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A discussion on land fallow rotation problems in ecologically fragile areas of the southwest karst area: A case study of Guizhou Province

花匠小妙招
2024-09-17 04:03

摘要：轮作休耕制度是中国农业供给侧结构性改革的有效手段，是探索藏粮于地、藏粮于技的具体实现途径，对推动中国农业绿色发展和保障国家粮食安全具有重要战略意义。西南喀斯特生态脆弱区是轮作休耕制度试点的重点区域之一，贵州作为喀斯特生态脆弱区的典型代表，探讨其实行轮作休耕的现状、问题及对策，对完善该区轮作休耕制度具有重要指导意义。本文从耕地质量和耕地环境两方面分析了贵州实施轮作休耕的必要性；在剖析轮作休耕现状的基础上提出了贵州实行轮作休耕存在的问题，其中最突出问题为轮作模式面积不大、特色不强，休耕为被动休耕、休耕农田不合理。根据存在的问题，提出了实施轮作休耕的措施与对策，重点探讨了不同退化类型耕地实施轮作休耕的技术路径，耕地质量优越区应发展山地高效的特色农作制度，重金属污染区宜实施多年休耕，连作障碍、面源污染及石漠化区应合理实施轮作和休耕，同时与秸秆还田、肥田作物、有机肥、保护性耕作等措施相结合；最后，简要介绍了贵州实施耕地轮作休耕制度的实践。

A discussion on land fallow rotation problems in ecologically fragile areas of the southwest karst area: A case study of Guizhou Province*

LIU Yanling1,2 , LI Yu1,2, QIN Song1,2, HUANG Xingcheng1,2, ZHANG Yarong1,2, ZHANG Wen'an1,2, JIANG Taiming2,3

Abstract:The implementation of land rotation fallow has been an effective way of realizing the supply side reform of agriculture and specifically for the realization of the implementation of food crop production strategy based on farmland management and technological application. This has had a strategic impact on the development of green agriculture and guaranteeing national food security. The ecologically fragile area of the southwest karst is one of the key pilot areas of land rotation fallow system and Guizhou Province is a typical karst region. It is therefore important to analyze current conditions and develop countermeasures of land rotation fallow systems in Guizhou Province. This will give a better idea on land rotation fallow in the study area. This paper analyzed the necessity of land rotation fallow systems from two aspects-cultivated land quality and environment of Guizhou. On the basis of current conditions, the problems of land rotation fallow systems in Guizhou were put forward. Among them, the most prominent problem was the current crop rotation system in Guizhou was small without unique characteristics, and mostly passive and inappropriate. On the basis of the existing problems, countermeasures were suggested, and the implementation of land rotation fallow system, technical paths of land rotation fallow systems in different degraded/cultivated lands were discussed in detail. Highly fertile land was more suitable for developing mountain characteristic farming system, while heavy metal contaminated land should be fallowed continuously. And for areas with continuous cropping obstacle, non-point source pollution or rocky desertification, the measures of reasonable crop rotation and fallow combined with straw return, green manure use, organic fertilization, conservation tillage were suggested. Finally, the practice of land rotation fallow system in Guizhou was evaluated.

Key words: Karst Ecologically fragile area Guizhou Province Cultivated land degradation Land rotation fallow

