30 年来中国农田耕层土壤有机质变化

土壤有机质含量不仅代表土壤碳贮量，也是土壤养分供应能力和肥力的重要指标之一，在耕地质量、环境保护、气候变化和农业可持续发展方面均有着至关重要的作用。近年来，随着我国农业农村发展环境的变化，资源环境约束逐渐趋紧，土壤肥力特别是土壤有机质成为世界关注的焦点。

Ladha 等指出全球农田有机质含量呈总体下降趋势。

黄耀和孙文娟在综合了两百余篇文章后提出，1980—2000 年，占中国大陆农田面积53%~59%的土壤有机质呈明显增加趋势，华东和华北地区增加最为明显，东北地区呈总体下降趋势。

Sun 等的研究表明，中国东部在1980—2000 年间，农田表层土壤有机质增加了9.96t hm-2。杨学明等根据土壤志中采样点的记录，在调查了吉林省27 个采样点后提出，有机质含量有增有减，但平均水平无明显变化。

Liao 等分析了1982—2004 年江苏省土壤数据后发现，农田表土有机质从1982 年的16.29 g kg-1 增加至2004 年的18.79 g kg-1。目前，着眼于区域或点位的土壤有机质含量变化的研究较多，而对于国家尺度的研究甚少，这与国家尺度的数据支撑不足有关。

2005 年我国开始实施的测土配方施肥项目将土壤采集和基本性质检测列为基础性工作之一。在2005—2014 年的10 年间，全国2948 个农业县（农场、单位）的土肥部门根据农业部制订的《测土配方施肥技术规范》，在当地粮田、菜田和果园采集了大量土壤样品进行检测，测试项目包括土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾和pH 等基础五项指标。

2014 年，全国农业技术推广服务中心组织专家对测土配方施肥土壤基础五项检测数据和空间数据进行审核后编辑出版了《测土配方施肥土壤基础养分数据集》（2005—2014 年）。本文利用该数据集中的土壤有机质含量数据与全国第二次土壤普查（1979—1985 年）相关数据进行比较，以期了解全国第二次土壤普查以来，中国耕地土壤有机质含量变化情况，为今后开展耕地质量建设和指导科学施肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源本文涉及的全国第二次土壤普查耕地有机质数据来源于《中国土壤普查数据》和《中国土壤肥力》，代表面积13162.7 万hm2。测土配方施肥数据来源于《测土配方施肥土壤基础养分数据集》，数据点共8467083 个，由于全国的农业县（区、市）、农场均实施了测土配方施肥项目，共计2948 个农业县（农场、单位），因此，代表面积按国家统计局最近一次公布的2008 年底耕地面积计，共12171.6 万hm2。测土配方施肥样本分布与2008 年底耕地面积分布基本一致。为了与全国第二次土壤普查数据进行比较，《测土配方施肥技术规范》规定了与全国第二次土壤普查相同的土壤检测方法，土壤有机质均采用油浴加热重铬酸钾氧化容量法检测。1.2 土壤有机质含量等级划分全国第二次土壤普查耕层有机质含量数据曾按大于40 g kg-1、30 g kg-1~40 g kg-1、20 g kg-1~30 gkg-1、10 g kg-1~20 g kg-1、6 g kg-1~10 g kg-1、小于（等于）6 g kg-1标准划分成6 个等级，本文按照该标准将全国各省测土配方施肥数据进行划分。1.3 数据统计全国第二次土壤普查以成土条件、成土过程及其属性为分类依据，根据不同土壤类型将各地数据进行了分级，《中国土壤肥力》一书中利用各省各级别土壤有机质含量的中值与该级别耕地面积比例加权平均后得到该省土壤有机质平均含量。本文引用这组数据作为全国第二次土壤普查各省（区、市）农田土壤耕层有机质平均含量。式中，Ea 为a 省土壤有机质平均含量，g kg-1；Mj 为a 省份土壤有机质j 等级下的中值，g kg-1；Aj 为a 省份土壤有机质含量在j 等级内的实际面积，104 hm2。测土配方施肥项目覆盖了全国所有农业县（场、单位），根据土壤类型、土地利用方式和行政区划，将土壤采样区域划分为若干个采样单元，每个采样单元面积和采样地块面积均按照《测土配方施肥技术规范》执行，代表面积相近，因此，在计算各省土壤有机质平均含量时，采用了该省各取样点土壤有机质含量的算术平均值。式中，Fa 为a 省土壤有机质平均含量，g kg-1；Mh 为a 省采样点h 土壤有机质含量，g kg-1；N 为a 省样本个数。

