四川耕地高效持續(xù)利用模式研究報(bào)告

劉定輝，侯淑華，陳尚洪，陳紅琳，鄭盛華，萬柯均，敖玉琴，楊澤鵬

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，成都 610066；2.四川省德陽市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，四川 德陽 618000)

地力提升與地力常新是耕地高效持續(xù)利用的兩翼，同等重要?；诟弋a(chǎn)高效的持續(xù)生產(chǎn)力是藏糧于地必須要解決的問題。四川省地形地貌、氣候生態(tài)、土壤類型多樣，形成了豐富的耕地利用模式，“因土因區(qū)域”構(gòu)建基于耕地用養(yǎng)結(jié)合，地力常新的新型高效持續(xù)利用模式，是既立足當(dāng)前又面向未來糧食安全的現(xiàn)實(shí)需要。農(nóng)作制，亦稱為耕作制度，是指一個(gè)地區(qū)或生產(chǎn)單位的農(nóng)作物種植模式及與之相匹配的養(yǎng)地制度的綜合技術(shù)體系。種植模式是指一個(gè)地區(qū)的作物組成、配置、熟制與種植方式的綜合搭配。種植模式的確立與調(diào)整受自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素2個(gè)方面的共同影響，氣候變化是影響種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要因素，而社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件則是驅(qū)動(dòng)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要因素。耕地高效持續(xù)高效利用模式就是農(nóng)作制和種植模式的有機(jī)結(jié)合。研究四川農(nóng)作制的歷史沿革，現(xiàn)有模式的突出問題，合理利用耕地，是藏糧于地的核心要義。土壤不僅是人類的“搖籃”、農(nóng)業(yè)之本，還是糧食安全、水安全和更廣泛的生態(tài)系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)。它每天直接為全球70億人提供了80%以上的熱量、75%的蛋白質(zhì)和植物纖維。土壤為人類提供了95%的食物，隨著人口的增加，到2050年，土壤需要多產(chǎn)出60%的食物才能滿足人類的需求。耕地的高效利用必須基于持續(xù)利用，維護(hù)土壤的持續(xù)生產(chǎn)力。土壤不僅對于農(nóng)作物的生產(chǎn)至關(guān)重要，它還具有多種功能：過濾、凈化并存儲(chǔ)水；通過微生物的分解作用來保證物質(zhì)循環(huán)；凈化空氣，是最重要的碳庫；能減緩氣候變化，維持生態(tài)系統(tǒng)健康。

我國人均耕地?cái)?shù)量僅為世界平均水平的45%，耕地土壤的有機(jī)質(zhì)含量不及歐洲同類土壤的1/2，土壤侵蝕、水土流失、土壤沙化、酸化和鹽漬化面積還在繼續(xù)擴(kuò)大，土壤面臨可持續(xù)利用和提高生產(chǎn)力雙重壓力?；谧匀簧鷳B(tài)環(huán)境過程的土壤健康維護(hù)方案十分重要，修復(fù)農(nóng)田及周邊自然植被和生境，推行免少耕保護(hù)性耕作及農(nóng)作制，秸稈或植物綠色覆蓋，控制土壤侵蝕等。土壤健康是藏糧于地的基本前提和根基所在。

1 農(nóng)作制度的發(fā)展演變

1.1 旱地農(nóng)作制的發(fā)展演變

四川省是中國西南典型旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，旱作糧食作物播種面積和糧食作物產(chǎn)量均占全省2/3左右，糧食作物種類繁多，產(chǎn)量潛力大，在全國占有突出地位。旱地作物主要包括玉米、油菜、小麥、甘薯、馬鈴薯、高粱、豌豆、蠶豆等。旱地農(nóng)作制度發(fā)展演變大致分為以下幾個(gè)階段。

1.1.1 一年多熟間套復(fù)種起步階段 中國自唐宋以后，一年兩熟制分布北界基本位于秦嶺-淮河一線，雖然構(gòu)成一年兩熟制的農(nóng)作物代有更迭，但基本分布區(qū)域以長江流域及其以南地區(qū)為主。至唐宋以后隨著人口增加和社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心南移，特別是清代南方長江和珠江流域人口增多，南部地區(qū)出現(xiàn)了一年三熟制，區(qū)域農(nóng)業(yè)逐步探索一年一熟向一年多熟間套復(fù)種轉(zhuǎn)變。

1.1.2 一年多熟間套復(fù)種發(fā)展階段 解放后至20世紀(jì)90年代，由于人地矛盾突出，旱地雨養(yǎng)間套作兩熟糧豬型農(nóng)作制和丘陵雨養(yǎng)農(nóng)果菜混合制得到逐步發(fā)展，盡管該模式勞動(dòng)強(qiáng)度大，比較效益低，但滿足了當(dāng)時(shí)人口增長對糧食和飼料的需求，穩(wěn)定發(fā)展20余年，形成了中帶三熟三作和寬帶三熟四作種植模式，最具典型的農(nóng)作模式即為小麥/玉米/甘薯。