土地长期高强度利用导致肥力下降、耕作层变浅, 土壤质量不断下降, 土壤酸化、面源污染、重金属污染等环境问题不断凸显, 严重制约我国农业可持续发展[1]。古今中外实践证明[2-3], 实行土地轮作休耕可让“伤痕累累”的土地休养生息、保持土壤质量、恢复地力, 减少病虫害、减少农业污染及增强农产品安全性。西南喀斯特岩溶山区以贵州为中心, 包括贵州大部及广西、云南、四川、重庆、湖北、湖南等省的部分地区, 面积达50多万km2, 是全球三大岩溶集中连片区中面积最大、岩溶发育最强烈的典型生态脆弱区。同时该区也是我国绝对贫困人口相对集中的地区之一, 由于喀斯特地貌特殊的环境条件, 喀斯特地区的农业生态环境脆弱[4], 主要表现在:成土过程缓慢, 土层浅薄且不连续, 人地矛盾紧张; 植物生长缓慢、群落结构简单, 食物链易受干扰而中断, 生态环境敏感度高、脆弱性强、稳定性低; 季节性干旱频发; 石漠化和水土流失严重; 坡耕地比重大、机械作业难。然而, “生态脆弱-贫困-掠夺式开发-环境退化-进一步贫困”使该区陷入恶性循环的“贫困陷阱”[5]。此外, 该地区地处长江和珠江两大流域的上游, 石漠化的快速发展, 不利于两江上游生态屏障的建设, 并间接影响两江中下游沿岸地区的生态安全。贵州是全国惟一没有平原支撑的典型喀斯特省份, 同时也是全国石漠化最严重和经济较落后的省份, 是西南喀斯特生态脆弱区的典型代表。目前关于实行耕地轮作休耕的意义、内涵、存在问题及实施策略的研究较多[6-10], 但关于喀斯特生态脆弱区轮作休耕状况的研究报道还鲜见报道。本研究通过分析贵州省耕地质量现状及轮作休耕现状与问题, 提出喀斯特生态脆弱区宜采取的轮作休耕对策与措施, 研究结果可为喀斯特生态脆弱区开展轮作休耕提供理论依据。

1 贵州省耕地质量和耕地环境现状 1.1 耕地人均面积少, 质量差, 土壤石漠化严重

2015年贵州省耕地面积453.41万hm2, 仅占农用地总面积的30.74%。25°以上陡坡耕地和小于25°的强度以上石漠化耕地及不宜耕地高达146.37万hm2, 占耕地面积32.3%, 适宜耕地面积为307.1万hm2, 人均适宜耕地面积仅0.09 hm2; 中、低产田土面积大, 中、低产耕地占比高达97.3%, 全省无1~6级优、高等耕地; 千亩以上集中连片的耕地面积21.06万hm2, 在全省耕地面积占比不到5%[11]; 未利用地中有58.07%是裸岩石砾地难以利用, 土地开发成本高, 难度大[12], 随着城镇化进程推进, 占补不平衡导致耕地质量和面积不断下降。2015年全省水土流失面积为4.88万km2, 约占全省国土面积的27.7%[13]。2010年遥感监测数据表明[14]:贵州喀斯特面积10.91万km2, 占全省国土面积的61.9%, 其中无石漠化、潜在石漠化、轻度石漠化、中度石漠化、重度石漠化分别占36.2%、30.4%、20.6%、9.2%、3.6%, 现有石漠化土地面积3.65万km2, 占全省喀斯特面积的33.4%, 占全省面积的20.7%。土地石漠化过程中地表植被群落多样性下降、土壤物理性质变差、土壤养分下降、土壤微生物活动减弱[15-20], 使土壤质量逐渐退化, 进而加剧了生态环境的脆弱性, 进一步影响植物群落结构, 从而使喀斯特石漠化强度不断增加。

1.2 耕地环境污染形势严峻

贵州耕地环境污染主要表现为重金属污染、农药污染、化肥污染及固体废弃物对土壤环境的污染[21], 与石漠化第二大省云南存在问题基本一致[22]。贵州省煤、磷、汞矿等资源丰富, 但是开采不合理, 造成了重金属对土壤的污染。全省综合污染指数为2.81, 污染等级为中污染, 主要污染物为镉(Cd)和汞(Hg), 其中, 镉(Cd)的单因子污染指数高达4.05, 属重污染区, 汞(Hg)的单因子污染指数为2.19, 属中污染区[23]; 2015年全省农药使用量1.37万t[24], 且大量的农药包装瓶、包装袋被农民随意丢弃于河边、田间、地头, 进一步增加污染风险; 2015年全省化肥使用量103.69万t, 南方山地丘陵区不同农业模式平均肥料流失系数为氮0.868%, 磷0.497%, 其中水田流失系数高于旱地, 露地蔬菜高于大田作物[25]。由于贵州特殊地质环境, 施于耕地的农药和化肥绝大部分进入空气、土壤和水体, 一方面导致化肥和农药利用率均不到30%, 另一方面大量化肥和农药进入土壤和水体, 增加面源污染风险, 又使土壤结构受到破坏。2015年全省地膜用量4.94万t, 农膜回收利用率不到20%, 大量农膜残留在土壤中, 直接破坏土壤耕层结构, 造成耕地退化和作物减产, 矿山废弃物堆放也是土壤固体污染的一个重要来源。此外, 贵州城市郊区由于常年种植蔬菜, 长期大量化肥、农药、农膜施用导致的耕地连作障碍问题突出, 土壤生产力严重下降, 作物病虫草害频发。

