高度集约农业利用导致的土壤退化及其生态环境效应.doc

1、第43卷第5期土 壤学报Vol 43, Nd 52006年 9 月ACTA PEDCLOGCA SINICASep., 2006高度集约农业利用导致的土壤退化及其生态环境效应张桃林李忠佩王兴祥(中国科学院南京土壤研究所，南京 210008)摘要集约化农业对保障我国粮食安全发挥了巨大的作用，但其长期的土地高强度利用和农用化学品过量投入的负面影响也日益显现，导致的以土壤养分失衡、土壤酸化、有害物质积累、生物多样性衰退等为主 要表现形式的土壤物理、化学和生物学退化，给生态系统本身与环境都带来了巨大压力和严重威胁。在长期保 持高强度利用和过量农用化学品投入的情况下 ，以非线性响应为特征的土壤生态系统特

2、性有可能岀现突变状 态，并引起更大的环境风险。目前，应当高度重视集约农业利 用下土壤退化的形成与演变机理、时空分异规律、以及土壤退化的控制和退化土壤的恢复重建措施的研究。关键词高度集约农业利用；土壤退化；生态环境效应中图分类号S15811文献标识码 A第43卷第5期土 壤学报Vol 43, Nd 52006年 9 月ACTA PEDCLOGCA SINICASep., 2006第43卷第5期土 壤学报Vol 43, Nd 52006年 9 月ACTA PEDCLOGCA SINICASep., 2006近半个世纪以来，为了满足日益增长的人口需 求,现代农业以不断提高土地的集约利用程度和增加 农

3、业生产资料的投入量来获得作物的高水平单产。 但是,随之而来的土壤退化和生态环境脆弱带的空间 范围和程度明显增长，日益严重地危及土地和食物的 安全及人类的健康。目前,我国的农业发展承担着既要不断增产增 收,又要控制土壤退化和改善生态环境状况的双重任 务。必须改造传统农业使之适应现代社会发展的需 要,同时又要克服现代集约农业的某些生态弊端和经 济上的局限性，充分发挥不同条件下农业资源的潜力 和优势,提高农业综合生产能力。在集约化程度日益 增长的条件下，如何缓解并阻止土壤及农业资源基础 和环境加速恶化的趋势，维护农业生态系统的稳定 性,保障食品的安全性及生命支持系统的良好状态，已经成为当前迫切需要研

4、究解决的重大战略性课题。 因此,深入认识集约农业利用条件下土壤退化的机 制,预测未来的演变趋势，并提出合理的调控措施，为 国家制订农业和环境发展战略提供可靠的科学依据 和技术支撑,具有重要的现实意义。本文从阐述以高 强度和高投入为特点的集约农业生产活动对土壤的 负面影响入手，在系统分析土壤生态系统的响应特征 及环境效应的基础上，提出未来应当重视和深入研究 的科学问题。1中国集约农业生产活动的 特点与问题我国的农业已经走过了5 000余年的历史。传统中，农民的种植业和饲养业紧密结合,通过施用有 机肥保持土壤养分平衡，遵循了生态系统过程的自 然运行规律，保证了农业的持续发展。但自20世纪50年代以

5、来，日益增长的人口迫切需要化肥、农药投入以及新品种改良等农业新技术的使用以生产更 多的粮食满足需求，这推动了农 业集约化的发 展。 过去50余年来，我国的化肥施用总量从1949年的016万t(纯养分)增加到2003年的4 412万t,单位面 积的化肥施用量从1952年的01 75 kg hm- 2增加到22003年的33913 kg hm-, 一些经济发达地区甚至接 近700 kg hm- 2。此外，2003年的农药 使用量13215 万 t(1012 kg hm ),农膜 15912万 t( 1212 kg hm ), 农机总动力 60 4461 6万kW(416 kW hm- 2),复种指

6、 数11819(亚热带地区140 200)。正是通过这些 农用化学品的投入和农业生产技术水平的改进，大*中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX3SW-417)资助作者简介：张桃林(1961),男，江苏姜堰市，博士，研究员。主要从事土壤资源和土壤退化研究。Email: zhpli(1)数据来源于历年5中国农业统计年鉴6收稿日期:2005- 11- 29;收到修改稿日期:2006- 04- 20 1994-2013 Thina Acadeinic Jtiuoial Ekctronk Publishing House, All riglit s reserved. Irttp: ,Lvmv,c