2 结 果

2.1 耕层有机质平均含量及变化目前，全国农田耕层土壤有机质平均含量为24.65 g kg-1（表1），仍以黑龙江最高，达到了40.43g kg-1。宁夏土壤有机质平均含量最低，仅为13.61 g kg-1。黑龙江、江西、湖南、广西、云南和贵州6 省区土壤有机质平均含量均在30.00 g kg-1 以上。内蒙古、吉林、上海、江苏、浙江、安徽、福建、湖北、广东、四川、西藏和青海等12 省区的土壤有机质平均含量在20.00 g kg-1~30.00 g kg-1 之间。北京、天津、河北、山西、山东、河南、辽宁、海南、重庆、陕西、甘肃、宁夏和新疆的土壤有机质平均含量均小于20.00 g kg-1，其中，北京、山西、山东、陕西、甘肃和宁夏6 省（区、市）土壤有机质平均含量均未达到15.00 g kg-1。全国第二次土壤普查30 多年来，我国农田耕层土壤有机质平均含量整体上升了4.85 g kg-1。从各省情况来看，与第二次土壤普查相比，全国有22 个省（区、市）的耕层有机质平均含量增幅超过1.0 g kg-1，其中，安徽的增幅最大，达到了5.54 g kg-1。此外，湖南、贵州、四川、江西、广西、江苏和内蒙古的土壤有机质平均含量的增幅也超过了4.00g kg-1。土壤有机质平均含量基本稳定的有湖北、浙江、西藏、新疆、海南、吉林和甘肃，变化幅度均在-1.00 g kg-1~1.00 g kg-1。土壤有机质平均含量显著下降的仅有北京和青海，分别下降1.02 g kg-1 和1.06 g kg-1。其中，北京主要是因为土地利用方式的巨大变化，城市扩张占用了原市区周边肥沃的耕地，全市耕地面积从全国第二次土壤普查时期的50.69 万hm2 下降至2008 年底的23.20 万hm2，现有的耕地均位于原来的远郊区，土壤肥力水平较低。除了与北京相似的原因外，青海土壤有机质平均含量下降，则还可能与肥料投入不足及风蚀作用等恶劣的自然条件有关。宁夏土壤有机质平均含量虽然最低，但与第二次普查时期相比仍提高了3.81 g kg-1。2.2 耕层有机质分级含量及变化从全国层面看，我国农田耕层有机质含量仍集中在10 g kg-1~30 g kg-1 区间，不同的是，全国第二次土壤普查时处于该区间的比例为58.27%，测土配方施肥项目时处于该区间的比例上升至69.31%，同时，处于10 g kg-1 以上等级的比例增加了13.31 个百分点，达到91.66%。分等级看，耕层土壤有机质含量＞40 g kg-1 和＜10 g kg-1 的比例分别占7.80%和8.34%，14.55%的耕层土壤有机质含量在30 g kg-1~40 g kg-1 之间，27.31%的耕层土壤有机质含量在20 g kg-1~30 g kg-1 之间，42.01%的耕层土壤有机质含量在10 g kg-1~20 g kg-1 之间。与全国第二次土壤普查时相比，＞40 g kg-1 等级比例全国平均减少了1.38 个百分点，仅有内蒙、安徽、湖南、广西、四川和贵州6 省（区）有所上升，平均上升6.66 个百分点，其余均下降，平均下降3.4 个百分点。30 g kg-1~40 g kg-1 等级比例全国平均增加3.64 个百分点，有19 个省（区、市）该等级的比例有所上升，平均上升6.33 个百分点，北京、河北、河南、广东、海南、西藏、甘肃、宁夏、青海和新疆10 省（区、市）有所下降，平均下降1.15 个百分点。20 g kg-1~30 g kg-1 等级比例全国平均增加5.68 个百分点，除北京、内蒙古、上海、湖南、广西、云南下降（平均下降3.84个百分点）外，其余24 个省（区、市）该等级的比例均有所上升，平均上升6.38 个百分点。处于10 g kg-1~20 g kg-1 等级的比例全国平均增加5.36 个百分点，有18 个省在该等级的比例有所上升，平均上升14.7 个百分点，12 个省在该等级的比例有所下降，平均下降8.65 个百分点。6 g kg-1~10 g kg-1 等级所占比例除吉林省上升了0.46 个百分点外，其余均下降，平均下降9.98 个百分点。≤6 g kg-1 等级所占比例仅内蒙古、四川分别上升了4.24 和0.56 个百分点，其余均下降，平均下降3.72 个百分点（表2）。造成以上现象的原因，一是＞40 g kg-1 等级耕地所占比例大范围下降，进入40 g kg-1 以下的等级。其中，青海省下降最多，达11.12 个百分点，可能是由于城市扩张，原城市周边肥沃的耕地被占用，新开垦耕地的土壤有机质含量较低。此外，黑龙江、吉林两省＞40 g kg-1 等级的比例分别下降了9.07和1.29 个百分点，反映出我国东北地区原先肥沃的耕地土壤，尤其是黑土地在退化，这一点必须引起足够的重视。二是10 g kg-1 以下等级耕地大范围减少，上升至10 g kg-1 以上等级，这主要归功于近30 年来我国中低产田改造、秸秆还田、沃土工程等工作所取得的成绩。

