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[新京报]红壤改良 在贫瘠的土地上耕耘

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  耕地机驶过水田,开着野花的杂草被翻到泥泞下,红褐色的泥土在水中翻滚,水田里的水变得浑浊,又慢慢澄清……

  2021年4月2日,湖南祁阳,广袤的红土地上,人们正在准备春耕,这里是中国水稻主产地之一,从“湖广熟、天下足”的时代开始,这里的人们,世世代代在这片贫瘠的红土地上,与泥水为伴,种植水稻、玉米、大豆……

  红壤

  贫瘠的红土地

  清明前后,湖南许多地方相继开始备耕,山坡旱地里,人们正在平整土地,不久之后,将种上玉米、大豆、花生等,水田里的人们则正在翻地、整地、育秧,再过几天,就要开始插秧了。

  湖南是中国红壤面积最大的两个省份之一,另外一个是江西。在湖南,绝大部分地方的土地,都是含有铁、铝等金属的岩石历经数十万年的风化、氧化之后,形成的红色土壤。人们通常称它为红土地,它的学名,叫做红壤。

  

  2021年4月2日,湖南祁阳红壤实验站中矗立的石碑,石碑是十年前,祁阳站建站50周年时,当地为他们竖立的。新京报记者 周怀宗 摄

  红壤是中国土壤中面积最大的部分,约有218万平方公里,占全国土地总面积的21.8%。其中,红壤区的耕地面积,约占全国总耕地面积的28%。生活在红壤区的人口,约占全国人口的40%。

  从1000多年前的南方大开发开始,南方红土地日渐繁荣,这里的农业,也逐渐替代了河套地区、苏常地区,成为新的天下粮仓,“湖广熟,天下足”成为当时的共识。

  然而,红壤区并非富饶的土地,在湖南,红壤区域中低产耕地占比2/3以上,不合理施肥和耕作利用,更是加剧了红壤的退化。

  

  这片试验田,是红壤站的一处“明星”试验田,图为中国农科院副研究员蔡泽江为记者讲解试验田的故事。新京报记者 周怀宗 摄

  中国农科院农业资源与农业区划研究所副研究员蔡泽江告诉记者,红壤是一种脱硅富铝过程和生物富集相互作用形成的土壤,铁、铝等化学元素变成氧化物和氢氧化物相对累积起来,使土壤呈红色。红壤的主要特征有三个,酸、黏、瘦,酸是指它的pH值普遍较低,同时还很容易继续降低,黏是指它的形态,通常粘成一团,不够松散,不容易透气透水,瘦主要指它的肥力低下,有机质含量不高,这些都是不利于农作物生长的条件。“大约三分之二的红壤,都是中低产田”。蔡泽江说。

  改良

  六十年前开始

  湖南祁阳市官山坪村,这个普通南方小山村,周边被连绵的水田围绕,远处则是环绕四围的丘陵,远远看去,一片水乡景色。

  但它又和普通的山村不同,就在官山坪村的旁边,有一座建立了60多年的土壤实验站——中国农科院祁阳红壤实验站,它是中国第一个红壤实验站,建于1960年。

  

  祁阳红壤站全貌。新盖的楼还没有完全投入使用,在此之前,他们已经在这里扎根60年。新京报记者 周怀宗 摄

  祁阳站建在一座低矮的丘陵前,身后的丘陵,被划分成一个个扇形区域,大部分种上了作物,一片青翠,只有一小块还在整地,裸露出鲜红的土壤。

  红壤并不都是鲜红的,按照颜色分,有砖红壤、赤红壤、红壤、黄红壤、棕红壤等,按照成土母质类型,有第四纪红色黏土、红砂岩、花岗岩、玄武岩、石灰岩、千枚岩等发育红壤。

  “祁阳这里,是典型的第四纪红色黏土发育的红壤,”蔡泽江抓起一把红土,黏成块状的红土上,可以看到很多不同颜色的斑点或条纹,“这些都表明土壤中的各种金属元素矿物类型和含量存在明显差异,从这些颜色可以看出,这块地里的土壤确实很贫瘠”。

  

  2021年4月3日,祁阳红壤站一块尚未播种的试验田中,蔡泽江抓起一把红土,告诉记者,这里的土壤确实很贫瘠。新京报记者 周怀宗 摄

  和北方的土地相比,南方具有更好的水、热优势,这原本是高产的重要基础,“按照水热的情况看,南方红土地上的产量,应该达到其他土地的两到三倍,但实际上,因为它的贫瘠,使得它的潜能远没有发挥出来”。

  数据显示,新中国成立之初,祁阳的水稻单产只有280斤。1960年,中国第一个红壤改良试验站在祁阳官山坪村建立,最初名为“低产田改良联合工作组”,第一任站长是刘更另院士。

