雷娜

摘 要：構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)對于區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)具有重要意義。運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室檢測對砒砂巖與沙復(fù)配土的土壤肥力以及作物種植的適宜性進(jìn)行評價(jià)；運(yùn)用野外調(diào)查、系統(tǒng)分析歸納、類比分析等方法，結(jié)合砒砂巖區(qū)的自然資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等方面的綜合情況，因地制宜，篩選出適合不同立地類型典型復(fù)合農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)模式。結(jié)果表明：利用砒砂巖與沙復(fù)配成土技術(shù)，有效的增加了耕地面積與耕地質(zhì)量，同時(shí)通過復(fù)合農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)模式的構(gòu)建，發(fā)揮了固沙效應(yīng)、景觀效應(yīng)、生物多樣性效應(yīng)、氣候效應(yīng)以及區(qū)域綜合效應(yīng)，形成可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)模式。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)；可持續(xù)發(fā)展模式；砒砂巖區(qū)

中圖分類號：S727.24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180329017

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是人類發(fā)揮主觀能動性，在使用土地資源的基礎(chǔ)上，改變自然生態(tài)系統(tǒng)，利用農(nóng)業(yè)技術(shù)獲取生存的必需品而形成的自然-人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)解決了人類基本的生存問題，為人類提供各種農(nóng)產(chǎn)品，包括糧食、蔬菜、水果、纖維等，這些農(nóng)產(chǎn)品奠定了人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著人類經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要性已被充分認(rèn)識，改善和保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)，保障其發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能已成為現(xiàn)階段學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)不僅為區(qū)域人類提供生活必需品，其作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，還發(fā)揮著調(diào)節(jié)小氣候、凈化空氣、涵養(yǎng)水源、保育水土、生物多樣性、觀光休閑等生態(tài)服務(wù)功能[1-4]，有關(guān)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值評價(jià)的研究逐漸增加[5-6]，可進(jìn)一步量化農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能，為生態(tài)補(bǔ)償以及生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，形成區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，保障人類社會可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)促進(jìn)城鄉(xiāng)居民、就業(yè)社會發(fā)展等社會功能對于人類社會的持續(xù)發(fā)展同樣具有重要作用，基于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價(jià)的土地利用方式的探討也開始出現(xiàn)[7-9]。

可見，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)具有生產(chǎn)功能、生態(tài)功能和社會功能，對于人類生存發(fā)展有重要意義。砒沙巖區(qū)生態(tài)環(huán)境惡劣，現(xiàn)有的土地利用系統(tǒng)及農(nóng)業(yè)發(fā)展模式并不能最大程度地滿足當(dāng)?shù)厝嗣竦纳钚枰?，未能建立良好的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。因此研究砒砂巖與沙復(fù)配成土技術(shù)，同時(shí)因地制宜建立復(fù)合農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)，最終形成可持續(xù)的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)模式，有利于砒沙巖區(qū)合理開發(fā)利用農(nóng)業(yè)資源、提高農(nóng)作物產(chǎn)量、改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)民就業(yè)、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的永續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況與樣品采集

1.1 研究區(qū)概況

砒砂巖又稱泥砂巖、砂礫巖，屬于中生代沉積巖類，砒砂巖看似堅(jiān)硬，但一經(jīng)其風(fēng)、雨、凍、曬等外來作用就松散為砂，極易造成環(huán)境破壞，被世界行業(yè)的專家稱為“地球環(huán)境的癌癥”。砒砂巖分布區(qū)域廣泛，分布區(qū)域介于N3810'～4010'，E10845'～11131'之間。涉及內(nèi)蒙古5個(gè)縣市（東勝市、伊金霍洛旗、準(zhǔn)格爾旗、達(dá)拉特旗及呼和浩特市清水縣）、陜西（府谷、神木）、山西（河曲、保德）等，分布區(qū)域面積約為1.67萬km2。砒砂巖分布區(qū)域有黃土梁峁和丘陵、土石山及風(fēng)沙區(qū)等地形類型。區(qū)域土壤以栗鈣土、風(fēng)沙土、灰褐土3大類為主，土壤肥力地下，結(jié)構(gòu)松散，容易受到外力的侵蝕而發(fā)生破壞，造成農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)惡化，進(jìn)一步影響區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和人居環(huán)境，不利于區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境的保護(hù)，甚至對區(qū)域社會穩(wěn)定產(chǎn)生一定的影響。