2 贵州省轮作休耕现状 2.1 轮作现状

贵州省大部分地区仍以水稻、玉米或烤烟单一作物的耕作制度为主。旱地主要轮作模式为油菜/玉米和小麦/玉米, 在高寒贫困地区芋(马铃薯）/玉米轮作面积较大。2000-2006年小麦播种面积下降57.0%, 之后相对稳定, 2015年播种面积24.9万hm2, 仅为油菜的47.1%。为充分利用光温资源提高单位面积土地产出率, 从20世纪80年代初期开始, 旱地分带轮作多熟制在该省广泛推广, 主要模式为小麦/玉米/红苕3熟制, 并在此基础上发展了多种多熟模式[26]。贵州省“九五”和“十五”计划实施以来, 玉米、油菜和烤烟为主的粮经药蔬立体种植农作制度正在蓬勃发展, 宽厢宽带多熟制方式不断推广, 玉米间套作轮作绿肥、蔬菜、食用菌、中药材等养地作物或高价值经济作物模式逐渐兴起[27]。稻田农作制度的改革较晚, 目前稻田轮作模式仍以油菜/水稻、小麦/水稻、水稻/烤烟、魔芋/水稻等2熟轮作制为主, 其中油菜/水稻轮作面积最大。部分地区通过合理布局, 实现了1年3熟或2年5熟, 如小麦/水稻/水稻、油菜/水稻/水稻、魔芋/水稻/魔芋等多种形式。“十五”以来, 粮经型稻田多熟制蓬勃兴起, 主要有蔬菜/水稻、蔬菜/魔芋/水稻、蔬菜/水稻/蔬菜、油菜/瓜果/水稻、蔬菜/早玉米/水稻、绿肥/瓜果/水稻、大蒜/水稻、草莓/水稻/蔬菜等模式, 目前面积较大的是蔬菜/水稻/蔬菜模式, 综合利用的形式主要有稻田养鱼、养鸭、稻田种菇(食用菌)、水稻+水生蔬菜等。

2.2 休耕现状 2.2.1 退耕

贵州省第一轮退耕还林工程自2000年开始, 截至2013年底, 已累计造林133.5万hm2, 其中退耕地造林43.8万hm2、荒山造林74.37万hm2、封山育林14.9万hm2[28]。2014年, 国家启动新一轮退耕还林还草工程, 2014-2020年贵州将力争把25°以上坡地的42.16万hm2耕地全部退耕还林, 退耕还林补助标准为1.8万元·hm-2, 比上一轮退耕还林补助标准有所降低。

2.2.2 休闲

据黄国勤[29]研究表明, 休闲主要包含“冬闲田”、“秋闲田”、“夏闲田”等不同季节休耕农田, 此外, 还有全年都休闲、撂荒的农田及长年休闲、撂荒的农田。中国南方以“冬闲田”面积最大, 约占整个耕地面积的50%~60%, 有些地方达80%~90%, 有些地方甚至全部休闲、撂荒。贵州省耕地休闲以冬闲田土面积最大, 为213.44万hm2, 占耕地面积的56.1%[30]。据全国农技推广中心王积军等[31]研究结果显示, 贵州2012年冬闲田面积28万hm2, 约占水田面积的21.8%。近年来, 随着农村空心化、务农人口老龄化问题的凸显, 冬闲田土面积不断扩大, 且耕地全年和长年弃耕、撂荒现象时有发生。

