甘肅省休耕試點區域主要技術模式及實施效果

高 飛，崔增團，賈蕊鴻，郭世乾

（甘肅省耕地質量建設保護總站，蘭州 730020）

0 引言

為了實現糧食產量的逐年提升和自給自足，在一段時期內農業生產上出現了重化肥輕有機肥、重用地輕養地、重產出輕投入的傾向，人們不斷增加農業投入，使水資源、肥料、農藥及地膜等消耗量逐年增加，致使耕地土壤理化性質變差、地力下降，還造成水土流失、土壤污染加重等問題，制約著農業的可持續發展。突出的耕地問題若得不到及時解決，將危及國家糧食安全。實行輪作休耕制度，有利于耕地休養生息，不僅可以保護耕地資源，確保潛在農產品生產能力，也有利于平衡糧食供求矛盾、穩定農民收入。在甘肅省生態脆弱區開展耕地休耕試點，構建耕地休耕農作制度，強化耕地質量保護，在有效鞏固提升糧食長期產能、提高農業質量效益和競爭力的同時，能夠促進生態脆弱區經濟發展和維護農業生態系統的完整性，實現人與自然的和諧發展。因此，開展耕地休耕試點工作有重大的現實意義。南麗麗等[1-4]學者認為，土壤微生物量碳、微生物量氮、pH 和有機質含量對土壤真菌群落結構影響顯著，與休耕相比，施有機肥、秸稈還田、綠肥還田結合深耕均降低了土壤中病理營養型真菌的相對豐度，利于保持農田土壤生態系統健康；馬濤等[5]認為黃土高原丘陵溝壑區輪作休耕模式對土壤剖面水分差異性、空間分布、變異性和層次劃分能夠產生重要影響。劉姝彤等[6]研究表明，在夏季對耕地實行休耕與培肥措施相結合，能夠使農田得到休養生息、快速恢復和提升耕地生產力；休耕季小麥玉米間作農田土壤N2O 排放受土壤水熱條件的影響較大。中國耕地差異化的休耕模式主要有地下水漏斗區節水保水型休耕模式、土地污染區清潔去污型休耕模式、生態嚴重退化區生態修復型休耕模式、耕作過度集約化區耕地地力保護型休耕模式及耕地撂荒嚴重區的“流轉+休耕”模式。土地休耕不同于撂荒，其基本目的是生態環境保護。農戶意愿影響土地休耕制度的實施，應建立包括生態補償的主體、實施方式、補償標準等在內的動態生態補償機制。同時也要擴大休耕規模和范圍，豐富休耕試點區域，建立目標多元化、模式多樣化和實施常態化的耕地休耕制度[7-9]。有研究提出輪作休耕對勞動力轉移存在顯著的正向影響，對區域農民增收有促進作用[10]。楊慶媛等[11]學者認為，中國應結合區域農業資源稟賦和生態環境特點和基于糧食安全和生態文明建設要求確定輪作休耕的規模與布局，健全輪作休耕監管監測評價體系，才能保障輪作休耕制度有效實施。耕地休耕要與培肥措施相結合才能使農田得到休養生息、快速恢復和提升耕地生產力。農戶是耕地利用主體，也有學者從農戶角度對休耕政策進行了調查，提出農戶休耕意愿是依據補償標準而定，這為政策的制定和實施提供了借鑒[12-13]。前人的研究主要集中在休耕技術模式對土壤理化性狀及微生物種類數量的影響上，而對西北土壤退化嚴重地區土壤中微量元素及理化性狀指標的研究較少。本研究基于甘肅土壤退化地區連續實施休耕，并對休耕模式技術措施進行分析總結，以期為在甘肅擴大耕地休耕試點面積提供技術支撐。

