鄭普山,張 強,劉根科,郝保平,馮悅晨
(1.山西省資源環境重點實驗室,山西省農業科學院土壤肥料研究所,山西太原030006;2.山西省農業科學院右玉試驗站,山西右玉037200)
山西地處黃河流域中游,是中華文明的發祥地之一。歷史上,這里傳統農業較發達,廣大勞動人民具有豐富的種植經驗,他們很早就懂得利用綠肥來提高土壤肥力。
早在西周和春秋戰國時代(公元前1066年至公元前221年),黃河流域農民就利用中耕除掉的雜草來肥田。《詩經·周頌》中有“荼蓼朽止,黍稷茂止”的記載,把腐爛在田里的荼蓼和生長茂盛的黍稷聯系起來。在《禮記·月令》和《呂氏春秋》中均有“土潤溽暑,大雨時行,澆行水,利以雜草,如以熱湯,可以糞田疇,可以美土疆”的記載,說明當時人們已認識到利用野生雜草漚糞肥田的效果。戰國時期,山西著名思想家荀子在《富國篇》中有“掩田表畝,刺草植穀,多糞肥田,農夫眾庶之事也”的記載,說明此時農民已把割野草漚糞肥田作為一項重要的農事活動。西晉時郭儀恭所著《廣志》一書,記載有農民由利用野生綠肥和養草肥田發展到栽培綠肥作物。山西很早就有種植豆類、芝麻等綠肥壓青肥田的傳統,北魏賈思勰的《齊民要術》中記載了綠豆—谷、胡麻—谷等適合山西的綠肥輪作方式,具體為“綠豆在五六月漫種,七八月犁掩殺之為春谷田”,簡要概述了綠肥的種植時間和壓青時間。明清時期綠肥種植品種逐漸增多,有紫花苜蓿、紫云英、綠豆、滿江紅、香豆子、油菜、蠶豆、胡麻、山黧豆、蔓菁等10余種。
20世紀50年代,山西就有一定規模的綠肥種植,60年代初加入全國綠肥網,70年代和80年代是山西綠肥生產、發展的鼎盛時期。
新中國建立后的十幾年里,由于缺少化肥,在僅僅依靠各種農家肥維持和提高農作物產量的情況下,利用翻壓綠肥在提高土壤養分的同時,也提高了耕地的糧食生產量。20世紀50年代初期,山西省大同盆地由于引進、推廣了草木樨,實行了糧草輪作,改變了大同盆地傳統的棄耕輪荒的耕作制度。
發展綠肥受到黨和政府的高度重視。《全國農業發展綱要》中指出“要因地制宜地多種綠肥作物”。1979年中共中央《關于加快發展農業若干問題的決定》中強調要“多種綠肥”。1983年12月,在中國農業科學院土壤肥料研究所的主持下,山西省農業科學院土壤肥料研究所參加和完成了“中國綠肥區劃”。
20世紀60年代中期至70年代,山西省南部先后引進了檉麻、田箐、毛苕子,在北部引進了草木樨、箭筈豌豆等綠肥品種,這些新品種抗旱、耐瘠薄,生長快,青草產量高,翻壓后肥田效果好,全面推動了綠肥的栽培和利用。70年代以后又引進了國內外豌豆類、綠豆類、油菜類、笤子類共45個綠肥品種,搜集了省內23個地方品種,通過在不同地區的篩選試驗,確定了檉麻是適合中南部麥田、棉田和果園復播或套種的優良綠肥品種;毛笤子和山西當地的綠豆適合中南部水、旱麥田套種或復播;草木樨和箭筈豌豆適于北部冷涼地區糧草輪作及南部旱地麥田套種,箭筈豌豆還宜作太原地區稻田春季綠肥,保留了省內各地原有的大綠豆、蠶豆等高產綠肥品種。
1954年山西省綠肥種植面積僅2.47萬hm2,1959年擴大到 8.33萬 hm2,1961年曾發展到26.7 萬 hm2,“文革”期間下降到 6.6 萬 hm2。20 世紀70年代后期,綠肥種植面積又逐漸回升,1980年全省綠肥種植面積恢復到10.57萬hm2,占耕地面積的2.7%。1989年全省綠肥面積達到34.0萬hm2,創歷史最高記錄。但從種植規模看,山西省每年的綠肥面積僅占當年農作物總面積的2.11%(平均值)[1-2],應用規模不大。
