科技创新引领耕地保护与利用

文|辛心榕

（作者单位：中国科学报）

耕地是粮食安全的基石。早在1954 年，毛泽东主席首次提出“农业八字宪法”，即“土、肥、水、种、密、保、管、工”，“土、肥”首当其冲，可见耕地在农业生产中占有极为重要的地位。

时隔60 多年，习近平总书记再次强调“中国人的饭碗任何时候都要牢牢端在自己手上，我们的饭碗应该主要装中国粮”，“耕地是粮食生产的命根子”。2020 年中央经济工作会议把“解决好种子和耕地问题”作为重点任务单独列出，明确要求牢牢守住18 亿亩耕地红线，采取长牙齿的硬措施，落实最严格的耕地保护制度，建设高标准农田，真正实现旱涝保收、高产稳产。

当前我国耕地基本情况

“我国用占世界9%的耕地养活了世界近20%的人口，得益于土地释放的生产潜力。”中国农业科学院农业资源与区划研究所研究员杨鹏说。

据农业农村部公报显示，按照《耕地质量等级》（GB/T33469-2016）国家标准，全国耕地按质量等级由高到低依次划分一至十等，评价为一至三等的耕地面积为6.32 亿亩，属高产田，占耕地面积的31.24%。评价为四至六等的耕地面积为9.47 亿亩，属中产田，占耕地面积的46.81%，是今后粮食增产的重点区域和重要突破口。评价为七至十等的耕地面积为4.44 亿亩，属低产田，占耕地面积的21.95%，这部分耕地基础地力相对较差，生产障碍因素突出，是耕地内在质量提升的瓶颈和难点。

我国用占世界9%的耕地养活了世界近20%的人口，得益于土地释放的生产潜力。（资料图）

总体来看，我国耕地保护与利用工作依然面临诸多严峻挑战。耕地质量平均等级不高，中低等级占2/3 以上。长期以来农业粗放经营，耕地退化加剧，如东北黑土有机质下降，南方红黄壤酸化，水稻土低产障碍，北方土壤干旱盐渍化，障碍退化耕地面积占比高达40%。

人多地少的国情使我国一直采用高投入、高产出模式，平均化肥用量是欧美国家的2-3 倍，由此导致肥料利用率低，加剧了土壤酸化和农业面源污染。

2020 年我国水稻、小麦、玉米三大粮食作物化肥利用率为40.2%。如果将耕地地力提高1 个等级，则可以新增粮食1200 亿公斤；如果将化肥利用率提高10%，则可减少氮磷排放50%。因此，充分发挥农业科技对耕地保护利用与地力提升的支撑作用，是保障国家粮食安全和生态安全的迫切需要。

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2020 年我国水稻、小麦、玉米三大粮食作物化肥利用率为40.2%。如果将耕地地力提高1 个等级，则可以新增粮食1200 亿公斤；如果将化肥利用率提高10%，则可减少氮磷排放50%。

地力提升与保护技术持续创新

中国农科院资划所研究员周卫介绍，近年来，资划所在三种主要土壤的地力提升和保护利用技术方面持续创新，取得了显著成效。

东北黑土地地力提升与可持续利用技术。东北是我国重要的商品粮基地，粮食产量占全国的1/4。针对东北黑土区耕层厚度减少，有机质含量下降等问题，中国农科院牵头全国优势单位联合攻关，明确了东北黑土地过去30 年的有机质时空演变特征，定量评估高强度种植对黑土地保护利用的影响，探明了有机物料长期利用效率平均为16.3%，实现了土壤有机质定向培育目标的定量化。

通过研究推广适合东北典型生态区的黑土地地力提升、水肥资源高效利用及种植制度优化等技术与规范，使东北黑土地有机质提高12%-16%，玉米平均增产5%。

南方低产水稻土改良与地力提升关键技术。我国南方低产水稻土占1/3，水稻产量仅为高产田的一半。针对南方低产水稻土障碍因素不明、改良技术缺乏等问题，中国农科院集中优势科研力量持续攻关，阐明了我国南方低产水稻土资源状况及养分特征，创建了黄泥田有机熟化、白土厚沃耕层、潜育化稻田排水氧化、反酸田/酸性田酸性消减、冷泥田厢垄除障等分类改良关键技术，集成了低产水稻土改良与地力提升技术模式。