7、nkirnet大促进了粮食产量 的提高，2003年粮食作物单产 4 332 kg hm- 2,稻谷单产6 061 kg hm- 2。大致而言， 化肥在提高粮食产量上的作用占到50%左右1。 综合起来看，高投入和高强度利用是我国集约农业 845土 壤 学 报43卷生产活动最主要的特点。目前，我国化肥、农药的总 用量居世界之首，单位面积用量分别为世界平均水平的3倍和2倍，农膜的年平均残留量高达35万t，残膜率达40%2。从我国的国情来看，在未来一段 时间内，为保障食物安全，土壤的高强度利用和大量 农用化学品的投入仍然不可避免。但是，以集约利用为特征的现代农业在取得了 巨大成就的同时，其所带来的资源

8、环境问题及对人 类生存的潜在威胁也日益显现。大量研究表明3，集约农业模式在外部投入下具有较高的生产潜力 ， 但生态系统组成单一，系统生产力和稳定性的持续 需要巨大代价才能得以保持。随着化肥施用量的增 加养分增产效率明显下降，每千克化肥施用增产的 粮食产量从20世纪50年代的5060kg下降到21 世纪初的8 10 kg。特别是经济发达地区农业集 约化利用程度高，长期大量施用化肥导致的速效养 分过量积累和养分失衡现象已经相当严重 ，并且这 种状况仍将持续下去；大量使用农药、除草剂也使农 田土壤中这些化学品的残留量日益增加 ；由于乡镇 工业竞争劳动力，大型机械的使用日益频繁等等。 所有这些集约农业

9、生产活动都对土壤生态系统本身 产生了强烈的干扰和巨大的压力，对资源环境构成 了严重的威胁。2 土壤退化的形成与表现集约化农业是以土地的高强度利用及农用化学 品的大量投入为主要特征，高强度和高频度的人为 活动对土壤生态系统本身带来了强烈干扰和巨大压 力，导致土壤养分失衡、土壤板结、土壤酸化、有害物 质积累、微生物种群和功能多样性衰退等，严重影响 土壤生态系统的稳定性及其功能的发挥。211养分失衡我国在20世纪70年代前 农田的养 分供给主 要依靠有机肥，但随着经济发展水平 的提高和劳 动力机会成本的增加，农家肥的使用量快速减少。70年代中期化学 氮肥的用 量超过有 机肥供 氮量， 80年代初期化

10、学 磷肥的用 量超过有 机肥供磷量， 但农田钾素至今 仍然主要依靠 有机肥1。从养分 元素的平衡上看，70年代后 至今，我国大部分地 区，尤其是东部地区农田氮素大量盈余，磷素也已从亏缺转向 少量盈 余（部分蔬菜地 磷素出 现大量 盈余），而农田钾素仍然处于亏缺状态4。而且，我衡，农民过量使用氮肥的现象十分严重，据国际钾磷研究所测算，我国农田氮肥施用量已是北美的2117倍。在经济发达地区，农民过量使用氮肥的现象更 为严重，如太湖地区每年氮肥的最高使用量已达到 540 600 kg hm- 22。此外，我国农田所施用的化肥 中养分比例也不合理，中国农田施用化肥的NBP2O5BK2O比例为100B3

11、6B19,而北 美地 区农 田 NBP2O5BK2O的比例为100B39B45;同时氮肥品种中 碳酸氢铵比例较大，复合肥比例较小1。土壤中速 效氮磷钾的比例也有明显变化，以湖南为例5，该比例由1986年的1 B01065B 0157变为2003年的 1B01 070B0131,出现了明显的养分失衡现象。另一方面，长期大量施用化肥还明显地改变了 土壤的养分形态分布，使速效养分含量显著升高。 大量试验结果表明6 8，每季施用氮肥的处理耕层 土壤中全氮的变化并不明显，但速效氮含量多数表现为显著升高；连续施用磷肥10年，土壤的全磷含 量提高2 3倍，而速效磷含量则提高了10倍以上。我国南方典型地区水稻

