周卫：耕地科技创新的战略思考

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周卫（中国工程院院士、中国农业科学院耕地科技创新总首席科学家）

一

总体形势

党的二十大报告指出：“全方位夯实粮食安全根基”“牢牢守住十八亿亩耕地红线，逐步把永久基本农田全部建成高标准农田”。这既有耕地数量问题，又有耕地质量问题。我国人地矛盾日益尖锐，耕地科技创新势在必行，主要体现在：我国用占世界9%的耕地，养活全球20% 的人口，耕地资源十分紧缺；我国耕地基础地力对粮食产量的贡献率仅为50%，远低于欧美国家的70%～80%；人均耕地数量下降与粮食需求刚性增长之间的矛盾日益尖锐。

（一）我国耕地资源现状

我国耕地资源现状不容乐观——呈现“三少”“两降”现象。“三少”主要是指：人均耕地面积少，从1996年人均1.59亩减少至目前的1.36亩；高质量耕地数量少，中低产田占2/3；可挖潜耕地资源少，逼近18亿亩耕地红线。“两降”主要是指：水热资源质量下降，水热条件好的长江中下游地区和华南地区耕地大幅减少，而水热条件差、只能一熟的东北、内蒙古及长城沿线地区耕地大幅增加；耕地健康质量下降，土壤污染等问题突出。

（二）主要耕地质量问题

我国耕地质量面临的主要问题包括以下六个方面：一是东北黑土地退化，黑土层变薄，近50年由100cm下降到40cm，有机质由10%下降到3%；二是北方旱地干旱变浅，由于水资源短缺，地下水严重超采，由于机械压实，耕层浅化（小于12cm）；三是南方旱地酸化贫瘠化，14.5%的耕地严重酸化，由此造成减产20%；四是南方水田低产障碍，土壤呈现瘦、板、烂、酸、冷等特性；五是盐碱地面积扩大，现有盐碱耕地1.14亿亩，较上世纪80年代面积增加了30%；六是农田污染加剧，污染源包括重金属、农业面源、抗生素、农药、农膜、微塑料等。

（三）国际耕地科技发展趋势

国际耕地科技发展趋势具体表现为以下五个方面。一是耕地监测向长期定位联网及智慧化监测发展。长期试验已从单一试验走向整合和网络研究，长期土壤生态系统研究已经纳入美国科学基金会关键带探测网络。二是耕地退化与改良一直是重要研究任务。土壤生产力及其可持续提升机理和途径一直是耕地科技的中心任务，以土壤肥力为中心的养分与元素转化是研究重点。三是耕地培肥向绿色生态、精准智能与可持续发展。秸秆还田已列入国际持续农业的关键技术之一。欧盟、英国、德国、丹麦等通过肥料立法，颁布养分限量标准。美国倡导4R施肥技术，各州均建有计算机推荐施肥专家系统。美国、欧洲和日本等肥料向复混化发展，并致力于养分释放与作物需求同步的缓控释肥料研发。四是耕地利用由单一生产功能向生产、环境、生态服务多功能拓展。社会与公众需求已成为耕地科技发展的内在牵引力，联合国可持续发展目标涉及耕地质量、环境污染、土壤健康等方面，应对气候变化挑战催生了土壤碳循环研究的兴起。五是多学科交叉、新技术应用为耕地科技创新注入了重要推动力。土壤微生物组已被列为农业领域亟待突破的五大研究方向之一，稳定性同位素示踪技术已用于元素循环和转化过程研究，模型模拟在养分运移、碳氮循环、全球变化等研究方面发挥了重要作用。

（四）我国耕地科技的差距与挑战

与发达国家相比，我国耕地科技整体上处于跟踪国际前沿水平。耕地监测方面，长期试验联网与关键带研究有待整合，智慧监测有待发展；耕地改良方面，土壤退化、酸化、盐碱化机理与阻控关键技术研究不足；耕地培肥方面，秸秆高效还田、智能化推荐施肥技术与高效培肥产品缺乏；耕地利用方面，土壤健康、污染防控、固碳减排等关键技术亟需突破。

由此，我国耕地科技创新的发展思路在于：以耕地保护与利用为核心，以“发现问题、消减障碍、提升地力、生态服务”为总体思路，开展耕地监测、耕地改良、耕地培肥、耕地利用创新研究。这是保障国家粮食安全、生态安全和农业高质量发展的战略需求。现阶段我国耕地科技关键问题主要包括四个方面：耕地资源时空演变与驱动机制、耕地质量退化过程与阻控机理、耕地地力提升机理与关键技术、耕地生态服务功能与调控途径。

