我國紅壤改良利用技術研究現狀與展望

馮兆濱，王 萍，劉秀梅，陳先茂，冀建華，侯紅乾，劉益仁，夏文建，呂真真，劉光榮

(江西省農業科學院/國家紅壤改良工程技術研究中心/農業部 長江中下游作物生理生態與耕作重點實驗室/江西省農業生態與資源利用重點實驗室，江西 南昌 330200)

我國紅壤改良利用技術研究現狀與展望

馮兆濱，王 萍，劉秀梅*，陳先茂，冀建華，侯紅乾，劉益仁，夏文建，呂真真，劉光榮

(江西省農業科學院/國家紅壤改良工程技術研究中心/農業部 長江中下游作物生理生態與耕作重點實驗室/江西省農業生態與資源利用重點實驗室，江西 南昌 330200)

從紅壤酸化現狀及改良技術、水土流失現狀及治理技術模式、肥力下降現狀及沃土技術3個方面系統闡述了我國紅壤改良利用技術的現狀，并提出了需要加強的研究領域及發展趨勢，以期為紅壤改良利用工作提供參考。

紅壤；退化；改良；展望

紅壤是世界上分布最廣的土壤類型之一，其主要分布在亞洲、非洲、大洋洲、南美洲和北美洲南部的低緯度地區，大致以南北緯30°為限[1-4]。國外同緯度的紅壤區大多為干旱草原與沙漠，種植利用強度低，紅壤區的生態環境保護較好。因此，國外對紅壤改良的研究甚少[5-6]。我國的紅壤主要分布在北緯25°～31°之間、海拔600 m以下的丘陵地區，南亞熱帶與熱帶的山地垂直帶上也有少量分布，包括江西、湖南兩省的大部分，廣東、福建、廣西、云南等省(區)的北部及湖北、浙江、安徽、江蘇、貴州、四川、重慶、海南、西藏、臺灣等省的一部分，涉及16個省市區，區域面積占國土面積的22.7%，是重要的經濟林果、糧食、漁業、牧業生產基地[7-9]。該區域光、溫、水等氣候資源豐富，可以一年兩熟或三熟，但由于受降雨集中、高溫高濕等自然條件和多熟集約種植、過度開發、施肥不合理、水土保持措施不到位等人為因素的影響，紅壤區水土流失、酸化、土壤養分貧瘠失調、生態平衡破壞、土壤肥力和生產力下降等問題日趨加重。目前，紅壤地區水土流失面積高達1億km2，養分貧瘠化面積2000多萬 km2，酸化面積達到200多萬 km2，總的土壤退化面積已占該區域土地總面積的50%左右[10-14]。針對以上問題，我國大批學者先后持續開展了紅壤開發與治理的一系列研究。

1 我國紅壤開發治理研究概述

我國是世界上對紅壤研究最多的國家，紅壤改良與利用技術的研究水平一直居世界領先地位。從上世紀50年代開始，我國就對紅黃壤資源、類型、分布、基本特性和肥力演變等進行了大量而深入的調查研究，并全面開展了紅黃壤荒坡地開發利用、中低產田(地、園)改良和山水田綜合治理等一系列應用開發研究，取得了一批國際先進水平的重大成果。進入80年代以來，相繼開展了南方紅黃壤區土壤改良利用區劃和南方丘陵山區綜合科學考察，出版了一系列專著，并在主要生態類型區建立了一批農業生態試驗站(點)，進行長期的定位試驗研究[15-17]。“八五”至“十二五”期間的連續5個五年計劃，又陸續開展了紅壤區小流域治理、中低產田改良、農業結構調整、土壤培肥與質量提升等方面的研究。同時，紅壤的開發利用也進入了一個新階段，促進了紅壤地區由“溝谷型”農業向低丘崗地立體開發、農林牧漁綜合農業發展的轉變[18-19]。然而，紅壤的可持續利用仍然存在著制約因子，主要包括：酸化加重、水土流失、肥力下降等諸多問題，因此，對我國紅壤改良利用的技術現狀和發展趨勢進行系統研究很有必要。

