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建设“生态土地” 探索崭新路径

来源:人民日报 作者:韩霁昌 2017-11-01 10:14:28

  土地作为最基本的生产资料,承载着人类生存和发展。

  纵观人类文明发展史,随着人类文明的快速推进,土地质量持续退化,土地问题日益严重,这些归根结底都是人地关系发展不协调的后果。原始文明阶段,人类不断适应地球环境,为融入自然而努力;农业文明阶段,人类初步利用土地、改造土地;工业文明阶段,人类对土地进行了掠夺性的开发和破坏性的利用;进入生态文明阶段,人类终于意识到人地关系的重要性,开始谋求人地协调发展。

  如今,土地资源短缺,利用不合理,农业土地肥料过量施入,农田土地生态系统恶化,威胁粮食安全及人类健康,城市土地污染严重,人类生存舒适度降低。土地工程是土地实现生态化的重要手段,服务对象是生命有机体,关注一切生命有机体的健康。土地工程是解决土地问题、人地关系矛盾的重要手段,是保障人类及一切生命体生存的重要基石。土地工程以实现土地生态化为终极目标。

  保持土体洁净 保障土地安全

  随着社会的快速发展,人类食物种类趋于多样,居住环境持续改善,但同时也导致环境日益恶化,并已威胁生命体的生存安全。因此,农业科学家长期致力于研究如何提高化肥利用率、有效降低化肥残留所带来的危害,城市建设者也不断思考如何利用生态化办法,减少垃圾围城,控制热岛效应及建立海绵城市等,为人类居住提供安全洁净的土地,提高生命体的舒适度。土地问题的解决,不仅需要管理的手段、经济的手段、规划的手段,更需要生态化的土地工程手段,来实现人类永续发展和生态文明。

  在农业生产中,作物生长要汲取养分,包括大量元素氮、磷、钾,中量元素钙、镁等,以及微量元素锌、锰等。为了保证作物更好地生长发育,需要人为施入外源肥料,以期为作物正常生长提供丰富的营养元素。但是,施加到农田里的肥料,仅有约30%被作物吸收;剩余的70%,一部分通过地表径流进入到江河湖泊,并由此导致江河湖泊“富营养化”,引发水体污染;另一部分残留在土体中,造成土地污染。在土体中,植物生长所需营养元素的含量并不低,只是可被植物吸收的活性态部分偏少,大部分以不易被植物吸收的惰性态形式存在。比如,土体中的钾多以相对非溶解性的矿物存在,或被固定于某些黏土的矿物晶格中,这种晶格固定作用导致一部分钾元素永久留在土体中。目前,全球每年化肥施用总量超过1.8亿吨,即使只有10%左右留在土体中,也相当于每年有1800万吨的肥料被土体寄存、固化,其元素累积量极为可观。土体这一部分惰性态元素的活化,为土地生态化建设开辟了新道路。如何激活土体中惰性态元素,提高利用率,是研究土地生态化实现途径的重点。

  活化土体元素 提高养分供给

  在没有化肥的百余年前,中国黄土高原梯田上,劳动人民通过“洗埝”(农学中统称为“聚肥作用”)搜集钾肥、氮肥等养分资源,这是一种典型的土体元素活化过程。他们主要是在光、风、水联合作用下,有效活化土体表层的惰性态元素。再者,通过高温熏烧枯枝落叶及秸秆生成草木灰。草木灰中的钾形态以水溶性碳酸钾为主,其含量高达90%,植物直接利用率较高。大自然的资源是无穷的,劳动人民借助风能、光能等综合作用,以生态化方法实现了元素活化,能量的输入打破了难以利用的元素形态,形成了易吸收利用的水溶性元素,从而保障了土体中的元素供给。但总体而言,当前土体养分需求量与产出量不相匹配,养分供需矛盾突出。因此,有效提高土体结构元素活化速度,减少不可控因素对活化速度的影响研究,是土地工程研究的重要课题。

  传统的土体结构元素活化方法是生态化的,但作物生长养分需求量大,生态化元素活化量较少,必须通过施加外源肥料来实现,这是一个世界性的难题。加快土体结构元素的活化及产出,可以利用加大风力作用面等物理方法,添加无污染的元素激活剂等化学方法,研发、筛选生物酶和微生物等生物方法,开发土体元素激活新设备等其他方法来实现。传统的农业机械无法将土体中惰性态元素利用,但是对机械辅以人为光、风、水等作用,对元素进行激活,可有效提高土体结构元素利用率,并可保障粮食安全和增强农田生态系统稳定性。

  土体结构惰性态元素活化,可有效降低化学肥料的使用,确保耕地的生产力;可保障粮食安全,并同时降低对环境的污染,提高人类居住的舒适性。土体结构惰性态元素活化作为实现土地生态化的重要方法,将会带来颠覆性的研究成果。

  钝化有害元素 减少土地污染

  在土地工程生态化的实现过程中,还有一个非常重要的方面,就是有害元素的钝化。对于城市用地中农药残留、重金属污染、石油污染等造成的污染土地,在土地工程实施阶段,将机械辅以光学、热量等工程技术设备,对其中活化态的有害元素进行钝化,从而提供清洁安全的土地,保障人类居住安全舒适。因此,总结农业及城市土体结构元素的转化研究,提炼土体结构元素的生态化技术手段,能催生和带动土体结构元素活化设备制造业的兴起与发展。

  坚持走土地生态化发展道路,是对“绿水青山就是金山银山”最好的诠释。土地生态化是一项浩大的工程,它需要世界顶级的各种学科专家联合攻关。让我们一起努力,把科研成果写在大地上,让蓝天常在、青山常在、绿水常在,实现土地工程的终极目标——土地生态化。

  (作者为国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室主任、研究员)

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