中低产田评价指标与主要方法研究进展.pdf
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1、第 60 卷 第 4 期 土 壤 学 报 Vol.60,No.4 2023 年 7 月 ACTA PEDOLOGICA SINICA Jul.,2023 *国家重点研发计划项目(2021YFD1901001)、国家自然科学基金项目(41901248)、国家留学基金委和海南大学联合资助项目(留金美201913043)共同资助 Supported by the National Key Research and Development Program of China(No.2021YFD1901001),the National Natural Science Foundation of Chi
2、na(No.41901248),and the China Scholarship Council and Hainan University(No.201913043)通讯作者 Corresponding author,E-mail: 作者简介:白雪源(1996),男,山东济宁人,博士研究生,主要从事耕地产能研究。E-mail: 收稿日期:20220407;收到修改稿日期:20220707;网络首发日期():20220926 http:/ DOI:10.11766/trxb202204070045 白雪源,张杰,崔振岭,王广进,吕玉娇,张福锁.中低产田评价指标与主要方法研究进展J.土壤学报,
3、2023,60(4):913924.BAI Xueyuan,ZHANG Jie,CUI Zhenling,WANG Guangjin,LYU Yujiao,ZHANG Fusuo.Advances in the Indicator and Assessment Approaches of Medium-low Yield FieldsJ.Acta Pedologica Sinica,2023,60(4):913924.中低产田评价指标与主要方法研究进展*白雪源1,2,张 杰3,2,崔振岭1,2,王广进1,2,吕玉娇3,张福锁1,2(1.中国农业大学资源与环境学院,北京 100193;2.中国农
4、业大学国家农业绿色发展研究院,北京 100193;3.中国农业大学信息与电气工程学院,北京 100083)摘 要:我国中低产田分布广泛,产能提升潜力巨大,提高中低产田产能对于保障粮食安全、实现联合国可持续发展目标具有重要意义。明确中低产田的质量等级、面积与空间分布,开展中低产田评价相关研究是改造中低产田的前提和基础。本文系统梳理了中低产田评价发展历程、划分标准和主要评价方法,在此基础上探讨了我国中低产田评价的主要不足和发展趋势。现有的中低产田概念以中低产田数量和质量评价为主、对生态功能和可持续发展能力相关研究仍较少,耕地指标体系与评价方法尚不统一,中低产田的时空变化情况尚不清楚。未来中低产田评
5、价相关研究可围绕“数量、质量和生态”三个方面注重中低产田动态变化过程和生产的可持续性,开展多尺度中低产田评价指标体系构建、多源数据融合、创新中低产田评价方法、时空变化分析等相关研究,实现不同尺度上的中低产田动态变化分析,探索绿色高产高效的耕地产能提升路径,保障粮食安全、促进可持续发展目标的实现。关键词:中低产田;评价指标;评价方法;耕地质量 中图分类号:S159 文献标志码:A Advances in the Indicator and Assessment Approaches of Medium-low Yield Fields BAI Xueyuan1,2,ZHANG Jie3,2,CU
6、I Zhenling1,2,WANG Guangjin1,2,LYU Yujiao3,ZHANG Fusuo1,2(1.College of Resources and Environmental Sciences,China Agricultural University,Beijing 100193,China;2.National Academy of Agriculture Green Development,China Agricultural University,Beijing 100193,China;3.College of Information and Electrica
7、l Engineering,China Agricultural University,Beijing 100083,China)Abstract:Chinas medium-low yield fields are widely distributed and have great potential for land productivity improvement.Improving the land productivity of medium-low yield fields is of great significance for ensuring food security an
8、d achieving sustainable development goals(SDGs).Assessing the quality and spatial distribution of medium-low yield fields is the prerequisite and basis for land improvement.This paper systematically reviewed the concept,evaluation indicators,and main 914 土 壤 学 报 60 卷 http:/ assessment approaches of
