土壤是地球的“皮膚”，它隨處可見，是發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。
在河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，有兩個(gè)專門為土壤建立的展室。小小的展室，不僅從科普的角度揭開了土壤的奧秘，也講述著為了保護(hù)和利用土壤，半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，在河北這片土地上，一代代科研工作者如何不斷探索的故事。
2023年12月13日，唐山市漢沽管理區(qū)，第三次全國(guó)土壤普查野外調(diào)查工作中，河北省地礦局第四地質(zhì)大隊(duì)技術(shù)人員在剖面取樣前，對(duì)剖面坑進(jìn)行排水。河北日?qǐng)?bào)通訊員王樂攝
珍貴的土壤
滄州市滄縣風(fēng)化店鄉(xiāng)的鹽化潮土、邯鄲市魏縣德政鎮(zhèn)的潮褐土、張家口市張北縣海流圖鄉(xiāng)的栗鈣土……隨處可見的土，在河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所土壤剖面室里，卻是當(dāng)之無(wú)愧的主角。幾排展柜里，展示著100多份采自河北各地的土。
這些土都住著“單間”——它們被分別放在長(zhǎng)100厘米、寬21.5厘米、厚5厘米的土壤剖面標(biāo)本盒內(nèi)，標(biāo)注著“出生地”和名稱。它們還有“簡(jiǎn)歷”——墻上的展板，有各種土壤的分布與形成、主要特點(diǎn)、利用方向等內(nèi)容介紹。
“我們收集的土壤剖面標(biāo)本不止這些，河北的土壤類型也遠(yuǎn)不止這么多種?！苯榻B起眼前的土壤剖面標(biāo)本，河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所副所長(zhǎng)賈良良如數(shù)家珍。
在普通人看來(lái)不足為奇的土，卻是賈良良等科研工作者眼中的“寶貝”?！巴寥朗呛苷滟F的?！辟Z良良說。
在河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，還專門建立了一間河北省土壤展覽室，展示著土壤的前世今生，也述說著幾十年來(lái)這片土地上科研工作者與土壤間的故事。
河北是全國(guó)唯一兼有高原、山地、丘陵、平原、湖泊和海濱的省份，堪稱濃縮的“國(guó)家地理讀本”。也正是由于這個(gè)原因，河北的土壤類型也十分豐富。
“河北的土壤共分為21個(gè)土類、55個(gè)亞類、164個(gè)土屬、357個(gè)土種?！痹诤颖笔⊥寥勒褂[室，賈良良指著一張河北省土壤圖介紹，“全國(guó)第二次土壤普查（以下簡(jiǎn)稱“二普”）于1979年正式啟動(dòng)，基于‘二普’數(shù)據(jù)形成的《中國(guó)土種數(shù)據(jù)庫(kù)》里，共記錄了2400多個(gè)土壤典型剖面，代表了2400多個(gè)土壤種類。就是說，河北的土壤類型約占全國(guó)的七分之一?！?/p>
“不過，這張地圖馬上就要換新了?！辟Z良良說，第三次全國(guó)土壤普查（以下簡(jiǎn)稱“三普”）已于2022年啟動(dòng)，計(jì)劃于2025年全面完成普查任務(wù)。屆時(shí)，河北的土種數(shù)量等情況，預(yù)計(jì)會(huì)有所更新變化。
“這一方面是由于相關(guān)學(xué)科的發(fā)展和科技手段的進(jìn)步，讓我們對(duì)土壤有了新的認(rèn)識(shí)。另一方面，土壤本身并不是一成不變的，它像人一樣，有幼年、有老年，是會(huì)發(fā)育的?！辟Z良良說。
1月3日，河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所土壤剖面室內(nèi)展示的土壤剖面標(biāo)本。河北日?qǐng)?bào)記者常方圓攝
土壤是怎么發(fā)育的？
不同時(shí)代的巖層裸露地表，經(jīng)不斷風(fēng)化，再經(jīng)水力和風(fēng)力運(yùn)移、沉積，在地表組成多種多樣的成土物質(zhì)。在氣候及形形色色的植被類型條件下，進(jìn)行著相應(yīng)的成土作用，形成了不同的土壤類型。同時(shí)，人為活動(dòng)也會(huì)帶來(lái)影響。