2 紅壤酸化問題的改良技術

2.1 酸化現狀及危害

土壤酸化本是個自然過程，其速度非常緩慢，但是現代社會的集約化種植、化肥大量不平衡施用和酸沉降等原因，南方紅壤區農田土壤酸化呈現進一步加劇的趨勢。目前，福建、湖南和浙江省pH值在4.5～5.5之間的強酸性土壤分別占全省土壤總面積的49.4%、38.0%和16.9%，pH值在5.5～6.5之間的酸性土壤分別占37.5%、40.0%、56.4%[20]。紅壤酸化導致土壤理化性質惡化、鋁離子和重金屬離子活度提高，土壤微生物活性降低，土壤養分不斷流失，造成作物減產，甚至對作物產生毒害作用[21]。

2.2 酸化的改良技術及應用效果

酸性土壤的改良技術主要是無機改良劑、有機改良劑的應用和生物修復技術。目前，廣泛用于酸性土壤的改良劑又可分為：無機類改良劑、有機類改良劑、有機-無機復合型改良劑三大類[22-26]。分述如下：(1)無機類改良劑主要包括各種無機肥料和無機礦物，如鈣鎂磷肥及中微量元素硅、鈣肥等。鈣鎂磷肥對酸性土壤具有改良作用，是一種弱堿性肥料，施用鈣鎂磷肥供給作物營養同時可以降低土壤酸性，易被農民接受。礦物類改良劑主要包括各種石灰石、磷礦粉等，尤其是石灰類物質，在酸性土壤改良上應用廣泛。(2)有機類改良劑主要包括作物秸稈、畜禽糞便、生物質炭、培養(釀造)廢渣、粉煤灰、秸稈灰、污泥等工農業有機廢棄資源等，這些有機改良劑不僅會釋放堿性物質，中和土壤酸度，而且降低土壤交換性鋁，減弱對植物的傷害。(3)有機-無機復合型酸性土壤改良劑，一般是將不同無機礦物、化肥、營養元素等混合制備而成，添加上述一種或者多種有機物料，利用不同物料成分和性質上的互補性，在改良酸性土壤和提高土壤養分上具有良好的效果。這種有機-無機復合型改良劑在酸性土壤改良應用中比單施無機改良劑或有機改良劑的效果更好。南方紅壤區稻草、油菜秸稈、花生秸稈和紫云英綠肥等資源豐富，可將這些有機物料粉碎后與石灰、堿渣等物質配合施用，應用于酸性紅壤的改良。

生物修復主要利用土壤動物、植物和微生物對酸化土壤的修復作用，例如，蚯蚓對酸性土壤修復有一定的作用，其排泄物含有較高的交換性鈣、鎂、鉀，在某些環境下還含有碳酸鈣顆粒，排入土壤對土壤酸性改良有一定的效果；當對土壤表層施土壤改良劑時，蚯蚓的活動還有利于改良劑在土壤中上下層摻混[27]。土壤中因硝化作用形成的硝態氮被作物吸收利用時，部分植物根系釋放氫氧根離子以保持植物體內電荷平衡，可中和土壤中的部分質子。另外，一些耐酸微生物與水生植物的根共生，在根系周圍形成保護層，可降低氫和鋁對根系的毒害，微生物保護根系分泌氨分子，也可中和根際環境的酸度。因此，利用作物吸收硝態氮和根系釋放氫氧根可在一定程度上阻控和修復土壤酸化。施用硝態氮肥配合種植西紅柿、玉米和小麥等喜硝植物，可以提高土壤pH值，達到修復酸化土壤的目的[28-30]。

3 水土流失問題的生態治理技術

3.1 水土流失現狀及危害

根據水土保持監測的最新結果，南方紅壤區出現水土流失的面積在土地總面積中占到了15.06%，總面積量達到了13.12萬km2。在紅壤區總水土流失面積中，輕度侵蝕以及中度侵蝕占到了83.54%，其余均為嚴重的紅壤侵蝕，這些水土流失區域主要分布在我國的贛南、閩粵東部、湘西、湘贛等山地丘陵區[31,32]。由于這些區域降雨量大且集中，高強度的降雨極易導致嚴重的水土肥流失，長江中下游丘陵平原區每年因水土流失帶走氮、磷、鉀的總量約為128萬t，其中氮約80萬t。該區每年水土流失平均被沖走0.1～0.5 cm的表土，而水蝕嚴重的坡地每年被剝蝕表土2～3 cm[33]。據估計，形成1.0 cm厚的表土層，不擾動條件下需100～300年，耕作擾動情況下需要10年。水土流失導致土壤水庫功能退化，土壤孔隙結構惡化，土層變薄，土地生產力降低，植被減少。同時，水土流失帶來泥沙淤積河道和水庫，抬高河床，影響航運，防洪能力相應下降，發生洪澇災害的可能性增大、頻率增高。