9、medium-low yield fields.The main problems and development trends of the assessment of medium-low yield fields in China are also discussed.The existing concepts of medium-low yield fields focus on quantity and quality,and there are few studies on ecological indicators and sustainable development abil
10、ities.The indicators system and assessment approaches are not uniform and the temporal and spatial variation of low-and medium-yielding fields is unclear.In the future,the medium-low yield fields assessment should consider quantity,quality,and ecology indicators.The medium-low yield fields assessmen
11、t should be focused on the multi-scale assessment indices system construction,multi-source data fusion,assessment methods innovation,and determining the spatial and temporal change in multi scales.It is helpful to explore ways to increase the productivity of green,high-yield,and efficient agricultur
12、al production,ensure food security and promote the realization of SDGs.Key words:Medium-low yield fields;Indicators;Assessment approaches;Cultivated land quality 耕地是人类赖以生存和发展的基础1。近年来,受全球人口不断增长和气候变化的影响,世界粮食供需矛盾日益突出2-3。作为世界上人口最多的国家,中国用全球不足 10%的耕地养活了全世界16%的人口,这与我国长期在农业领域的投入密不可分4-5。2019 年全国耕地质量等级情况公报6显示
13、我国中低产田占耕地总面积的 68.76%,增产潜力巨大。如何进一步改造中低产田,提升中低产田产能,对于保障我国的粮食安全和实现联合国可持续发展的目标至关重要7-8。明确中低产田的质量等级、面积与空间分布情况,开展中低产田评价相关研究是中低产田改造的前提和基础。自 20 世纪 80 年代起,我国先后开展了多项全国范围中低产田面积与分布的研究,主要包括:19871988 年的我国中低产田分布及粮食增产潜力研究9、19901994 年的全国“四低”“四荒”调查10-11以及农业农村部在 2015 年和 2020年发布的关于全国耕地质量等级情况的公报12和2019 年全国耕地质量等级情况公报(图 1)
14、6等。然而,受数据来源与评价方法差异的影响,不同时期的中低产田划分标准与评价方法不一致,不同时期评价结果难以直接对比,中低产田的空间分 布及动态变化情况尚不明确13。随着国家“藏粮于地、藏粮于技”战略的实施,以及中低产田改造的现实需求,中低产田的指标体系和评价方法正不断完善。建立完善的评价指标与方法体系,分析中低产田耕地质量、分布及其动态变化,对于分析其关键驱动因子、探索中国耕地产能提升的有效路径具有重要意义。本研究系统梳理了中低产田主要评价指标与评价方法的研究进展,总结当前中低产田评价的发展趋势,探索分析我国中低产田空间分布和时空变化的有效路径。1 中低产田评价发展历程 20 世纪以来,德国
15、、美国、加拿大、联合国等国家和组织先后提出了不同耕地地力评价方案和系统,主要包括两种方式:一是根据耕地作物产量确定耕地地力;二是根据耕地土壤性状确定耕地地力14。20 世纪 80 年代以来,为了开发耕地潜在生产能力,提高粮食产量、保障粮食安全,我国先后开展了多次耕地地力与耕地质量评价工作,中低产田的概念也随之得到完善与发展(图 1)。20 世纪80 年代至 90 年代,我国中低产田评价旨在摸清中 图 1 历史上农业部门中低产田评价研究与方法 Fig.1 Research and methods for medium-low yield fields assessment carried by
16、the agricultural department 4 期 白雪源等:中低产田评价指标与主要方法研究进展 915 http:/ 低产田的数量,因此中低产田的定义以产量判断为主,白志礼等15学者认为中低产田的前提是农作物产量低下。随后,在基本掌握我国中低产田状况的基础上,1997 年发布的全国中低产田类型划分与改良技术规范16将中低产田定义为存在各种制约农业生产的土壤障碍因素,产量相对低而不稳的耕地,主要强调障碍因素对耕地产量的影响以确定不同障碍类型中低产田的改造方法。21 世纪以来,在对中低产田的评价与改造的实践过程中,中低产田的概念逐渐深入发展,与耕地地力、耕地质量、耕地产能等概念联系在
17、一起6。张佳宝等8认为基础地力水平低是中低产田的重要特征。曾希柏等17认为中产田与低产田的定义存在差异,影响中产田土壤肥力与作物产量的因素主要来自于耕作、施肥、管理等方面,影响低产田作物长势与产量水平的因素主要来自于耕地障碍因素。这表明我国中低产田评价研究从摸清数量向明确中低产田程度与耕地质量方向发展。目前,我国国家层面的耕地质量评价与监测主要包括农业农村部耕地质量等级调查评价和自然资源部耕地质量等别调查评价与监测18。其中,农业部门从农业生产角度出发,按照耕地质量将耕地划分为高、中及低产田。此外,还有学者从增产潜力的角度提出了中低产田的概念19,表明了改造中低产田、提高粮食生产能力的现实需求