“河北的土壤成土?xí)r間，長(zhǎng)的一般在一千年至三千年之間，最長(zhǎng)的有萬(wàn)年以上，短的只有數(shù)十年到數(shù)百年，而最短的目前仍受地質(zhì)過程影響，尚未開始穩(wěn)定的成土過程?！辟Z良良介紹，“二普”中，曾利用孢粉鑒定技術(shù)對(duì)三河縣（今三河市）燕山山麓平原一地進(jìn)行成土?xí)r間鑒定。結(jié)果顯示，這里的成土?xí)r間分為了5個(gè)階段：從中石器時(shí)代到龍山期，到西安半坡期，至殷墟期，再到西漢、唐代，土壤形成時(shí)間分別為10000年、7000年、5600—6080年、4000年和1000—2000年。這種現(xiàn)象在世界范圍內(nèi)也很少見。
土壤很珍貴，不僅是因?yàn)樗男纬蛇^程之漫長(zhǎng)，更因?yàn)樗前l(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。地球上有35萬(wàn)多種植物生長(zhǎng)在土壤上，人類消耗的80%以上熱量、75%的蛋白質(zhì)和植物纖維都來(lái)自土壤。
趙州雪梨、深州蜜桃、京東板栗……河北許多久負(fù)盛譽(yù)、馳名中外的農(nóng)特產(chǎn)，都離不開當(dāng)?shù)氐耐寥蕾Y源為這些作物生長(zhǎng)提供的條件。
趙縣地處滹沱河與槐沙河沖積扇的邊緣，兩河故道的砂壤質(zhì)土壤資源，為這里栽培雪梨提供了條件。
深州也處于滹沱河故道范圍，屬于潮土區(qū)，這里土層深厚，質(zhì)地砂性、通氣透水性好，適宜蜜桃生長(zhǎng)。
遵化、遷西一帶是京東板栗的主要產(chǎn)區(qū)，板栗最適宜栽培在花崗巖、片麻巖殘坡積物發(fā)育的棕壤、淋溶褐土上，而這一帶就有不少這樣的土地。
“土壤是地球的寶貴‘皮膚’。認(rèn)識(shí)土壤、了解土壤，才能更好地保護(hù)土壤、利用土壤。”賈良良說。
新中國(guó)土壤調(diào)查從河北起步
土壤與人類的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。遠(yuǎn)古時(shí)代，洪水為患，早在那時(shí)，我們的祖先就在治水實(shí)踐中了解到各地土壤狀況，并記述于古典文獻(xiàn)。
《管子地員篇》評(píng)價(jià)“冀州”土壤“其禾宜黍稷，其畜宜牛羊”?！渡袝碡暺钒讶珖?guó)土壤分上中下三等，每等分上中下三級(jí)。這是全世界記載最早的古代土壤分類、土壤評(píng)級(jí)、土壤生產(chǎn)力和適宜性評(píng)價(jià)，也是我國(guó)最早的“土壤志”。
新中國(guó)成立以后，一代代科研工作者更是從未停止對(duì)土壤的科學(xué)探索。
開展土壤調(diào)查，摸清土壤“家底”，是研究土壤的第一步。
新中國(guó)摸清土壤“家底”的工作，可以說就是從河北起步的。
1955—1956年，由水利部和中國(guó)科學(xué)院主持，科學(xué)家熊毅、席承藩領(lǐng)導(dǎo)的華北平原土壤調(diào)查，首次提供了河北平原土壤全面系統(tǒng)的資料數(shù)據(jù)。
1958年，第一次全國(guó)土壤普查（以下簡(jiǎn)稱“一普”）開始，于1960年完成。經(jīng)過“一普”，新中國(guó)初步建立了一個(gè)土壤分類系統(tǒng)，摸清了耕地資源分布與土壤基本性狀。
河北省土壤展覽室內(nèi)，一本大開本的《華北平原土壤圖集》被賈良良看作“鎮(zhèn)展之寶”。這本出版于1964年的圖集，收錄了華北平原多個(gè)地區(qū)的土壤圖和地下水埋藏深度圖，也是“一普”的成果之一。
“看，這些比例尺1∶200000的地圖，最初都是手工繪制的?！狈_印刷裝幀精美、至今色彩鮮明的圖集，賈良良不由感慨，“從這本圖集中，足見當(dāng)時(shí)為搞土壤研究，國(guó)家的投入和科研人員下的苦功。”
鐵鍬、土鉆、橡皮錘、手電筒、收音機(jī)、老式海拔儀……一旁的展柜里，還展示著一些看起來(lái)不怎么“高級(jí)”的土壤調(diào)查工具。
“從華北平原土壤調(diào)查，再到‘一普’‘二普’，老一輩科研工作者們就是利用這些有限的工具，為我國(guó)的土壤研究打下了基礎(chǔ)?！辟Z良良說。
如今已經(jīng)退休的河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所研究員賈樹龍，當(dāng)年就曾參與過“二普”的野外調(diào)查工作。