3.2 水土流失的治理技術模式

水土流失的治理技術主要有生物技術、工程技術。 生物技術就是通過植樹造林，喬、灌、草立體種植，材林、防護林、經濟林一林多用的樹種組合栽種，增加水土流失區域內的植被覆蓋率，可以有效地涵養水源，減少水土流失。根據地形和坡度大小，治理模式主要有以下幾種[31-37]：(1)封禁治理模式，封禁即自然封育，亦稱封育、封山育林，適宜于交通不便、人口較少、經濟發展落后以及不宜人工造林的山區；(2)坡耕地立體農業模式，該模式以小流域為單元進行綜合治理，已成為治理大江大河、改善農業生產條件和開展生態建設的主要做法，該模式高度重視因地制宜和協調流域內自然、社會和經濟發展，通過“豬沼果”、種草養畜等生態模式、“大封禁，小治理”模式等有效降低流域內水土流失，并促進種植養殖業的同步發展，有效提高了區域生態安全；(3)“香根草籬”坡耕地水土保持耕作模式，利用香根草適應性廣、抗逆性強等特點，發揮其在攔截泥沙、固坡護堤、改善農業生產條件等方面的優勢，適于緩坡地紅壤水土保持治理；(4)“林下流”治理模式，根據“遠看青山在，近看水土流”的實際情況和突出問題，采用“林下補種草灌”、“針闊混交”、“類綜合”等治理模式，取得了顯著的治理效果；(5)廢棄礦場處理模式，對于廢棄的礦場在處理過程中采用單一的措施效果不明顯，除了采用生物措施外還應該采用工程措施，對于廢礦的裸巖區、礦床區、沖淤區等均可采用，區域類型不同，采用的植物種類不同，如果是裸巖區，爬藤類植物是最佳選擇，對于沖淤區，可以將當地存活率較高的植被直接移植過去；(6)河岸治理模式，主要是在河流兩側種植柳樹或者是楓楊樹，從而形成較好的植物籬笆，阻攔水土流失；(7)水源區保護模式，包括“山江湖庫”綜合治理模式和庫區“生態修復”模式，前者通過整體規劃和綜合治理，建立層次性植被保護帶，改造和利用現有水利工程等措施，實現整體治理的目標；后者針對實際情況，因地制宜開展庫區生態修復，提高林草覆蓋率，提升區域生態質量。

工程措施主要是采取工程建設的方法對水土流失進行防控，常用的工程措施主要有以下幾種[38-39]：(1)坡面治理工程，對于部分邊坡可以通過對侵蝕地面的地形改造將徑流進行分散，增加地表徑流，減少徑流過程對土壤的影響。在坡面治理工程中可采用坡改梯工程、田間道路工程以及坡面水系工程等進行改造，也就是將原來的坡度改成梯度，同時在坡面上設置蓄水池、沉砂池、排灌溝渠等，此外，還可以在田間開墾水平溝。通過這些坡面整理工程可以緩解水土流失。有學者[40]對長汀縣河田鎮八十里河低效馬尾松林實施了水平溝坡面工程，結果顯示在6年時間內，土壤的侵蝕模數下降了94.0%～97.0%，植被覆蓋率提升了 90.0%～95.0%；(2)溝道防護工程，通過在溝道中設置攔沙壩以及谷坊群，同時結合植物措施共同進行水土流失防護，通過工程防護與植物防護相結合，完成土壤流失的攔截，在完成溝道工程后還可以將攔截的土壤進行改造用于農業生產；(3)治理池塘，修筑塘堰，對于池塘中淤泥較多的，可對其中的淤泥進行清理，同時根據農業生產要求修筑新的塘堰。