3 贵州省轮作休耕存在的问题 3.1 轮作面积不大、模式不优、特色不强

当前, 尽管贵州省旱地和水田轮作模式多种多样, 但大多为“粮/粮型”或“粮/油型”轮作, 且多为一年2熟制, “粮/经型”及一年3熟制轮作规模较小, 大多不成气候。贵州立体气候明显, 应充分利用当地气候资源, 发展山地高效的特色农作制度, 在稳定粮食产量的情况下, 适当调减粮食作物比重, 增加“粮/经型”多熟制的比例, 应充分利用贵州复杂多样的生态环境, 开发具有地方优势的特色农产品, 如:茶、辣椒、魔芋、花卉、芸豆、苡仁米、酒用高粱等, 在产区(基地)发展以特色为主的多熟或多收型种植模式。

3.2 休耕多为被动休耕, 休耕农田不合适、方式不合理、补偿不到位

休耕应是为恢复地力、保护耕地可持续生产能力而采取的“积极”、“主动”的养地方法和措施。然而, 贵州省大多耕地休耕多因缺乏劳动力或没有经济效益或耕地质量太差等原因导致的“被动式”休耕[32], 实则“弃耕”、“撂荒”。休耕农田大都是因为农民外出, 农田没人种而导致的“休耕”、“休闲”, 这类农田往往水肥条件优越, 不应该休耕, 而在石漠化较严重的贫困地区, 许多条件差应该休耕的土地却被高强度利用。目前休耕农田的划分尚无明确标准, 到底该选用什么样的农田进行休耕仅有一个定性的描述, 有可能造成“一刀切”的现象, 同一片区无论耕地质量好坏都划分为休耕区域; “休耕”耕地大多为“一丢了之”, 不管、不闻、不问, 时间少则1季, 多则1年或几年, 往往不是有计划进行, 周期不规律, 期间杂草丛生, 有的甚至长出灌木, 土壤肥力下降、质量变劣、耕性变差, 再利用难度大; 不同质量耕地休耕方式、周期和时限等缺乏科学研究; 目前, 农民自发进行的休耕并没有纳入耕地“休耕”规划, 没有得到相应的“休耕补偿”, 农民对合理休耕缺乏科学认识, 对休耕期间土地管理缺乏积极性。

4 实行轮作休耕的对策与措施 4.1 加强认识和监督管理

轮作休耕作为实现生态恢复和农业供给侧改革的一项重要措施被写进“十九”大报告, 然而长期以来, 我国一直倡导多熟种植和提倡“集约农作”, 部分农民群众、领导甚至农业科研工作者对实行耕地“轮作休耕”仅限于字面理解, 缺乏深入了解或有所误解, 故应加强宣传, 树立“轮作休耕”制度是为今后更好更快实现我国农业绿色发展和可持续发展的理念。据实地调查, 受农村劳动力短缺的影响, 大部分农民愿意将土地进行轮作休耕, 故实施耕地轮作休耕最重要和关键的问题是要确保休耕农田类型和休耕技术模式的合理选择, 切实做到耕地质量差的农田得到休耕, 而良田不纳入休耕范畴。确保对休耕地采取保护性措施, 切实做到休而不荒、休而不废, 确保急用之时能够复耕。政府部门应进行严格的监管, 把休耕补偿发放与休耕期间耕地管理相结合, 确保农民得到该有补偿的条件下实现休耕的目的。

4.2 确定轮作休耕区划和差异化的技术方案

调研贵州省各区域的资源和环境状况, 深入重点分析各地土壤退化的主要矛盾、退化机制, 对现有的修复技术和方法进行归类总结, 结合全省耕地质量监测和农产品产地土壤重金属污染普查及石漠化综合治理等工程项目, 明确适于轮作休耕的耕地资源数量(如面积、范围、规模)和质量(生产功能、环境功能、生态功能), 确定适合该省实际情况的轮作休耕区划。从贵州省耕地和环境质量状况来看, 实施耕地轮作休耕采取的技术方案应针对不同类型耕地面临的实际问题而定, 通过轮作、休耕、退耕、替代种植等多种方式, 提出针对性区域差异化的耕地轮作休耕技术方案, 并开展综合治理和示范。