“那時(shí)候，連海拔儀都算貴重物件，并不是每個(gè)小組都配，一個(gè)大的區(qū)域可能只有一臺(tái)，由老師負(fù)責(zé)保管，我都沒怎么見過?！?980年和1981年，還在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)土壤農(nóng)化專業(yè)學(xué)習(xí)的賈樹龍，參與了易縣、柏各莊農(nóng)場(chǎng)兩地的野外調(diào)查，當(dāng)時(shí)他能用到的只有鐵鍬、洛陽(yáng)鏟、羅盤儀等幾樣基本工具，和考古隊(duì)差不多。
“到了采樣點(diǎn)，先進(jìn)行環(huán)境描述，看地形地貌和植被情況，然后就是挖坑。”賈樹龍說，挖坑是為了進(jìn)行土壤剖面描述?！耙赐翆咏Y(jié)構(gòu)、顏色、松緊度等，這是劃分土種的主要依據(jù)?！?/p>
挖的坑至少有1米見方、1米深，這是個(gè)體力活?！耙惶旄上聛?lái)，筋疲力盡、灰頭土臉。”賈樹龍說。
河北省土壤展覽室內(nèi)，陳列著一本《河北省路線踏勘剖面記載表》，記錄時(shí)間是1980年4月5日到1980年6月29日。
“剖面深度0—11厘米，灰黃棕色，細(xì)河土，單粒，較緊實(shí)……”翻開一頁(yè)，上面手寫的字跡工工整整。每組表格正反兩頁(yè)，是對(duì)一次土壤剖面調(diào)查的情況記錄。
“可以說，老一輩科研工作者突破了條件限制，克服了許多困難，用腳步丈量了全省的土地?！辟Z良良說。
正在進(jìn)行的“三普”中，河北省地礦局第四地質(zhì)大隊(duì)（以下簡(jiǎn)稱地質(zhì)四隊(duì)）承擔(dān)了承德、滄州、唐山、秦皇島等地的野外調(diào)查工作，地質(zhì)四隊(duì)技術(shù)人員王宇參與其中。
野外調(diào)查要帶20多種工具，有先進(jìn)的無(wú)人機(jī)、電導(dǎo)率速測(cè)儀，也有挖坑用的鐵鍬、洛陽(yáng)鏟?！跋奶祉斨胰眨烀爸笱?，不管多了啥工具，都得‘灰頭土臉’。”王宇說。
調(diào)查小組必備的工具清單里，沒有海拔儀，不是因?yàn)闆]有條件，而是因?yàn)椴恍枰恕！艾F(xiàn)在一個(gè)移動(dòng)終端App就能實(shí)現(xiàn)很多功能?！蓖跤钫f。
“三普”中大量應(yīng)用了遙感、計(jì)算機(jī)、地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域的新技術(shù)，從確定布點(diǎn)到外出調(diào)查，亞米級(jí)高精度的遙感影像、全球定位系統(tǒng)等，既是調(diào)查人員的好幫手，也保證了調(diào)查工作的精確性。
“我們一邊在‘電子圍欄’范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)查采樣，一邊將各類數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)?！蓖跤罱榻B，App里所要填報(bào)的土壤信息包括分層命名、形態(tài)觀察、理化描述、定重取土、照相取圖等，有百余項(xiàng)。
“我們是在給土壤建立一個(gè)科學(xué)、全面的‘體檢’檔案?！蓖跤钫f。
把成果應(yīng)用到田間地頭
1949年，河北糧食總產(chǎn)46.5億公斤，人均152公斤；1978年，總產(chǎn)168.79億公斤，人均333公斤；1988年，總產(chǎn)202.25億公斤，人均349公斤……2023年，河北糧食總產(chǎn)達(dá)到380.99億公斤。
為什么科研工作者要一代接一代，鍥而不舍地研究土壤？答案，就藏在這些不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)里。
耕地是糧食生產(chǎn)的命根子。黃淮海平原本來(lái)是旱澇、鹽堿、風(fēng)沙、瘠薄的低產(chǎn)區(qū)，經(jīng)過對(duì)土地不斷地改良利用，如今在河北，沿太行山麓復(fù)合沖積扇的潮褐土上，已經(jīng)是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的噸糧田、噸半糧田，黑龍港流域和濱海地區(qū)的鹽堿地也從昔日荒灘，變?yōu)榱私癯拿准Z川。