20世紀90年代,隨著山西省農業產業結構的調整和我國化肥工業的迅速發展,糧、棉、油等作物產量隨耕地化肥投入量的提高而增加,而同期綠肥的科研和生產不再引起重視,山西省的綠肥作物生產與利用基本停滯。
隨著農業生產的發展,綠肥在農業生產中改良土壤、提供養殖所需的飼草、增加經濟收入和改善生態環境的功效逐步被廣大群眾重新接受和認識,種植綠肥開始恢復并擴大。2002—2009年,山西省綠肥種植面積逐年擴大。山西省目前綠肥作物的年種植面積只占全省農作物面積的1.87%~3.56%,平均為2.4%。
山西省的綠肥主要分為三大類:夏綠肥、冬綠肥和多年生綠肥。夏綠肥主要為麥后復播的綠豆、大豆和芝麻以及晉北地區的蠶豆、豌豆和箭筈豌豆,冬綠肥為越冬油菜,多年生綠肥為紫花苜蓿。由于缺乏明確的政府指導措施,綠肥種植基本為各地群眾的自發行為,全省綠肥種植面積徘徊在7.0萬~13.5萬hm2。其中,種植箭筈豌豆、山黧豆為山西省右玉縣和左云縣的傳統習慣,利用箭筈豌豆和山黧豆的根茬還田培肥地力,輪作莜麥、胡麻和馬鈴薯,年播種面積7 200 km2左右;紫花苜蓿是大同盆地奶牛養殖戶、養殖集團或飼草供應基地的重要優質牧草,一般種植4~5年。
由于體制、政策等方面原因,綠肥研究中斷了近20年,造成目前綠肥科研隊伍青黃不接,年輕的綠肥科研工作者缺乏經驗,不利于綠肥科研的發展和指導生產。
山西省綠肥發展緩慢,徘徊不前的主要原因是:思想不重視,政策不得力,技術不過硬。沒有把綠肥納入農業生產規劃中去,有關部門經營綠肥種子不積極,缺乏繁殖、收購管理辦法和獎勵機制。
沒有借鑒國外發展綠肥牧草的經驗,除肥飼兼用的豆科綠肥外,其他綠肥種植與畜牧業結合不緊密,形成了單打一局面。
山西省氣候干旱,尤其是春旱嚴重,加上山西省旱薄地占耕地面積的79.4%,客觀上對綠肥作物春播不利。
如晉西北地區海拔高,土地多為旱坡地,農用三輪車、小四輪等機械田間作業困難,還是采用傳統的耕作方式,勞動效率低。在遇到春旱的情況下,往往會由于錯過適播期導致綠肥播種面積縮小。
有知識的中青年男勞力多數在春播前外出打工,留在村里的多為婦女和老人,文化素質低,對新技術、新品種接受能力較差,導致春耕春播季節勞動力嚴重缺乏,同時造成耕作水平和耕作質量下降,廣種薄收。
到2020年,,山西省綠肥作物生產面積達到115萬~130萬hm2,占耕地面積的1/3左右;綠肥作物鮮草產量達到22.5 t/hm2,豐富綠肥作物種類;提高綠肥作物綜合利用效果及其直接經濟效益,建立與現代農業種植制度相匹配的綠肥作物生產體系;通過綠肥作物生產利用,提高化肥利用率,減少土壤養分的流失;利用綠肥作物的吸C固N,改善環境質量,提升耕地質量;增加農作物產量,保障農產品質量安全;降低種植業成本,增加農民收入,實現農業和農村經濟的可持續發展。
5.1.1 近期目標 在“十二五”期間,針對目前綠肥生產中存在的問題,開展相關的試驗研究;建立綠肥示范樣板,集成適合現代農業種植制度的綠肥生產技術體系;加大綠肥作物對糧食產量提高、農產品質量安全、生產成本降低、經濟效益提高和生態環境改善作用的宣傳力度,提高各級領導對綠肥作物的認識,增強農民種植、利用綠肥作物的信心,促進綠肥作物的生產恢復,使全省綠肥作物的生產面積恢復到20世紀60年代的26萬 hm2,鮮草產量達到 15.0~22.5 t/hm2。
