玉米長期連作對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的不利影響分析與對策研究

于新雨 李明森 李子林 吳艷麗

(吉林省農(nóng)業(yè)機械研究院，吉林 長春 130022)

1 吉林省玉米生產(chǎn)情況調(diào)研分析

1.1 吉林黃金玉米帶

吉林黃金玉米帶約位于N40°～42°,E125°～128°，吉林省中部，松遼平原腹地，也被稱為中國黃金玉米帶。主要分布于吉林省長春地區(qū)、四平地區(qū)、松原地區(qū)、白城地區(qū)、遼源地區(qū)、吉林地區(qū)6市22個縣(市、區(qū))，核心區(qū)域為長春平原，總幅員面積6萬多km2，占吉林省面積的30%以上;耕地299.75萬hm2，占吉林省耕地面積的75.1%;糧食作物面積254.1萬hm2，占吉林省播種面積的75.7%，年總產(chǎn)量265億kg，占吉林省玉米總產(chǎn)量的82%。“黃金玉米帶”讓吉林成為中國產(chǎn)糧大省，并深刻影響作物種植結(jié)構(gòu)。

1.2 吉林省種植結(jié)構(gòu)

吉林省在過去很長時間一直是我國東北大豆的生產(chǎn)區(qū)域及最大集散地，出口量大，當時被國際上稱為“豆城”。玉米經(jīng)濟的熱潮，對高產(chǎn)高效目標的追逐使玉米種植面積逐年增長，吉林省種植規(guī)律和種植結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，玉米成為糧食生產(chǎn)的主要單一品種。多年以來，在全國范圍內(nèi)，吉林省玉米商品量、商品率以及人均占有量和出口量穩(wěn)居全國第1位，在保障我國的糧食安全、經(jīng)濟發(fā)展、增加農(nóng)民收入以及脫貧攻堅方面作出了重要貢獻。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，至今成為世界矚目的玉米產(chǎn)區(qū)。隨著我國對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的戰(zhàn)略部署，農(nóng)業(yè)的供給側(cè)改革使“黃金玉米帶”種植結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化。

1.3 吉林省耕作制度現(xiàn)狀分析

吉林省歷史和自然條件造就了規(guī)律的輪作制度,有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以來，均以循環(huán)種植結(jié)構(gòu)生產(chǎn)玉米、大豆、水稻、高粱等糧食作物。循環(huán)的種植結(jié)構(gòu)，配以具有差異的生產(chǎn)方式，使得農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)與土壤生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展。

玉米經(jīng)濟的浪潮推動和較長時間的持續(xù)發(fā)展，使吉林省的玉米種植面積已超過耕地面積的70%～80%，形成長期“連作”的玉米生產(chǎn)格局。絕大多數(shù)地塊已經(jīng)連續(xù)十幾年或者二十幾年均一直從事玉米種植生產(chǎn)。玉米是一種具有高產(chǎn)潛力的糧食品種，同時也是最消耗土壤肥力的糧食產(chǎn)品。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，通常土壤環(huán)境下，在同一塊耕地上如果連續(xù)種植玉米達到3a時，第3年土壤肥力將出現(xiàn)嚴重減退，會使玉米產(chǎn)量顯著下降。如果還要繼續(xù)種植玉米，就要快速提高土壤的肥力，顯然化肥是合適的選擇，這就需要在前3a肥料數(shù)量的基礎(chǔ)上繼續(xù)加大化肥的數(shù)量，長期以往化肥使用數(shù)量從低到高已達到800～1000kg·hm-2。但相關(guān)檢測表明，化肥的利用率還不到施肥量的50%，每年有相當數(shù)量化肥不能被植物有效利用，其被揮發(fā)、被徑流帶到水里，或以其它形態(tài)留在土壤里，形成化學土壤的形態(tài)。肥料浪費的同時也促成了土壤生態(tài)的化學污染，整個過程是從低級到高級的惡化延伸。調(diào)查顯示，現(xiàn)在土壤化學肥料的使用保持在800～1000kg·hm-2平衡點上，在平衡點以下就會出現(xiàn)產(chǎn)量明顯下降的趨勢。為了不減產(chǎn)只能保持高位肥量，不僅浪費了能源，提高了生產(chǎn)成本，同時還污染了生態(tài)環(huán)境。