1 甘肅省耕地質量狀況概述

甘肅省地處西北內陸地區，地域遼闊、地形復雜，土壤類型較多。按大的區域土壤類型劃分為隴南山地丘陵褐土、棕壤類型區；黃土高原黑壚土、黃綿土類型區；河西內陸綠洲灌漠（淤）土類型區等三大類型區。全省現有耕地中包含了25個土類，178個土種，分布在全省79 個縣市區，其中面積最大的土種為坡黃綿土；全省總耕地面積為537.67 萬hm2，但由于流域生態治理、干旱以及沙地、溝壩地、撂荒地等因素影響，大于100萬hm2的耕地已不能正常耕種，實際仍在耕種的耕地面積僅為440 萬hm2左右。在保障經濟社會快速發展的情況下，全省耕地面臨的形勢嚴峻，耕地資源緊缺將成為常態。甘肅省耕地地力基礎貢獻率平均為47.73%，低于全國平均水平約5個百分點；中低產田耕地數量占總耕地面積的80%以上，高于全國10個百分點；耕地中土壤有機質含量低于20 g/kg 的面積占82.5%。除了受全球氣候變暖、降雨量減少、地表徑流枯竭等自然因素影響外，化肥過量施用、不合理灌溉及有機肥料投入少等人為因素也導致甘肅耕地土壤蓄水保肥能力下降、土壤板結、土壤鹽堿化等退化問題日益嚴重。通過調查可知，全省鹽堿地總面積為141.40萬hm2，鹽堿耕地面積為33.47 萬hm2。土壤鹽漬化已造成部分區域土地生產能力減退，鹽堿地區糧食產量不足當地產量的60%；根據農業部《全國耕地質量等級公報》[9]，甘肅省耕地分布在全國3個區域：黃土高原區中東部、甘新區河西走廊及青藏區甘南及天祝，其中黃土高原區中東部、青藏區甘南及天祝耕地質量等級主要為七至十等，僅甘新區河西走廊耕地等級為一至四等。根據2015年耕地質量評價結果，一至四等優良耕地在全省耕地總面積中占比僅為33.9%。休耕技術有利于遏制土壤退化趨勢與耕地土壤理化性狀的改善，是緩解并逐步解決當前甘肅省耕地出現問題的一項有力技術措施。

2 休耕主要技術模式

甘肅省休耕試點工作主要在中東部嚴重干旱的環縣、安定區、會寧縣、通渭縣、靜寧縣、秦州區、永登縣、永靖縣以及河西土壤沙化、鹽漬化嚴重的古浪縣等9個縣（市、區）36個鄉鎮開展，試點面積達到1.33萬hm2，涉及主要土壤類型包括黑壚土、黃綿土、灰鈣土、褐土、棕壤、灌淤土、新積土等。圍繞防止休耕地荒化、降低休耕地侵蝕、提升休耕地地力、協調休耕地水肥4個主要環節，規劃設計符合生態特點的休耕地耕作、防護、培肥、調控治理修復技術模式，調整種植結構，改種綠肥植物，培肥地力，提高土壤有機質含量，同時減少農事操作，不斷改善生態環境。按照種植綠肥→殺青還田→深翻曬垡→增施有機肥→耙耱保墑→秸稈覆蓋保護→翌年翻耕還田的流程，進行休耕地年度管護，實現耕地質量提升，做到休而不荒、休而不廢。

中東部干旱地區休耕技術模式：前茬作物收獲后，及時深翻耕，施用充分腐熟的農家肥45000 kg/hm2，使用適量固氮菌劑，種植蕓芥或箭筈豌豆、毛苕子，在綠肥作物盛花期翻耕還田，并施適量腐熟劑，秋季適時旋耕一次，第二、三年繼續種植蕓芥或箭筈豌豆、毛苕子，實施第一年耕作措施，在大面積應用綠肥種植技術模式的同時，示范應用秸稈還田、秸稈覆蓋技術，不斷改良土壤，提高土壤保肥、保水、保溫性能和生產能力。

河西土壤退化嚴重地區休耕技術模式：針對試點耕地干旱缺水、土壤沙化、鹽漬化嚴重的實際，在防止休耕地退化的基礎上，通過合理的灌水，沖施適量土壤調理劑，施入畜禽糞便堆漚腐熟的有機肥45000 kg/hm2，旋耕種植箭筈豌豆、毛苕子等綠肥作物，在綠肥盛花期深翻還田、曬垡，連續實施3年。

3 休耕耕地質量監測結果

3.1 耕地質量監測工作基本情況

通過綜合考慮土壤類型、土地利用、耕地質量、土壤環境、管理水平、行政區劃等因素，按照休耕試點區域原則上平均66.67 hm2耕地設立一個固定監測點，2017 年，甘肅省在9 個休耕試點縣共建立耕地質量固定監測點181個；同時，在與試點區域監測點區域相近的非休耕耕地上選擇設置固定對照監測點181個。

各試點縣根據不同試點區域耕地休耕方式與特點、主要作物播種與收獲季節，在固定時期開展調查監測與評價工作。休耕試點區域耕地土壤樣品監測指標分統一調查監測指標和區域性補充調查監測指標。統一調查監測指標包括土壤名稱、地貌類型、地形部位、坡度、海拔高度、常年降雨量、有效積溫、土壤養分狀況、容重等。區域性補充指標有耕層土壤水溶性鹽總量、八大離子含量（含K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Cl－、SO42-、HCO3－、CO32-）、鹽化類型、鹽漬化程度等。