5.1.2 中長期目標 通過10年的努力,結合全國綠肥網,力爭在2020年以前通過綠肥作物種質資源整理、引進和創新,選育出適合山西省不同區域、不同種植制度的綠肥作物種類與品種,豐富綠肥作物的多樣性,形成種子產業化;開展適合品種的配套種植技術研究,形成技術規程;開展綠肥作物綜合利用研究,提高綠肥作物的種植效益,形成和促進綠肥作物規模化發展,使綠肥作物的生產形成區域有特色、生產有規模,并構建綠肥產業的社會服務體系,在2020年將綠肥作物生產面積擴大到115萬~130萬hm2,占耕地面積的1/3左右,綠肥作物鮮草產量保持22.5 t/hm2水平。
5.2.1 加強耕地質量保育立法或政策制訂工作耕地質量保育是保障糧食安全、提高農產品質量的前提和基礎。提高耕地綜合生產能力,必須把改良土壤、培肥地力與提高農產品產量、品質結合起來,且種植綠肥既可改良土壤、培肥地力,也是農民增收、農業增效的有效途徑。恢復發展綠肥不是權宜之計,而是一項長期提升耕地質量的基礎性工作。應按照《基本農田保護條例》保護耕地質量的要求,對加強耕地質量保育進行立法,建立耕地地力檔案,制定切實有效的耕地地力補償制度,健全耕地地力補償機制,讓承包土地的農戶對所承包土地既有使用的權利也有保護耕地質量的責任,規范和約束土地生產經營者對耕地采取必要的地力補償措施,以防止耕地地力下降。將耕地質量等級變化與農戶耕地用養獎懲形成地方性法規,引導和鼓勵農民增加綠肥生產,實現用地養地相結合,促進農民降低生產成本、增加經濟收入,對耕地只用不養特別是持續消耗地力的農戶要依法進行懲處,對依法進行耕地質量保育的農戶進行相應的獎勵。依法進行新形勢下的耕地質量保育體制的改革,完善農村土地承包責任制,為恢復和擴大綠肥生產,提高耕地質量創造良好的社會環境。
5.2.2 加強綠肥生產宣傳,樹立綠肥生產利用新觀念 要展示綠肥在農業生產中改良土壤、培肥地力、提高種植效益、降低農產品生產成本、改善生態環境方面的直接效果,讓農戶親身了解綠肥、相信綠肥,樹立綠肥生產、利用的新觀念并自覺利用綠肥。
5.2.3 加大政府扶持力度 擴大綠肥種植面積,一方面是實現農業穩定發展、農民收入持續增長的重要途徑,另一方面也是發展生態農業、實現農業可持續發展的保證。建議山西省財政建立綠肥專項資金,從綠肥生產、管理以及綜合利用方面予以重點扶持。積極引導綠肥的專業化、產業化生產,建立綠肥生產基地,加強經營管理和技術指導,促進綠肥的綜合開發利用。由山西省農業廳會同省財政廳制定發展綠肥專項資金管理實施辦法,對利用綠肥進行農業生產的農戶給予適當的經費補貼。
5.2.4 建立和完善綠肥種子生產產業化體系
以綠肥區劃為依據,在不同綠肥生產利用區建立相應的綠肥種子生產基地。生產基地要嚴格按照綠肥種子生產、管理操作規程進行綠肥種子的播種、管理和收獲。在良種繁育和種子生產技術上給予指導,實行種子保護價收購,解決種子繁育基地農戶的后顧之憂。建立生產、銷售與售后服務網絡,完善綠肥種子生產產業化體系。
5.2.5 加大科技投入,為恢復和發展綠肥作物生產提供技術支撐 科技是第一生產力。要恢復和發展綠肥作物生產,必須加大科技投入,進行人才培養和研發手段的創新,建立與現代農業相適應的綠肥生產技術體系,促進綠肥作物生產的恢復和發展。建議山西省科技廳和財政廳將“綠肥作物種質資源創新和建立生產技術體系”納入科技規劃,給予長期的經費支持,為建立有綠肥作物參與的現代農業高效生產技術體系和恢復發展綠肥生產提供技術支撐,進一步保證糧食安全,提高農業生產效益,改善農業生態環境。