4.2.1 耕地质量优越区

贵州省高质量耕地资源少, 此部分耕地应充分利用光温资源, 加强贵州特色作物轮作制度研究, 发展山地高效的特色农作制度, 提高土地生产力, 同时应注重肥田作物在间套作轮作时的应用, 以保持土地生产力。经贵州黄壤23年长期定位试验结果表明(相关数据未发表), 小麦季套种绿肥可显著提高土壤有机质和全氮等养分, 还可显著提高后茬作物玉米的产量。故对于粮油作物, 可采取小季作物间套作绿肥, 大季作物间套作豆科或薯类作物, 以提高单位面积土地生产力和土壤肥力。《全国种植业结构调整规划(2016-2020年)》规定西南地区调整方向为“稳粮扩经、增饲促牧”, 调减云贵高原非优势区玉米面积, 生产中应加快推进蔬菜/水稻/蔬菜等稻田粮经型多熟制及玉米(烤烟、马铃薯)间套作绿肥、蔬菜、中药材等粮经药蔬立体种植农作制度的发展。

4.2.2 重金属污染区

结合贵州省农产品产地土壤重金属污染普查和详查等项目, 选择土壤和农作物中重金属含量均超标的耕地作物试验点, 在此区域进行休耕, 期间采用物理、化学、生物及联合修复等技术进行修复, 待重金属含量达标后再恢复农产品生产。

4.2.3 连作障碍区和面源污染区

该区主要问题是由于大量化肥和农药施用所致, 故此类耕地适合采取轮作与休耕相结合的方式, 通过种植养地作物(豆类作物或绿肥), 实行年际间轮作或季节性休耕, 充分利用植物本身的培肥效应和化感效应, 减少化肥农药施用, 避免同一作物或同一类型作物长期连作导致的土壤质量下降。贵州省黄壤23年长期定位试验结果表明(相关数据未发表), 长期水稻-绿肥轮作比水稻单作显著提高土壤全氮和速效氮含量; 李剑等[33]研究表明, 光叶苕子和小麦套种烤烟可明显缓解烤烟连作障碍; 水旱轮作或者年际间轮换种植不同类蔬菜(如葱蒜类与豆类、绿叶菜类与瓜类、根茎类与叶菜类)轮作可有效减轻蔬菜连作障碍[34]。

4.2.4 石漠化区

石漠化是西南喀斯特生态脆弱区农业可持续发展面临的最大挑战。据研究, 喀斯特石漠化治理模式主要有[35]:林草植被恢复模式、草食畜牧业发展模式、水土保持模式、生态农业模式、生态移民模式、建立生态保护区开发旅游模式、综合治理模式。结合石漠化治理的实践, 贵州石漠化地区耕地实行轮作休耕结合多种治理模式进行:坡度 > 25°的强度石漠化耕地, 应采取退耕还林还草措施, 封山育林或种植生态经济林草, 增加地表植被覆盖; 坡度 < 25°石漠化较严重的耕地, 实行耕地多年休耕, 以恢复土壤地力, 但休耕期间应加强管理, 如松土(改变土壤耕性)、有机培肥(有机肥、生物菌肥、秸秆还田、绿肥、生物炭)及地表覆盖(秸秆或绿肥和豆科类植物), 也可种植水保型牧草, 发展畜牧业, 实现农牧结合; 石漠化程度相对较轻的耕地, 实行轮作和季节性休耕相结合, 充分利用耕地轮作休耕, 提高耕地质量和作物产量, 同时应加强保护性耕作(免耕、少耕、轮耕、横坡植物篱、秸秆覆盖还田等)的研究应用, 防止土壤进一步退化。此外, 应加强石漠化地区替代产业的培植及其产业化经营, 提高农民经济收益[36]。一是发展绿色产品加工业, 加强地道中药材产业化经营(杜仲、黄柏、石斛、五倍子、金银花、天麻)、牛羊肉系列产品开发(关岭、惠水等地的黄牛, 沿河、望谟、威宁等地的黑山羊等)、优势的经果林系列产品开发(剌梨、猕猴桃、香椿籽、火龙果等)。二是充分利用喀斯特地区独特的地形地貌, 利用轮作休耕, 合理搭配或种植农经作物, 开展乡村旅游。