1.1.3 多熟間套作快速推進(jìn)階段 20世紀(jì)末期和21世紀(jì)初期，因規(guī)?；i養(yǎng)殖比例大幅度提高，小農(nóng)戶生豬分散養(yǎng)殖積極性下降，間套作“小麥/玉米/甘薯”逐步向“小麥/玉米/大豆”新三熟模式并存發(fā)展。該技術(shù)提倡少免耕，發(fā)展輕型簡化栽培，具有省工省時(shí)特征，在四川資陽、內(nèi)江、遂寧、眉山等地推廣面積已超過20萬hm2以上。圍繞馬鈴薯多熟種植研究，四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院推廣了9套馬鈴薯多熟高效種植新模式，實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯由一季春作向春、秋、冬多熟種植轉(zhuǎn)型。該時(shí)期全省旱地糧油作物種植模式中，間套作小麥/春玉米/甘薯(或大豆)種植面積最大，其次為小麥-夏玉米、油菜-夏玉米和冬閑土-夏玉米，再次為馬鈴薯/玉米/甘薯等種植模式。

1.1.4 多元化集約型發(fā)展階段 受城鎮(zhèn)化及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益相對較低的影響，從事農(nóng)業(yè)的勞動(dòng)力明顯減少，一些傳統(tǒng)的農(nóng)作模式應(yīng)用面積逐步縮小。特別是在規(guī)?；?jīng)營主體推動(dòng)下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，總體趨勢是能夠充分滿足機(jī)械化生產(chǎn)需求的旱地一年兩熟的油菜-夏玉米和小麥-夏玉米種植面積大幅度增加，而一年三熟間套作種植面積大幅度下降。同時(shí)，糧經(jīng)復(fù)合高效種植模式、糧經(jīng)飼農(nóng)牧結(jié)合種植模式和水肥資源節(jié)約型種植模式等均得到充分發(fā)展，形成了旱地農(nóng)業(yè)多元化集約型種植格局。

1.2 稻田農(nóng)作制的發(fā)展演變

水旱輪作是西南地區(qū)的重要耕作制度，常年實(shí)行水旱輪作的稻田175萬hm2左右，分別占稻田面積和耕地面積的52%和30%，成都平原是水旱輪作的典型代表。根據(jù)旱季作物的不同，種植方式包括稻-麥、稻-油、稻-菜、稻-薯、稻-肥等。稻田種植模式是作物因素和環(huán)境因素的統(tǒng)一體，隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)需求的變化而發(fā)展變化。結(jié)合以川西平原為主的生境利用與種植結(jié)構(gòu)的發(fā)展關(guān)系，從歷史的演變來看，可劃分為以下幾個(gè)時(shí)期。

1.2.1 傳統(tǒng)兩熟向新三熟演變階段 20世紀(jì)80年代初到90年代中期以兩熟為主，推行發(fā)展新三熟時(shí)期。逐漸形成了以油-稻、麥-稻兩熟為主體，深度開發(fā)晚秋資源的種植結(jié)構(gòu)模式。小春綠肥飼料面積迅速減少，晚秋生境得到進(jìn)一步利用。增種的晚秋作物種類包括秋紅苕、短期蔬菜(或胡豆青)、秋馬鈴薯等。

1.2.2 稻田新三熟發(fā)展階段 20世紀(jì)90年代中后期以來，以經(jīng)濟(jì)效益和可持續(xù)發(fā)展為核心目標(biāo)的新三熟制時(shí)期。為了進(jìn)一步提高周年種植效益，提高資源利用率和耕地可持續(xù)發(fā)展能力，調(diào)整周年作物布局，形成了菜-稻-菜、春馬鈴薯(或蘑菇)-強(qiáng)化水稻、水稻-秋馬鈴薯/油菜、早中稻-秋菜-遲播小麥等新種植模式。小春綠肥飼料進(jìn)一步減少，小麥、油菜和蔬菜等占耕地的90%以上，晚秋生境利用程度進(jìn)一步提高。

