中國南方紅壤生態系統面臨的問題及對策

趙其國，黃國勤，馬艷芹

(1.中國科學院南京土壤研究所，南京 210008;2.江西農業大學生態科學研究中心，南昌 330045)

紅壤產生于熱帶和亞熱帶雨林﹑季雨林或常綠闊葉林植被下，是發生脫硅富鋁過程和生物富集作用而發育成的紅色呈酸性且鹽基高度不飽和的鐵鋁土。廣義的紅壤是指我國南部熱帶、亞熱帶地區廣泛分布著各種紅色或黃色的土壤，包括鐵鋁土綱的磚紅壤、赤紅壤、紅壤、黃壤等所有土類，以及半淋溶土綱的燥紅土，一般統歸為紅壤系列［1］。其主要特征是缺乏堿金屬和堿土金屬，而富含鐵、鋁氧化物，呈酸性紅色。從世界范圍來看，紅壤主要分布于非洲、亞洲、大洋洲及南美洲、北美洲的低緯度地區，常見于熱帶雨林區。歐洲特別是地中海東岸和巴爾干半島地區也有類似于紅壤的土壤存在。東亞地區北起長江沿岸，南抵南海諸島、南洋群島，東迄臺灣，西至云貴高原及橫斷山脈的范圍為紅壤的重要分布地帶。我國紅壤主要分布在長江以南的廣東、海南、廣西、云南、貴州、福建、浙江、江西、湖南、臺灣10省(區)，以及安徽、湖北、江蘇、重慶、四川、西藏和上海等7省(區、市)的部分區域，總面積218萬 km2，占全國土地總面積的22.7%，其中紅壤系列的土壤面積約128萬km2，占全區總面積的58.7%［2-4］。我國紅壤的形成過程是脫硅富鋁化過程與生物富集過程兩種相互作用的結果。脫硅富鋁化過程是紅壤形成的基礎，它與紅壤古風化殼的形成有密切聯系;而生物富集過程是現代生物富集作用影響紅壤發育的過程，這兩個過程對紅壤形成的影響是相互統一，不可分割的［5］。根據紅壤成土條件、附加成土過程、屬性及利用特點，紅壤可劃分為紅壤、黃紅壤、棕紅壤，山原紅壤、紅壤性土等5個亞類。紅壤亞類具有土類典型特征，分布面積最大;黃紅壤亞類為向黃壤過渡類型，在本區均分布于山地垂直帶，下接紅壤亞類，上接黃壤土類;紅壤性土亞類是剖面發育較差的紅壤類型，主要分布于紅壤侵蝕強烈的丘陵山區，江西興國一帶和福建東南部有較多分布。

新中國成立60多年來，我國在紅(黃)壤資源調查與區劃、紅(黃)壤資源的墾殖利用、紅(黃)壤耕地肥力的培育、紅(黃)壤資源保護等方面取得很大成就，對我國農業乃至整個國民經濟的持續發展和人民生活水平的迅速提高起了很重要的作用。但由于紅壤性質上的酸、瘦、粘等弱點，紅壤分布區域降水時空分布的不均勻，以及不合理開發利用造成的水土流失、土壤退化、土壤污染等，導致紅壤地區的生態環境惡化，紅壤資源潛在的生產能力得不到應有的發揮［6］，使整個地區農業及經濟持續發展受到嚴重影響。

1 中國南方紅壤生態系統面臨的問題

1.1 水土流失

土壤的主要分布地帶紅壤地區地形起伏大，坡度陡，同時雨量多，強度大，降雨集中，有時一次降雨可高達200—300 mm以上，在土地利用不合理及地面覆蓋差時，暴雨就加速了水土流失的發展。據統計長江流域以南的紅壤丘陵地區水土流失面積達8000萬km2。這些地區，由于人多耕地少，山大坡陡，雨量充沛，特別是暴雨多，植被一旦遭到破壞，在高雨量的沖擊下，很容易產生嚴重的水土流失，特別是有深厚花崗巖風化殼的紅壤地區，嚴重者每年土壤侵蝕模數也在1000 t/km2以上，使土壤肥力下降，造成大幅度減產。僅長江上游35.2萬 km2水土流失區的土壤流失量就達15.6億 t，年均侵蝕模數達4432 t/km2［7］。

