含量的算术平均值。
(2) 式中,Fa为a省土壤有机质平均含量,
2 结 果
2.1 耕层有机质平均含量及变化
目前,全国农田耕层土壤有机质平均含量为 24.65
全国第二次土壤普查30多年来,我国农田耕层土壤有机质平均含量整体上升了4.85
2.2 耕层有机质分级含量及变化
从全国层面看,我国农田耕层有机质含量仍集中在10
与全国第二次土壤普查时相比,>40
造成以上现象的原因,一是>40
3 讨 论
3.1 30年来中国农田耕层土壤有机质变化
土壤有机质是耕地地力最重要的性状之一,被 认为是土壤质量和功能的核心,在农业生产中,土 壤有机质是至关重要的决定因子。30年来,我国农田耕层土壤有机质含量呈整体上升趋势,全国 耕层土壤有机质平均含量较全国第二次土壤普查时 期提高4.85
与第二次土壤普查相比,全国有22个省(区、市)的耕层有机质平均含量显著上升,尤其以安徽、湖 南、广西、四川、贵州5省(区)较为突出,>30
由于中国农田土壤的高强度利用,中国土壤有机质含量与国外相比仍然偏低,如中国土壤和欧洲同类土壤相比,棕壤平均低1.5%~2.0%,褐土低1.0%,黑钙土低5.0%左右。
3.2 我国农田耕层土壤有机质整体上升的原因
农田土壤有机质主要来源于作物根茬、还田的 秸秆、翻压的绿肥以及人畜禽粪便、养殖废弃物、 某些轻工业副产品以及部分生活垃圾制成的堆肥 等。在自然状态下,影响土壤有机质含量的因素包 括气候、植被、母质、地形和时间,而在人类耕作 活动影响下,施肥状况和耕作措施则成为短期影响 农田土壤有机质含量的主要原因。 秸秆还田技术的推广是我国大部分地区土壤 有机质含量增加的最主要原因。秸秆作为植物残体 是农田有机物料来源的重要组成部分,还田后可积累土壤有机质,长期施用秸秆的积累效果更明显。南方稻田连续两年秸秆还田后,土壤有 机质含量平均增加2.4
20世纪80年代初以来,伴随着我国农业投入的 增加和科技发展,尤其是杂交水稻面积的推广,我国粮食作物单位面积产量快速上升,由1980年的2734.5kg
免耕少耕技术的推广也是近年来土壤有机质含量提升的重要因素。免耕少耕使土壤不稳定碳输入增加,流失减少,意味着土壤汇集碳增加,而损 失至大气中的CO2减少,同时,免耕少耕使风雨对 土壤的侵蚀作用降低,起到减少土壤有机质流失的作用。潮土区小麦/玉米轮作体系下连续5年的田间定位试验表明,免耕措施能显著降低土壤CO2排放,增加土壤有机质含量,免耕处理土壤有机质含量较初始提高了35%。西北壤土区在研究深松耕、免耕、旋耕和翻耕4种耕作方式下土壤有机质含量的变化时发现,免耕处理土壤有机质增加幅 度较大,分别较深松耕、旋耕、翻耕提高32.3%、35.2%和36.9%。南方稻田土壤上也有类似的结果,免耕1年后,0~5cm土层土壤有机质含量较试验前增加0.07
,较翻耕处理土壤有机质含量增加1.22
堆肥和绿肥的施用是我国土壤有机质含量提升的另一个原因。堆肥含有丰富的有机物质,当被用于农田或退化土壤时,可增加有机质并改善土 壤结构。长期种植绿肥能丰富和平衡土壤中的养分元素,改善土壤理化性状,提高土壤有机质含量。四年的田间定位试验结果显示,连年施 用有机肥可增加土壤有机质含量,化肥配施鸡粪较单施化肥的处理土壤有机质含量平均提高8.1%。 根据全国绿肥试验网的联合定位试验结果,无论是南方或北方,旱地或水田,平均每公顷压入绿肥鲜草22500kg~30000kg,连续5年,土壤有机质增加0.1%~0.2%。
从20世纪50年代开始,绿肥在全国各地迅速发展,至70年代中期进入鼎盛,然而进入80年代以 来,绿肥播种面积逐年下降,至1992年绿肥播种面积下降至411.2万hm2,资源量6612万t。21 世纪初,国家出台了部分鼓励绿肥种植的政策,至2008年我国绿肥播种面积恢复至437.1万hm2,资 源总量达到9339万t。绿肥种植面积的逐年增 加带动了有机肥施用量的增加,这种现象在南方水 稻种植区尤为普遍。
近年来,随着我国畜牧养 殖业的发展,畜禽粪便资源量逐年增加,加之城市 化加速带来的厨余垃圾,使我国堆肥数量整体呈上 升趋势,这也在一定程度上促进了土壤有机质含量 的增加。 近年来,中央一号文件多次指出,要将耕地质量建设当作一项战略措施抓紧抓好。进入21世纪以来,国家先后启动了土壤有机质提升、耕地质量提升、优粮工程、新增千亿粮食生产能力建设以及黑土地保护试点等重大项目,推广秸秆还田、绿肥种植、增施有机肥、土壤改良培肥和测土配方施肥等重大技术,正在有效促进我国农田土壤有机质含量 稳步提升。同时,仍需清醒地认识到,我国需要加 强土壤有机质的相关研究工作,如全国哪些地方土壤有机质含量容易提升,哪些地方有可能下降,哪些地方会比较稳定,有机质含量是不是越多越好,不同区域的有机质含量应处于什么水平比较适宜等。建议国家在继续加强耕地质量建设的同时,加强相关方向的研究投入,为实现农业可持续发展、 保障国家粮食安全提供理论基础和技术支撑。
4 结 论
目前,全国农田耕层土壤有机质平均含量为24.65
具体参考文献略。
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