3.2 休耕耕層土壤理化性狀變化

3.2.1 土壤物理性狀指標

（1）耕層厚度。監測結果表明，休耕試點區耕層厚度為23.8 cm。試點前耕層平均厚度為22.6 cm，2019年耕層厚度為23.8 cm。與試點前比，耕層厚度增加1.2 cm，增幅為5.3%。與對照區比，2019 年休耕試點區耕層厚度基本沒有變化。2017—2019年，實施休耕制度試點后，休耕試點區土壤耕層厚度呈逐年增加趨勢，但變化幅度較??；與未實施休耕制度的對照區相比，試點區的耕層厚度相對持平。

（2）土壤容重。休耕試點區土壤容重為1.22 g/cm3，試點前耕層土壤容重為1.23 g/cm3。與試點前比，土壤容重略有降低，減少了0.01 g/cm3。與對照區比，2019年休耕試點區土壤容重變化幅度不大。2017—2019年，實施休耕制度試點后，休耕試點區土壤容重呈先降低后上升的變化趨勢，但整體看變化幅度不大；與未實施休耕制度的對照區相比，試點區的土壤容重增幅相對持平。

3.2.2 土壤化學性狀指標

（1）土壤有機質。實施休耕制度試點3年來，休耕試點區土壤有機質含量呈逐年增加的變化趨勢，實施試點前2年土壤有機質含量變化幅度不大，實施第3年土壤有機質含量顯著增加；與未實施休耕制度的對照區相比，試點區的土壤有機質含量相對有所增加。監測結果表明，休耕試點區土壤有機質平均含量為12.8 g/kg，試點前耕層土壤有機質含量平均值為8.3 g/kg。與試點前比，休耕試點區土壤有機質含量顯著增加，增加了4.6 g/kg，增幅為55.7%。與對照區比，2019 年休耕試點區土壤有機質增加了0.5 g/kg。

（2）土壤pH。2017—2019 年，實施休耕制度試點后，休耕試點區土壤pH整體變化幅度不大。由監測結果可知，休耕試點區土壤pH 8.4，試點前耕層土壤pH 8.6。與試點前比，土壤pH 略有降低，減少了0.12 個單位。與對照區比，2019年休耕試點區土壤pH相對持平。

（3）全氮。實施休耕制度試點3年來，休耕試點區土壤全氮含量呈逐年增加的變化趨勢，實施試點前兩年土壤全氮含量變化幅度不大，實施第3 年土壤全氮含量顯著增加。試點區的土壤全氮含量與未實施休耕制度的對照區相對持平。休耕試點區土壤全氮平均含量為0.82 g/kg，試點前耕層土壤全氮含量平均值為0.53 g/kg。與試點前比，休耕試點區土壤全氮含量顯著增加，增加了0.29 g/kg，增幅為53.8%。與對照區比，2019年休耕試點區土壤全氮含量變化幅度不大。

（4）有效磷。2017—2019 年，實施休耕制度試點后，休耕試點區土壤有效磷呈先降低后升高的趨勢，而未實施休耕制度的對照區則呈逐年降低的趨勢。試點前土壤有效磷平均含量為12.9 mg/kg，2019 年有效磷為13.2 mg/kg。與試點前比，有效磷增加0.3 mg/kg，增幅為2.3%。與對照區比，2019年休耕試點區有效磷含量比對照區高26.1%。

（5）速效鉀。監測結果表明，休耕試點區速效鉀為172 mg/kg。試點前土壤速效鉀評價含量為164 mg/kg，2019 年速效鉀為172 mg/kg。與試點前比，速效鉀增加9 mg/kg，增幅為5.3%。與對照區比，2019年休耕試點區速效鉀含量高于對照區，比對照區高18 mg/kg，變幅為11.5%。

2017—2019 年，實施休耕制度試點后，休耕試點區土壤速效鉀呈先升高后持平的變化趨勢；與試點區不同，未實施休耕制度的對照區則呈先升高后降低的變化趨勢。

（6）中微量元素。監測結果表明，試點前后相比，休耕試點區土壤有效鋅含量有所增加，土壤有效硫、有效硼和有效鉬有所降低，其余中微量元素均與試點前相比持平。其中：2019 年土壤有效鋅平均含量為0.50 mg/kg，較2017 年增加0.04 mg/kg，增幅為8.5%；2019 年土壤有效硫平均含量與試點前比減少了4.9 mg/kg，降幅為26.7%；2019年土壤有效硼平均含量為0.65 mg/kg，與試點前比土壤有效硼平均含量降幅為6.8%；2019 年土壤有效鉬平均含量為0.08 mg/kg，與試點前比，土壤有效鉬平均含量減少了0.01 mg/kg，降幅為9.1%（表1）。