1.2 樣品采集

土壤肥力和作物適應(yīng)性評價(jià)樣品采自陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)建成的砒砂巖與沙復(fù)配成土示范工程項(xiàng)目區(qū)。項(xiàng)目區(qū)位于陜西省榆林市榆陽區(qū)小紀(jì)汗鄉(xiāng)大紀(jì)汗村，面積約為163 hm2，項(xiàng)目區(qū)平均分為7個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域面積約為23 hm2，在2012年馬鈴薯收獲后，每個(gè)區(qū)域采集一個(gè)混合土樣，共計(jì)7個(gè)，采樣區(qū)地塊形狀見圖1。

2 研究方法

砒沙巖與沙復(fù)配成土技術(shù)即砒砂巖與沙以一定的比例混合，形成新的種植土壤。為砒沙巖區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的建立提供基礎(chǔ)條件。礦物是構(gòu)成巖石的基礎(chǔ)，砒砂巖主要由石英、鈣蒙脫石、長石和方解石等礦物組成，偏光顯微鏡下分析表明，砒沙巖區(qū)沙地中的風(fēng)沙土主要由巖屑、長石和石英3種顆粒組成[10]。對復(fù)配土的土壤肥力以及作物種植的適宜性的評價(jià)主要采用實(shí)驗(yàn)室檢測，具體檢測指標(biāo)有pH、有機(jī)質(zhì)、水溶性總鹽、全氮、速效磷、速效鉀等，其中pH 采用玻璃電極法，用pH計(jì)測定，水土比例為2.5：1；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化一油浴加熱法來測定，用瓶口滴定器滴定；水溶性總鹽采用殘?jiān)娓?質(zhì)量法用水浴鍋加熱測定；全氮采用凱氏定氮儀分析測定；速效磷采用0.5mol/L NaHCO3 浸提—鉬銻抗分光光度法，用紫外可見分光光度計(jì)測定；速效鉀用中性乙酸溶液浸提，火焰光度計(jì)測定。對復(fù)合農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)模式的構(gòu)建主要是通過野外調(diào)查、專家咨詢法、系統(tǒng)分析歸納、類比分析等方法等，結(jié)合砒砂巖的自然、資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等方面的綜合情況，因地制宜，篩選出適合區(qū)域不同立地類型的典型生態(tài)系統(tǒng)模式。

3 結(jié)果與分析

3.1 復(fù)配土土壤肥力評價(jià)

根據(jù)選定的判定砒砂巖與沙復(fù)配土土壤質(zhì)量的物理、化學(xué)等6個(gè)指標(biāo)（pH值、有機(jī)質(zhì)、全鹽量、全氮、速效磷、速效鉀），評價(jià)研究區(qū)域復(fù)配土的土壤質(zhì)量，研究區(qū)土壤質(zhì)量情況見表1。

表2顯示，研究區(qū)域土壤pH值在8.26～8.50的范圍內(nèi)變動；復(fù)配土種植作物收獲后有機(jī)質(zhì)變化范圍為0.13%～0.34%，復(fù)配土有機(jī)質(zhì)平均含量為0.22%；砒砂巖與沙復(fù)配土全鹽量在0.01%～0.25%的范圍內(nèi)變動，平均全鹽量為0.13%；砒砂巖與沙復(fù)配土全氮的變化范圍為0.042%～0.070%，復(fù)配土全氮平均含量為0.057%；砒砂巖與沙復(fù)配土速效磷變化范圍為2.5～3.7 mg/kg，復(fù)配土速效磷平均含量為3.0 mg/kg；砒砂巖與沙復(fù)配土速效鉀平均含量為60.1 mg/kg，變幅在47.4～85.0 mg/kg。

