增量经济的砂土重构技术体系研究

增量经济的砂土重构技术体系研究

2007年12月17日，土壤资源管理中心的综合业务在“可持续土地管理理论与方法学术研讨会”上提出。土壤整理应结合中国国情，在坚持经济、生态、社会协调的基础上，注意粮食生产、休闲、生态等土地利用功能。不同的区域,土地整理目标不同,东部地区以“优质精细型整理为主”,中部粮食主产区以“增量经济型整理为主”,西部生态脆弱区以“保质生态型的土地整理为主”。根据高明秀等人的研究,增量经济型土地整理是指土地整理的一种类型、模式,“增量经济”即是该种类型土地整理的目标。它是指以增加粮食产量、保障粮食安全、提高经济效益为目标的一种土地整理模式。在这种土地整理模式中,“增量”根本目的是增产、增收、增效,要达到这样的目标,必须通过土地整理各项措施,增加土地本身对农业生产正向的量(如土地主要是耕地面积、土层厚度、土壤肥力、有益生物量、水土保有量等),减少对农业生产负向的量(如土地的障碍因素、有害生物量等),增加土地节约集约利用能力;“经济”即提高经济效益,既包括正向增加,还应该包括负向减少,如节地、节水、节肥、节资、节能等含义。作为增加土地土层厚度、土壤肥力、有益生物量、水土保有量等指标的水土重构技术是土地整理的重要组成部分,本文就是对该技术的利用现状进行评价和优选。1土地整理中重构技术的应用土地整理中的水土重构技术,主要是指土壤重构,是指应用工程技术手段(工程重构技术)和生物手段(生物重构技术),重新构造适宜的土壤剖面、土壤肥力条件以及稳定的地貌景观,在较短时间内恢复和提高重构土壤的生产力,并提高和改善重构土壤的环境,使之成为高质量农田的技术。其目的是:利用科学的土层剥离回填等技术或方法减少土壤养分流失;利用各种工程措施改善土壤物理性质,利用各种培肥技术提高地力,提高土壤质量。水土重构技术的最终目标是重构土地平整、土壤特性较好、具备一定的水利条件的高产稳产的农田。工程重构主要是指根据整理区的土地条件,按照整理后的土地利用方向,选择适合的土地整理方法和技术,对区域内土地进行剥离、回填、覆土和平整的技术过程。生物重构则是为了加速重构土壤剖面的形成、土壤肥力的恢复和土壤生产力的提高,在工程重构过程中或者结束后,对重构土壤进行改良培植的技术过程。土壤重构技术主要包括两个方面:(1)土壤剖面重构,是在地貌景观重塑和地质剖面重构基础之上的表层土壤的层次与组分构造。主要是指根据土地整理区的土地条件,按照整理后的土地利用方向,选择适合的方法和技术,对区域内被破坏的土地进行挖、铲、垫、平等处理,即剥离、回填、覆土和平整的技术过程。(2)土壤培肥改良,主要为了加速重构土壤剖面的形成、土壤肥力的恢复和土壤生产力的提高,在工程重构过程中或者结束后,对重构土壤进行改良培植的技术。土地整理中的土壤培肥主要是生物菌肥和土壤改良剂的应用;在完成土地整理后的耕作土壤中一般指耕作措施和先锋作物与乔灌草种植措施,如墒沟埋草耕作培肥技术、发展绿肥、秸秆还田和施用农家肥、稻田秸秆还田腐熟技术、田间催腐剂堆肥技术。一般来说,土壤剖面工程重构在土地整理工作中伴随土地平整工程进行,土壤培肥改良技术可以在土地整理工作的各个阶段进行。重构土壤质量的高低是重构成功与否的关键所在,也是衡量重构水平的重要依据。