  “大约在1964年,刘更另院士创造的水稻坐秋施磷、辅以绿肥的技术,就使得水稻单产从280斤增加到680斤,当时仅在湖南的推广面积就有400多万亩,增产稻谷1.8亿公斤”,祁阳红壤实验站副站长李冬初告诉记者。

  60年多年来,祁阳站里的科技人员,已经换了很多次,红壤改良的技术,也从添加磷肥,到石灰中和、绿肥还田、综合治理等,更新了很多次。其中,最近的研究,是关于酸化治理的。

  酸化

  红壤天生之敌

  红壤是强风化土壤,容易酸化,也就是土壤pH值降低,进而使土壤情况进一步恶化。

  “大部分农作物适宜生长的pH值,在5.5-6.0之间,如果低于5.0,农作物生长就会受到比较大的影响,低于4.5,就很难再种了,”蔡泽江说明,“现在很多地方,红壤的pH值都降到5.0以下了”。

  在祁阳站的旁边,有一块著名的试验田,名叫“红壤肥力和肥料效益监测长期定位试验”,这是一块长方形的旱地,被分割成一个个小块,每个小块中都种着冬小麦。李冬初告诉记者,这里的实验已经持续了31年,从1990年开始,一直没有间断过。

  

  2021年4月3日,祁阳红壤实验站的长期试验田中,可以明显看出,采用不同管理方式的土地,小麦长势完全不同。新京报记者 周怀宗 摄

  时值四月,冬小麦已经到了抽穗的时节,记者注意到,不同小块中,小麦的长势差异很大,有些植株茂密,麦穗饱满,有些则矮小干枯,植株甚至遮不住地面,露出红色的土壤,“这些不同的地块,大家采用不同的施肥处理,有些完全不施肥,让它自然变化,有些使用石灰缓解酸化情况,还有些使用氮磷钾、有机肥等。”蔡泽江先容。

  记者注意到,有一小块长势最差的小麦,和长势最好的相比,植株只有一半左右的高度,而且茎叶发黄,麦穗也非常小,“这块地是单纯使用氮肥的,氮肥可以提供小麦生长的营养元素,但也很容易导致土壤酸化,这块地就是酸化最严重的,这里的小麦,在生物意义上还活着,但在经济意义上,已经算是绝收了”。

  酸化是红壤最大的敌人,蔡泽江告诉记者,在自然条件下,红壤的pH值下降1个单位,大约需要数十万上百万年的时间,但人类开垦和高强度种植的活动,极大地加速了这一进程,“仅仅这几十年,由于不合理的种植方式,使得全国范围内红壤的pH值,下降了0.3-0.5个单位,最严重的,甚至下降了1个点”。蔡泽江说。

  导致土壤酸化的主要原因,是不合理的使用化肥,尤其是氮肥,蔡泽江说明,“红壤中缺少氮、磷等元素,不利于农作物生长,施用氮肥可以快速增产,但同时,红壤的氮肥利用率并不高,过度施用氮肥,容易导致硝酸盐淋溶,氢离子累积在土壤中,导致土壤急剧酸化,最终使得农作物无法生长”。

  化肥

  爱恨交织之间

  对于贫瘠的红壤来说,不使用化肥,很难获得更高的产量,使用化肥,又要面临酸化加快的风险。

  “最初改良红壤酸化的问题,主要是用石灰进行中和,”蔡泽江告诉记者,“石灰效果很好,但也存在自身的问题,首先,起效时间短,每隔一两年就要撒一次,投入多,成本就高。其次,石灰只能解决酸的问题,不能解决瘦的问题,不能增加土壤中的营养元素”。

  化肥无疑是增加红壤所缺乏的营养元素最快的方式,但化肥却会加剧酸化。科学家们必须找到新的改良途径,从上世纪70年代开始,祁阳实验站的科学家们,就开始了寻找新方法的探索。

  在祁阳站的一块试验田中,记者看到,田里种满了一种开着紫色小花的草,这种草叫做紫云英,是科研人员寻找到的优质绿肥,“紫云英是很好的绿肥,水稻插秧之前的一个月左右,直接将种植的紫云英翻耕到地里,就是不错的有机肥,可以为土壤提供多种元素,”负责这些试验田的中国农科院高级农艺师高菊生告诉记者,“同时,紫云英还是豆科植物,其根系有固氮作用,能有效缓解土壤板结,延缓土壤的酸化,这样的实验大家已经做了几十年了,目前探索出的最好方式是稻-稻-紫云英轮作”。

  