二

主要进展

（一）科技创新进展

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所（简称“资源所”）在耕地监测、耕地改良、耕地培肥、耕地利用等耕地科技创新方面取得重要进展。耕地监测方面，牵头构建耕地质量与土壤肥力监测网，建成高精度数字土壤、天空地一体化耕地智慧监测网和旱涝灾害遥感监测系统；耕地改良方面，红壤酸化和低产水稻土得到改良，土壤有机质提升；耕地培肥方面，在养分生理、高效施肥和肥料创制方面科技有突破性进展；耕地利用方面，综合利用土地资源，提升土壤固碳与生态服务功能，促进农田污染防控。

（二）南方低产水稻土改良研究

我国南方低产水稻土约1亿亩，产量不及高产田的一半，突出问题在于专性改良技术缺乏。据此，资源所创建了涵盖生物肥力的稻田质量评价体系，为不同类型水稻土肥力评价提供关键参数；阐明了我国南方低产水稻土养分特征，西南稻区缺有效磷，东南稻区缺速效钾和有效硅，土壤酸化明显；揭示了五大典型低产稻田的障碍机理，研创了低产水稻土改良关键技术和产品。

（三）养分资源高效利用研究

我国化肥过量施用，肥料利用率低，有机资源未充分利用。技术突破的关键在于创新养分推荐方法，发展有机替代技术。据此，资源所创建了基于产量反应和农学效率推荐施肥新方法，研发出水稻、小麦和玉米养分专家系统（NE），创新了有机资源高效利用理论与技术，并研发了基于氮素调控的秸秆高效还田技术。

三

重点任务

（一）理论创新

我国耕地科技理论创新的方向主要包括六个方面：一是地球关键带过程与耕地质量演变；二是耕地退化机理与肥力培育；三是土壤微生物学过程与功能；四是养分高效利用机理与精准管理；五是土壤侵蚀与耕地保护；六是耕地生态服务与土壤健康。

（二）技术攻关（低产田改造）

技术攻关（低产田改造）的方向在于结合区域特征，根据造成低产的原因，适用相应的低产田改造技术。

1. 东北区

低产区域主要位于松嫩平原西部，三江、辽河平原低洼处，小兴安岭、长白山、阴山南北麓丘陵坡地，以草甸土、黑钙土、风沙土、栗钙土、盐碱土为主。以上地区低产的主要原因是盐碱、瘠薄、潜育化、障碍层次、酸化、风蚀、水蚀。相应的改造技术主要有免耕覆盖、秸秆还田、轮作、施有机肥、盐碱土改良剂和退耕还林。

2. 黄淮海区

低产区域主要位于丘陵上部，平原局部高地，滨海低地，以粗骨土、棕壤为主。以上地区低产的主要原因是土层浅薄、土壤盐渍化、胶东土壤酸化、干旱、沿淮地区粘板涝渍。相应的改造技术主要有秸秆还田、适水种植、完善排灌降盐降渍、调理剂或有机肥降酸。

3. 长江中下游区

低产区域主要位于丘陵、山地中上部及沿海区域，以黄棕壤、棕壤、红壤、褐土为主。以上地区低产的主要原因是山地地形起伏、酸化、养分瘠薄、灌溉条件差，沿海滩涂盐渍化。相应的改造技术主要有施用调理剂/碱性肥料、增施有机肥和完善排灌改良盐碱地。

4. 华南区

低产区域主要位于普洱和保山市山区，右江流域石灰岩地区、雷州半岛、海南西北沿海，以及酸化土壤，以砖红壤、紫色土、石灰岩土为主。以上地区低产的主要原因是山地土壤瘠薄酸化、沿海土壤盐渍化、反酸田、冷浸田及潜育化田。相应的改造技术主要有旱地施调理剂和有机肥、潜育化田工程排水和反酸田引淡洗酸。

5. 西南区

低产区域主要位于乌蒙山区，武陵山区及陇南山地，以黄棕壤、石灰岩土为主。以上地区低产的主要原因是土层浅薄、砾石多，瘠薄、酸化、潜育化、障碍层次等。相应的改造技术主要有聚土耕作或横坡耕作减少水土流失，增施有机肥料培肥地力。

6. 西北区

低产区域主要位于黄土高原沟壑区，准噶尔盆地、塔里木盆地西北、祁连山山地、环青海湖区，以灰钙土、风沙土、棕钙土、灰漠土、栗钙土为主。以上地区低产的主要原因是土层薄、干旱、瘠薄、侵蚀严重、甘新区盐渍化、沙化、荒漠化。相应的改造技术主要有恢复坡地植被，修筑梯田地埂；秸秆覆盖还田、增施有机肥和绿肥；修筑植物篱或防护林网；完善排灌，改良盐碱地；发展节水灌溉，水肥一体化。

（本文根据作者在“清华三农论坛2023”上的演讲整理，经本人确认并授权。）