3.3 水土流失標準頒布

由長江水利科學院主編的《南方紅壤丘陵區水土流失綜合治理技術標準》(SL 657—2014)[41]，已于2014年6月19日正式實施。其內容詳細描述了水土流失治理分區，治理措施配置，林地、經果林地、崩崗的治理措施等，總結了南方紅壤區20多年水土流失綜合治理的實踐經驗，具有較強的針對性和可操作性。

4 肥力下降問題的沃土技術

4.1 肥力下降的現狀

紅壤區人多地少，光、熱、水資源豐富，四季種植，是我國復種指數最高的地區，土壤利用強度高，長期忽視用養結合，導致該區土壤質量下降，土壤有機質分解迅速，團粒結構被破壞，土壤微生物區系改變，養分供應失衡，肥料效益降低，加重了土壤的貧瘠化。目前，紅壤地區養分貧瘠化面積2000多萬hm2，90%的紅壤旱地其年平均產量水平低于1500 kg/hm2。種植業平均產量不及氣候潛力生產量的30%，綜合生產能力和效益均較低[42]。根據紅壤區的多個長期定位試驗的研究結果[43]，桔園種植30年后，表層土壤有機質和全氮含量分別下降了44.7%和39.1%，土壤pH值下降了0.9；茶園種植30年后，表層土壤有機質、全氮和全鉀含量分別下降了25.3%、9.6%和36.4%，土壤pH值變化不大；旱地種植30年后，表層土壤有機質和全氮含量分別下降了56.4%和24.5%。在紅壤旱地中，由于投入較低，特別是有機肥用量很少，土壤肥力的主要演變特征是有機質和全氮降低，養分含量總體上有下降趨勢。

4.2 沃土技術模式及應用效果

我國對紅壤地力提升進行了長期的研究，上世紀50～70年代就提出了種植綠肥、施用農家肥和施用磷肥改良紅壤地力的技術。80年代開始在全國建立了多個紅壤施肥長期定位試驗，研究不同有機無機肥配比、氮磷鉀配比對紅壤肥力變化的影響[44]。90年代以后，農業廢棄物資源肥料化利用、緩控釋肥料、高效復合肥、有機無機復合肥、微生物肥等研究結果開始在紅壤區應用，也取得了很大成效[45]。在科學合理施肥的基礎上，又提出了以“作物輪套作、林茶復合種植、淺耕秸稈覆蓋、綠肥種植、結構改良”等為主要技術的紅壤耕地水養擴容技術。在實際應用中，因地制宜地提出了各種沃土技術模式，主要包括以下幾種[46-55]：(1)果園間種綠肥。即在果樹行間種植一年生或多年生綠肥植物作為覆蓋園地的一種果園土壤管理方法，技術措施包括綠肥植物施肥(薄肥)，并進行割草覆蓋園地和割草填埋相結合，可解決坡地果園土壤有機質短缺的難題，提升土壤有機質含量，提高土壤肥力；涵養水源，減少降雨對園地表層土壤的沖刷，防止水土流失。(2)茶園增施微肥。在茶樹有機無機平衡施肥的基礎上，增施鎂肥和硼肥，在茶樹行間套種豆科牧草，可以提高茶園土壤pH值、有機質、全氮和堿解氮含量，春秋兩季鮮茶青總產量提高。(3)植煙土壤輪間作。即烤煙間作花生或紅薯(或紅苕、大豆、馬鈴薯等)，次年在種植花生或紅薯的土壤上種植烤煙，反復交替種植的就地輪間作模式，用養結合，可顯著提高烤煙產量、植煙土壤總產值，有效減輕烤煙青枯病發病率。此模式適用于云南、貴州、重慶的植煙土壤，效果較好。(4)旱作物間輪套種植模式。各地區根據氣候特征、農作物種植制度，形成了多種種植模式，比如花生-甘薯輪作、花生-冬菜-大豆-芝麻-冬菜-紅薯輪作復種、玉米-紅薯間作等技術模式，適用于閩、贛、浙一帶。不僅較好地克服了連作障礙，而且改良了土壤，提高了作物產量和種植效益。(5)耕作栽培技術。即通過農藝措施配合改良劑來改善土壤耕層結構和理化性狀、提高作物產量的一種模式。在合理復種輪作的基礎上，淺耕秸稈覆蓋并結合冬種綠肥、有機無機肥料配施、施用土壤改良劑，可改善紅壤旱地土壤結構板結、通氣不良、保水保肥能力差、結構差的難題，在一定程度上提高土壤水養庫容，提高土壤保水保肥能力，顯著增加土壤氮庫、磷庫和碳庫，同時能顯著增加土壤陽離子交換量，并緩解土壤酸化問題。

