姜玉琴，謝先進，黃 達

（1?？h土壤肥料工作站，河南 鶴壁 458000；2河南省土壤肥料站，鄭州 450000）

0 引言

耕地作為植物生長的載體，是寶貴的農(nóng)業(yè)資源和重要的生產(chǎn)資料。然而隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人口快速增長與土地資源迅速萎縮之間的差距越來越大[1-2]，尤其中國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程的快速推進，建設用地需求急劇增大，從而導致大量耕地被占用?！叭硕嗟厣佟钡膰槭沟弥袊媾R著巨大的糧食生產(chǎn)壓力[3]。基于此，為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，國家劃定了十八億畝耕地紅線，并實施耕地占補平衡制度。然而在實際落實過程中，補充耕地多為質量較低的新開墾土地，加之農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中耕地的高強度利用以及不合理的農(nóng)田管理措施使得中國耕地總體質量下降[4]。因此，耕地紅線的概念已從耕地面積紅線擴展為耕地面積與耕地質量的雙重紅線[5]。提高耕地質量、增強耕地糧食生產(chǎn)能力將是中國緩解耕地不足，保障糧食安全的關鍵途徑[6-7]。耕地質量不僅關系到國家糧食安全，而且關系到農(nóng)產(chǎn)品安全和生態(tài)安全，是保障社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必要基礎[8]。本文對耕地質量的概念以及耕地質量對耕地生產(chǎn)力的影響作用進行了探討。

1 耕地質量的概念

“耕地”的英文表述為“arable land”、“farmland”或“cultivated land”，前二者比較接近中國國內的耕地概念，即耕地通常指用于種植農(nóng)作物并經(jīng)常耕耘的土地[9]。國家標準《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2017)規(guī)定耕地是種植農(nóng)作物的土地，分為水田、水澆地和旱地三類。關于耕地質量的概念研究中沒有統(tǒng)一的界定。狹義的耕地質量一般指耕地肥力，即耕地提供和協(xié)調農(nóng)作物生長發(fā)育所需要的水分、養(yǎng)分、空氣和熱量的能力[10]。而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際中，傾向于采用耕地產(chǎn)出能力來衡量耕地質量高低，所以耕地質量是一個外延十分寬泛的概念，需反映出某一區(qū)域的耕地綜合生產(chǎn)力。奉婷等[11]認為耕地質量是耕地自然質量、耕地利用條件、耕地空間形態(tài)和耕地生態(tài)安全4 個方面的綜合表現(xiàn)，其中耕地自然質量指由地形部位、土壤條件、灌排設施等因素影響下的耕地質量；耕地利用條件指道路通達度、耕作距離、耕作便利度等區(qū)位條件和耕作環(huán)境；耕地空間形態(tài)指田塊規(guī)整度和連片度；耕地生態(tài)安全指耕地周邊生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生態(tài)風險性。趙春雨和朱永恒[12]從人類發(fā)展需求的角度定義耕地質量，認為“耕地質量是滿足人們生態(tài)和生產(chǎn)需求的耕地狀況和條件”。劉友兆等[13]指出耕地質量是構成耕地的各種自然因素和環(huán)境條件狀況的總和，包括耕地生產(chǎn)能力、耕地環(huán)境狀況和耕地產(chǎn)品質量3 個方面。李丹等[14]將耕地質量劃分為3部分：本底質量、健康質量和經(jīng)濟質量，其中本底質量為構成耕地質量的自然屬性；健康質量為耕地的環(huán)境屬性，即衡量耕地質量系統(tǒng)能否滿足可持續(xù)發(fā)展、人類健康發(fā)展和生態(tài)發(fā)展的需要；經(jīng)濟質量為耕地質量的區(qū)位屬性，即衡量經(jīng)濟發(fā)展對耕地所產(chǎn)生的影響。國家標準《耕地質量等級》(GB/T 33469—2016)中規(guī)定，耕地質量包括耕地地力和土壤健康狀況2部分，其中耕地地力為“在當前管理水平下，由土壤立地條件、自然屬性等相關要素構成的耕地生產(chǎn)能力”；土壤健康狀況指“土壤作為一個動態(tài)生命系統(tǒng)具有的維持其功能的持續(xù)能力，用清潔程度、生物多樣性表示”。還有研究指出耕地質量是耕地環(huán)境條件（地形地貌、氣候等）、耕地肥力、耕地健康狀況（土壤有害物質對人或其他生物所產(chǎn)生的影響程度）和農(nóng)田基礎設施水平（灌溉、排水、防護等設施建設情況）等綜合構成的耕地生產(chǎn)能力[4,6]。顯然，關于耕地質量的概念，不同研究之間存在很多共同點，涵蓋的內容基本一致，只是定義的角度和側重點有所差異，即不同的研究視角所選擇的耕地質量指標不同[15]。

