基于科学施肥视角的土壤质量提升与粮食安全

肥料是粮食的“粮食”,施用化肥是粮食增产的主要措施,化肥在改善土壤肥力水平、提高作物经济产量、保障我国粮食安全、促进我国农业可持续化发展等方面起着不可替代的重要作用。当前我国耕地质量较差,人均耕地面积较少,农田生态系统脆弱,同时伴随化肥施用量偏高、施肥结构不合理、肥料利用率较低和水体富营养化等问题,在农业生产过程中存在重施肥、轻养地以及施肥方式落后等现象,严重影响农业的可持续发展。科学施肥是确保农业可持续发展的重要举措,开展科学施肥研究,推广科学施肥技术,对提升土壤质量,保障粮食安全,转变农业发展方式,推动实现农业供给侧结构性改革具有重要的意义。

近年来,为贯彻中央一号文件和全国农业工作会议精神,中央和地方政府相继出台了多项政策,逐步建立科学施肥技术体系,力求促进农业可持续发展。本文综述了当前我国实施科学施肥的主要方式,分析了科学施肥技术对提升土壤质量和保障粮食安全的重要作用,并针对在推广和应用科学施肥技术过程中存在的问题提出合理化建议,以期为科学施肥技术的推广提供参考。

1.1 测土配方施肥

测土配方施肥是以土壤测试和田间试验为基础,根据土壤供肥特性、作物需肥规律和肥料养分效应,制备适合于特定区域和特定作物的“专用”肥料,并 明确施肥时期和肥料施用方法的技术。该方法能够有效协调土壤供肥与农作物需肥之间的关系,保障作物养分吸收,提高农业生产经济效益。我国的测土配方施肥技术主要围绕“测、配、产、供、施”5 个核心环节展开,应用方法主要包括土壤-植物测试推荐施肥法、肥料效应函数法、土壤养分丰缺指标法和养分平衡 法等,重点研究土壤、肥料与农作物之间的关系,促进肥料被更好地吸收利用。目前,全国各地逐步建立了主要区域粮食作物肥料配方和高效施用技术规程,积极探索测土配方施肥的有效模式和工作机制,开展农企对接应用测土配方施肥技术活动,推广测土配方施肥技术。

1.2 水肥一体化

水肥一体化是以水为载体,在灌溉的同时进行施肥,将水肥以小流量、均匀、准确地输送到作物根区,使根部土壤保持适宜水分和养分,供给作物吸收利用的高效施肥技术。我国水资源短缺,时空分布不均,污染及浪费现象严重,当前国家十分重视水肥一体化技术的集成创新,开展了一系列针对不同地区、灌水量、施肥量和灌溉方式的试验研究,构建针对不同种植区域农作物的水肥一体化技术规程,实施精准水肥调控,发展高产、高效农业。

1.3 机械化施肥

机械化施肥是指通过施肥机械将固态或液态肥料施入土壤特定位置,供给作物吸收利用的技术。与传统的条施、撒播等施肥方式相比,机械化施肥能够有效控制肥料施用量和施肥位置, 减少劳动力投入,降低生产成本。目前,我国正加快推动农业机械化建设,大力发展智慧农业,机械化施肥将成为未来农作物种植过程中的必要环节。

1.4 有机无机养分配施

有机肥在农业生产中占据重要位置,其本身含有多种有机化学物质,对调节作物生长发育具有良好的作用。研究表明,施用有机肥能够提高土壤微生物总量,改善土壤理化性状,促进作物对养分的吸收利用。我国有机肥种类及数量丰富,但资源化利用不合理,浪费现象十分严重,开展有机无机养分配施可合理利用有机物料资源,对提升土壤有机质含量、改善土壤品质、减少有机物料损失、减轻环境污染具有重要意义。当前,国家十分重视有机肥资源合理化利用,积极推动发展有机物料资源化、肥料化,有机无机养分配施技术是推动科学施肥的有效途径之一。

1.5 其他方式

除测土配方施肥、水肥一体化、机械化施肥和有机无机养分配施之外,施用缓控释肥等新型肥料产品、实施精准变量施肥也是科学施肥的主要方式。新型肥料产品可有效保证作物养分需求,提高肥料利用效率,降低劳动力投入。精准变量施肥是依据农田土壤网格单元内的农作物产量和土壤理化性状等综合信息,因地制宜进行全面平衡施肥的技术 ,作为精准农业的重要组成部分,能够有效解决土壤-作物-养分之间的相互关系,提升经济效益。