5.3.1 基本原則 (1)不與糧棉油爭耕地,充分利用主作物生長的時間和空間;(2)因地制宜,發展適合各區域的優勢綠肥品種,兼顧肥用、食用與飼用功效,提高綠肥作物的直接經濟效益;(3)以豆科綠肥為主,兼顧禾本科、十字花科與藜科綠肥。
5.3.2 發展思路
5.3.2.1 因地制宜,合理布局綠肥作物 要因地制宜,根據不同的農業生態區,合理布局綠肥作物種類。在光熱資源條件好的晉南小麥主產區,重點發展麥后夏閑田綠豆、大豆、黑豆和芝麻;棉田生長早期,發展棉花套種綠豆、豌豆、大豆和黑豆;丘陵區果園,主要發展速生、抗旱、植株稍低的三葉草。晉東南盆地和晉中盆地,主要發展小麥復播綠肥和玉米套種綠肥。忻州玉米主產區,發展玉米套種大豆、豌豆、黑豆等生育期較短的豆科綠肥。在晉北冷涼地區,重點發展生育期適中的豌豆、箭筈豌豆和山黧豆輪作莜麥、馬鈴薯和胡麻等糧油作物。奶牛養殖大縣和大型奶牛養殖基地,主要發展多年生肥飼兼用的紫花苜蓿。旱坡地、丘陵旱塬,主要發展具有抗旱特性的中、早熟豆類與玉米、高粱間套種。
5.3.2.2 以點帶面,示范推動綠肥生產 綠肥的研究、生產中斷了近20年,很多農民對于綠肥生產缺乏起碼的了解,主要是對綠肥的科學價值認識不夠,對綠肥生產管理和綜合利用等方面基本知識一知半解。為此,農業技術人員必須做好試驗示范工作,以實實在在的生產效果讓群眾對綠肥先產生感性認識。同時要積極宣傳綠肥的實用種植技術,為農民做好田間技術指導和技術咨詢服務,消除群眾的疑慮和困惑,讓廣大群眾了解綠肥、掌握綠肥的基本操作技術,提高綠肥的管理水平,推動綠肥的生產發展。農戶只有從種植綠肥作物親身實踐中嘗到提高農產品產量和品質、降低生產成本、增加經濟效益的甜頭,同時又得到保護耕地質量和提高土地肥力的好處,掌握了簡單、有效的綠肥種植技術后,才可能自覺地進行綠肥的生產。因此,有必要在山西不同地區開展適合本區劃的綠肥生產與利用高產種植示范,通過以點帶面,輻射和帶動綠肥生產的恢復和發展。
5.3.2.3 進行技術研發創新,適應現代農業生產新形勢的發展 技術創新主要在新品種選育、輕簡化種植技術、配套農機、綠肥綜合利用和顯著提高綠肥作物當季經濟效益等方面。新品種選育要適合不同種植制度,抗逆性強、固氮效能高、兼用性強,種子價格容易被廣大農戶所接受。輕簡化種植技術創新包括操作簡便易掌握,能適合機械化操作、減輕勞動強度,提高勞動效率和降低生產成本等。
2008年11月,隨著公益性行業(農業)科研專項——《綠肥作物生產與利用技術集成研究及示范》的再次啟動,綠肥作物在農業生產中的地位和作用重新受到關注。發展山西省綠肥作物的科研與應用,重在組建一支穩定的綠肥科研隊伍,在借鑒老一輩綠肥科研工作經驗的同時,加強業務學習,提高工作技能,增加工作經驗,培養業務骨干,適時補充懂業務的高學歷人才,并給予業務、資金方面的政策傾斜和支持,使綠肥科研隊伍在穩定中發展、壯大。
5.5.1 大力發展耐鹽堿綠肥改良鹽堿地 山西省鹽堿地總面積為30.02萬hm2,其中以大同盆地面積最大,達到20.44萬hm2,占全省鹽堿地面積的2/3以上,多數為蘇打鹽化土,而且集中連片,治理難度大[1]。有關部門綜合評估結果顯示,大同盆地鹽堿地中,輕度的占68.7%,中度的占17.1%,重度的占9.7%,極重度的占4.5%。易改良和較易改良的中輕度鹽堿地占85.8%,說明該盆地鹽堿地土地資源豐富,待開發面積大,農業開發潛力也大。