pH值、全鹽量是衡量土壤物理性狀的重要指標(biāo)，pH值可判定土壤的酸堿度，全鹽量可作為土壤鹽漬化、鹽堿化的重要標(biāo)志。土壤全氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量作為土壤化學(xué)指標(biāo)，是表征土壤肥力的重要指標(biāo)表。以《陜西土壤》做為比對依據(jù)，研究無復(fù)配土pH值偏堿性，可選擇改良劑進(jìn)行改良，也可因地制宜，種植耐堿作物；《陜西土壤》中規(guī)定耕作層土壤含鹽量超過0.2%時(shí)，作物的生長會受到鹽漬化的影響，復(fù)配土有90%左右的全鹽量小該標(biāo)準(zhǔn)，符合種植要求，對于未達(dá)標(biāo)的土壤可采用鹽漬化、鹽堿化改良技術(shù)進(jìn)行改良；復(fù)配土有機(jī)質(zhì)含量能夠達(dá)到《陜西土壤》中陜北地區(qū)土壤的有機(jī)質(zhì)含量水平，但土壤有機(jī)質(zhì)含量需要達(dá)到2%以上才能被認(rèn)為是比較肥沃的土壤，所以研究區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏低，可通過施用有機(jī)肥、復(fù)合肥等措施進(jìn)行土壤培肥，增加土壤肥力；復(fù)配土全氮、速效磷平均含量均處于七級水平；復(fù)配土速效鉀平均含量處于六級水平，對于全氮、有效磷、速效鉀均可通過施用磷肥、氮肥、鉀肥或是有機(jī)復(fù)合肥進(jìn)行快速改良，當(dāng)然更建議采用施用綠肥、農(nóng)田肥等生態(tài)、環(huán)保的改良措施。

3.2 復(fù)配土作物種植適宜性評價(jià)

根據(jù)田間小區(qū)試驗(yàn)結(jié)果，小麥和玉米適宜在砒砂巖與沙混合比例為1：2的土壤上種植，馬鈴薯適宜在砒砂巖與沙混合比例為1：5的土壤上種植。而根據(jù)室內(nèi)砒砂巖與沙混合比例的研究，砒砂巖與沙混合的土壤質(zhì)地隨著砒砂巖混合比例的增大在發(fā)生著變化，砒砂巖和沙混合比例0：1、1：5、1：2、1：1、2：1、5：1和1：0的土壤質(zhì)地從砂土-砂壤-壤土-粉壤，而土壤質(zhì)地的粗細(xì)直接影響土壤蓄水性、透氣性和保肥性。

另外，為了復(fù)配土的農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用以及復(fù)配土作物生產(chǎn)力的可持續(xù)性，在做好復(fù)配土水肥管理的基礎(chǔ)上，還應(yīng)在復(fù)配土耕作管理（翻耕、旋耕、保護(hù)性耕作等）、種植制度管理（輪作、間作以及種植結(jié)構(gòu)等）等方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以達(dá)到復(fù)配土能夠可持續(xù)利用的目的。

3.3 不同立地類型復(fù)合農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)模式的構(gòu)建

根據(jù)地貌特征砒砂巖區(qū)可分為裸露砒砂巖、風(fēng)沙區(qū)和蓋土區(qū)3個(gè)立地類型區(qū).依據(jù)各種立地類型條件，有針對性地選擇喬、灌、草種類，建立以當(dāng)?shù)叵蠕h植物沙棘為主，配合其他作物的多樣化復(fù)合農(nóng)林系統(tǒng)[11]，通過植物群落的配置，形成綠色生命能夠廊道以及生態(tài)景觀格局，治理砒砂巖區(qū)水土流失，建立可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)模式。

裸露砒砂巖區(qū)主要有溝谷地川灘地農(nóng)林系統(tǒng)模式、梁峁坡農(nóng)林系統(tǒng)模式、梁峁頂農(nóng)林系統(tǒng)模式、溝坡農(nóng)林系統(tǒng)模式、溝壩地基本農(nóng)田建設(shè)、梯田地埂植物種植。蓋土區(qū)主要有黃土階地農(nóng)林模式、隔坡梯田等。主要有丘間低地農(nóng)林系統(tǒng)模式、鹽堿土河灘農(nóng)林系統(tǒng)模式，典型模式構(gòu)建見（表2）。

溝壩地正是砒砂巖區(qū)最主要的水土保持基本農(nóng)田。溝壩地是利用流域溝道空間和水沙造地的典型。溝壩地通過引流洪水形成，富集了營養(yǎng)物質(zhì)，壩地土壤肥力高，適宜耕作，是良好的耕作農(nóng)田。溝壩地建設(shè)應(yīng)在已經(jīng)實(shí)施坡面工程和林草治理措施、徑流泥沙強(qiáng)度明顯減弱的流域規(guī)劃實(shí)施，以減少洪水泥沙對溝壩地建設(shè)的影響。溝壩地的利用應(yīng)種植小麥、糜谷、胡麻等耐旱和抗逆性強(qiáng)的作物品種，立足于抗旱防災(zāi)高產(chǎn)。同時(shí)對于溝壩地不宜連作，要注意輪作倒茬和歇墑養(yǎng)地。溝壩地能力攔蓄泥沙的能力為89.2%～96.3%，正常年份土壤水分含量比山坡地高6%～11%，大旱年份高20%～60%。質(zhì)量好的溝壩地，一次能攔蓄山洪150～200m3/667m2，相當(dāng)于225～300mm的降水量，是一個(gè)很好的田間小水庫[12]。