1.2.3 多元多熟高效發(fā)展階段 21世紀(jì)以來，逐步建立了川西平原稻田多元多熟高效種植系統(tǒng)。以提高稻田的周年效益為目標(biāo)，通過多元化的技術(shù)模式配置，大春季將水稻作為穩(wěn)糧的基本作物，小春季向高效高品質(zhì)種植發(fā)展，以提高經(jīng)濟(jì)效益為核心，進(jìn)行作物配置。結(jié)合近年出現(xiàn)的新蔬菜類型和品種，秋冬春季大力開發(fā)高效經(jīng)濟(jì)作物，研究了不同作物的茬口銜接，形成了糧經(jīng)型、糧糧型、節(jié)本生態(tài)型等周年高產(chǎn)高效的技術(shù)模式。同時(shí)，根據(jù)冬閑田區(qū)生態(tài)特點(diǎn)和水稻收獲后長時(shí)間空閑，引進(jìn)生長期短的中藥材等進(jìn)行種植。生態(tài)保護(hù)與資源利用相結(jié)合，從重點(diǎn)研究糧油高產(chǎn)技術(shù)向全面提高種植系統(tǒng)綜合生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益轉(zhuǎn)變。

1.2.4 機(jī)械化綠色高效農(nóng)作制初步形成階段 2010年以來，隨著水稻、油菜、小麥等主要作物全程機(jī)械化技術(shù)和綠色高效種植技術(shù)，以及無人機(jī)施肥(藥)、播種等現(xiàn)代智慧農(nóng)機(jī)的示范推廣和應(yīng)用，川西平原水旱輪作區(qū)大面積實(shí)現(xiàn)了稻-油、稻-麥，以及部分稻-菜等機(jī)械化綠色高效生產(chǎn)模式。

2 耕地高效持續(xù)利用模式現(xiàn)狀

耕地利用模式是農(nóng)業(yè)周年生產(chǎn)系統(tǒng)，是土壤肥料、氣候生態(tài)、農(nóng)作物、農(nóng)業(yè)環(huán)境的綜合體，相互影響又相互作用。利用目的方向不同，模式不同，不同發(fā)展階段，利用模式的研究重點(diǎn)和推廣應(yīng)用的模式也不同。四川地形地貌、氣候生態(tài)、土壤種類、作物種類都十分豐富，在人多地少水缺的基本省情下，農(nóng)業(yè)科工作者在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不同階段，構(gòu)建了豐富的農(nóng)作制度，為提高糧食產(chǎn)量，解決溫飽問題作出了重大貢獻(xiàn)。從四川農(nóng)作制度歷史演變過程的分析可以看出，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)作制的變化、生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系的變化引領(lǐng)著耕地持續(xù)高效利用模式的變化。從藏糧于地的耕地高效持續(xù)利用模式分析，突出表現(xiàn)為“三多三少”的基本特點(diǎn)與現(xiàn)狀。

2.1 研究耕地產(chǎn)出多，研究耕地地力變化少

在相當(dāng)長的一段時(shí)間里，為了解決溫飽問題，提高單位面積產(chǎn)出，通過間套作，育苗(秧)移栽找茬口，構(gòu)建了豐富的農(nóng)作制度。在20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)初，旱地“麥玉苕”旱三熟就是典型代表，居國內(nèi)外領(lǐng)先水平，形成了旱地農(nóng)作模式的骨干框架。根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際和種植目標(biāo)，植入大豆、花生、西瓜、棉花等作物，提出了一年四作五作等農(nóng)作模式，個(gè)別地方甚至提出了一年七作八作的模式，是四川耕地利用模式研究與創(chuàng)新最輝煌的時(shí)期。在稻田“稻麥”“稻油”輪作模式基礎(chǔ)上，利用秋冬季光熱資源，植入蔬菜、馬鈴薯、綠肥等作物，構(gòu)建了四川省稻田“新三熟”種植模式，大大提高了糧食產(chǎn)能。但是，這些模式共同的特點(diǎn)以原糧折算，追求產(chǎn)出的最大化。

2.2 研究施肥數(shù)量多，肥料利用率和周年調(diào)控少

隨著化肥工業(yè)的發(fā)展，伴隨農(nóng)民工進(jìn)城，農(nóng)村勞動(dòng)力短缺問題凸顯。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上化肥用量開始日益增長，生產(chǎn)作業(yè)成本上升，農(nóng)作制度研究開始向簡化方向發(fā)展，作物種類少，操作簡單，效益高成為一種農(nóng)作制度的基本研判。這個(gè)時(shí)期不再追求熟制的提高，化肥的施用成為了農(nóng)作制度研究新的熱點(diǎn)，主要集中在基于高產(chǎn)高效的適宜施肥量，而且重點(diǎn)是單一作物的施肥量和施肥技術(shù)，對肥料利用率和周年的調(diào)控研究少，也缺乏施肥對環(huán)境影響的研究。