鹽堿地改良必須是水利工程措施、化學改良措施、農業措施和生物措施相結合。應用水利措施改良中度以上蘇打鹽堿地,工程量大,效果差;應用成熟的化學改良措施配套水利措施和農業措施改良中度以上蘇打鹽堿地,改良速度快、效果好,但成本太高,平均資金投入達到7 500~9 000元/hm2,難以推廣。如果在水利工程措施、化學改良措施、農業措施基礎上,采用耐鹽堿綠肥作為先鋒作物,既可以改良鹽堿地,又可以為當地發展畜牧養殖業提供優質牧草,通過畜糞還田進一步改良鹽堿地,形成鹽堿地改良—種植綠肥—發展畜牧業—畜糞還田—改良鹽堿地的農業循環,促進鹽堿地改良和當地畜牧養殖業的共同發展,走可持續農業發展之路。
5.5.2 在煤礦塌陷區應用綠肥作物進行生態修復 山西省是我國的煤炭輸出大省,采空塌陷災害也最為嚴重。據山西省國土資源廳調查,山西省因采煤造成地表塌陷1 842處,地表破壞面積4.7萬hm2,其中耕地破壞面積1.8萬hm2,地表遭嚴重破壞[2-3]。運用機械平整后,又造成生土裸露,作物不能正常生長。若以綠肥為先鋒作物進行種植,既能培肥地力,又能為牛羊提供優質牧草。20世紀90年代,謝英荷等[4]在重建礦區生態系統的研究中,圍繞礦區退化土地的復墾種植問題,從適生物種篩選、種植方式選擇以及對退化土地培肥熟化效果等方面進行了試驗研究,取得了較好的效果,提出了把綠肥牧草,特別是豆科牧草作為礦區各類型退化土地復墾的先鋒植物,快速培肥熟化、恢復保護礦區土地資源和重建礦區生態環境的新思路。利用綠肥作物在土壤中提供緩效鉀與化肥提供緩效鉀接近的特性[5],可適當減少土地復墾過程中鉀肥的投入,從而降低礦區土地復墾的成本。2007—2010年進行的山西省科技廳攻關項目《山西省煤礦塌陷區生態修復》,在晉城市和長治市嘗試了在機械平整土地后種植毛苕子,盛花期進行機械翻壓,增加了復墾區域耕層土壤的有機質,提高了土壤肥力,初步取得了良好的試驗效果。因此,應用綠肥作物進行煤礦塌陷區生態修復具有重大的經濟效益和生態效益。
5.5.3 在優質果園大力發展綠肥 山西省是果樹栽培最適宜的區域之一,晉中、臨汾、運城三市屬于全國蘋果優勢區和黃土高原蘋果產業帶。20世紀80年代末,隨著山西省農業產業結構的大力調整,果樹面積迅速擴大。2007年,山西省蘋果園面積33.47萬hm2,產量467萬t,分別占全國的15.1%和19.5%;梨園面積8.8萬hm2,產量47萬t,在北方梨區居第3位;葡萄總產量為47.32萬t。全省果農人均果品收入為3 712.5元/hm2[6-7]。
山西省果園經濟效益的提升促進了果樹管理的加強,果樹修剪、花期人工授粉、病害防治已被果農掌握,就連果實套袋也從蘋果普及到梨和葡萄,但是果園施肥仍以化肥為主。20世紀90年代,丁玉川等[8]進行了果園綠肥的初步研究,并取得了很好效果。劉裕慶等[9]在2005—2006年的研究表明,紅提葡萄行間種植綠肥有利于改善土壤物理性狀、培肥土壤,促進葡萄增產提質。由于缺乏果園綠肥品種和配套技術,果園綠肥的應用很少。果園長期施用化肥維持水果產量,但造成果園樹盤下土壤板結和果園水土流失,不利于提高水果品質和商品附加值。發展果園綠肥,利用綠肥作物的固氮/吸碳特性增加果園地表植被覆蓋、減少果園土壤水分蒸散,在提高土壤肥力的同時,還可為果樹和果實的生長提供養分,改善水果品質,提高水果的種植效益。
