罗 琼，王 昆，许靖波，陈光辉

（1. 湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128；2. 湖南省农业厅粮油处，湖南 长沙 410005）

岳阳市位于湖南省东北部，东倚幕阜山，西、南抱洞庭湖，西北、北枕长江；全市国土面积150.19万hm2，其中湖区48.24万hm2、丘陵区58.99万hm2、山区42.96万hm2；总耕地面积30.00万hm2，有效灌溉面积25.27万hm2，旱涝保收面积21.67万hm2[1]，是全国重要的粮、棉、油生产基地，素有“鱼米之乡”的美誉[2]。岳阳市为北亚热带季风湿润气候区，年平均气温17℃，年平均降雨量1 302 mm，温、水、光基本同步，组合效应较好，适宜粮食作物生长，有利于粮食高产稳产。在岳阳市现有的粮食生产技术水平和有限的农业生态环境约束的条件下，气候、水资源、耕地和能源等因素制约着粮食生产，反过来粮食生产也会给农业生态环境造成一定破坏。因此，只有在提高粮食产量的同时兼顾农业生态环境保护，才能实现农业生态环境与粮食生产的可持续发展[3]。

1 农业生态环境对粮食生产的影响

1.1 耕地减少及土壤退化导致粮食种植面积及产量下降

随着现代工业的不断发展，城市化进程日渐加快，非农建设占用耕地的现象时常发生，导致农业耕地面积不断减少。土地资源的开发利用虽然对促进工业化、城镇化进程起了不可估量的作用，但其负面影响也是显而易见的，例如耕地流失强度大、土地利用率低、耕地污染日趋严重等。我国土地资源短缺，2011年耕地面积约为1.22 亿hm2，人均耕地占有量不足0.092 hm2，还不到世界人均耕地的1/3[4]。我国被污染土壤已占耕地面积的1/5，耕地总量还在以66.7万hm2/a的速度递减，照这个速度预计到2030年我国耕地将减少至约0.9 亿hm2，人口将达到16亿，人均耕地面积仅为0.056 hm2，人地矛盾将更加突出[5]。

目前，据岳阳市初步统计，全市约26.4%的耕地养分失衡，高产田所占比例从1997年的34.4%下降到目前的27%[6]。全市各地的耕地均存在不同程度的问题，例如水土流失，灌溉不合理，较少施用有机肥，过多使用农药、化肥，受到工业“三废”和城镇生活垃圾污染等[7]。某些有生理毒性的物质或过量的营养元素进入土壤，积累到一定程度，会使土壤退化、有机质含量降低，结构变劣、养分失调，污染严重的甚至造成耕地质量下降。这样，不仅会影响作物的生长发育，导致作物的产质量下降，极大地制约着现代农业的发展，而且这些不安全的因素会通过食物链传递给动物和人类，最终影响人体健康[8-9]。

1.2 水资源短缺和水体污染导致粮食产量及品质下降

水资源与粮食生产息息相关，从总体看，岳阳市的水资源是丰富的。目前，全市已建成农田水利设施12万处以上，其中小型水库1 135座，塘坝河堰11.77万处，小型水轮泵站75处148台。机电排灌站5 208处6 385台装机，小水电177处319台机组，涵管655处，渡槽500处以上，大小灌渠5 500 km，还有农村安全饮水、喷滴灌工程等。这些小型水利工程设施为全市农业发展提供了重要的基础保障。然而，目前粮食生产依然面临着严峻的挑战。

第一，水资源越来越紧张。水分短缺是作物正常生长最大的限制因子。在干旱半干旱地区，土壤水分亏缺能明显抑制作物根系和地上部生长，显著降低作物的生物量、产量和收获指数[10]。岳阳市虽然降雨充沛，且拥有丰富的水资源，但是全市水资源分布呈现春夏多、秋冬少，东部山区多、西部平原少，过境水多、本地水量少的格局。同时，水质型缺水、季节性缺水、工程型缺水也是岳阳市水资源存在的一个突出问题[11]。在山丘地区，由于降雨量偏少以及降雨时空分布不均匀，每年7~9月引起农田干旱，对农作物的生长有直接影响。