  2021年4月3日,祁阳红壤站的试验田中,工人正在将绿肥翻入泥土,准备春耕。新京报记者 周怀宗 摄

  上世纪80年代,祁阳站开始推广稻-稻-紫云英轮作的方式,配合石灰、适量化肥等方式,改变了当地水稻生产的方式,“最多的时候,仅在湖南的推广面积就达到3000万亩”,高菊生说。

  不过,水稻和紫云英轮作,必然会增加一定的劳动用工和种子成本,影响水稻种植的收益,因此,紫云英种植一度萎缩,“这几年,随着生态种植观念的普及,又有了一定的恢复,目前采用这种轮作方式的稻田,在湖南大约有1000万亩”。高菊生说。

  困境

  仍需更多重视

  土壤改良的实验,大多数需要长时间的研究和尝试,在祁阳站,记者见到了许多持续数十年的实验项目,最长的一个实验,已经连续做了40年。

  这些实验留给科学家们的,不仅是大量的实验数据,还有许多珍贵的材料。在祁阳站工作的助理研究员刘立生告诉记者,祁阳站储存着3万多份红壤样品,最早的已经40年了。

  在祁阳站的土壤储存库中,记者看到,成排的架子上,摆满了装在玻璃瓶中的土壤样品,刘立生先容,最早的样品,是1982年收集的,目前只剩小半瓶,“大家的土壤样品,都是不同地方、不同实验中,定点采取的,因为土壤总是在变化,一旦过了时间点,就不可能再获得以前的样品了,所以这些样品非常珍贵,尤其是最早的这些,1克土比1克黄金还贵”。

  随着技术的进步,这些样品也变得更加珍贵,“很多以前检测不了的指标,现在有技术检测了,通过以前的土壤样品,大家可以获得更多的数据,去探索土壤更多的变化”。刘立生说。

  类似的工作,在这个小小的祁阳站里还有不少,但更多的研究,仍存在重重困难。

  

  祁阳附近的红壤,多是丘陵地貌,改良不易。图为蔡泽江检查试验田备耕情况。新京报记者 周怀宗 摄

  在祁阳站附近的一处丘陵上,记者见到,丘陵上的树林中,有一些陈旧的实验仪器,刘立生告诉记者,那是以前的一位科研人员做的林地土壤实验项目,后来因为人手缺乏,实验没有继续下去。

  “祁阳站基地现在有13个人,其中只有9位从事科研工作,此外每年这里还有一些研究生在学习、实验”,李冬初告诉记者,这些年来,随着国家对耕地保护的重视,祁阳站的条件也改善了很多,但相对于红壤改良面临的科研工作,仍旧远远不够。

  “大家缺乏更多的人才,很多项目因为人手不足而进展缓慢,同时,已有的成果,也需要相关的人才,转化成便于推广和利用的产品、方案等。”蔡泽江说。

  未来

  期待技术突破

  4月2日,祁东县田头村附近的一处水田中,农户们正在准备育秧,平整的水田中,挖出一行行排水的浅沟,红色的泥露出水面,成为育秧的垄,四五个农民分工合作,有人在垄上撒上稻谷,有人在后面搭起小小的塑料棚。

  一米宽,二三十米长的垄,每一垄大约可以育成1亩稻田需要的秧苗,农户告诉记者,他们不太会选择轮作,更愿意每季都种水稻,这样的可以保证家庭的收入。

  在科研力量之外,观念和利益,也是影响红壤改良的重要因素。农户们更愿意选择当前利润最高的方式,尤其是南方丘陵地带,小农户仍占据主流的情况下,更是如此。同时,为了保障粮食生产,许多地方的农业部门,其实也并不热衷于改良土壤,很多地方,缺乏用地与养地的结合。

  “在试验田中,大家已经总结出许多有效的经验,”蔡泽江说,“比如紫云英和水稻轮作,比如石灰、有机肥、绿肥、化肥综合施用等,但目前这些方法推广起来比较难,很多方法投入比较高,而且要持续投入。但小农户的收益本就不高,不太愿意投入更多的财力物力。”

  对于红壤酸化的研究,也仍然存在瓶颈,“大家已经发现了土壤酸化的机制,但微观机制方面,仍缺乏更进一步的认识,”蔡泽江说,“比如氮肥的施用,硝化释放的氢离子与铝离子转化的点位和过程到目前为止还没有阐释清楚,还需要更多的研究,如果能够找到发生的点位,就可以让大家用最合适的改良剂施用量,来达到最好的效果,既减少了投入,也降低了酸化的风险”。

  此外,现有的改良投入,不论是有机肥,还是绿肥,都需要更高成本的投入,“大家未来的目标,还希翼研发出更高效且低价的产品,比如某种特定的试剂、特殊的肥料,可以用比较低的投入,一次性获得更长时间的效果,比如可以在5年内延缓酸化,石灰只能管两三年甚至更短的时间”。

(单位:中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 )
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