5.5.4 在晉西北地區大力推廣糧草輪作模式晉西北地區海拔1 400~1 900 m,年平均氣溫3.7~4.2℃,年降雨量為450 mm,年蒸發量為1 450 mm,氣候冷涼,作物只能一年一熟。在晉西北地區的右玉縣、左云縣、五寨縣、神池縣等丘陵區推廣以箭筈豌豆、豌豆、山黧豆、扁豆等綠肥作物的高產栽培技術為基礎的糧草輪作[10],不僅能提高綠肥的秸稈與籽粒產量,為當地畜牧業發展提供優質牧草與飼料,同時能利用這些綠肥作物根茬的肥田效果獲得下茬作物(胡麻或莜麥、馬鈴薯)的較高產量,提高農產品品質,也能減少旱坡地的水土流失,改善當地的生態環境,增加農戶的經濟收入。
5.5.5 在平川區大力發展糧、棉間套早熟豆科綠肥 近幾年來,受國家持續的種糧補貼政策和主要糧食品種實行保護價收購政策的影響,山西省農民種糧積極性得到了充分調動,種植業內部結構更趨理性化。2009年山西省農作物播種總面積380.88萬hm2,其中棉花播種面積7.27萬hm2,在329.57萬hm2的糧食播種面積中,玉米占165.62萬hm2,小麥占72.85萬hm2,均分布在山西省的大同盆地、忻定盆地、晉中盆地、臨汾盆地和運城盆地的水澆地和丘陵低地。除山西省北部的忻州市、大同市和朔州市農戶普遍養牛或養羊,農家肥可以自足外,太原市及其以南的縣市農戶施肥基本以化肥為主來維持作物產量,導致耕層以下的土壤養分含量提高,養分利用率降低,并造成了潛在的環境污染。
結合目前山西省的糧棉生產基地建設,應大力發展忻定盆地玉米與豆科綠肥間套;晉中盆地復播區的小麥復播豆科綠肥、小麥套種玉米—收麥后復播綠肥、水稻早春綠肥(春箭筈豌豆或毛苕子);晉東南盆地小麥復播豆科綠肥、小麥套玉米—收麥后復播綠肥;晉南盆地小麥復播綠豆、大豆、檉麻或芝麻,小麥春季套種草木樨,棉花間作綠豆、毛苕子、田菁或檉麻,紫花苜蓿輪作小麥,油菜套種棉花。通過適當的種植帶實行糧、棉間套早熟豆科綠肥(如大豆、綠豆),雖然增加了田間工作量,但提高了光能利用率,充分發揮豆科作物的根瘤菌固氮作用,提高土壤肥力,在保證主作物種植密度和正常產量的情況下,還實現了一年兩熟,同時能抑制由于長期種植單一作物造成土壤中土傳病害的增加,達到環境友好,符合低碳經濟的要求,也是保證農業可持續發展的需要。
[1] 劉耀宗,張經元.山西土壤[M].北京:科學出版社,1992.
[2] 王云.山西省采煤土地塌陷損耗分析與測算 [J].能源環境保護,2007(6):10-13.
[3] 張成梁.采煤對山西省的環境影響及其生態修復策略[J].水土保持學報,2008,15(2):139-142.
[4] 謝英荷,洪堅平,金志南,等.山西礦區退化土地復墾途徑的試驗研究[J].自然資源學報,1997,12(3):288-292.
[5] 周曉芬,張彥才,李巧云,等.廄肥、秸稈和綠肥的含鉀狀況及其對土壤和作物鉀素的供應能力 [J].華北農學報,1999,14(4):83-87.
[6] 尉亞妮.山西省水果產業現狀及發展策略 [J].果農之友,2008(10):43-44.
[7] 王秋萍,王大莉.山西省水果產業發展勢頭強勁[J].中國果業信息,2008(3):41-42.
[8] 丁玉川,俞小秋.山楂園種植百脈根草效益研究[J].山西果樹,1998(1):26-28.
[9] 劉裕慶,南宜霞,薛徐柱.不同培肥模式對紅提葡萄園土壤肥力的影響[J].山西農業科學,2007,35(10):70-72.
[10] 席鳴岐,王秀林.旱地綠肥種植制度的研究 [C]//陳禮智.綠肥在持續農業中的地位與作用:中國綠肥研究論文集.沈陽:遼寧大學出版社,1992.