12、土速效磷含量超过-130 mg kg 、达到极丰富水平的比例已近50%，而蔬菜地土壤的速效磷和硝态氮含量几乎全部达到极丰 富水平（未发表资料）。土壤中过量的速效养分会延 长作物生育期，并不利于作物的生长；某种养分元素 的大量吸收还会引起其他营养元素的缺乏和营养失 调；甚至由于植物体内养分含量过高而招致病虫害 和降低抗性3。212污染物质积累农业集约化程度较高的地区，往往工业化、城镇 化进程快速，工业和城镇/三废0污染源多，工业/三 废0和城镇垃圾、污水排放数量逐年增加，加之农药、 化肥、农膜的不合理使用，耕地土壤中污染物的积累 日益明显。据湖南省的监测和调查分析5,全省 2518%的农田灌溉水

13、2614%的耕地和 1813%的农 田均受到不同程度的污染。江苏南部地区和江西省 余江县的调查分析表明9, 10,大田作物的土壤中重 金属含量并未超标，但大棚蔬菜地土壤的部分重金 属元素（如Cu, Cr）随利用年限延长有升高趋势。研 究还表明11,随磷肥施用导致的溶液磷浓度的提高 将会减少土壤对砷的吸持能力，并增加砷从土壤中的解吸量。施用磷肥过多，还会因肥料带入而使土 壤含镉量升高数十倍乃至上百倍。另外，饲料工业和规模养殖业的发展，畜禽粪便中的重金属、激素类 物质也迅速地在土壤中积累。这些都表明 ，集约农国农业氮磷钾肥料结构上不尽合理、地区间也不平业利用下特别是经济发达地区的耕地土壤中污染物

14、5期张桃林等：高度集约农业利用导致的土壤退化及其生态环境效应847的积累现象亦不应忽视。213 土壤酸化和盐渍化各种化肥中都含有不同的阳离子和阴离子，这些阳离子和阴离子与土壤的相互作用的强度不同。 研究表明12, 13,施用硫酸钾、硫酸铵、尿素、硝酸钾、 硝酸铵和氯化铵等，都会使土壤的酸度有不同程度 的增大。偏施化肥加剧土壤酸化程度。而含氯化肥 降低土壤pH的效果更明显。长江三角洲和红壤地 区水稻土的大量研究均显示 ，自第二次土壤普查以 来, 土壤酸化的现象非常明显，pH普遍下降015,部分样点的土壤pH甚至下降1个单位以上。而集约 化程度更高的蔬菜地，一般利用8 10年，土壤pH 即可降低1

15、个单位以上。土壤酸化会活化有害重金 属元素如铝、锰等，导致有毒物质的释放，使之毒性 增强,对土壤生物造成危害12。土壤酸化还能溶解 土壤中的一些营养物质如钾、钙、镁等，在降雨和灌溉的作用下，向下淋失造成损失。与大田作物相比，蔬菜保护地施肥量大且施肥 次数频繁。由于温室大棚内土壤水分蒸发快，土壤返盐现象比较严重。因此大量施用化肥，容易使保护地NO3离子大量剩余与迅速累积，加速了土壤盐 积和次生盐渍化。对黑龙江省4个中心城市蔬菜保护地土壤养分变化趋势的研究表明14,过量施用无机肥料,致使一些保护地土壤速效氮、磷、钾含量过高,部分土壤含盐量高达 517 g kg- 1,出现盐渍化现 象。在江苏洪泽部

16、分蔬菜保护地土壤NC3-N含量最高已经超过200 mg kg- 1 o特别值得注意的是，大 量施用有机肥，也会造成养分和盐分的积累，产生不 良的养分环境和盐渍化。江苏省吴江市一个连续4年施用商品 有机肥（饼肥）的蔬菜 大棚，表层土壤-1（0 20 cm）硝态氮含量高达 400 mg kg ,盐分总量 614 g kg- 1,均为邻近水稻田土壤的 10余倍，为邻近 施用化肥的露天菜地土壤的5 8倍（未发表资料）o由于传统观念认为有机肥施用具有良好的保土培肥 作用,其副作用往往被忽视，因此，更应引起高度重 视。随着盐渍化的发展，阴离子中S&-和HCO3离 子所占比例下降，CL-和NC3离子比例上升