研究發(fā)現(xiàn)，長期堅持玉米連作的耕地有機質(zhì)含量會消失殆盡，無有效補充。且大量長期使用化肥，沙化趨勢必然出現(xiàn)，非科學有效的耕作，土壤的壓實板結(jié)嚴重，壟溝就是犁底層，土壤透水透氣保水保肥能力極差。作物根系無法伸展，趨水、趨肥、趨氧的能力受到限制，生長發(fā)育受到影響，表現(xiàn)出脫水、脫肥、缺氧的狀態(tài)。生產(chǎn)者只好加大施肥量來平衡脫肥的狀況，造成土壤越板結(jié)越加肥，越加肥土壤越板結(jié)的惡性循環(huán)。直到土壤對作物的供給能力與外界對土壤的供給能力達到平衡，作物生長發(fā)育平衡。可以認定，目前普遍形成的超高的化肥使用就是在這樣惡性循環(huán)狀態(tài)下形成的。

在此條件下形成的化學土壤結(jié)構(gòu)，土壤生物微生物的多樣性遭到破壞，在這樣的土壤結(jié)構(gòu)里，已經(jīng)見不到多少種類的生物體，蚯蚓的身影已經(jīng)基本消失。

圖1 吉林市某玉米產(chǎn)區(qū)土壤情況

圖2 農(nóng)安縣某玉米產(chǎn)區(qū)土壤情況

圖3 農(nóng)安縣某連作玉米產(chǎn)區(qū)秸稈深度還田后土壤現(xiàn)狀

依前所述，在玉米連作生產(chǎn)過程中可以通過2種方式對減輕土壤板結(jié)、土壤有機質(zhì)的補充發(fā)揮重要作用，即作物秸稈深度還田、實行科學有效的機械化耕作。通過調(diào)研，顯然以往的種植方式輕視了這2項措施。

通過調(diào)研檢驗具有土壤生態(tài)靈魂的有機物質(zhì)肥料消耗殆盡，得不到科學的補充，黑土地正在加速變成黃土地。

長期連作及對土壤保護觀念的不足，導致土壤養(yǎng)分失衡，土壤酸化、鹽漬化增加，土壤團粒結(jié)構(gòu)趨于消失，黑土地腐蝕表現(xiàn)明顯，長期糧食生產(chǎn)消耗加上長期水土流失，寶貴的黑土層即將消失。有機層從最初的70～80cm已經(jīng)減少到現(xiàn)存的20～30cm，個別地域已經(jīng)減少到不足20cm，耕層厚度就是黑土層的厚度，耕整地作業(yè)時一不小心黃土就被翻到土壤表層。深松是解決土壤板結(jié)保護優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)十分有效的機械化作業(yè)耕作方式，前期已在糧食主產(chǎn)區(qū)積極全面推行，初期也收到了一定效果，對土壤的疏松度、含水率等改善起到明顯作用。但由于耕層土壤變薄，硬底層上升，深松超過黑土耕層，黃土上翻，這種現(xiàn)象的發(fā)生，使農(nóng)民對深松整地產(chǎn)生疑慮，開始不接受對土壤的深松作業(yè)。使得能夠改善優(yōu)化土壤作用的深松作業(yè)方式出現(xiàn)停頓。

同土壤的自然生產(chǎn)規(guī)律相悖的玉米長期連作生產(chǎn)方式使得玉米的產(chǎn)能獲得巨大收獲，但這種收獲是靠損壞土壤自然生態(tài)環(huán)境為代價獲得的，帶來的能源肥料浪費與居高不下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本長期困擾著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展。農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的惡化已經(jīng)發(fā)展到不斷困擾威脅社會的多領(lǐng)域方面。研究分析預測，在水質(zhì)污染、空氣污染、食品安全隱患等不良現(xiàn)象中，與目前土壤生態(tài)環(huán)境損害也具有一定的關(guān)聯(lián)。