表1 試點區土壤中微量元素含量比較 mg/kg

與對照區相比，2019年休耕試點區域中微量元素含量除有效硫和有效鋅有所增加外，其余均含量變化不大，與對照區相對持平。其中：2019 年休耕試點區土壤有效硫平均含量高50.2%；土壤有效鋅平均含量增加了0.05 mg/kg，增幅為10.8%（表2）。

表2 2019年試驗區與對照區土壤微量元素含量比較 mg/kg

3.2.3 區域性補充監測指標

（1）土壤水溶性離子變化。監測結果表明，實施休耕試點后，土壤水溶性離子含量均有不同程度的變化。2019 年與2017 年相比，水溶性鉀離子、鈉離子和碳酸根離子含量有增加，其余離子含量均明顯下降（表3、4）。2019 年，試驗區與對照區相比，水溶性鈣和硫酸根離子略高，其余鹽分離子均較對照區有所降低。

表3 試點區土壤水溶性鹽離子含量比較 g/kg

（2）土壤鹽分離子變化。實施休耕制度試點3年來，休耕試點區土壤水溶性總鹽含量的變化趨勢表現為2017—2018 年相對持平，2018—2019 年顯著下降（如表4所示）。監測結果表明，休耕試點區土壤水溶性總鹽平均含量為0.5 g/kg，較試點前略有降低。與試點前比，土壤水溶性總鹽含量減少了0.1 g/kg，降幅為20.3%。與對照區相比，2019 年休耕試點區水溶性總鹽含量略低，試驗區較對照區低3.6%。

表4 2019年試驗區與對照區土壤水溶性鹽離子含量 g/kg

3.2.4 耕地質量等級變化2017 年實施休耕制度試點的9 個項目縣中，環縣、會寧、安定、通渭、秦州、永靖、永登、靜寧等8 縣（區）休耕試點區域均屬于黃土高原區，其中環縣的試點區域屬于晉陜甘黃土丘陵溝壑牧林農區，會寧、安定、通渭、秦州、永靖、永登、靜寧等7縣（區）屬于隴中青東丘陵農牧區；古浪縣屬于甘新區的蒙寧甘農牧區。根據《耕地質量等級(GBT 33469—2016)》，按照黃土高原區和甘新區評級指標體系，對9個休耕試點縣的耕地質量等級進行了評價。根據評價的結果，2019 年，實施休耕制度試點的試驗區與對照區比較，試驗區耕地質量平均等級為9.69等，對照區為9.78等，耕地質量等級提升0.09等。

4 討論與結論

休耕技術模式對于中國提高土壤質量、促進農業提質增效[14]、維護食品安全和保障生態安全[15]均具有重要意義[16-18]。有學者針對中國北方干旱半干旱地區提出應實行水資源約束的休耕模式，南方地區實行土地整治與休耕相結合的模式，山區則實行退耕與休耕相結合的模式[19]。陳展圖等[20]從地力透支、土地污染及生態退化3個方面提出了差異化的區域休耕模式。國內多數研究對休耕技術模式以綜合論述為主，西北生態退化地區休耕后對土壤影響的具體效果分析研究還很缺乏試點試驗數據支撐。本研究在休耕耕地及對照區均建立監測點，開展實施前后耕地質量監測工作，通過土壤化驗取得了豐富的數據資料，分析了土壤理化性狀的變化情況，并根據相關指標對休耕耕地進行了質量等級評價。2019年試驗區與對照區相比，實施3年休耕試點后，土壤耕層厚度增加、容重降低，有機質、全氮、有效磷、速效鉀、有效硫、有效硅等養分含量均表現為增加的趨勢。這主要是由于與對照區相比，試驗區的休耕試點制度以綠肥種植、增施有機肥和深翻耕的措施，有利于休耕區域土壤蓄積水分，改善底墑，有利于土壤礦物質和水分的積累，通過休耕土壤肥力得到初步恢復，休耕措施對土壤有機碳螯合和養分循環的積極影響，提高土壤結構和水肥利用效率，同時休耕覆蓋綠肥作物可以提高土壤健康和環境質量。從土壤鹽分離子來看，對位未實施休耕措施的對照區，土壤水溶性總鹽含量和大部分水溶性離子均有所降低，土壤呈現脫鹽化的趨勢向良性發展，有利于退化耕地的恢復。