綜合以上研究成果，可以認為，耕地質量是耕地在眾多影響因素共同作用下所呈現(xiàn)出來的耕地生產(chǎn)水平，其內涵涉及廣泛，本研究將其歸納為三個方面。一是耕地環(huán)境，即耕地所處的外部自然條件如氣候、地形等；二是耕地土壤屬性，即耕地土壤本身所具有的屬性特點，如土壤類型、土壤質地、耕層結構、土壤肥力、土壤健康等；三是耕地管理水平，即人為活動使得耕地所表現(xiàn)出來的質量水平。而人為因素又可大致分為兩個方向：一是灌溉、施肥、耕作、栽培等農(nóng)田管理措施；二是政策制定、資金投入、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等政府行為。當然，一個地區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展程度也間接影響著耕地質量。

研究耕地質量的目的和意義在于增強耕地生產(chǎn)力。耕地生產(chǎn)力是指耕地糧食產(chǎn)出能力，可界定為一定地域、一定時期內，由自然因素、技術水平和社會經(jīng)濟條件所決定的最大糧食產(chǎn)量產(chǎn)出能力，而糧食產(chǎn)量是耕地的實際糧食生產(chǎn)能力，其高低反映了耕地生產(chǎn)力大小[16-17]。雖然耕地質量的內涵得到了豐富，表征耕地質量的指標有多種，但是研究中的重點仍然在于耕地土壤屬性，可能在于耕地本身的土壤屬性處于穩(wěn)定狀態(tài)，易于定量化。本文從土壤類型和土壤質地、土壤肥力和耕層結構幾個方面歸納概括耕地質量對耕地生產(chǎn)力的影響作用。

2 土壤類型和土壤質地對耕地生產(chǎn)力的影響

土類是土壤分類學高級分類的基本單元。不同土類的成土過程不同，相應的土層結構、理化性質等不同，對外界影響因素的反映程度不同，本身存在明顯的空間變異性，所以在不同土壤類型條件下，作物的生長發(fā)育具有差異性。王群等[18]采用微區(qū)桶栽試驗研究了不同土壤類型條件下玉米生長對緊實脅迫的響應，結果表明，不同土壤類型之間玉米根系生長、養(yǎng)分吸收及籽粒產(chǎn)量均存在較大差異。王浩等[19]指出不同土壤類型之間小麥穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量變異較大，變化趨勢為砂姜黑土＞潮土＞褐土＞棕壤。馮國忠等[20]研究發(fā)現(xiàn)在吉林省春玉米連作體系，黑土玉米平均產(chǎn)量8623 kg/hm2，年際間產(chǎn)量變異系數(shù)13.4%；風砂土玉米平均產(chǎn)量5911 kg/hm2，年際間產(chǎn)量變異系數(shù)59.1%，產(chǎn)量和穩(wěn)定性均明顯低于黑土?？子畹萚21]比較了白漿土和草甸黑土條件下水稻的氮素利用狀況，結果顯示，白漿土水稻氮吸收總量和氮利用率高于草甸黑土，但是籽粒含氮量、氮偏生產(chǎn)率低于草甸黑土。董魯浩等[22]通過研究長期定位試驗（19 年）發(fā)現(xiàn)，在褐潮土上，施用化肥對小麥的增產(chǎn)潛力明顯高于紅壤。黃曉婷等[23]研究表明，冬小麥、夏玉米植株氮、磷、鉀積累量在不施肥條件下變化趨勢為中壤潮土＞砂姜黑土＞黃褐土＞砂壤潮土，然而肥料利用效率則呈完全相反趨勢，即不同土壤類型的基礎生產(chǎn)力有所差異，且基礎生產(chǎn)力愈高，土壤養(yǎng)分供應能力愈強，但肥料利用效率愈低。還有研究指出，中國黑土對產(chǎn)量的耕地地力貢獻率為63%，水稻土為54%，紅壤為41.7%[24-27]。