“中國(guó)用不足全球9%的耕地，解決世界近五分之一人口吃飯問題。這個(gè)奇跡背后，是一條艱苦的路，也是一條科學(xué)的路，而土壤研究在其中發(fā)揮了重要作用。”賈良良說。
現(xiàn)在，土壤研究的接力棒已經(jīng)傳到了新一代科研工作者的手中。
“糧田產(chǎn)能限制因子已經(jīng)從單因子主導(dǎo)轉(zhuǎn)換為多因子復(fù)合型障礙?！辟Z良良表示，過去的耕地治理對(duì)干旱、澇漬、鹽堿等效果明顯，但對(duì)瘠薄、粘閉、板結(jié)等耕性不良并沒有根本性突破，目前糧田存在的多因子障礙，雖然都不是決定性因子，但也影響著糧田產(chǎn)能提升。
“過去的耕地治理整體上處于‘治標(biāo)’階段，而現(xiàn)在進(jìn)行土壤改良提升耕地質(zhì)量，已經(jīng)進(jìn)入了啃硬骨頭的階段。這需要把技術(shù)改進(jìn)做得更全面、更精細(xì)?！辟Z良良說。
河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所的研究團(tuán)隊(duì)曾對(duì)1979年到2019年的40年間，河北土壤肥力的變化規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)顯示，河北的土壤有機(jī)質(zhì)呈增加趨勢(shì)，1979年為11.9g/kg，2019年達(dá)到了18.8g/kg。
在20世紀(jì)90年代開始應(yīng)用發(fā)展并于后來(lái)大范圍推廣的秸稈還田技術(shù)，是土壤有機(jī)質(zhì)提升的重要途徑之一。而現(xiàn)在，科研工作者對(duì)秸稈還田進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，也進(jìn)入了更精細(xì)的階段。
近幾年，河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所的研究團(tuán)隊(duì)在藁城、曲周、武強(qiáng)等地，試驗(yàn)推廣了秸稈切段還田技術(shù)。他們把秸稈切成兩三厘米的小段后再還田。這樣的秸稈與翻地后的土塊大小相似，能減少對(duì)播種質(zhì)量的不良影響，還能延長(zhǎng)秸稈腐解期，為越冬后的小麥固存更多養(yǎng)分。
據(jù)測(cè)算，秸稈粉碎還田，碳的轉(zhuǎn)化率不足10%，而秸稈切段還田，能將固碳效率提升至12%—13%。
“其實(shí)，固碳效率提升這兩三個(gè)百分點(diǎn)，并不能直接體現(xiàn)到當(dāng)年的糧食增產(chǎn)上。但需要不斷創(chuàng)新，需要久久為功?！辟Z良良說。
研究土壤肥力變化，要依據(jù)連續(xù)的調(diào)查監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。近年來(lái)，河北耕地質(zhì)量長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)從無(wú)到有，至今已發(fā)展至1000個(gè)，形成了較為完善的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。這些數(shù)據(jù)與研究，并不是被當(dāng)作工作成績(jī)，在展室的墻上“一掛了之”，而是切切實(shí)實(shí)地走進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際。
冬季農(nóng)閑，最近，河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所副研究員黃少輝沒怎么下地，而是坐在辦公室里盯著電腦忙活，他計(jì)劃把“施肥專家”微信小程序的功能進(jìn)一步完善。
“施肥專家”小程序由河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所和河北省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站、河北省耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)保護(hù)中心等單位共同開發(fā)，可免費(fèi)為農(nóng)戶提供農(nóng)田養(yǎng)分管理技術(shù)方案。