17、而阳离 子中C尹和Mg2*比例下降，Na+和K+比例上升。 可见，由于大量施用肥料和塑料覆盖减少淋洗，盐分总量升高；同时，盐分离子的组成 也发生了明显变 化。设施栽培条件下，次生盐渍化还通常是造成连 作障碍的重要因素之一。区水稻土微生物生物量C、N随化肥用量的增加而显著降低,田间常规施肥量处理的土壤微生物生物 量C、N为对照处理（不施肥）的78%和51%,而3倍 田间常规施肥量处理的土壤微生物生物量C、N仅为对照处理的60%和7%。大量添加作物秸秆会增 加土壤微生物生物量 C、N的量,但大量添加猪粪的 土壤微生物生物量 C、N没有明显提高。田间采样 分析表明，太湖地区水稻土相邻近的田块 ，土

18、壤有机 碳和全氮含量没有明显差异，但改种蔬菜5年后，与 长期稻-麦轮作或稻-休闲轮作的田块相比，土壤的呼吸强度、微生物生物量C、N以及微生物群落功 能多样性均显著降低，其中，土壤呼吸强度下降 5113% , 土壤微生物生物量 C、N下降53%和41%, 用Biolog生态板平板培养的 72 h的Shanno旨数从 3123下降到3116,达到显著水平。土壤微生物利用 碳源的能力也有明显差异。田间采样分析的结果还 表明16,利用7年的大棚菜地，土壤转化酶和脲酶 活性仅为利用1年的51%和19%;并且随着作为大 棚蔬菜地利用年限的延长，土壤转化酶、脲酶活性还 呈下降趋势。此外,农药大量使用通过直接

19、杀死土壤生物而 降低生物多样性。大量的化肥投入引起NO3-N积累提高了孢子成活率而致蔬菜易发生病害，当土壤中NO3-N 超过260 mg kg- 1时，辣椒疫病显著增 加17。在长期、大量施用化肥的情况下，养分形态的明显改变极大地扰乱了土壤微生物生长的养分环 境,由于不同微生物种群对养分组成适应性的差异，将会导致某些种群的爆发性生长，另一些种群则因不能适应而死亡。土壤有机质和养分含量过高并不 利于土壤动物的生存与发展，某些物种由于环境变 化而不能存活18。农用化学品的严重累积还会改 变土壤微生物群落 DNA的序列组成，引起DNA变 异、断裂等，降低土壤微生物群落DNA序列的多样性19。可见,在

20、高度集约农业利用下，随着化肥的长期 超量施用，导致土壤的微生物生物量降低、生物种群 和功能多样性衰减、土壤的生物化学过程强度减弱，有机碳转化和养分供应的速率下降，土壤支撑作物生长的能力减退，反过来又使作物生产系统对化肥 施用的依赖性增加。这种由于大量施用化肥和高强 度利用所导致的土壤生物和生物化学性状衰减，是集约农业利用下土壤退化的最重要表现。5期张桃林等：高度集约农业利用导致的土壤退化及其生态环境效应#214 土壤生物功能衰减室内培育试验的结果表明15,高肥力的太湖地总之,集约农业利用下农用化学品的大量投入 和土地的高强度利用导致了土壤养分富余和失衡、5期张桃林等：高度集约农业利用导致的土壤

21、退化及其生态环境效应851土壤酸化和盐渍化、以及有害物质积累和土壤的生 物功能衰减等退化现象，这些退化的表现方式完全 不同于粗放经营管理利用下的水土流失、养分贫瘠化等,可能是生态系统在超负荷运行下的疲劳状态 （土壤疲劳）,若不能得到有效控制和恢复，将会对土 壤生态系统造成严重损害。3 土壤生态系统对环境压力的非线性响应生态系统对外部条件及环境压力的响应常常是 以非线性变化过程为特征，在明显事件的诱发下，生 态系统有可能从一种状态不可逆地突然转变为另一 种形成强烈对比的稳定状态2023。这是由系统本 身的特性所决定的，因为生态系统对外部干扰的承 受能力存在着一定的范围（忍耐区间），在这个范围 以