土壤質地分為砂土、壤土、黏土三大類。研究中關于土壤質地的影響效應較為明確統(tǒng)一，總體以壤土為最優(yōu)。砂土質地較粗，透氣透水性強但保水保肥性能弱；黏土則相反；壤土界于砂土和黏土之間，水肥氣熱條件相對協(xié)調。研究指出土壤質地能夠影響小麥氮素的吸收、積累、轉運和利用，其氮吸收量、氮積累量、氮利用效率、產(chǎn)量表現(xiàn)為壤土＞黏土＞砂土[28-30]。張澤等[31-32]指出土壤質地影響了棉花氮素分配和根系分布，不同器官氮含量變化有所不同，如蕾、葉全氮含量表現(xiàn)為砂土＞壤土＞黏土，莖、鈴全氮含量表現(xiàn)為壤土＞砂土＞黏土；0～20 cm 土層棉花根長密度在花期前砂土＞黏土＞壤土，在花期后砂土＞壤土＞黏土；20～40 cm土層根長密度則均為壤土＞黏土＞砂土。賈立華等[33]研究發(fā)現(xiàn)，與黏土相比，砂土和壤土條件下，花生各生育期根系干物質和深層土壤根系量顯著增加；此外，花生有效果數(shù)、莢果數(shù)和籽仁產(chǎn)量均表現(xiàn)為壤土＞砂土＞黏土。不同作物產(chǎn)量對不同質地的響應不同，可能取決于作物根系對不同質地的響應不同。

3 土壤肥力對耕地生產(chǎn)力的影響

傳統(tǒng)的土壤肥力主要指土壤向植物供應養(yǎng)分的性能，隨著土壤學的不斷發(fā)展，土壤肥力概念的外延不斷擴大；評價土壤肥力的指標也從最初的土壤養(yǎng)分指標逐漸發(fā)展為土壤物理、化學、生物、環(huán)境等綜合性指標[34]。其中土壤養(yǎng)分含量和土壤容重是兩項典型的表征土壤肥力的指標，研究最多應用最廣。

3.1 土壤養(yǎng)分含量

很多研究指出，土壤有機質和速效養(yǎng)分含量與產(chǎn)量呈極顯著正相關關系[35-38]。Qiu等[39]通過建立模型指出，在中國土壤有機碳含量每增加1 g/kg，則東北區(qū)玉米產(chǎn)量增加176 kg/hm2，北部小麥-玉米輪作區(qū)產(chǎn)量增加454 kg/hm2，西北區(qū)玉米增產(chǎn)328 kg/hm2，中南區(qū)單季稻增加185 kg/hm2，東部雙季稻增加266 kg/hm2，西南部小麥-水稻輪作區(qū)產(chǎn)量增加229 kg/hm2。有研究指出，作物產(chǎn)量與土壤有機質含量之間不是簡單的線性關系，即作物產(chǎn)量隨著土壤有機質含量增加呈現(xiàn)正態(tài)分布[40]。土壤有機質含量存在低閾值和高閾值，低于低閾值說明土壤生產(chǎn)力非常低，而高于高閾值，則不利于產(chǎn)量增加[41]。趙克靜等[42]研究發(fā)現(xiàn)黑龍江春小麥產(chǎn)量在土壤有機質含量為80～90 g/kg時達到最高，低于或者高于這個范圍，產(chǎn)量下降。陳淵[43]指出，東北農(nóng)田黑土土壤有機質含量與小麥產(chǎn)量之間的閾值受到氮肥使用量的影響，最佳范圍約在72.4～76.0 g/kg，低于或者高于這個范圍，小麥產(chǎn)量降低。段英華等[44]的研究表明在西北灌淤土，土壤全氮含量處于0.4～1.0 g/kg 范圍時，全氮含量每增加0.1 g/kg，小麥增產(chǎn)率提高41.3%、玉米增產(chǎn)率提高48.5%；而當土壤全氮含量處于1.1～1.5 g/kg范圍時，全氮含量每增加0.1 g/kg，水稻增產(chǎn)率提高34.2%。