土壤是人类赖以生存的基础,科学施肥在提升土壤质量、减少养分流失、提高土壤肥力水平等方面具有重要作用。

2.1 提升土壤质量

在以往的农业种植过程中,农民对于土壤情况的了解不深入,未明确土壤养分的供给量及农作物对养分的需求量,导致不合理施肥现象时常出现,影响土壤物理性状,造成一系列生态环境问题。测土配方施肥是科学施肥的主要方式之一,能够有效改善土壤理化性状,提升土壤质量。科学施肥提倡的有机无机养分配施等方法,能够为土壤中的微生物提供稳定的碳源,促进肥料在土壤中的转化, 优化土壤结构, 改善土壤品质。

2.2 减少养分流失

在传统施肥模式中,由于施肥方式的单一性、盲目性,很容易造成肥料养分快速释放并淋溶损失,致使水体富营养化,发生土壤酸化、板结等问题。科学施肥提倡施用的缓控释肥料力求做到养分释放与作物吸收同步,简化施肥技术,一次性施肥即可满足作物整个生育期对养分的需求,减少肥料养分流失,避免肥料在环境中长时间停留,造成对生态环境的不良影响。水肥一体化作为科学施肥的一种方式,能够使肥料以水为载体,在灌溉的同时供给作物有效吸收利用,降低肥料在土壤中的淋溶损失,减少养分流失。

2.3 提高土壤肥力

土壤肥力是土壤的本质属性,是各种理化性状的综合表现。土壤肥力水平受多种因素共同影响,长期人为耕作、施肥、灌溉和其他农事活动是影响土壤肥力的重要因素,有机肥质量差、有机无机养分投入失衡、肥料养分配比不科学等是降低肥力水平的主要问题。通过科学施肥技术,开展有机无机养分配施,重视施用有机肥,合理施用土壤调理剂,推广应用新型肥料,是提升土壤有机质含量、培肥改土、改善土壤肥力的重要举措。应用科学施肥技术、优化耕作施肥方式是保护和提升土壤质量的核心内容,是实现“产出高效、产品安全、资源节约、环境友好” 的现代农业发展目标的根本方法。

粮食安全是经济和社会可持续发展的基础,科学施肥在保障我国粮食数量、质量和生态安全中起着不可替代的支撑作用,关系到“三农”工作和乡村振兴战略的顺利实施。

3.1 保障粮食数量安全

粮食数量安全是维护社会稳定的基础。随着人口数量增加、人均耕地面积逐渐减少,保障粮食数量安全是粮食安全问题的重中之重。化肥是粮食的“粮食”,肥料的施用状况直接影响粮食产量的提升,研究表明,我国粮食产量的提升有 40% ~50%来源于化肥的使用。联合国粮农组织预测,2050 年世界人口将突破至 90 亿,对粮食的需求量应在现有的基础上提升 70%才能满足正常需求,因此需应用科学施肥技术,提高粮食产量,保障粮食数量安全。

3.2 保障粮食质量安全

粮食质量安全受多种因素的影响,化肥是重要的影响因素之一。肥料的不科学施用容易导致土壤养分失衡,降低粮食生产安全性,影响粮食质量安全。相关研究表明,过量施用氮肥会加重病虫害的发生概率;有机肥施用不合理,可能造成重金属富集、硝酸盐累积等问题。采用科学施肥模式能够提升农作物的抗逆性、抗病性,减少病虫害发生,改善粮食品质。周江明的研究表明,有机无机养分配施可显著增加水稻产量,提高水稻精米率,影响稻米垩白值,合理的有机无机养分配施可提高稻米食味品质。罗兰芳等的研究发现,与常规施肥相比,一次性全量施用缓控释肥料能显著提高水稻糙米蛋白质和总氨基酸含量,提升稻米品质。应用科学施肥技术,能够明确不同农作物所需养分的种类和数量,实现作物需肥与土壤供肥之间的相互协调,促进粮食品质的提升,保障粮食质量安全。

3.3 保障粮食生态安全

近年来,随着我国粮食消费需求刚性增长,以及耕地面积减少、水资源短缺、气候变化和土壤污染等因素对粮食安全生产的约束日益严重,粮食供需长期处于紧平衡状态。粮食生产过程中化肥、灌溉水等现代农业生产要素的不正当使用,不仅造成环境污染、资源浪费,而且进一步威胁到粮食生态安全和生产的可持续化,引发粮食安全和生态环境保护之间的矛盾。张宏威等的研究表明,长期大量施肥可增大设施土壤可溶性有机氮淋溶风险,造成土壤及水资源污染。纪梦梦等的研究表明,过量施肥可显著提高土壤中硝酸盐的含量,增大温室气体 N₂O 的产生量和产生速率,影响气候变化。应用科学施肥技术,采用测土配方施肥、水肥一体化等方式,根据作物生长需求合理施用化肥,科学减少化肥投入量,提高水肥利用效率,能够避免资源浪费,减轻农业面源污染,保护生态环境,保障粮食生态安全。