山坡地興修水平梯田后，改變了地形條件，截短了坡長，對保持水土作用十分顯著。不僅加快了治理坡耕地的速度，而且可以補(bǔ)充坡面水分，開展徑流農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)田抗旱能力，充分利用梯田的攔蓄能力，具有顯著的攔泥、蓄水、聚肥和增產(chǎn)作用[13]。梯田種植小麥或者小麥、油菜輪作，改良茬口，田埂栽植兩行以黃花菜、金銀花、紫穗槐為主的經(jīng)濟(jì)灌草，叢間距0.3～0.5m，用以鑲邊固土，降低光輻射的反射率，改善田間生態(tài)小環(huán)境；該區(qū)農(nóng)民耕種的同一坡面上的梯田和坡地為例，在品種、投入相同的情況下，梯田比坡地增收小麥795kg/hm2，增產(chǎn)66.1%。干旱季隔坡水平梯田土壤含水率比荒坡的增量為3.5%～4.7%，比一般水平梯田的增量為1.79%[14]。隔坡梯田通過工程、植物、耕作3措施結(jié)合，可以形成人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，充分利用光、溫、水、氣資源，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)高效良性循環(huán)，有利于陡坡地退耕還林還草，優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境，利于農(nóng)林牧協(xié)調(diào)發(fā)展，增強(qiáng)綜合生產(chǎn)能力，提高土地利用率和產(chǎn)出率。

4 結(jié)論與討論

文中對2種物質(zhì)形成“復(fù)配土”土壤養(yǎng)分狀況的分析結(jié)果表明，復(fù)配土氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量均需要進(jìn)一步提高?？刹扇≡鍪┯袡C(jī)肥，培肥地力；優(yōu)化施肥結(jié)構(gòu)，推廣應(yīng)用測土配方施肥技術(shù)；優(yōu)化耕作制度，合理輪作倒茬。提高復(fù)配土的土壤肥力，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)條件。

世界范圍內(nèi)學(xué)者們對于復(fù)合農(nóng)林系統(tǒng)系的結(jié)構(gòu)配置與調(diào)控技術(shù)研究均處于初級階段，主要配置依據(jù)還多是一種經(jīng)驗(yàn)性總結(jié)，有待進(jìn)一步探索和驗(yàn)證，系統(tǒng)調(diào)控也才剛剛開始試驗(yàn)研究。砒砂巖地區(qū)地質(zhì)條件惡劣，水土流失嚴(yán)重，地形支離破碎，千溝萬壑，本實(shí)驗(yàn)對該地區(qū)其立地類型的劃分，以及優(yōu)勢種和伴生種的挑選配置，從理論上講，都有較強(qiáng)的依據(jù)和合理性，但是否能夠真正利用并達(dá)到改善生態(tài)的目的還有待實(shí)踐。另外，馴化和培育特有優(yōu)勢種，以達(dá)到更好的適應(yīng)效果，也是今后一個(gè)值得挑戰(zhàn)的課題。

復(fù)合農(nóng)林作為生態(tài)建設(shè)的主要手段，需要做好3項(xiàng)基本工作：劃分立地條件；甄選植物物種；進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置，才能因地制宜，完成較理想的復(fù)合農(nóng)林系統(tǒng)配置。本文作者根據(jù)砒砂巖區(qū)的區(qū)域自然條件，以生物多樣性為指導(dǎo)思想，初步探索了植被群落配置模式，還有待于深入研究，另外，復(fù)合農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、配置、調(diào)控等方面還有待于進(jìn)一步研究。

利用砒砂巖與沙復(fù)配成土造田技術(shù)，有效的增加了耕地面積與耕地質(zhì)量，同時(shí)通過復(fù)合農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)模式的構(gòu)建，因地制宜，發(fā)揮了固沙效應(yīng)、景觀效應(yīng)、生物多樣性效應(yīng)、氣候效應(yīng)以及區(qū)域綜合效應(yīng)，形成良性循環(huán)，建立了可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的發(fā)揮對于砒砂巖地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件改善、生態(tài)環(huán)境改良以及人居環(huán)境凈化均具有重要意義。

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