1.2 土壤酸化

紅壤的脫硅富鋁化過程，本是一個較緩慢的酸化過程。在近代，由于受酸雨的影響，紅壤酸化的進程加速了，從而對作物生長與環境產生不良影響。目前我國的酸雨控制區主要集中在長江以南，包括四川、云南的東部，浙江、福建、江西、湖南、重慶的大部分地區以及長江、珠江三角洲地區，而該酸雨控制區則是我國南方紅壤主要分布區，據統計目前我國南方受酸化土壤的分布面積約200萬hm2，雨水pH值4.5—5.0，最低可達3.0—2.0［8］。例如江西南昌是我國南方兩個酸雨中心之一，雨水 pH 值4.5—5.0，最低值為3.2，酸雨頻率在80% 以上［9］。

1.3 肥力退化

土壤退化，特別是紅壤的退化，不僅為全球所關注，而且是關系我國農業持續發展的重大問題。我國南方紅壤地區占全國土地總面積1/5，人口占全國40%，耕地占全國的30%。但由于長期對土地的不合理利用，土壤退化問題極為嚴重。由于紅壤受長期不合理的開發利用，水土流失嚴重，特別是農業生態系統中養分循環與平衡的失調，加劇了土壤尤其是早地的養分貧痔化及肥力衰減過程［9］。據土壤普查資料顯示，當前農田中68%為中低產田，耕地普遍缺少有機質和氮素，全部旱地和60%的水田缺磷，耕地中58%缺鉀，80%缺硼，64%缺鑰，49%缺鋅，18%缺鎂。可見，營養元素的缺乏和土壤肥力的衰退，已嚴重阻礙著本區農業生產的持續發展［10］。

1.4 季節性干旱

目前我國南方紅壤區季節性干旱頻發，由早期的僅對農業生產造成危害，發展到現在的危害人民的飲水安全、社會經濟發展，已成為目前制約經濟社會和諧發展的重要自然災害之一［11］。南方紅壤區總降水量豐富，但分配極不平衡，有明顯的干、濕季之分，特別是在全球變暖的背景下，南方50年乃至100年一遇的干旱氣候事件近年日益頻繁。2003年江西、湖南等地出現了特大干旱，2006年，百年不遇的特大干旱襲擊了四川、重慶，2007年湖北、四川遭遇嚴重干旱［12-13］，2009年至2011年云南省連續出現三次“百年大旱”。據統計截至2013年8月上旬，湖南、貴州、重慶等南方13省(市)耕地受旱面積649.13萬 km2，其中作物受旱面積595.33萬km2(重旱180.8萬km2、干枯71.8萬km2)，待播耕地缺水缺墑面積56.2萬km2，此外，紅壤本身水分性質不良，調蓄供水能力較弱［14］，也是干旱的一個重要原因。

1.5 土壤污染

近期，土壤污染事件頻發，“鎘大米”、“重金屬蔬菜”等事件的曝光引發了輿論對土壤污染問題的關注。據統計目前，中國受污染的耕地約有1.5億畝，占18億畝耕地的8.3%。全國政協常委、人口資源環境委員會副主任錢冠林近期在一次會議上表示，土壤污染具有隱蔽性、長期性和不易修復等特點，威脅國家糧食安全和食物安全。他指出，總體上中國南方土壤污染重于北方，長三角、珠三角、老工業基地等部分地區土壤污染問題尤為突出。土壤污染主要來源于生活污水和工業廢水、廢氣，廢渣以及化肥和農藥［15］。其中土壤重金屬污染成為污染的重中之重，目前受重金屬污染的土壤面積近320萬 hm2，造成資源浪費和土壤生產力及農林產品質量下降。因此整治礦區生態環境，防治土壤污染，是當前亟待解決的重要問題。

1.6 生物退化

生物多樣性(biodiversity)是指一定范圍內多種多樣活的有機體(動物、植物、微生物)有規律地結合所構成穩定的生態綜合體。近年來南方紅壤區人口的迅速增長、生物生境的破碎化、環境污染、外來的物種入侵以及相關的制度和規定不健全等，這些都直接導致了生物多樣性減少。生物多樣性喪失的第一位因素是生境的破壞和破碎化，第二重要因素則是生物入侵［16-17］，外來物種如果生存和繁殖能力強，則會壓制和排擠本地物種，形成優勢種群，導致生物多樣性消失［18］，例如滇池草海20世紀60年代曾有16種高等植物，但隨著水葫蘆的大肆“瘋長”，使大多數本地水生植物失去生存空間而死亡，到90年代只剩下3種高等植物［19］。

