长期的基础研究 重要的参考价值——天水土壤肥料长期定位试验调查与建议

长期的基础研究   重要的参考价值

——天水土壤肥料长期定位试验调查与建议 

从1981年开始，根据全国第二轮化肥试验网安排，天水市农业科学研究所（以下简称市农科所）在秦州区中梁镇三湾村试验研究基地承担土壤肥料长期定位试验任务。试验团队经过四十余年的持续观察试验，取得了大量的原始数据资料和科研成果，为黄土高原黄绵土区农业增产增收和可持续发展提供了有力支撑。近期，我们对市农科所承担的这一试验进行了专题调查，并提出了意见和建议。   

一、土壤肥料长期定位试验具有重要意义

土壤是重要的自然资源，是人类赖以生存的基础，是维持地球上各生态系统平衡的重要因素。肥料是指提供一种或一种以上植物必需的营养元素，改善土壤性质、提高土壤肥力水平的一类物质，是农业生产的物质基础之一。肥料作为粮食安全的物质基础，在支撑我国粮食产量增加、农产品品质提升及人类营养健康等方面发挥了至关重要的作用。土壤肥料长期定位试验是土壤学、生态学和环境学领域中的基础性研究工作和重要的研究手段，采用既“长期”又“定位”的独特研究方法，重点解决施肥对作物产量、作物品质、生态环境和农田养分再循环影响等一系列在中短期试验中无法解决或阐述不清的问题。因此，历来受到国内外科学界和社会各界的高度重视。

开展土壤肥料长期定位试验，是提高科技创新能力的需要，不仅为耕地质量提升、化肥减量和农业可持续发展等关键问题决策提供科学依据，而且为确保粮食安全和人类及动物健康提供技术支撑，更为生态安全和环境治理提供实践基础。

二、天水土壤肥料长期定位试验取得初步成效

根据全国第二轮化肥试验网安排部署，1981年，中国农科院、甘肃省农科院和市农科所在中梁农业试验站联合布置甘肃雨养农业区黄绵土土壤肥料长期定位试验（面积796.8平方米）。2007年，省农科院与市农科所联合布置了黄土高原陡坡地农田地表径流长期监测试验（面积780平方米），2015年又被确定为“农业面源污染国控监测点”——甘肃省重点监测点。2010年布置了甘肃省雨养农业区磷肥适宜施用量试验（面积720平方米）。

天水土壤肥料长期定位试验研究方向是：长期施肥作物产量及土壤肥力演变；土壤质量、土壤有机碳库及组分响应；长期施肥土壤养分循环特征及土壤固碳效应。研究任务是：长期施肥作物生产力演变特征及模型预测；基于综合考虑能耗、土壤有机碳矿化、呼吸等因素，研究长期施肥对大气温室效应的影响；通过长期定位试验创造的微生态环境，研究养分形态特征及转化过程。

始于1981年的甘肃雨养农业区黄绵土土壤肥料长期定位试验点，根据不同的试验目的，划分为三组、24个试验小区，每个小区由水泥隔断，分别配置：不施肥、单施氮肥、氮肥+磷肥、氮肥+磷肥+钾肥、单施有机肥、有机肥+氮肥、有机肥+氮肥+磷肥和有机肥+氮肥+磷肥+钾肥等8种不同的施肥方式，选用同一冬小麦（冬油菜）品种及相同的耕作方式（除施肥外），持续进行对比试验，是目前我国黄绵土地区土壤肥料长期定位试验持续时间最长的定位试验点。经过四十余年历代农科人不间断的持续观察试验，为开展粮食增产、地力提升、土壤改良、农业面源污染、生态环境建设、土壤物理及土壤微生物学等研究提供了难得的第一手基础性数据资料，也为黄土高原黄绵土区农业增产增收、促进可持续发展积累了经验。

（一）与时俱进探索农业面源污染监测防控技术。随着我国农业和农村经济的快速发展，农业面源污染问题日益突出，特别是在集约化农区，农业面源污染已成为农田生态环境质量下降、地表水富营养化、农田生产能力降低等问题的主要原因。开展农业面源污染监测、预警与防控技术研究刻不容缓，为此，市农科所土壤肥料试验创新团队主动承担“国家农业环境秦州观测实验点（NAES-AE-100)”工作，重点监测农业面源污染来源和主要污染物含量、陡坡地水土流失等情况。