2土壤肥力的提高对于中部粮食主产区来讲,土地整理中的土壤重构技术应以改善土壤物理性状为主,选用科学的重构方法减少土壤资源的流失,同时配合见效快的生物菌肥和土壤改良剂来提高土壤肥力,利用土壤培肥技术提高整理后土地的持续性,以达到提高肥力、改善理化性质、增强可持续性的增量经济型目标。要达到此增量经济型目标,土壤重构需要完整的由表土剥离及回填技术、丛枝菌根技术、土壤采样分析技术、土壤改良剂技术、培肥技术等构成的技术体系。3当前技术应用3.1分层剥离或交替回填土壤重构技术中,土壤剖面重构技术配合土地平整技术在土地整理中应用较为广泛,目前的主要技术是表土剥离和回填技术。如何实现土层顺序在土地整理后保持基本不变或更适宜作物生长是土壤剖面重构的关键。“分层剥离、交错回填”的整理方式就可实现土层顺序的基本不变。其基本特点是:(1)剥离表土并堆存于开采通道上,供土地回填作为新土壤的表土层(耕植土);(2)将上覆岩层分为若干层(如分为上部土层和下部岩石层)并分别加以剥离;(3)分层剥离的岩(土)层通过错位的方式交错回填以实现土层顺序的基本不变,其中,交错回填是该重构原理的核心。排土场平台“堆状地面”土壤重构方法避免了表层土壤压实,并最大限度地增加了水分入渗和分散了地表径流,是解决水土流失、表层土壤的压实以及排土场本身的稳定等问题的有效途径。另外,国内外对于丛枝菌根技术的研究也较多。丛枝菌根技术也广泛应用在改善不良的土壤结构、解决土壤压实的问题上。由于该技术同时具有修复污染土壤、提高植物的抗逆性;促进根瘤菌的生长和根瘤活性、提高植物对土传病害的免疫能力、提高生态系统的稳定等功能,所以丛枝菌根技术对于新整理区土地的改良具有巨大的利用价值,生物—理化联合改良中也用此技术进行土壤改良和污染修复。3.2在其他方面的作用以土壤培肥为目的的常用土壤改良剂有:(1)可降解液态地膜(简称“液膜”),它在提高土壤含水量、增加土壤湿度、保墒、保苗等方面均有显著作用。(2)“免深耕”土壤调理剂能提高土壤的适种性、改善作物的生长环境,为植株健康生长提供一个良好的土壤条件。该产品添加了调理作物生理平衡的活性物质,能增强作物抗病、抗旱、抗寒能力,改善土壤环境,利于耕层土壤疏松,促进根系生长发育,提高根系活力,诱导根系形成,促进新根生长,预防烂根,提高根系抗逆境的能力,达到省工、节本、增产、轻型、高效的效果。3.3生物肥的使用在土壤培肥方面,目前应用较多的主要是施用农家肥、生物菌肥、秸秆还田腐熟技术、种植绿肥等。将作物秸秆堆腐还田,在中国有着悠久的历史,但传统堆腐方法存在费工、费时的缺点。催腐剂催肥技术较传统方法具有快速、优质、省工、省时等优点,并得以在全国范围推广。施用催腐剂堆肥不仅可以增加土壤有效养分含量,改良土壤,培肥地力,提高土壤蓄水、供水能力,增加作物抗旱性,而且还能增加土壤有效微生物群落,使土壤微生生态向平衡方向发展。墒沟埋草秸秆还田技术已被利用多年,效果良好。2007年,南通市摸索出一套适合稻麦两熟制地区简单易行、成本低的秸秆还田的有效技术——机械化墒沟埋草秸秆还田,并制定了详细的技术流程和技术特点。生物菌肥由于具有提高土壤肥力、促进矿质营养释放、协助养分吸收、减少病虫害、改善品质及增产等方面的作用,因而被广泛用作土壤培肥剂。生物菌肥种类较多,大部分是好气性的,如根瘤菌、自生固氮菌、磷细菌等。巨大芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌是目前中国菌肥生产的主要菌种。