1.7 石漠化及土地沙化

隨著人口劇增，人類活動日益頻繁，對土地開發利用的廣度和深度都在不斷擴展，生態環境日趨惡化，水土流失的加劇，導致石漠化的形成與面積的不斷擴大，長此以往將嚴重影響南方紅壤的數量和質量的安全。據調查，貴州省輕度以上石漠化土地面積已達35920 km2，約占全省土地總面積的20.39%。全省有32個縣市的土地石漠化面積大于全省平均水平，有14個縣市的土地石漠化面積大于30%，有8個縣市的石漠化狀況非常嚴重，石漠化已成為貴州乃至整個西南紅壤丘陵區生態建設與可持續發展的主要障礙。雖然我國南方紅壤沙化面積雖不大，但分布范圍較廣。據國家林業局第四次全國荒漠化和沙化監測統計，南方的濕潤沙化土地分布廣泛，面積達到0.88萬km2，包括浙江、福建、江西、湖南、湖北、廣東、廣西、海南、貴州、云南、四川、重慶等12個省區市的260個縣市區。

1.8 耕地面積縮減

隨著近幾年城鎮化進程的加速，房地產用地和企業用地不斷擴張，耕地一再受到侵蝕，目前中國耕地面積僅約為1.217億hm2，比1997年的1.299億hm2減少0.082億hm2，中國人均耕地面積由10多年前的0.105 hm2減少到0.092 hm2，僅為世界平均水平的40%。耕地數量不斷減少，使本區本來就緊張的人地關系更趨緊張，并且有進一步惡化的趨勢。目前，紅(黃)壤地區人均耕地僅0.067hm2比全國人均耕地少1/3，為世界人均耕地的1/5，例如1996年至2008年的12年間，廣東省耕地面積減少41.05萬 hm2，平均每年減少3.421萬hm2。由于人口的不斷增長和耕地的非農業占用，到2000年本區人均耕地減至0.057 hm2。

1.9 系統功能衰減

生態系統能為人類提供多樣的產品和服務，其中除提供食物、藥品、建筑材料及遺傳資源等產品外，更為重要的是調節氣候、維持大氣組成的穩定、土壤的形成與維持、廢棄物擴散、害蟲控制、物質循環等作用，這些作用構建了整個地球的生命支持系統。生態系統的功能最終總是通過物種來實現的，所以生態系統中多樣性的狀況直接影響其功能。由于人類活動的加劇，當今絕大多數生態系統正遭受多樣性的丟失。英國皇家生態系統研究所首次評估:許多生態系統服務功能，如魚的捕捉量和土壤質量面臨衰退，過度開采、管理不善和環境改變是造成這一現象的主要原因。過去的60年里，生態系統服務功能衰退了30%，然而，只用20%的生態系統得到改善。我國南方紅壤區由于土壤質量衰退，過度開采、管理不善和環境改變等，致使整個南方紅壤區生態系統功能面臨衰減的危險。

2 我國南方紅壤可持續利用的對策

我國東南紅壤丘陵區地處熱帶、亞熱帶，土、水、熱資源豐富，農業生產與經濟發展潛力很大，是我國熱帶、亞熱帶經濟林木、經濟作物及名貴藥材等名特優創匯產品的重要基地，在全國國民經濟發展中占有重要地位。針對上述面臨的問題，在綜合治理措施上必須提高認識，調整農業結構，優化耕作制度，大力發展立體農業，防治水土流失和土壤污染，改良土壤，培肥地力，重建紅壤區植被生態系統，建立和完善紅壤預警等方面，從而促進整個地區農業的持續發展。