第二，粮食主产区的水体污染日趋严重。随着化学工业的发展和人民生活水平的提高，大量工业废水和生活废水被排放到江河湖塘等水系，直接污染农业灌溉用水。污水灌溉会影响粮食作物的外观、碾米、蒸煮、食味和营养价值等。例如石化工业废水中的酚类化合物，当含量达50~l00 mg/L时，将直接抑制作物生长，导致植株变矮小，叶色变黄；农田灌溉用水被油污污染后，其油污覆盖水面，空气中的氧气难以进入水体，植株根系会因缺氧而腐烂，同时水温会上升，从而促进土壤的还原作用，产生的H2S，使土壤的物理性质恶化，间接危害作物生长，植株变矮小、分蘖减少，严重时作物枯黄、减产。据岳阳市初步统计，目前已有25.9%的农田灌溉水源受到污染，虽然主要饮用水源的水质达到了国家Ⅱ类标准，污水的处理率也在不断提高，但是河流水质污染仍较严重，如湘江岳阳段、东洞庭湖水质为Ⅳ类、南湖水质恶化为Ⅴ类，枯水期为劣Ⅴ类。这些污水都不同程度地造成粮食主产区的水体污染，从而影响粮食的产量与品质。

1.3 气候变化对作物的生育期、品质及病虫害发生的影响

第一，气候变暖会对作物的生育期造成显著影响。在气候变暖的条件下，作物的生育期会缩短，例如水稻品种分蘖速度会由于生育期缩短而加快，造成有效分蘖减少；同时，其光合作用和有机物积累的时间也大大缩短，导致有效穗数和千粒重下降，产量降低。

第二，气候变暖会对作物的品质产生影响。以水稻为例，气候变暖将会影响稻米的外观和品质，开花至成熟阶段的高温可显著缩短水稻的成熟天数，造成成熟后的稻米籽粒不饱满，胚透明度低，米粒无光泽，精米率降低。

第三，农作物病虫害的发生与气候条件息息相关，中国每年有4.6亿hm2以上的国土面积发生农业病虫害，是耕地面积的近3.8倍，每年因农业病虫害而减少的产量约占当年粮食总产量的9%。

第四，在全球气候变化的背景下，极端天气气候事件的发生频率呈增加趋势，强度也有增大趋势，这会引发区域性农业气象灾害的发生。某些地区由于农田排灌设施不完善，抵御自然灾害的能力有限，一旦遇到洪涝或干旱等灾害，水利设施难以发挥作用，从而影响当地粮食生产[12]。

2 粮食生产对农业生态环境的影响

2.1 农用生产资料对农田生态环境的影响

粮食生产中所使用的农药、化肥、农机具等农用生产资料对农田生态环境的影响不可低估。（1）化肥。过多的使用化肥将直接污染农田的土壤，间接污染农田的水体、地下水和空气，大量使用化肥还容易使农产品重金属含量超标。（2）农药。农药大部分是通过喷雾施用的，这种施药方式的有效利用率较低，农药大多流失到土壤、稻田水及空气中，对农田生态系统造成破坏；大批有益生物被杀死，而有害生物的抗药性却不断增强，农药的防效越来越低；而为了增加防效，又不断加大农药的施用量，使农产品中的农药残留超标，间接地影响到人类的健康。（3）农机具。农机具购置等补贴政策虽然对于提高农业机械化水平、降低粮食生产成本、促进粮食生产和增加种粮农民收入有重要的作用，但同时这些农机具的使用也不同程度地污染了农业生态环境。例如农业机械排出的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等气体对农业生态环境和气候有较大的危害。

2.2 水稻生态习性对水资源及大气的影响

岳阳市的粮食作物主要是水稻，水稻的生态习性与农业生态环境相互影响。首先，水稻种植需要消耗大量的淡水资源。我国为农业大国，农业用水曾占全国用水量的88%，20世纪末才下降至72%；而水稻生产耗水量约为2 656亿m3/a，占全国年用水量（4 987亿m3）的53.3%，即我国每年有超过一半的淡水资源用于水稻生产。其次，水稻植株能影响稻田土壤产生CH4，对大气造成污染。有专家指出，中国稻田CH4的年排放量为900万~1 300 万t，这一结论已被国际环境专家所认同[13]。