3 讨 论

3.1 30 年来中国农田耕层土壤有机质变化土壤有机质是耕地地力最重要的性状之一，被认为是土壤质量和功能的核心，在农业生产中，土壤有机质是至关重要的决定因子。30 年来，我国农田耕层土壤有机质含量呈整体上升趋势，全国耕层土壤有机质平均含量较全国第二次土壤普查时期提高4.85 g kg-1，即提高24.49%，这与黄耀和孙文娟及潘根兴和赵其国等的观点相似。与第二次土壤普查相比，全国有22 个省（区、市）的耕层有机质平均含量显著上升，尤其以安徽、湖南、广西、四川、贵州5 省（区）较为突出，＞30 g kg-1 的各等级比例均有所上升，＜10 g kg-1 的各等级比例均有所下降。与全国第二次土壤普查时期相比，吉林、浙江、湖北、海南、西藏、甘肃、新疆7 省（区）农田耕层土壤有机质平均含量变化不显著，但是，北京、青海两省（市）出现显著下降。必须引起重视的是，＞40 g kg-1 等级比例全国平均减少了1.38 个百分点，仅有内蒙、安徽、湖南、广西、四川、贵州6 省（区）有所上升，其余均下降，平均下降3.4 个百分点，尤其是拥有我国70%黑土地的黑龙江省，＞40 g kg-1 等级比例下降了9.07 个百分点。由于中国农田土壤的高强度利用，中国土壤有机质含量与国外相比仍然偏低，如中国土壤和欧洲同类土壤相比，棕壤平均低1.5%~2.0%，褐土低1.0%，黑钙土低5.0%左右。3.2 我国农田耕层土壤有机质整体上升的原因农田土壤有机质主要来源于作物根茬、还田的秸秆、翻压的绿肥以及人畜禽粪便、养殖废弃物、某些轻工业副产品以及部分生活垃圾制成的堆肥等。在自然状态下，影响土壤有机质含量的因素包括气候、植被、母质、地形和时间，而在人类耕作活动影响下，施肥状况和耕作措施则成为短期影响农田土壤有机质含量的主要原因。秸秆还田技术的推广是我国大部分地区土壤有机质含量增加的最主要原因。秸秆作为植物残体是农田有机物料来源的重要组成部分，还田后可积累土壤有机质，长期施用秸秆的积累效果更明显。南方稻田连续两年秸秆还田后，土壤有机质含量平均增加2.4 g kg-1，增幅达到8.0%。在安徽的砂姜黑土上，4 年的小麦/玉米轮作定位试验显示，秸秆还田较对照组土壤有机质含量提高8.5%。黑土区田间定位试验表明，玉米/大豆轮作体系连续秸秆还田8 年后，土壤有机质含量提高了6.6%。在黄褐土水旱轮作条件下，连续3 年的水稻油菜秸秆还田后，土壤有机质含量较无覆盖秸秆的对照组提高6.3%，差异显著。自第二次土壤普查以来，江苏大力推广秸秆还田，至20 世纪90 年代末，全省秸秆还田面积达100 多万hm2，玉米秸秆干物质还田量达10 t hm-2，稻麦干物质还田量达8 t hm-2，使一般土壤每年增加有机碳达0.1 g kg-1~0.2 g kg-1。20 世纪80 年代初以来，伴随着我国农业投入的增加和科技发展，尤其是杂交水稻面积的推广，我国粮食作物单位面积产量快速上升，由1980 年的2734.5 kg hm-2 增加至2007 年的4748.3 kg hm-2，作物产量的快速提升增加了农作物秸秆数量和归还土壤的根系生物量。1980 年，我国农作物秸秆资源总量不到4.5 亿吨，而到2008 年已达到了8 亿多吨，秸秆资源总量大幅增加。与此同时，我国秸秆还田的比例逐年上升，根据全国农技中心对30 个省（区、市）以及新疆生产建设兵团的调研结果显示，2008 年我国农作物秸秆还田比例为31.6%，与20 世纪90 年代相比增加了16.4 个百分点，秸秆资源总量的增加与秸秆还田比例的上升共同促使更多的有机资源通过秸秆还田的方式归还回土壤。免耕少耕技术的推广也是近年来土壤有机质含量提升的重要因素。免耕少耕使土壤不稳定碳输入增加，流失减少，意味着土壤汇集碳增加，而损失至大气中的CO2 减少，同时，免耕少耕使风雨对土壤的侵蚀作用降低，起到减少土壤有机质流失的作用。潮土区小麦/玉米轮作体系下连续5 年的田间定位试验表明，免耕措施能显著降低土壤CO2 排放，增加土壤有机质含量，免耕处理土壤有机质含量较初始提高了35%。