2.1 提高認識

目前對紅壤的認識存在一些不足之處，主要表現在一是對紅壤肥力的現狀及其分布的認識的不足，大多基于第二次全國土壤普查資料，缺乏對最新狀態的了解，特別是對其動態變化方面的認識［20］;二是對紅壤質量的評價指標認識不統一，偏重于土壤化學和物理性質的評價，缺乏完善的生物學評價指標;第三是對紅壤保護認識的不足。對于紅壤保護的重要性，大部分群眾了解較少，一些人完全不知道什么是紅壤;第四從生態學角度來看，對紅壤的認識缺乏系統性和整體性，我國南方紅壤不僅僅是指紅壤，而應將其看成一個生態系統，必須將其包括的所有生物與非生物環境作為一個整體去認識。因此要保持紅壤系統的健康穩定發展，首先就要提高人們對紅壤的認識。

2.2 調整農業結構，發展立體農業

通過調整農業結構，變單一的“溝谷農業”為農、林、牧、副、漁綜合發展的高效集約持續農業，實現本區各種資源在時間和空間上的優化配置，形成茶果、蠶桑、竹木、畜禽及水產等新型支柱產業，變資源和區位優勢為經濟及持續發展優勢［21］。具體來說，應采取下列主要措施:(1)建立合理高效的糧、經、飼三元種植結構。在穩定糧食生產的同時積極發展蔬菜生產，活躍城鄉市場，增加農民收入;主要通過林下種植，發展與草畜動物相適應的青綠飼料產業，開發青飼玉米、割藤甘薯、黑麥草等高產飼料作物。通過開辟青綠飼料資源促進以山羊、黃牛、家兔為主導的畜牧業的發展;多元多熟的復合種植模式建立的三元種植結構還有利于植物的共生互惠，有效利用光、熱、水、肥資源，提高經濟效益和植被的年覆蓋率。(2)大力發展各種林農間作、果農間作、林牧結合的立體農業模式。我國南方紅壤區低山丘陵較多，發展山地立體農業具有巨大潛力和優勢，例如依據不同生物的生活習性和空間的多層次性，實行多種生物結構有機結合，合理布局農、林、牧、漁、副業。目前立體農業模式主要有丘陵山地立體綜合利用模式、農田立體綜合利用模式、水體立體農業綜合利用模式、庭院立體農業綜合利用模式，較為成功的案例主要有黃淮海平原的魚塘—臺田模式、珠江三角洲的基塘農業、千煙洲立體山區農業。

2.3 優化耕作制度

作物都有自己的宜土特性，按作物宜土種植，不但產量較高，而且培肥改土效果也顯著。可以根據紅壤的熟化程度，選擇最適宜的作物既可充分利用紅壤的增產潛力，又有良好的養地效果。

首先調整作物結構和布局，通過調整農業結構，變單一的傳統農業為農、林、牧、副、漁綜合發展的高效集約持續農業，形成茶果、蠶桑、竹木、畜禽及水產等新型支柱產業，變資源和區位優勢為經濟及持續發展優勢。例如采取“雙三制”(即雙季稻三熟制)種植面積，重視旱糧生產，增加經濟作物和飼草飼料作物的播種面積，提高水耕生態系統的多樣性(或異質性)，發展“兩水一旱”(如兩季水稻+冬種馬鈴薯或冬種蔬菜)或水旱輪作及旱地間混套輪作多熟制等新型耕作制度。

其次充分利用冬閑田。冬閑田的大量存在，浪費了豐富的光、熱、水資源。由于冬閑持續5—7個月之久，不僅浪費了全年光照的35%—45%，積溫的25%—35%，降水的30%—60%，少利用一季土地，降低了復種指數，而且使土壤中有機質分解釋放出來的養分遭到淋溶、揮發而損失。因此必須充分利用冬閑田。目前南方紅壤區冬作結構單一(其中綠肥比重占冬種面積的50%左右，油菜占30%左右，而春糧比重極小)、產量低、效益差等特點，以消滅冬閑田為突破口，在提高綠肥鮮草單產的同時，穩定或適當壓縮面積，增加油萊、馬鈴薯和蔬菜等的種植面積，并實行綠肥過腹還田，促進農牧結合。此外，也有相當面積的秋閑田，因秋旱不能復種雙季晚稻，可發展秋玉米、秋大豆、秋薯類等，并組成玉米間作大豆、玉米間作薯類以及大豆間作薯類等方式。