经过多年改良，解决了南方低产水稻土“瘦、板、烂、酸、冷”等问题：黄泥田有机碳平均增加18%，白土表层粘粒含量增加7%，反酸田/ 酸性田pH 提高1.0-1.7 个单位，农田地力提升1个等级，水稻平均增产超过100公斤/亩。

典型红壤区农田酸化特征及防治关键技术构建与应用。针对南方农田酸化特征不明和酸化防治技术不足等突出问题，中国农科院通过祁阳站近30 年的长期试验与监测及实践验证，首次阐明了我国红壤农田土壤酸化的时空演变规律，创建了防控与修复土壤酸化的关键技术，集成了区域农田酸化综合改良技术模式。

经南方6 省多点大面积示范，土壤pH 提高0.2-1.0 个单位，农作物增产12%-27%。研究成果促进了我国红壤区农田土壤酸度改良和肥力提升协调发展。

为实现两减目标提供技术支撑

周卫介绍，围绕化肥减量增效国家重大需求，针对我国化肥过量施用，肥料利用率低，危害生态环境安全等问题，经过十余年攻关，资划所相关团队创建了主要粮食作物养分资源高效利用关键技术。

基于产量反应和农学效率的水稻、小麦和玉米推荐施肥新方法，他们创新了有机肥、秸秆等养分资源高效利用新技术，集成了主要粮食作物化肥减施增效新模式。

在粮食主产区玉米、小麦和水稻上近三年共推广应用7990 万亩，平均增产5%-10%，减施化学氮肥10%-30%、化学磷肥10%-20%，氮肥利用率提高10%-15%，增收节支122 亿元。研究成果大幅度提高了养分资源利用效率、作物产量和综合效益。

同时，针对我国农田肥料大量投入，氮、磷流失引起农业面源污染日益突出，经过18 年攻坚克难，资划所创建了全国农田面源污染监测技术体系。

相关团队突破了定量难、变异大等农田面源污染监测技术瓶颈，首创了全国农田面源污染监测平台，揭示了农田氮磷面源污染的激发效应和本底效应，摸清了全国农田氮磷面源污染的底数和重点区域，集成了农田面源污染减排技术模式并在全国得到大规模应用。

仅据湖北、山东等9省统计，2015-2017 年应用1.99亿亩，节约氮磷化肥（折纯）87.0万吨，减排氮磷6.41万吨，经济效益68.3亿元。

此外，针对我国农业发展和生态环境保护对高精度土壤科学数据的迫切需求，历经21 年，资划所相关团队首创覆盖我国全域高精度数字土壤，是我国迄今最完整和最精细的土壤资源和土壤质量数据。

该团队还创建了土壤大数据分析与表达关键技术，使我国成为首个建成全域高精度数字土壤的大国。该成果已在我国60 余家专业科研机构应用，提升了我国科学研究基础数据条件。

同时，提供给国家和31 个省级农业、环境、自然资源等行政管理部门，在土地整治、耕地地力调查、基本农田建设、面源污染防控等国家工程中应用，取得了显著的社会效益和经济效益。研究成果整体水平达到国际领先。

杨鹏强调，中国农科院将重点建设一个重大科技平台“国家耕地质量科学研究中心”，支撑服务一个业务运行系统“全国农田建设综合监测监管系统”，围绕东北黑土、南方红黄壤、北方旱地“三块地”深入开展三大科技攻关，努力打造耕地保护国家战略科技力量，支撑国家粮食安全和农业高质量发展。通过“一平台”、“一系统”和“三块地”的科技攻关，铸造国之重器，强化国家战略科技力量，为国家耕地保护提供强大科技支撑。