2.3 研究模式多，研究機(jī)械化作業(yè)少

在農(nóng)作制度改革創(chuàng)新研究過程中，主要圍繞高產(chǎn)高效、作物茬口銜接優(yōu)化、作物多樣性利用、耕作方式、施肥量及施肥技術(shù)等方面，而且是基于人工操作和部分機(jī)械化。隨著生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變以及農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的新需求，農(nóng)作制度如何適應(yīng)機(jī)械化的要求，機(jī)械如何實(shí)現(xiàn)農(nóng)作制度的作業(yè)要求成為主要矛盾。近年來，構(gòu)建了水稻-小麥、玉米-小麥、水稻-油菜、玉米-油菜、玉米/苕(大豆)-小麥、小麥-玉米/甘薯、玉米-馬鈴薯等“糧-糧(油)”型利用模式，圍繞機(jī)械化進(jìn)行了改革創(chuàng)新，也提出了玉米-油菜，小麥-玉米等兩熟周年機(jī)械化生產(chǎn)模式，但耕地利用率和產(chǎn)出率下降是一個(gè)不容忽視的問題，一定程度上，機(jī)械化率的提升降低了糧食的產(chǎn)能。

3 耕地高效持續(xù)利用存在的主要問題

3.1 與機(jī)械化發(fā)展方向不相適應(yīng)

機(jī)械化是農(nóng)業(yè)的根本出路，機(jī)械化率低嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。傳統(tǒng)間套作技術(shù)提高了土地產(chǎn)出率和利用率，但不宜機(jī)械化的問題客觀存在。大機(jī)器進(jìn)不去，小機(jī)器跑不動(dòng)。三熟改兩熟，機(jī)械化作業(yè)效率提高，生產(chǎn)水平下降，這兩個(gè)突出問題是耕地持續(xù)高效利用模式的卡脖子問題。

3.2 缺乏養(yǎng)分周年平衡研究與科學(xué)施肥關(guān)鍵技術(shù)

在構(gòu)建農(nóng)作制度的過程中，針對單季作物需肥及施肥技術(shù)的研究很多，如何根據(jù)前作后茬作物的養(yǎng)分需求，土壤養(yǎng)分平衡計(jì)算分析，提出提高養(yǎng)分利用率的周年調(diào)控方案與關(guān)鍵技術(shù)是一個(gè)短板，也是防治過量施肥導(dǎo)致耕地退化(酸化、板結(jié)等問題)的重要途徑。

3.3 機(jī)械化背景下的茬口擠壓問題突出

不斷提高機(jī)械化率是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然要求，四川農(nóng)機(jī)化率持續(xù)提高，但作物之間相互擠壓播期的問題十分突出。小麥、油菜凈作后，玉米不得不夏播，夏播玉米的產(chǎn)量和穩(wěn)定性難以保障，遭遇季節(jié)性干旱和病蟲危害的風(fēng)險(xiǎn)加大。水稻直播后生育期推遲，擠占了小麥油菜的最佳播種時(shí)期，小麥油菜的收獲推遲，又進(jìn)一步擠占了水稻的最佳播種時(shí)期，形成惡性循環(huán)，降低了糧食綜合產(chǎn)能。

4 耕地高效持續(xù)利用的對策建議

耕地持續(xù)生產(chǎn)力是藏糧于地戰(zhàn)略的根本，如果耕地生產(chǎn)能力下降了，甚至喪失了，就無法實(shí)現(xiàn)藏糧于地的重大目標(biāo)，構(gòu)建既立足當(dāng)前又面向未來的耕地高效持續(xù)利用模式至關(guān)重要。就此，提出以下對策建議。

4.1 構(gòu)建基于機(jī)械化的新型間套作高效利用模式

間套作是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華，間套作解決了提高耕地利用率，生物多樣性防控病蟲害發(fā)生流行，耕地用養(yǎng)結(jié)合等問題。隨著高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的深入開展，農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施配套水平不斷提升，耕地地塊零碎化的問題得到有效解決，借鑒歐美經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建區(qū)域尺度的間套作模式，不局限于一個(gè)田塊內(nèi)的間套作，而是田塊之間，或者幾個(gè)田塊之間，形成大尺度的間套作和輪作格局，耕地用養(yǎng)結(jié)合農(nóng)作模式。

4.2 開展周年養(yǎng)分調(diào)控的研究和技術(shù)集成

針對化肥利用率低的問題，開展不同農(nóng)作制度養(yǎng)分周年平衡的研究分析，集成周年養(yǎng)分調(diào)控和科學(xué)施肥技術(shù)，建立一個(gè)新的農(nóng)作制度周期肥料利用率測算方法和指標(biāo)體系，提高肥料利用率。

4.3 突破育苗栽苗重大技術(shù)與裝備

育苗依然是解決茬口優(yōu)化銜接的關(guān)鍵技術(shù)。機(jī)械育苗、機(jī)械栽插是未來解決茬口矛盾，建立耕地高效持續(xù)利用模式的關(guān)鍵瓶頸技術(shù)。要在育苗機(jī)械、育苗基質(zhì)、育苗技術(shù)，栽苗機(jī)械、栽苗技術(shù)、土壤耕作等環(huán)節(jié)取得突破。