22、内，生态系统也会偏离初始状态，但当外部干扰消 除后，生态系统的状态能够得到逐步恢复；否则，如果外部干扰超出了它所能耐受的极限（或称阈值），则生态系统受到严重破坏，并且难以得到恢复。土壤作为一个特殊的生态系统，在响应外界压 力上也遵循非线性特征。虽然，土壤是一个巨大的缓冲体系，但随着大量外源物质投入以及利用强度 的升高，土壤生态系统的各单一因子或过程，如土壤的养分含量和形态、土壤的生物学特性、土壤的生产 力等会呈现突变的现象在许多试验研究中都可以见到。化肥施用与土壤中可溶性养分含量之间并不总 是呈直线关系，随着化肥施用量的增加，当超过土壤 保蓄养分的能力时，可溶性养分含量将呈指数级快 速增加。H

23、eckrath等发现土壤中的速效磷（OlseiP）含量存在一 /转折点0（ Changepoint），土壤速效磷水 平低于此值时，磷的淋溶量很少，仅接近于检出限。 而土壤速效磷水平高于此值时，磷的淋溶量随土壤 磷含量的增加而急剧上升，最高可达2 mg L- 1以 上24。Hesketh等也有类似的发 现,他们认为虽然 土壤的固磷能力较强，但当土壤中的磷含量达到一 定水平时，土壤中的较强吸附位都已被占据 ，土壤对 磷的吸持能力接近饱和，此时，磷的流失量即随着土 壤磷素水平的提高而急剧增加25。酸度对金属元素铝、锰形态分配的影响研究表明26 , pH低于41 5, Al3+占单核铝的百分数以及Mn

24、2+的还原溶出量都将急剧升高。由于 Al3+是单核无机铝中毒性最大 的,Mn2+也是有毒元素，因此,对环境的危害亦将大儿=（ - I : I II1:. i:1 rI II-”大增加。研究表明12,受重金属严重污染的土壤,其酶活性难以恢复到原有水平。土壤是陆地生态系统能量转化和物质循环的中 心环节，通过自养型植物与异养型的高等动物以及 土壤生物集群和土壤环境之间的相互影响来构建系 统的平衡。土壤生产力及其稳定性的维持就是通过 土壤生态系统中多种生物集群结构以及生物间的相 互关系来实现的。集约农业的高频度和高强度的生 产活动，有可能使土壤生态系统生物集群多样性的 程度明显降低，导致土壤质量严重下

25、降，以及减弱对 病虫害的抵御能力，最终使土壤生态系统的生产力 遭到彻底的破坏。大量研究表明27,利用5年的大棚蔬菜地，严重的土壤盐渍化使作物定植后缓苗慢，叶色变深，叶片变小，生育期明显延长；土壤环境恶 化使作物根系生长不良甚至烂根，作物抗逆性明显减弱，病菌侵袭导致青苗枯死。可见,土壤生态系统耐受外来干扰的能力是有 一定限度的，如果突破这个极限（阈值）,土壤生态系 统的状态和功能将会遭到不可逆转的严重破坏。近 年来,在我国经济发达的城郊地区迅速发展的设施 菜地，由于高强度利用及农用化学品的过量投入,导致土壤在不长的时间内严重退化,有些甚至丧失生产功能，便是这方面的典型例子。就目前而言，对整个土壤

26、生态系统变化阈值的 认识十分薄弱，急需在理论和应用实践上加强这方 面的研究，特别是经济发达地区高度集约化利用下 的农田土壤，由于人为活动的高强度和高频度，使土 壤生态系统的变化有突破其耐受极限（阈值）的潜在可能性，也孕育着巨大的环境风险，应当引起高度 重视。4 高度集约农业利用导致土壤退化的环境风险高度集约农业利用下的长期大量施肥，导致土壤对养分的吸持能力明显减弱。同时，由于养分离子大量占据吸附位，使土壤对污染物的自净能力下 降。正因如此，其环境风险可能更大。超过100年以上的长期试验表明28,无机氮肥导致的土壤氮素 的增加量很小，而且，单施无机氮肥增加的少量的土 壤有机氮比原来土壤中的有机氮

27、更易于矿化。这就 表明，绝大部分盈余的化学肥料氮并不能在土壤中 积累起来，而是以各种损失途径进入大气或水体环 境。氮素盈余量越大，所造成的环境负荷也越大。大量的调查统计和试验研究表明2, 29, 30,化肥的大量使用是造成水体污染的主要原因之一，在经济发达和作物产量高的地区特别突出。如我国的苏南地 区,年均施纯氮达 600 675 kg hm- 2,而其利用率平 均为20% 25%。国内各地进行的15N微区示踪试 验表明31,在水稻上氮肥的损失率多为30% 70% ,在旱作上则多为20% 50%。肥料施用量越大，利用率越低,损失率越咼32。肥料的大量施用还会影响土壤中的生物化学过 程特性，改变