第三發展間混套作，在紅壤旱地上發展間混套作，實行全年“綠色覆蓋”，做到“根不離土，土不離根”，既有抗旱保墑、搶時間爭季節、保持水土的作用，又能大幅度提高旱地生產力、培肥土壤肥力，具有顯著的經濟效益、社會效益和生態效益。有研究表明，旱地發展間混套作3熟制，可使單位產量和產值比現有旱地平均提高3—4倍。對紅壤生態系統來說，通過合理間作套種，特別是安排豆科綠肥和豆科作物參與間套，可以穩定水熱動態，防止沖刷，減輕干旱，促進作物與土壤之間的協調，有利于提高作物產量，恢復和培育土壤肥力。

2.4 防治紅壤水土流失

水土流失及其誘導的各種生態環境問題已成為農業持續發展中最嚴重的障礙因素。水土流失治理應以預防為主，目前許多地方，人們并沒有認訣到這一點，水土流失一邊治理，一邊破壞，并且治理從數量上抵消不了流失面積的擴大，而且質量上治理后的土壤生產力遠未恢復到遭受侵蝕之前的土壤生產力水平［22］。對已已經產生水土流失問題的土壤，應采取生物和工程措施相結合，開發與治理相結合，長、中期與近期利益相結合的辦法，綜合治理水土流失，保護生態環境。典型代表模式是江西千煙洲的“丘頂薪炭林、山腰果、茶、桑，丘腳棉、油、麻刀的”“一丘多用”生態農林牧業。該模式從丘陵頂部到下部“溝谷”大體上是闊葉林或針闊混交林—經濟林或毛竹(幼林地內可種人工牧草)—果園或人工牧草地—農田—魚塘。經過六年的實踐，在原來植被破壞很嚴重的200 hm2荒地上，水土流失減少了78%，人均收入增加了5—8倍，農林牧生態環境日益改善［23］。

2.5 改良土壤，培肥地力

改良土壤，培肥地力是確保紅壤丘陵區坡地農業可持續發展的最重要的措施，主要包括合理施用化肥;增施有機肥;擴種綠肥;發展秸稈還田和覆蓋技術等方面。(1)合理施用化肥。要根據作物的生產特性，結合土壤肥力狀況，并考慮作物的耕作制度，因地制宜，采取配方施肥、以產定肥、測土施肥或診斷施肥等多種方法，減少氮肥的投入量，調整氮磷鉀到合適的比例。(2)增施有機肥，提高土壤肥力。長期施用生物有機肥土壤的肥力明顯提高，土壤理化性質得到改善。隨著有機肥用量的提高，土壤pH值降低，逐漸接近中性;土壤有機質、全N、堿解氮、有效磷、速效鉀和微生物生物量碳含量也隨著增加［24］。(3)擴種綠肥。目前南方紅壤區冬作結構單一(其中綠肥比重占冬種面積的50%左右，油菜占30%左右，而春糧比重極小)、產量低、效益差等特點，以消滅冬閑田為突破口，在提高綠肥鮮草單產的同時，穩定或適當壓縮面積，增加油萊、馬鈴薯和蔬菜等的種植面積，并實行綠肥過腹還田，促進農牧結合［25］。如紅壤旱地(果園)種植綠肥翻壓后，不但能直接補充各種營養元素，而且可提高土壤的有機質含量。綠肥是一種養分完全的優質生物肥源，在提供作物養分、防止水土流失、改善生態環境和節能降耗方面均有良好作用，種植綠肥作物是低碳農業的重要環節［26］。據報道，在丘陵紅壤旱地上連續種植三年綠肥后，土壤耕層的有機質、全氮、全磷含量分別由6.4 g/kg、0.4 g/kg、0.36 g/kg 提高到12.1 g/kg、0.66 g/kg、0.67 g/kg，分別提高了89%、65%、86%。(4)發展秸稈還田和覆蓋技術。作物秸桿中含有糖類、纖維、脂肪、含氮化合物等，經微生物分解后，可形成大量活性有機質并釋放出礦質營養元素，特別是豆科作物秸桿，富含氮素，肥效尤佳。免耕秸稈還田拋秧能夠培肥土壤，增加土壤中的有機質，使土壤結構得到了改良，同時杜絕了農民將油菜秸稈焚燒，減少了環境污染［27］。丘陵紅壤旱地(果園)秸桿就地還田是一項投資少、見效快、效果好、易推廣的增產培肥措施，也是解決紅壤鉀肥資源不足的有效途徑之一。覆蓋栽培主要包括殘茬覆蓋、秸稈覆蓋、活體覆蓋以及塑料薄膜覆蓋等，能減少土壤的耕作，增加地表覆蓋度，實現土壤的“少動土”、“少裸露”，達到“適度濕潤”和“適度粗糙”等土壤狀態，對于改善土壤環境具有多種獨特的生態經濟作用［28-30］。