選擇種植作物、輸入目標(biāo)產(chǎn)量、定位農(nóng)田位置，農(nóng)戶便可獲得一份科學(xué)施肥的推薦方案——地塊的土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀等含量有數(shù)據(jù)，該如何進(jìn)行養(yǎng)分管理有分析，施什么肥、哪個(gè)時(shí)期施多少有方案。
“小程序開發(fā)以全省耕地的土壤肥力現(xiàn)狀和作物的養(yǎng)分需求規(guī)律為基礎(chǔ)，可助力技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用落地。”黃少輝說。
“搞土壤研究要到田間地頭去，也要把成果應(yīng)用到田間地頭。說到底，保護(hù)、利用土壤，實(shí)現(xiàn)藏糧于地，還是為了端牢中國(guó)人的飯碗，確保國(guó)家糧食安全?！辟Z良良說。
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土壤微生物：決定土壤健康的關(guān)鍵
“很多人可能想象不到，用普通的湯勺，在地上挖一勺土，里面土壤微生物的數(shù)量就能超過地球上全體人類的數(shù)量。”1月3日，河北省土壤展覽室，河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所副所長(zhǎng)賈良良在一塊專門介紹土壤生物的展板前對(duì)記者說。
土壤微生物是土壤的重要組成部分，也是決定土壤健康狀況的關(guān)鍵因素。但由于缺乏對(duì)土壤微生物的充分認(rèn)識(shí)與了解，在以往傳統(tǒng)的土壤研究和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，土壤微生物的關(guān)鍵作用并未受到足夠重視。
“土壤微生物不僅數(shù)量多，種類也豐富。在每克土壤中數(shù)以億萬(wàn)計(jì)的微生物中，高達(dá)99%的物種及其功能目前尚屬未知?！焙颖鞭r(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院教授劉文菊介紹，近年來(lái)，越來(lái)越多的國(guó)家開始將研究目光投向了土壤微生物領(lǐng)域。
“十四五”期間，我國(guó)也在中低產(chǎn)田產(chǎn)能提升等方面，部署了相關(guān)研究與應(yīng)用。正在進(jìn)行的第三次全國(guó)土壤普查，還開展了對(duì)包括土壤微生物在內(nèi)的全面性土壤生物調(diào)查，這在新中國(guó)成立后屬于首次，旨在評(píng)估重要土種的土壤健康狀況，提出土壤耕地質(zhì)量提升的生物學(xué)管理對(duì)策。
“種子和耕地質(zhì)量，是目前影響糧食產(chǎn)量的兩個(gè)‘關(guān)鍵變量’。在保障國(guó)家糧食安全的領(lǐng)域突破‘卡脖子’難題，開展土壤微生物研究具有重要意義?！眲⑽木照f。
目前，科研工作者對(duì)土壤微生物的研究成果，已經(jīng)開始應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。利用不同種類的土壤微生物的生物特性，開發(fā)生產(chǎn)出的芽孢桿菌、木霉菌、鏈霉菌等微生物菌劑，不僅可用來(lái)增加土壤的生物肥力，提高產(chǎn)量，對(duì)改善果實(shí)品質(zhì)、減少病蟲害發(fā)生等也能起到重要作用。
“目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的微生物菌劑中的活性菌，多為單菌種或者人為簡(jiǎn)單合成的菌群，為了更精準(zhǔn)地構(gòu)建對(duì)作物促生抗病的合成菌群，研究界又開始了對(duì)植物根際微生物組的探索?！眲⑽木战榻B，根際微生物組被稱為植物的第二基因組，是土壤—微生物—植物互作的紐帶，與根系相互作用、相互促進(jìn)，認(rèn)識(shí)并利用好根際微生物組，會(huì)將土壤微生物的研究與應(yīng)用再推上一個(gè)臺(tái)階。
“微生物菌劑是一種綠色農(nóng)業(yè)投入品，可推動(dòng)化肥和化學(xué)農(nóng)藥減量增效，科學(xué)施用微生物菌劑替代部分化肥農(nóng)藥，符合農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的要求?！眲⑽木照f。