28、土壤中温室气体的组成和释放量。研 究表明33, CO2、CH4、N2O的释放量均随肥料施用量 而增加。尤其在大量使用氮肥的情况下，N2O的比例上升，增温效应显著提高。研究还表明34,昭，集约利用程度高的农田土壤，有机碳库基本处于平衡 状态,进一步增加土壤有机碳含量的能力有限，作为大气CO2汇的功能较弱。若持续大量施肥，将可能使土壤有机碳矿化量提高，进入大气的温室气体量 增加,成为大气CO2的源。集约农业利用下土壤生物功能减退也会带来环 境风险。生态系统功能被认为是种群持续和某一特 定水平生物多样性维持的一个重要因子，而生物多样性又直接关系到生态系统过程稳定性，因为许多物质转化、能量流动都是生物

29、参与的过程，其中不同种群和物种发挥着作用，因而某一特殊的物种或种 群的丧失可能导致生态系统功能的降低。因此，在地块和农田系统尺度上，土壤生物多样性衰减将使 有机养分的矿化量下降、对化学养分的依赖性增加 进而影响系统生产力发挥，还减弱土壤的缓冲功能 及其从环境灾害中的自恢复能力；在区域和国家尺度上，土壤生物多样性衰减将可能危及区域 （国家） 的食物安全，影响长期持续的食物供应，降低农村景 观的感染力。总之,土壤生态系统变化如果超过其耐受极限（阈值）,不仅系统本身的功能受到极大的破坏，而且,由于土壤与大气、水体系统的相互关联，其所带 来的环境风险也将明显加剧。目前广受关注的面源 污染和水体富营养化

30、虽然主因是人为大量施肥引 起,但本质仍应是土壤退化导致其维护生态系统健 康的能力下降，如何控制人为活动干扰以使土壤生 态系统保持其恢复能力，应是值得重点关注的问题。5未来值得重视的研究重点土地的人为不合理利用导致的土壤加速退化长I:期以来是全球普遍关注的热点问题36。1971年联合国粮农组织（FAO）提出土壤退化问题并出版5土壤退化6专著，1977年在肯尼亚召开国际土地荒漠 化会议；其后，联合国环境规划署（UNEP）分别于 1990年和1992年资助开展了全球土壤退化评价及 全球土壤退化图编制项目计划；1993年FAO等又召开国际土壤退化会议，决定开展热带亚热带地区国 家级土壤退化和SOTE

31、 土壤和土地数字化数据库） 试点研究；1994年在墨西哥召开的第15届国际土壤 学大会上，土壤退化，尤其是热带亚热带地区的土壤 退化问题备受与会者的重视 ；国际水土保持学会也 于1997年在加拿大多伦多组织召开了以流域为基 础的生态系统管理的全球挑战国际研讨会，从生态系统、流域的角度探讨土壤侵蚀等土壤退化问题；而且，国际土壤联合会（IUSS）于1997、1999和2001年 分别在土耳其、泰国和巴西举行了直接以土地退化 为主题的三届国际土地退化会议；同时，在亚洲，由联合国开发计划署（UNDP）和FAO支持的/亚洲湿 润热带土壤保持网（ASOCON） 0和/亚洲问题土壤 网0也在亚太土地退化评

32、估与控制方面开展了大量 的卓有成效的研究工作。我国的土壤科学工作者，早在20世纪50年代就已重视土壤退化问题；当时主要集中研究土壤的侵蚀及治理途径、土壤肥力的恢复与养分平衡、土壤酸化防治等；60 70年代，对 次生潜育化引起的水稻土肥力退化问题开展了系统 的研究；80年代，除开展土壤肥力变化 及养分循环 的定位试验观测外，还参与了世界热带、亚热带土地 退化图的编制；90年代以来，则对土壤 退化的基本 过程和作用机理、时空分布规律及调控对策等方面进行了有益的探索，开展了不同地区土壤退化的定 位试验研究，组织了全国性的土壤退化会议，推动了土壤退化问题研究的国际合作，取得了大量的科学数据,并在农业生