土壤養(yǎng)分含量決定了土壤地力高低，而土壤地力對作物產(chǎn)量的形成具有較大貢獻。黃少輝等[45]應用邊界線法分析了冀中南麥區(qū)基礎地力貢獻率，研究指出土壤有機質、pH、堿解氮、速效鉀、有效磷對基礎地力的貢獻率分別為16.6%、10.9%、10.5%、4.1%、2.9%，而基礎地力對冬小麥產(chǎn)量的貢獻率平均為71.1%。湯勇華和黃耀[46]指出中國小麥產(chǎn)量的地力貢獻率為43.06%，玉米為51.06%，水稻為61.93%。梁濤等[47]依托四川盆地474 個水稻田長期定位試驗，分析了水稻產(chǎn)量對基礎地力和肥料的響應，結果顯示：基礎地力對水稻產(chǎn)量的貢獻率為67.4%～75.9%，肥料對產(chǎn)量的貢獻率為24.1%～32.6%，土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分對產(chǎn)量的平均貢獻率分別為78.2%、88.8%、90.8%。馬常寶等[48]指出潮土區(qū)土壤地力對小麥產(chǎn)量的平均貢獻率為51.4%，對玉米產(chǎn)量的貢獻率為54.0%。唐旭等[49]通過研究水稻-大麥輪作體系18 年定位試驗指出，土壤地力對大麥和水稻產(chǎn)量的貢獻率分別為69%和75%。英國洛桑和美國奧科哈馬州立大學試驗站的長期定位試驗顯示，在不施肥條件下，作物產(chǎn)量可以維持在穩(wěn)定狀態(tài)[48,50]。類似地，Kunzova 和Hejcman[51-52]指出，土壤為高肥力時，不施肥50 年后，作物產(chǎn)量仍可保持增加。在施用化肥的背景下，土壤基礎肥力和肥料投入共同決定了土壤養(yǎng)分供應能力[53]，其中土壤肥力對作物產(chǎn)量的貢獻率雖然會因為不同區(qū)域、不同作物、不同種植方式等因素呈現(xiàn)出較大差異，但是整體維持在較高水平，說明土壤肥力對產(chǎn)量的影響作用無法替代。

3.2 土壤容重

土壤容重作為表征土壤肥力的一項重要物理性指標，其大小與土壤孔隙狀況、保水特性、有機質含量、土壤養(yǎng)分含量和遷移等密切相關[54-56]，對作物根系生長和產(chǎn)量變化有著重要影響作用。土壤容重過大或者過小均不利于作物的正常生長發(fā)育[57-58]，其存在一個最佳適宜范圍。鄒曉霞等[59]研究指出，土壤容重在1.2～1.3 g/cm3范圍最有利于花生根系生長和維持較好的根系形態(tài)。張亞如等[60-61]研究發(fā)現(xiàn)，0～20 cm土壤容重為1.2～1.3 g/cm3、20～40 cm土壤容重為1.3 g/cm3時最有利于花生對氮、磷、鉀、鈣等礦質營養(yǎng)元素的吸收以及光合作用提高和干物質積累。劉戰(zhàn)東等[62]通過分析不同容重條件下冬小麥-夏玉米生長指標和產(chǎn)量變化指出，冬小麥最適土壤容重1.4 g/cm3，夏玉米最適土壤容重1.2 g/cm3。才曉玲和李志洪[63]指出土壤容重為1.2 g/cm3時，玉米根系吸收總表面積最大，可作為作物生長的適宜容重范圍。鄭存德等[64]的研究結果與之類似，即玉米根系生長的適宜土壤容重在1.2～1.3 g/cm3。曹立為[65]通過研究不同土壤容重梯度下大豆生長狀況發(fā)現(xiàn)，隨著土壤容重增加，大豆干物質重、氮磷鉀含量和積累量呈現(xiàn)出先增加后下降的趨勢，且在土壤容重為1.3 g/cm3時，大豆各產(chǎn)量構成因素指標最高。朱德峰等[66]認為水稻根系生長的適宜土壤容重為1.2 g/cm3。宋家祥和莊恒揚[67]指出棉花最適宜土壤容重為1.2～1.3 g/cm3。黃細田[68]研究認為當土壤容重＞1.4 g/cm3時，開始阻礙根系生長；土壤容重＞1.5 g/cm3時，嚴重阻礙根系生長?？偨Y以上研究成果，可以認為耕地土壤容重最為適宜的范圍在1.2～1.3 g/cm3，低于或者高于這個范圍均不利于作物生長。