（二）积累了大量连续性原始试验数据资料。持续41年的土壤肥料长期定位试验，积累了大量连续性原始试验数据资料。主要有三大类：一是土壤数据。1981—2021年定位试验点土壤有机碳和氮、磷、钾全量及有效量以及PH的连续动态数据资料;2010年土壤物理及土壤微生物学数据资料。二是定位试验点气象数据。1981—2020年气象监测数据资料。三是作物数据。定位试验点1981—2021年作物产量动态数据资料；定位试验点1993—2003及2005—2021年作物秸秆产量；部分年份小麦、油菜、玉米和胡麻4种作物地上部分不同器官全氮、全磷、全钾等数据资料。这些数据资料年复一年地记录着不同施肥方式对作物产量、品质与土壤肥力的影响，具有持续时间长、连续性好、区域代表性强和独特性等特点。

(三）资料开发利用取得一定成效。市农科所充分利用土壤肥料长期定位试验取得的原始数据，联合有关科研院所开展各类基础研究，取得了多项研究成果。天水市农科所与甘肃省农科院土壤肥料与节水农业研究所、张掖市农科院联合开展的《施肥对农业生态环境影响的长期定位研究》课题，2006年经省级科技成果鉴定，研究成果达到国际领先水平；支持完成的《主要粮食产区农田土壤有机质演变与提升综合技术及应用》课题，2015年获国家科技进步二等奖；《全国农田面源污染监测技术体系的创建与应用》于2015年获中华农业科技奖一等奖；2016年支持完成专著《甘肃省耕地土壤肥力演变》；2017年支持完成《土壤肥力演变特征及配肥技术研究》《西北主要土类耕地地力提升及养分活化技术研究》两项课题，通过省级科技验收登记；支持完成的《北方高原山地区氮磷化肥投入阈值及面源污染防控技术研究与示范》，获2018年甘肃省科技进步二等奖；主持完成《天水市旱作区主要粮食作物氮、磷投入阈值研究》，2018年通过市科技局验收并进行成果登记。同时，支持完成博士论文1篇、SCI论文2篇、国家核心期刊学术论文近20余篇、发表省级学术论文近50余篇。

三、存在的困难和问题

天水土壤肥料长期定位试验虽然取得了一定的成效，但存在成果应用不充分、特别是对土壤质量现代农业发展的积极作用没有完全凸显等一些不容忽视的困难和问题：

一是重视程度不高。由于土壤肥料长期定位试验专业性强，各级领导和广大群众对这项工作的重要性、必要性缺乏了解和认识，加之长期以来宣传不够，导致重视程度不高，影响了这项工作的持续稳定推进。

二是观测试验工作力量薄弱。目前天水土壤肥料长期定位试验研究机构还不健全，研究人员因短期内难以出成果而不愿意从事这项工作，导致观测技术人员不稳定、力量薄弱，影响观测研究工作高质量开展。

三是观测试验的方式落后。在现代农业、智慧农业、生物科技日益发展的今天，天水土壤肥料长期定位观测试验基础设施严重老化，自动化、信息化、智能化观测试验设备缺乏，研究技术手段落后，传统的以人力为主的观测试验方式方法亟待创新。

四是资料开发利用力度不大。41年来积累的土壤肥料长期定位试验数据资料开发利用不足，试验成果没有得到充分转化与应用。

五是保持试验连续性稳定性难度较大。目前，国家、省市先后在市农科所中梁试验基地布置了三组长期定位试验，这三组试验都需要长期跟踪监测试验，但因天水机场迁建，市农科所中梁试验基地被列入整体搬迁范围。如果搬迁重建，保持监测试验数据资料的连续性、稳定性，则需对试验地两米深土层进行整体搬迁。

  四、几点启示

    天水土壤肥料长期定位试验研究数据丰富，资料详实，经过初步开发利用，已经取得了一些有价值的成果，为农业和农村经济高质量发展提供了有益启示。

启示之一：配方施肥是保障农产品安全的必要措施。2021年12月，习近平总书记对做好“三农”工作作出的重要指示：“保障好初级产品供给是一个重大战略性问题，中国人的饭碗任何时候都要牢牢端在自己手中，饭碗主要装中国粮。”经过40来年长期定位试验研究证明,长期施肥能提高冬小麦产量并能增强冬小麦产量的稳定性，回答了有机肥如何部分替代化肥的问题，为配方施肥、化肥减施提供了理论依据。因此，保障农产品安全必须减量化肥、有机肥与化肥合理搭配施用，最好推广测土配方施肥。