33、产中发挥了重要作用36,37。尽管土壤退化问题广受重视，各方面研究取得 长足进展，但长期以来其研究重点着重在粗放经营 管理导致的土壤侵蚀、土壤养分贫瘠化、土壤酸化等 方面3639。近年来，集约化农业对 水土环境 的污 染及对农产品品质的影响引起高度关注，但对土壤生态系统的影响及其所造成的土壤退化的研究则尚 未系统展开。由于土壤生态系统本身特性的高度复 杂性以及干扰体系的多样性，尤其是化肥等农用化学品的投入表面上补偿了土壤养分消耗进而掩盖了 土壤实质上的退化,使得目前对高度集约化农业利 用导致的土壤退化问题的实质并不十分清楚；对土壤生态系统变化阈值的认识相当薄弱，仅散见一些零星的单个因子的报道（

34、如影响生产力及土壤中某 些元素形态变化的土壤酸度阈值），急需在理论和应用实践上加强这方面的研究。基于我国经济发达地 区高度集约农业利用的当前实际，以下方面应当得到重点关注：1）长期的土地高强度利用及过量施用 化肥、农药、除草剂所导致的土壤养分失衡、土壤酸化、有害物质积累、微生物种群和功能多样性衰退等 主要退化形式的驱动因素及其作用机理；2）高度集约化农业利用下土壤退化的过程特性，主要退化过程的突变特征和响应机制，土壤退化的/临界阈值0 及指标表征，土壤退化/临界阈值0出现的预警信号； 3）高度集约化农业利用下不同土壤退化类型的范围、程度及空间分异特征，土壤退 化的演变趋势及/临界阈值0出现的可

35、能性；4）退化土壤在外界胁迫 或干扰因素去除后以及在合理的人为管理措施下的 恢复过程；5）适宜不同区域特点的土壤退化控制及 退化土壤恢复重建的优化施肥与生物技术措施。目前，我国土地的高强度利用使土壤生态系统 处于超负荷运行状态；过量的农用化学品投入不仅 造成资源的浪费，而且对生态系统本身和环境都带 来了巨大的压力和严重的威胁。这些问题在我国东 部经济发达地区尤为突出和普遍。对我国各地发展 迅速的城郊设施菜地及经济发达地区的高产农田进 行的相关研究均发现了养分严重失衡、土壤酸化和板结、次生盐渍化、有害物质积累、微生物多样性衰 退等土壤退化以及农产品品质降低的问题。21世纪的农业肩负着比以往更加艰

36、巨的任务，需要提供安全可靠、高品质的食品，保护自然资源、维护生态 平衡、保持物种多样性。因此，如何防止高度集约化 农业利用导致的土壤退化，保护和改善生态环境，提 高农产品品质，将是我国国民经济发展过程中面临 的一项艰巨而紧迫的任务。参考文献1 李庆逵，朱兆良，于天仁主编.中国农业持续 发展中的 肥料 问题.南昌：江西科学 技术出 版社，1998. Li Q K，Zhu Z L， Yu T R.，eds. Fertilizer and Fertilization in Agricultural Sustainabl- ity of China （In Chinese）. Nanchang: Ji

37、angxiScienceandTechnolo gy Publishing House, 19982 国家环境保护总局.中东部地 区生态环境现状调查报告.环境保护,2003, 8: 38. StateEnvironmentalProtedtion Administra tion. Investigation report of ec-envi ronmental stuation in China s mideast regions （ In Chinese）. Environmental Protection， 2003（8）:383 Matson P A， PartonW J，PowerA

38、 G， et al. Agricultural intensif-cationand ecosystemproperties. Science，1997，277: 5045094 鲁如坤，时正元，施建平.我国南方6省农田养分平衡现状 评价和动态变化研究.中国农业科学，2000, 33( 2) : 63 67.Lu R K, Shi Z Y, Shi J P. Nutrient balanceof agroecosytem in six province in soutnernChina (In Chinese). Scientia Agricultura Sin- ca, 2000, 33(