長期玉米連作促成的化肥、化學藥物的超常規(guī)使用，使得土壤自然生態(tài)的自凈能力失效，地表水受到不同程度的污染。嚴重地區(qū)深層水的污染也趨于加重，地下水不能飲用，農(nóng)村的飲水受到威脅。長期大量使用化肥、農(nóng)藥的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，必定會對自然生態(tài)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生非常不利的影響。長期一味追求單一的高產(chǎn)高效的非科學農(nóng)業(yè)生產(chǎn)格局必然會打破自然生態(tài)平衡的格局，給自然環(huán)境造成復雜性的損害及嚴重后果。

2 調(diào)研分析結(jié)論

調(diào)查分析檢測表明，在長期的玉米連作生產(chǎn)過程下，耕地資源受到了嚴重的損害，黑土地退化面臨嚴重的威脅，糧食安全和生態(tài)安全面臨嚴重挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)在以下方面：黑土地逐漸消失，生態(tài)平衡不斷被破壞；土地板結(jié)嚴重，壟溝就是心土層；生態(tài)結(jié)構(gòu)被破壞；土壤沙化逐漸加劇，植物生長調(diào)節(jié)系統(tǒng)被破壞；化肥的使用已達到作物需要標準的3～4倍；化學土壤正在形成；除草劑、殺蟲劑、防疫、生長劑等化學藥劑污染加劇；土壤有機質(zhì)消耗殆盡，土壤生物多樣性遭到毀壞；土壤中自然生態(tài)系統(tǒng)平衡狀態(tài)失調(diào)，土壤品質(zhì)下降；地下水與地表水污染嚴重，水資源可利用遭到威脅；玉米連作的種植方式還在繼續(xù)，對自然環(huán)境的破壞還在延續(xù)。

圖4 部分玉米連作區(qū)的黑土地現(xiàn)狀

圖5 典型黑土地參考模式

3 解決路徑與對策

根據(jù)調(diào)研結(jié)論，提出以下綜合性措施建議及對策。

提高農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)者保護耕地資源的理念，充分認識耕地保護的重要性，自覺樹立耕地的保護性開發(fā)使用意識;將系統(tǒng)交叉學科領(lǐng)域新技術(shù)理念與技術(shù)方法引入到現(xiàn)有玉米連作生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中，用系統(tǒng)工程技術(shù)解決當前土壤生態(tài)環(huán)境存在的各種危機;探索現(xiàn)有條件下等價值種植結(jié)構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)，采取等價值生產(chǎn)方法推進輪耕制度的回歸，改變目前長期玉米連作不科學、不合理的種植方式，在種植結(jié)構(gòu)上發(fā)揮黑土地保護根本作用;轉(zhuǎn)變對農(nóng)業(yè)秸稈等次生資源的認識，將秸稈等作為寶貴資源來保護使用，強化種植次生資源逐級全量歸田，不是部分而是全部深度還田;快速恢復土壤有機質(zhì)水平，恢復土壤生態(tài)構(gòu)造；減少化肥的使用，挖掘有機肥料的資源強化和有機肥的運用，恢復土壤生物微生物生態(tài)多樣性;改革化學復合肥料的使用，堅持3a一測土，2a一深松相配合方式，改善土壤板結(jié)和物理性能惡化;減少藥物、除草劑等化學藥物的使用，用機械工程加生物工程的方法代替或部分代替;加快補齊土壤生態(tài)環(huán)境保護型技術(shù)與機械的短板，創(chuàng)立輪作制度條件下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式技術(shù)體系，為農(nóng)業(yè)種植業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供保障。

4 結(jié)語

玉米長期連作對土壤生態(tài)環(huán)境的不利影響和損害，使得糧食安全生產(chǎn)的危機不斷顯現(xiàn)，并對黑土地的保護產(chǎn)生威脅。因此，必須走生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展之路，改變目前農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境困境要從2個方向入手，推進供給側(cè)改革，推進種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進連作為輪作的改革，以適合區(qū)域內(nèi)的玉米、大豆輪作的生產(chǎn)制度實現(xiàn)種地養(yǎng)地相結(jié)合，達到土地生態(tài)使用平衡發(fā)展。改變土壤的機械化種植生產(chǎn)方式，配以土壤生態(tài)需要和作物生長發(fā)育需要配套的技術(shù)與手段，確保土壤生態(tài)安全和作物生長安全。這是迫切希望實現(xiàn)的農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境共同可持續(xù)發(fā)展的目標。