启示之二：提高土壤质量是保障农产品供给及应对气候变化的重要手段。习总书记在关于“三农”工作论述中提到“耕地是粮食生产的命根子。”“要加强耕地保护和利用等基础性研究。”“保耕地，不仅要保数量，还要提质量。”经过40年来长期定位试验和研究证明，长期施肥能增加土壤肥力，改善土壤理化性质；长期施肥能增加黄绵土有机质含量，黄绵土的全氮含量；磷肥的施入是土壤磷素的主要来源；黄绵土富钾，钾肥的施入对土壤全钾含量基本没有影响；长期施肥能降低土壤的PH值和土壤容重；平衡施肥有利于提高氮肥和钾肥的利用率。可以说，长期不施用有机肥条件下，化肥与化肥配施可以提升黄绵土土壤质量。长期施用有机肥条件下，有机肥与化肥配施对黄绵土土壤质量提高的幅度要大于同等条件下不施用有机肥的处理。均衡施肥是保证作物高产稳产和提升黄绵土土壤质量的有效措施，可以为甘肃等黄绵土区中低产田改良和高标准化农田建设，提高农业防灾抗灾能力，确保农业稳产增产提供坚实的理论基础。

启示之三：精准开展农业面源污染防控是农业可持续发展的根本保障。长期以来，农田高投入、高产出与施肥环境风险并存，如何达到农业稳产增产、资源节约和环境友好统一协调，是当前我国农业发展面临的重要问题。天水土壤肥料试验基地于2008年开展的“黄土高原坡耕地农田地表径流监测试验”，对摸清农业面源污染总量和来源，并采取针对性措施进行防控提供了重要依据，对推动农业面源污染防治工作具有重要意义。

启示之四：提升土壤固碳减排能力是“碳达峰”和“碳中和”重要措施。农田土壤是大气的碳“源”还是碳“汇”。土壤固碳减排除与施肥量、轮作模式、耕作强度等因素有关外,还与肥料、农膜、农药生产及播种、收获等能耗密切相关。通过41年土壤肥料长期定位试验研究表明,长期施肥对土壤的水分、养分、微生物量、酶活性及土壤物理结构都产生了显著影响。依托长期定位试验研究成果，可以引导农民转变传统的耕作方式方法，大力发展绿色低碳农业，对推进“碳达峰”和“碳中和”具有十分重要的意义。

五、几点建议

为了让天水土壤肥料长期定位试验这“一亩方田”，在新的征程焕发新的生机活力，根据存在的问题和现实需要提出以下几点建议：

（一）保障试验地的延续性。建议市上有关部门加强与天水机场迁建有关方面以及中国农科院、省农科院等单位密切协商，解决好市农科所中梁试验基地三组长期定位试验点用地问题，千方百计保障试验地延续稳定，确保长期定位试验工作稳定持续开展。

（二）建立健全研究机构。在现有土壤肥料长期定位试验点的基础上，建立天水市耕地保育和土壤监测野外实验站，充实加强观测技术力量，在做好土壤肥料长期定位试验的同时，根据形势发展需要，积极开展农田系统有机碳库、农业面源污染监测防治等工作。建立天水市耕地土壤质量数据库，做好耕地质量动态监测预警、开展黄土高原黄绵土雨养农业区开展土壤改良，提高降雨利用率、减轻水土流失、改善生态环境等研究，促进耕地质量评价、土地整治，推进耕地治理体系与治理能力现代化。

（三）创新试验方式方法。增加经费投入，加快构建自动化、信息化、智能化、大数据驱动的观测试验研究平台，引导科技人员应用信息化新设备新技术，不断提高科研工作效率。

（四）推动成果转化推广。根据土壤固碳减排和全市农业生产实际，市农科所要充分发挥专业优势，积极做好经过长期试验证明了的行之有效的配方施肥、轮作倒茬、秸秆还田、间作套种、中低产田地力提升、高标准农田建设、畜禽粪便资源化利用、生物菌肥等多种土壤培肥方式方法的推广应用，把科研成果转化为现实生产力。

（五）加强资料开发利用。组织科研人员进一步做好数据资料的保存整理和开发利用，加强与省内外科研院所、高校、专家学者的协作，搞好数据资料的深度开发利用。力争在施肥对作物产量、作物品质、生态环境和农田养分再循环影响等一系列中短期试验中无法解决或阐述不清的问题方面取得一批高质量高水平的研究成果，在配方施肥、土壤培肥、中低产田地力提升、高标准农田建设、农业面源污染防治等方面总结推广一批成熟的实用性技术。

 作者：陈  葆  天水市人民政府研究室  一级调研员

      李杰玉  天水市人民政府研究室  四级调研员

      赵尚文  天水市农业科学研究所  助理研究员

      杨志奇  天水市农业科学研究所  助理研究员