西北壤土区在研究深松耕、免耕、旋耕和翻耕4 种耕作方式下土壤有机质含量的变化时发现，免耕处理土壤有机质增加幅度较大，分别较深松耕、旋耕、翻耕提高32.3%、35.2%和36.9%。南方稻田土壤上也有类似的结果，免耕1 年后，0~5 cm 土层土壤有机质含量较试验前增加0.07 g kg-1，较翻耕处理土壤有机质含量增加1.22 g kg-1。自1983 年农业部将免耕列入全国农业重点推广技术以来，全国少耕免耕范围不断扩大，2000 年全国少耕免耕面积达260万hm2，2006 年全国少耕免耕面积增至2000 多万hm2，我国农田耕作方式正在向少耕、免耕及深耕方向发展，这也是农田土壤有机质含量增加的重要原因。堆肥和绿肥的施用是我国土壤有机质含量提升的另一个原因。堆肥含有丰富的有机物质，当被用于农田或退化土壤时，可增加有机质并改善土壤结构。长期种植绿肥能丰富和平衡土壤中的养分元素，改善土壤理化性状，提高土壤有机质含量。四年的田间定位试验结果显示，连年施用有机肥可增加土壤有机质含量，化肥配施鸡粪较单施化肥的处理土壤有机质含量平均提高8.1%。根据全国绿肥试验网的联合定位试验结果，无论是南方或北方，旱地或水田，平均每公顷压入绿肥鲜草22500 kg~30000 kg，连续5 年，土壤有机质增加0.1%~0.2%。从20 世纪50 年代开始，绿肥在全国各地迅速发展，至70 年代中期进入鼎盛，然而进入80 年代以来，绿肥播种面积逐年下降，至1992 年绿肥播种面积下降至411.2 万hm2，资源量6612 万t。21 世纪初，国家出台了部分鼓励绿肥种植的政策，至2008 年我国绿肥播种面积恢复至437.1 万hm2，资源总量达到9339 万t。绿肥种植面积的逐年增加带动了有机肥施用量的增加，这种现象在南方水稻种植区尤为普遍。近年来，随着我国畜牧养殖业的发展，畜禽粪便资源量逐年增加，加之城市化加速带来的厨余垃圾，使我国堆肥数量整体呈上升趋势，这也在一定程度上促进了土壤有机质含量的增加。近年来，中央一号文件多次指出，要将耕地质量建设当作一项战略措施抓紧抓好。进入21 世纪以来，国家先后启动了土壤有机质提升、耕地质量提升、优粮工程、新增千亿粮食生产能力建设以及黑土地保护试点等重大项目，推广秸秆还田、绿肥种植、增施有机肥、土壤改良培肥和测土配方施肥等重大技术，正在有效促进我国农田土壤有机质含量稳步提升。同时，仍需清醒地认识到，我国需要加强土壤有机质的相关研究工作，如全国哪些地方土壤有机质含量容易提升，哪些地方有可能下降，哪些地方会比较稳定，有机质含量是不是越多越好，不同区域的有机质含量应处于什么水平比较适宜等。建议国家在继续加强耕地质量建设的同时，加强相关方向的研究投入，为实现农业可持续发展、保障国家粮食安全提供理论基础和技术支撑。

4 结 论

目前，全国农田耕层土壤有机质平均含量为24.65 g kg-1。耕层土壤有机质含量＞40 g kg-1 和＜10g kg-1 的比例分别占7.80%和8.34%，14.55%的耕层土壤有机质含量在30 g kg-1~40 g kg-1 之间，27.31%的耕层土壤有机质含量在20 g kg-1~30 g kg-1 之间，42.01%的耕层土壤有机质含量在10 g kg-1~20 g kg-1 之间。30 年来，我国大部分地区农田耕层土壤有机质含量上升，其主要原因是秸秆还田增加了有机养分的投入量，同时，也与少（免）耕及堆肥和绿肥的施用有关。部分地区耕层土壤有机质下降的主要原因是耕地质量保护与提升工作仍未得到应有的重视，秸秆、堆肥和绿肥等有机肥用量仍偏少，同时，城市扩张占用了原来肥沃的耕地，新开垦耕地土壤有机质含量低也是重要原因。

来源：《土壤学报》2017 年05 期作者：杨帆1 ，徐洋1， 崔勇1 ，孟远夺1 ，董燕1 ，李荣1 ，马义兵2单位：1.全国农业技术推广服务中心  2.中国农业科学院农业资源和农业区划研究所