4.3 加强轮作休耕制度研究

目前, 耕地轮作休耕制度处于刚起步阶段, 轮作休耕体制、机制和相关技术配套措施尚不完善。为切实做好轮作休耕制度的试点和推广工作, 必须重视和开展科学研究, 加强科技支撑, 培养相关人才。喀斯特生态脆弱区应重点开展:不同退化类型耕地分布状况调查及土壤肥力区划、具有培肥和水土保持作用的耕地轮作休耕模式及综合效益、不同土地退化类型耕地轮作休耕的模式及技术差异性比较、不同肥力耕地休耕的适宜年限、生态环境变化对实行轮作休耕的响应机制、建立全省轮作休耕数据库和土壤环境质量监测体系、与轮作休耕配套的保障措施和补偿机制等研究。

5 贵州耕地轮作休耕制度实践 5.1 轮作休耕制度试点工作

根据农业部颁布的《探索实行耕地轮作休耕制度试点方案》, 西南石漠化区(贵州省、云南省)作为轮作试点区域重点之一, 选择25°以下坡耕地和瘠薄地的两季作物区, 连续休耕3年[37]。2016年, 贵州结合耕地破碎实际选择休耕区域, 在石漠化相对严重地区选择5个县区作为全国休耕试点县, 总实施面积1 333 hm2, 休耕补助标准1.20万元·hm-2[38]。2017年, 农业部继续扩大轮作休耕试点面积, 贵州试点面积增至13 333 hm2, 试点县增至13个, 主要集中在贵州东北和西南地区。轮作休耕实施地点要求相对集中连片, 优先选择已经完成土地确权工作的村镇, 以便运用遥感技术对耕地质量变化和作物结构变化实行精准监测, 全程跟踪和指导; 休耕的实施主体明确, 专业合作社、企业、村集体或种养大户等均可作为轮作休耕的实施主体; 休耕补助较2016年有所下降, 标准为0.75万元·hm-2; 及时启动轮作休耕试点区域耕地质量调查监测, 每66.67 hm2设1个监测点, 对休耕地块进行跟踪调查; 休耕试点技术模式多样[39], 主要有直接休耕(每年翻耕1次)、种植绿肥、种植豆科类植物、种植绿肥+豆科类植物或其他作物、花卉油菜轮作等模式, 各地因地制宜制定休耕的技术模式。

5.2 轮作休耕效益

贵州耕地质量差, 适宜耕地尤其是坝地稀缺, 且有限的耕地又面临诸多环境问题, 而通过轮作休耕可有效解决以下问题:提高单位面积土地生产力和农作物单产, 在耕地质量较好的土地上推广多熟农作制度使贵州涌现出大批“双千田”和“吨粮土”; 实现石漠化生态恢复, 石漠化地区退耕还林还草可增加地表覆盖, 显著改善土壤质量[40-41], 例如, 关岭花江石漠化地区种植花椒和金银花改土及增产效果显著[42]; 减少土壤侵蚀, 防止水土流失, 实行间套作轮作技术, 提高地表植物覆盖度, 尤其是在作物生长的春、夏、秋3季, 可减少土壤水分蒸发和水土流失[43-44], 进而防止土地石漠化, 例如毕节市威宁县在休耕工作中, 因地制宜选择免耕种植绿肥、少耕种植豆类、肥草植物混间种等模式, 实行耕地休息保护与培肥地力结合、免耕与少耕结合; 减少化肥农药施用[34-45]及缓解连作障碍[46-47], 缓解和治理农业面源污染问题, 例如, 六盘水市六枝特区采用“红饭豆等豆科作物种植秸秆还田-光叶苕子等绿肥种植鲜草还田”技术模式, 在收获大豆提高效益的同时, 秸秆绿肥还田提高了土壤质量; 实行休耕可解放农村劳动力, 整合项目资金, 扶持贫困农户调整产业结构, 助推增收脱贫, 例如, 遵义市凤冈县种休耕期间植草本花卉万寿菊轮作油菜实施休闲观光农业, 铜仁市万山区通过休耕种植紫云英等一年生花卉, 结合养蜂, 带动了该地的蜂蜜产业, 遵义市习水县休耕采用草肥混作, 促进当地麻羊产业的发展。