39、2): 63 675 杨琳，夏海鳌，黄铁平，等.湖南省耕地土 壤退化现 状和原因及防治对策.安徽农业科学，2005, 33(2) : 355 357. Yang L, Xia H A, Huang T P, et al. Current degradatbn status of the field soil in Hunan Province and its causesand countermeasures( In Chinese). Journal of Anhui Agri. Sci. , 2005, 33(2): 3553576 赵秉强，张夫道.我国的长期肥料定位试验研究.植物营养 与

40、肥料学报,2002, 8(增刊)：3 8. Zhao B Q, Zhang F D.Longterm fertilizer expermentsin China (In Chinese) Plant Nutr-i tion and Fertilizer Science, 2002, 8(Suppl. ) : 3 87 王平，李凤民，刘淑英，等.长期施肥对黑垆土无机磷形态 的影响研究.土壤,2005, 37( 5): 534 540. WangP, Li F M,Liu SY, e al. Effects of longterm fertilizationon forms of inorgani

41、c phosphorus in calcic kastanozms (In Chinese) . Soils, 2005, 37( 5): 534 5408 刘树堂，姚源喜,赵永厚，等.用FOX法对长期定位施肥土 壤磷素状况的研究.土壤通报,2003, 34(4) : 299 301. Liu ST, Yao Y X, ZhaoY H, et al . A study on soil phosohorus inloca tio n experin e nt us in g FOX method (I n Chin ese). Chin ess J ourn al of Soil Scienee

42、 2003, 34(4) : 299 3019 安中华，董元华，安琼，等.苏南某市农田土壤环境 质量评 价及其分级.土壤,2004, 36( 6) : 631 635. An Z H, DongYH, An Q, et al. Evaluation and gradhg of soil environmentalquality of farmlands somewherQn south Jiangsu (In Chinese). Sois, 2004, 36( 6): 631 63510 李德成，李忠佩，张桃林.不同利用年限的红壤水稻土中重 金属元素含量研究.土壤通报，2004, 35(3)

43、 : 336 338. Li DC, Li Z P, ZhangT L. Contents of heavy metal elements in paddy soils cultivated for different years in a red soil region (In Chinese).ChineseJournal of Soil Science, 2004, 35( 3): 33633811 周娟娟，高超，李忠佩，等.磷对土壤砷固定与 活化的影响. 土壤，2005, 37(6) : 645- 648. Zhou JJ, GaoC, Li Z P, et al.Effect of

44、phosphorusaddition on soil arsenicadsorption and mobiliza tion (In Chinese). Soils, 2005, 37(6) : 645- 64812 赵其国主编.中国东部红壤地区土壤退化的时空变化和机理及调控措施.北京：科学出版社,2002. ZhaoQ G. ed. Mecha nism, Tempora spatial Changesand Controlling Countermeasuresof Soil Degradation in Hilly Red Soil Region of SoutheasternChina

45、 (In Chinese) Beijing: SciencePress, 200213 徐仁扣，Coventry D R.某些农业措施对土壤酸化的影响.农 业环境保护，2002, 21(5): 385 388. Xu R K, CoventryD R.Soil acidification as influenced by agricultural practices (In Chinese). Agroenvironmental Protection, 2002, 21(5) : 38538814 崔正忠，陈友，单德新.蔬菜保护地土壤养分变化趋势.北 方园艺，2001,2: 10 12. Cu

46、i ZZ, ChenY, ShanDX. Changes in soil nutrients of vegetablegrowing practiced land (In Chinee).hJME House. AU rights resetved; nttp/wwwcnki4i8t5期张桃林等：高度集约农业利用导致的土壤退化及其生态环境效应853Northern Horticulture, 2001,2: 10 1215 路磊，李忠佩，车玉萍.不同施肥处理对黄泥土微生物量碳 氮和酶活性的影响 .土壤,2006,38( 3): 309 314. Lu L, Li ZP, Che Y P. Ef

47、fects of differentfertilization treatmentson soil micro bial biomassand enzyme activities in Hapl- StagnicAnthrosols ( In Chinese). Soils, 2006, 38( 3) : 309 31416 张华勇，尹睿,黄锦法，等.稻麦轮 作田改 为菜 地后生 化指 标的变化.土壤,2005, 37(2) : 182 186. ZhangH Y, Yin R,Huang J F, et al. Changesin soil biochemical propertiescaused by croppng systemalteration fromricewheat rotation to vegetablecult-i vation(In Chinese). Soils, 2005, 37(2) : 182 186