3 农田生态系统与粮食生产可持续发展的建议

3.1 保护耕地数量和质量，确保粮食的种植面积和产量

（1）针对目前的耕地现状，制定相关政策法规，严格控制耕地非农化规模，坚决制止占用基本农田；非农用占地不仅要依法严格审批，而且要充分利用荒地、山地等。（2）在粮食主产区采取措施建设并保护一定数量的高产稳产、旱涝保收的高标准农田，作为粮食生产的骨干粮田。（3）在保障耕地数量的基础上，提高耕地质量。提倡施用有机肥料，种植绿肥，培肥地力，改善土壤结构和肥力，并因地制宜地选用农作物，合理灌溉、施肥，防治土壤污染，以保证耕地质量，从而确保粮食作物播种面积，促进粮食生产[14]。

3.2 合理开发利用农田水资源，加强农业标准化生产

“水利是农业的命脉”，任何时候都不能忽视，必须采取相关措施加强水利设施的建设与完善。加强农田水利建设不仅提高了农业生产力水平，而且还增强了抗灾能力。岳阳市降雨时空变化大，有上半年多下半年少的特点，应采取相应办法“留丰补歉”。岳阳市有较好的蓄水水利工程基础，但部分工程并不完善，留丰度较低，流失量较大。从可持续发展的角度考虑，必须既要维护、修善好现有水库，还要在此基础上尽力建设更高质量的新水库，并进一步研制与建立符合本地天气气候和水文特征的水资源调度模式，使汛期丰水能安全留足，增加补歉力度[15]。粮食主产区应加强中小型水利建设，因地制宜地开展雨水集蓄、河渠整治、小流域治理等农田水利基本建设。对于旱区还应完善小方塘、小水库、小水窖、小型引水、小型提水等“五小”水利工程设施的修建，并健全排灌渠干体系，加固河堤，疏通河道，建设节水灌溉设施，积极推广旱作节水栽培技术，从而增强抵御旱涝灾害的能力，提高水资源利用率，缓解水资源短缺问题[16]。

3.3 科学使用农用物资，推广低碳农业技术

在肥料上，要提高肥料利用率，提倡种植并使用绿肥，增施有机肥，培肥地力；实行秸秆还田，合理使用化肥，在提高农产品的产量和品质的同时，减少肥料对农村环境的污染。在农药上，要提倡并推广使用高效、安全、低毒、低残留的化学农药和生物农药，推广包括诱蛾灯、性诱剂、诱虫板等物理防治技术，以及农业防治、生物农药等病虫害综合防控技术；相关农业部门要切实开展农作物病虫害专业化统防统治工作，减少农药使用量，降低农药残留，做好农药包装物集中处理工作，减轻农药对农田生态系统的污染；并且从根源上加强农药生产、销售和使用的管理，特别是要限制和淘汰高毒农药的使用，以保证农业生态环境和农产品的安全[17]。

3.4 大力发展生态种植，逐步推进生态农业

发展生态农业是保护农业生态环境的重要途径。生态农业是遵循自然生态规律和社会经济规律，在吸引传统农业和现代农业优点的基础上，运用生态经济学原理和系统工程理论来指导、组织、开展的农业经济活动，在注重开发利用资源的同时保护资源，在追求经济效益的同时注重生态环境效益和社会效益相统一的新型农业[18]。

生态种植是指在保护、改善农业生态环境的前提下，遵循生态学、生态经济学规律，运用系统工程方法和现代科学技术，集约化经营的农业发展模式。生态种植是一个生态经济复合系统，将种植生态系统同种植经济系统综合统一起来，以取得最大的生态经济整体效益。这也是农、林、牧、副、渔各领域综合起来的大农业，又是农业生产、加工、销售综合起来，适应市场经济发展的现代农业。例如，订单农业，是近年来出现的一种新型农业生产经营模式。所谓订单农业，是指农户根据其本身或其所在的乡村组织同农产品的购买者之间所签订的订单，组织安排农产品生产的一种农业产销模式。订单农业很好地适应了市场需要，避免了盲目生产。其生态模式有：“养殖—沼气—种植”三位一体生态农业模式；“一池带四小”（即一个沼气池带一个小猪圈、一个小果园、一个小菜园、一个小鱼塘）的庭院循环经济模式。这些模式除了不使用化肥、农药、除草剂和农膜等以外，也不使用转基因等现代生物技术，而是用有机肥代替化肥，用物理杀虫法代替杀虫剂，实行有机、绿色、无污染农产品生产标准。实践证明，发展生态种植及生态农业是解决地区农业生态环境和粮食生产矛盾的有效途径，可有效实现经济效益、生态效益和社会效益的统一。

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