18、。近年来,国内外学者针对耕地的生态功能和可持续生产能力开展了大量研究20-22。郧文聚等23认为耕地健康产能评价应考虑耕地生产能力、生产环境、自我恢复能力以及农产品品质等方面要素。张甘霖和吴华勇24提出土壤生态系统在粮食安全、生态环境、气候变化和生物多样性等方面对于促进联合国可持续发展目标的实现具有重要作用。综上所述,我国中低产田评价的目标从摸清数量向明确耕地质量等级发展,中低产田的概念也与耕地质量密切相关。但是由于出发点与面向应用的不同,目前学术界内和部门标准均存在一定差异。通过分析中低产田评价发展历程,耕地生产能力是中低产田的外在表现和主要划分依据,障碍因素是限制其耕地产能提升的主要制约,
19、耕地地力、耕地质量是影响中低产田耕地生产能力的内在因素。随着我国农业发展的绿色转型,中低产田评价应在此基础上考虑生态因素和可持续生产能力,围绕“数量、质量和生态”三个方面开展中低产田评价(图 2)。2 中低产田划分标准 根据中低产田的不同定义,目前中低产田的划分标准主要包括产量指标、障碍因素指标和耕地质量等级指标三个方面。图 2 中低产田评价主要目标、概念、指标和方法演变 Fig.2 Main objectives,concepts,indicators and methods of medium-low yield fields evaluation through history 916
20、土 壤 学 报 60 卷 http:/ 2.1 产量指标 产量指标指反映单位面积作物产量高低或生产潜力的指标,反映中低产田的生产能力。常见的产量指标包括平均产量、净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)、相对产量等11,19,25-26。平均产量根据粮食标准统计单位面积产量计算获得,可直接反映研究区在一段时期内的粮食生产能力27。NPP 指单位时间内植物通过光合作用所吸收的碳扣除自身呼吸的碳损耗所剩的部分,直接影响植物干物质量的积累,反映作物产量状况28。相对产量通过区域实际单产与理论单产的比值计算获得,可反映作物的相对生产能力,主要包括相对潜力和潜力产出率等1
21、1,29。产量指标可以反映耕地生产能力的高低,但易受作物栽培、农业管理、极端气候等因素影响,需考虑指标的波动情况。2.2 障碍因素指标 障碍因素指标以影响耕地生产能力的障碍因素为主,可以直观反映中低产田的成因30-31。我国耕 地的主要障碍因素包括瘠薄、酸化、盐碱、风沙、结构障碍、渍涝、侵蚀、干旱等,障碍因素的分布具有空间异质性16-17。根据自然条件差异,不同地区的中低产田评价中选取的障碍因素存在一定差异,如东北地区的障碍因素主要包括渍涝、瘠薄、侵蚀、盐碱、风沙、水毁等32。障碍因素指标具有明显的区域性,针对性强。但土壤障碍因素只是中低产田的影响因素之一,光温及农业管理、投入等因素同样影响耕
22、地生产能力30。2.3 耕地质量等级指标 耕地质量等级指标主要考虑影响耕地生产能力的自然和人为因素18,33。目前常用的耕地质量等级指标主要包括立地条件、剖面性状、耕层理化性状、养分状况、土壤健康、气象条件、生产状况、土壤管理和工程措施等(表 1)。指标选取主要取决于不同评价方法与区域自然条件差异,例如我国耕地质量等级(GB/T 334692016)34规定了立地条件、剖面性状、耕层理化性状、养分状况、土壤 表 1 耕地质量等级指标31,34-43 Table 1 Cultivated Land quality indicators 要素类型 Element types 指标 Indicato
23、rs 立地条件 Site conditions 地形部位、地貌类型、田面坡度、坡向、海拔高度、成土母质、地下水埋深 剖面性状 Profile conditions 有效土层厚度、剖面构型、质地构型、障碍因素类型、障碍层深度、盐渍化程度 耕层理化性状 Physical and chemical conditions 耕层质地、土壤容重、耕层厚度、酸碱度、阳离子交换量 养分状况 Nutrient conditions 有机质、全氮、有效磷、速效钾、有效锌、水溶态硼含量 土壤健康状况 Soil health conditions 生物多样性、土壤清洁程度、土壤重金属、灌溉水环境质量、土壤蚯蚓 气象条
24、件 Meteorological conditions 年降水量、有效积温、年均温度 生产状况 Production status 熟制、单位面积产值 土壤管理 Soil management conditions 灌溉能力、排水能力、农田林网化率 工程措施 Engineering measures 基础设施占地率、道路通达度、路网密度、田块状况、田块大小、田块集中连片度、田块性状、田块平整度、耕作距离、可否机械化耕作 4 期 白雪源等:中低产田评价指标与主要方法研究进展 917 http:/ 健康和土壤管理6类共13个基础性指标和针对区域自然条件特征的 6 个区域补充性指标。国际上如联合国粮
25、农组织(FAO)的农业生态区划模型(Agro-Ecological Zones,AEZ)主要考虑气象条件、土壤性状、土地利用方面的指标对耕地产能的影响44。根据不同尺度评价的需求选取耕地质量等级指标,有助于全面反映中低产田耕地质量水平。2.4 评价指标发展趋势 我国中低产田的评价指标总体经历了产量指标、障碍因素指标到同时考虑地形、土壤、农田管理和工程投入等多方面因素的耕地地力或质量指标的过程,这与我国耕地质量监测体系的不断完善密不可分45-46。近年来,耕地质量评价开始加入生物指标和环境指标,如土壤动物、土壤重金属、灌溉水环境质量等,以反映土壤健康与环境质量36。在中低产田评价时应从代表性、变
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