2.6 綜合治理，減少污染，保護土壤資源

我國目前遭受不同程度污染的土壤可達1000萬hm2，對農業生態系統造成極大威脅。土壤污染會引起并加速環境污染，導致農作物的產量和品質下降，降低生物多樣性，影響人類的健康，威脅人類生存安全［31］。防治土壤污染必須以防為主，清除污染源，對已污染的土壤，要采取一切有效措施加以改良，控制土壤中污染物的遷移和轉化，消除土壤中污染物的殘留。對已經污染的土地可通過客土、換土、去表土、翻土、加入改良劑等降低污染，并進行生物修復，還可通過選擇抗污染品種、改變耕作制度、改種木本植物及工業用植物等來減少污染對作物的危害，另外還要嚴格執行國家有關污染物排放的標準及法律法規加強對污水灌溉、固體廢物的土地處理的管理。

2.7 完善紅壤監測預警體系

建立健全省、縣二級土肥檢測、環境監測預警體系:要明確省、縣二級土肥檢測機構職責和分工，省級重點是滿足耕地質量調查和科學施肥需要的土壤理化性狀和農業生態環境建設的土壤微量元素、重金屬、殘留、農產品品質等項目的分析;縣級主要承擔土壤肥力和土壤環境監測的土壤、肥料常規項目分析和部分土壤微量元素分析以及土壤物理性狀分析。

建立土壤地力(質量)監測網絡:在網絡節點的設置上，要根據不同農業區劃和地貌類型、不同種植制度，設立長期定位監測點、動態監測點與試驗區。在管理的方式上，要采取統一布局，一次抽取、分級管理、分級負責的方法，省、縣二級各負其職，定期監測，動態管理，定期發布土壤地力(質量)報告或白皮書，為各級政府和農業部門提供第一手的決策依據，為科學施肥、培肥地力提供數字化分析報告。

建立耕地質量管理信息系統:主要是應用GIS技術，對地形、地貌、土壤、土地利用、農田水利、土壤污染、農業生產基本情況、基本農田保護區等資料進行統一管理，構建耕地質量管理信息系統，并跟蹤時空變化，實施動態管理。

3 結束語

世界熱帶、亞熱帶地區，總面積6400萬km2，占全球總面積45.2%，人口25億，占全球48%。隨著溫帶地區荒地日益減少，全球土地利用的重點，已逐漸由溫帶向熱帶、亞熱帶轉移［32］。我國熱帶、亞熱帶紅壤區，占世界同類地區總面積的8%，與世界情況相比，具有巨大的生產與資源潛力，同時也面臨農業與生態環境問題。因此，當前加速該區農業持續發展與生態環境建設，不但對我國，而且將對世界熱帶、亞熱帶地區的經濟發展，有著重大的推動與指導意義。

從當前的形勢看，紅壤生態系統功能的建設，是一項長期綜合的系統工程。首先，必須將紅壤生態系統功能建設建立在提升“生態文明建設”理念認識——即“人與自然和諧、可持續發展及惠民福祉觀，既滿足自身需要，又不損害自然，成為人與自然，人與人之間和諧發展的規范”的認識基礎上;其次，將生態建設與環境保護相結合，綜合利用以上措施指導南方紅壤生態環境建設;第三，按不同地區因地制宜地進行長期定位試驗研究，加強對污染紅壤的環境治理和修復的研究，為整個南方紅壤生態系統修復和重建提供理論支持。實踐證明，要保證整個南方紅壤生態系統的健康穩定發展，必須不斷創新，堅持奮進，才能取得明顯成效。

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