施用菌肥必须配合改良土壤和合理耕作,以保持土壤疏松、通气良好。菌肥不能代替氮、磷、钾肥料,只能提高土壤肥料的利用率和肥效,使用菌肥后,仍需要施用常规肥料,才能保证作物的营养需求。在冷浆型水稻土改良培肥措施中已广泛应用了以下方法:(1)施用石灰粉或石灰性工业废渣,降低土壤酸度。一般亩用量100—150kg,平均125kg。(2)增施热性肥料。热性肥料多指马粪、鹿粪、格荛、炕洞土等一类有机肥料,亩用量在2—3t。绿肥在中部粮食产区一些地区(江西抚州、湖南永州)也有应用。目前,种植绿肥植物、用绿肥改良培肥中低产田的阻力较大,原因主要是人们认识的问题,从表面上看,扩种绿肥,实行粮肥轮作,势必挤掉了一些耕地,影响了粮食产量,但从长远看,总的经济效益是合算的。另外,目前仍在应用的绿肥作物品种大多是30年前甚至更久以前的品种,这些品种种性混杂退化、产草量严重下降。今后在土地整理中,要利用科学的表土处理方法和技术,减少土壤养分流失,还要充分考虑土壤重构技术中的土壤培肥技术,建立健全监督检验机制,使两者充分结合,使用真正有效的土壤重构技术改善土地整理区土壤质量。4中部粮食产区水土保持重构技术选择中部粮食主产区范围较广,区内地形、土壤构造等因素复杂,适合中部产区的水土重构技术众多,因此需要对各项技术进行评价和分析。各相关技术对照如表1所示。根据表1的技术对比,经过权衡给出中部粮食主产区施工阶段水土重构技术的推荐技术,具体有:“分层剥离、交错回填”的剖面重构技术、矿区排土场“堆状地面”土壤重构技术、丛枝菌根技术、生物菌肥、土壤改良剂技术、秸秆还田、施用农家肥、田间催腐剂堆肥技术、墒沟埋草耕作培肥技术、种植绿肥。根据中部粮食主产区施工阶段水土重构技术利用现状,目前存在的问题主要是各项技术单一使用、部分技术陈旧,特别是没有实现技术集成,因而没有达到良好的水土重构效果。对优选出的关键技术进行集成是实现中部粮食主产区土地整理的增量经济型目标的有效途径。针对推荐技术,有选择地将部分技术展开,然后进行技术组配。具体技术组配如图1。总的来说,对于中部粮食主产区的土壤重构,应与土地平整过程中的土层剥离、回填施工相结合,应用“分层剥离、交错回填”方法来进行土壤剖面重构,亦可应用具有改善土壤剖面结构功能的丛枝菌根技术。而在土壤培肥工程中,可以通过添加有机质和土壤改良剂两种技术,土壤改良剂的选择因整理区的土壤养分状况而异,在土壤样品采集时可应用自动采集设备提高效率。具体到每个区,最终的中部粮食主产区水土重构技术体系如表2。综上所述,以增量经济型为目标的土壤培肥技术应该围绕低成本的生物菌肥技术、土壤改良剂技术进行,南方稻田可以采用秸秆还田腐熟技术、田间催腐剂堆肥技术,北方旱地用墒沟埋草耕作培肥技术进行进一步的培肥来提高土壤改良持续性,有条件的地方必须在整理后的土地上每年拿出3%—6%的中低产田发展绿肥供邻近土壤进行肥力改良。5土地整理中土壤重构技术施工阶段技术应用提出土地整理在不同的区域具有不同的整理目标,在中部粮食主产区应以“增量经济型”整理为主,同时在中部粮食主产区内部,区域特点、土地整理需求也具有较大差异,因此土壤重构技术的施工也要因地制宜。本文在充分分析土壤重构技术施工阶段内涵和所包含技术的基础上,提出了中部粮食主产区土地整理中土壤重构技术施工阶段“减少土壤养分流失、提高土壤质量、增加土壤利用持续