5 紅壤改良利用的發展趨勢

5.1 加強水土流失的監測與預警

關于紅壤的水土流失，雖然已在防控技術和治理模式上取得了顯著成效，但仍然面臨著水土流失“新增面積不斷增加”和“局部區域加重”的兩大難題。今后，水土流失治理任務仍然艱巨，應重點加強小流域水土流失動態監測及技術研發，促進小流域農業可持續發展；土壤侵蝕變化的規律及其影響因素的模型構建；深入研究人工次生林的森林覆蓋率、植被覆蓋度與水土流失的關系；3S技術在小流域水土流失動態監測中的深層次應用；構建水土流失監測信息動態實時發布系統等。水土流失的治理要與促進區域特色農產品的產業化、綠色化發展緊密結合，要讓農民取得良好的經濟效益，提高農民參與實施的積極性。

5.2 研發紅壤酸化長期阻控新技術

雖然我國對紅壤酸化及其調控已開展了廣泛的研究，也取得了許多顯著成效，但人為活動因素對土壤酸化的加速作用仍然存在，特別是土壤的高強度農業利用，大量銨態氮肥施用等對土壤酸化的加速作用愈加明顯。因此應加強對高強度農業利用等因素長期影響下土壤的酸化加速機制的研究，建立一系列長期定位觀測試驗站，作為長期持續的研究平臺和條件；在土壤酸化調控方面，要特別關注具有潛在酸化趨勢土壤的酸化阻控研究，研發新技術、新措施，減緩土壤的酸化進程；將化學方法、物理方法、生物學方法與農藝措施相結合，建立綜合調控技術，實現對紅壤加速酸化的長效控制。

5.3 深化紅壤耕地有機質提升技術

有機質作為土壤中的重要物質組成部分，能促進土壤良好結構的形成，從而改善土壤通氣性、透水性、耕作性和保水性，增強抗侵蝕能力，這對紅壤旱作物尤其重要。所以，今后紅壤耕地質量提升的核心仍然是提升有機質含量。增施有機肥，配合無機肥是培肥地力、提高肥料養分利用率、提高作物產量的重要手段；對于pH值小于5的土壤應適當施用石灰等堿性物質或者改良劑。另外，結合信息技術，研發適于不同區域和不同作物的精準平衡施肥模型或施肥系統，提高肥料利用效率和減少養分流失也是必不可少的新途徑；還要繼續加強新型高效肥料和肥料增效劑產品的研發等。

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(責任編輯：許晶晶)

Research Progress and Perspective of Red Soil Improvement and Utilization Technologies in China

FENG Zhao-bin, WANG Ping, LIU Xiu-mei*, CHEN Xian-mao, JI Jian-hua, HOU Hong-qian, LIU Yi-ren, XIA Wen-jian, LV Zhen-zhen, LIU Guang-rong

(Jiangxi Academy of Agricultural Sciences / National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement / Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System for Middle and Lower Reaches of Yangtze River, Ministry of Agriculture / Key Laboratory of Agricultural Ecology and Resource Utilization of Jiangxi Province, Nanchang 330200, China)

This paper systematically summarized the current situation of red soil improvement and utilization technologies in China, including red soil acidification status and its improvement technology, soil and water loss status and its control technology, and soil fertility decline status and fertile-soil technology, and prospected the research direction and developmental trend of this field in the future, so as to provide a reference for the improvement, utilization and management of red soil.

Red soil; Degradation; Improvement; Perspective

2017-01-10

國家科技支撐計劃(2011BAD41B01)；國家自然科學基金項目(31101603)；江西省學科帶頭人培養計劃;“贛鄱555工程人 選”項目。

馮兆濱(1974—)，男，山東泰安人，副研究員，碩士，主要從事新型肥料的研究和開發研究。*通訊作者：劉秀梅。

S15

A

1001-8581(2017)08-0057-05