4 耕層結構對耕地生產(chǎn)力的影響

合理的耕層結構能夠最大程度地蓄積水分養(yǎng)分，減少土壤水分養(yǎng)分流失并提高其利用效率，有效協(xié)調土壤水、肥、氣、熱狀況，增強微生物活動和酶活性，促進根系生長，為植物生長發(fā)育營造良好的土壤環(huán)境，從而提升作物產(chǎn)量[69-74]。表征耕層結構合理性的指標有多種，耕層深度是其中一項非常重要的物理性指標[75]。耕層深度決定了土壤水、肥、氣、熱容量的大小[76]，對維持土壤質量和生產(chǎn)力至關重要[77-78]。以往的研究一致表明，較厚的表土具有較好的土壤理化和生物特性。厚耕層較淺耕層具有較高的飽和導水率、吸水率、穩(wěn)定的滲透速率和田間飽和導水率[79-80]。據(jù)王維忠和李明金[81]測定，耕層每加深1 cm，1 hm2耕地可多容納60 t 水，土壤含水量在土層15 cm 處增加3%，20 cm處增加6%。Guzman 和Al-Kaisi[80]發(fā)現(xiàn)在草原系統(tǒng)黃土，較厚的表層土壤水分入滲率明顯高于中、薄表層土壤。Syaharudin等[82-83]研究表明，與薄耕層相比(＜27 cm)，厚耕層(＞27 cm)土壤容重減小、飽和導水率升高、土壤含水量和土壤有機質含量增加。Yu 等[84]發(fā)現(xiàn)較厚耕層能夠增強微生物活性及增加微生物豐度。韓上等[85]指出，在原始耕層基礎上，人為削減5 cm耕層土壤，玉米-小麥輪作體系作物產(chǎn)量降低5.61%，N、P2O5、K2O積累量分別下降了8.31%、5.65%、18.38%；而人為增加5 cm耕層土壤對作物產(chǎn)量和養(yǎng)分積累未產(chǎn)生顯著影響，但明顯增加了土壤養(yǎng)分含量。總之，加厚耕層能夠有效提升土壤養(yǎng)分容納能力，不僅滿足了作物生長發(fā)育對養(yǎng)分的需求，而且減少了養(yǎng)分流失，節(jié)約了資源。還有研究指出耕層厚度對作物產(chǎn)量的貢獻率要大于土壤有機質和某些土壤養(yǎng)分含量[86-87]。

5 結論與展望

耕地土壤屬性為耕地質量的核心內容，其變化直接關系著耕地生產(chǎn)力，通過提升耕地質量來增強耕地生產(chǎn)力有其重要性和必須性。然而，目前關于耕地質量的研究整體處于初步探討階段，缺乏系統(tǒng)性和綜合性，應根據(jù)不同區(qū)域特點，因地制宜篩選出合理的表征指標，建立相應的評價體系，進一步判定耕地質量水平，尤其需要確定影響耕地生產(chǎn)力的最大限制性指標，并以此為基礎提出科學的、有針對性的耕地質量提升措施，進而增強耕地生產(chǎn)力。