近50年来，中国农业走过了一条高投入、高产出、高速度和高资源环境代价的道路；未来农业发展，必将面临资源短缺、生态恶化、技术薄弱、技术创新不足等困境困扰。
“目前我国耕地质量‘低、费、污’问题严重，而耕地又在逐年减少，如果不能确保18亿亩耕地红线，不能解决耕地质量问题，势必将威胁到国家粮食安全。”中国农业科学院农业资源与农业区划研究所副所长张维理博士对此十分焦虑。
在接受《瞭望》新闻周刊采访时，这位中国农业科学院一级学科带头人、长期从事土壤肥料、农业面源污染等方面研究的专家，一再向本刊记者强调：我国人均耕地资源紧缺，由此导致粮食安全与环境问题突出，而“了解土壤及土壤相关资源与环境状况，准确掌握全国土壤肥力、环境质量状况仍将是应对全球金融危机和气候变化、实现我国粮食安全、环境安全和可持续发展的重要基础。”
据张维理介绍，我国曾于上个世纪50年代和80年代初进行了全国第一次和第二次土壤普查；近10年来还实施了全国污染土壤调查、地质元素调查、农用地分等定级、耕地地力调查与评价、农田土壤养分状况调查等国家工程，对了解我国不同时期土壤肥力与环境质量状况发挥了作用。
“但这些调查，不同程度上存在调查资料深加工不足，保存和利用难以延续，跨地区、跨部门、跨学科的科学数据共享难以实现等诸多方面的问题。”张维理说，“最主要的，这类调查属于科技基础性工作，不仅仅是工作量大、专业性强、难度大，更需要科学的方法、专业的队伍，应依托专业院所，长期坚持研究。靠目前这种人海战术是不科学的，国家投入不少，但效果并不理想。”
未来20年农业将面临严峻挑战
众所周知，土壤是人类赖以生存的基础，是发展经济和农业最重要的资源，农田生态系统还是消解城乡生活、生产废弃物、维持碳氮硫磷等物质循环最重要的基础。我国耕地资源紧缺是不争的事实，不仅人均耕地面积少(仅1.43亩)，而且由于人口多，许多不宜农用的土壤被开垦为农田，耕地土壤整体质量偏低，中低产耕地土壤占65%。中国工程院院士、中国农业大学教授戴景瑞曾坦言：未来20年中国农业将面临严峻挑战。
在今年6月初召开的“两院”院士大会期间，戴景瑞把未来农业发展面临的严峻形势归结为五大挑战，包括人口增长、耕地减少、水资源短缺、生态环境恶化、全球气候变化对农业影响加剧等，其中最重要的一个挑战就是耕地问题。
由中国工程院牵头组织的“中国工程科技中长期发展战略研究”项目农业科技领域课题组的研究认为，近50年来，中国农业走过了一条高投入、高产出、高速度和高资源环境代价的道路，未来农业发展，必将面临资源短缺、生态恶化、技术薄弱、技术创新不足等困境困扰，既要保证16亿人口的粮食安全，又要实现生态安全、环境安全和可持续发展，难度相当巨大。而人口增长和消费增加的趋势都是不可逆转的，这是我国未来20年农业面临的第一大挑战。
戴景瑞表示，预计未来我国人口将以每年1000万的速度增长，2030年有可能达到16亿人口；生活水平和城市化水平的提高，将持续拉动粮食需求的增长，到2030年，我国粮食需求将达到6.17亿吨，粮食总产需要在这个基础上增长20%以上，肉、蛋、奶也分别需要提高24%、28%、20.5%。因此，确保粮食安全是我国农业的首要任务，是农业生产的重中之重。与此同时，农产品质量安全问题突出。由于农药、化肥的大量使用，亚硝酸盐、重金属等有毒物质进入食物链，危及人类健康。饲料安全和畜产品安全、动物疫病控制也是农产品质量安全的重要环节。
“没有质量的数量同样令人担忧”
耕地问题是农业面临的第二大挑战。虽然我国提出了严格的耕地保护制度和耕地总量动态平衡制度，但未来耕地面积减少将是一种不可避免的长期趋势，这种趋势只能减缓而不能遏制，18亿亩耕地红线面临最为严峻的考验。目前我国人口耕地不到0.1公顷，不到世界平均水平的1/2，不到发达国家的1/4，只有美国的1/6、阿根廷的1/9、加拿大的1/14。
“保护耕地数量固然重要，但没有质量的数量同样令人担忧。如果保持18亿亩耕地数量不变，但分布状态和质量状况由集中、连片、优质逐步向破碎、零星、劣质转变，累积起来的破坏效应将十分严重，而目前，有些地方已经出现了这种苗头。”一位资深院士向《瞭望》新闻周刊记者强调道。
国土资源部2009年12月24日发布的中国历史上第一份耕地质量等级调查与评定成果《中国耕地质量等级调查与评定》也显示，我国耕地质量等别总体偏低。
这一历时十年、投入130多万人次进行的调查，是根据自然条件、耕作制度、基础设施、农业生产技术及投入等因素综合调查与评定，把全国耕地评定为15个等别，1等耕地质量最好，15等最差。
调查显示，全国耕地质量平均等别为9.80等，等别总体偏低。优等地、高等地、中等地、低等地面积占全国耕地评定总面积的比例分别为2.67%、 29.98%、50.64%、16.71%。全国耕地低于平均等别的10至15等地占调查与评定总面积的57%以上；全国生产能力大于1000公斤／亩的耕地仅占6.09%。中国耕地质量总体明显偏低。
一位不愿具名的农学家也证实说，我国每年城镇发展和各项基础设施建设占用了大量高等级耕地，而补充的耕地主要分布在水热、区位、地形条件相对较差的地区，总体质量不高。“高等级耕地流失过快，补充耕地等级偏低，以次充好的情况很严重，耕地质量总体下降，已严重影响到我国耕地生产能力，威胁国家粮食安全。从这个意义上讲，仅保住18亿亩耕地数量是不够的，还必须保证耕地质量，确保耕地生产能力的稳步提升。”
耕地土壤基础地力不断下降
张维理在接受采访时表示，在上世纪80年代之前，限制我国耕地土壤生产能力的主要问题是土壤氮磷养分不足，随着多年来化肥投入量和作物产量的持续增长，耕地土壤氮磷养分供应状况的较大改进，“低、费、污”已经逐步成为我国耕地土壤质量新一轮的核心问题。
张维理解释说，这里的“低”主要是指基础地力低。基础地力是指不施肥时农田靠本身肥力可获取的产量。优质耕地土壤是长期发育或多年培育的结果，通常土层深厚，富含有机质，水氧气热协调，保水保肥、耐旱耐涝、高产稳产，基础地力高。
据中国农科院土壤肥料研究所近年来在全国的田间定位实验与调查显示，我国各主要农区广泛存在的不合理耕作、过度种植、农用化学品的大量投入和沟渠设施老化已经导致农田土壤普遍性的耕层变薄，养分非均衡化严重，土壤板结，土壤生物性状退化，土壤酸化、潜育化、盐渍化增加，防旱排涝能力差，耕地土壤基础地力不断下降。
我国各主要农区，由于长期使用浅耕机械，同时不重视施用和科学使用有机肥料，农田活土层已明显变浅，作物根系难以下扎。因为缺少适合农民使用的科学施肥技术，全国各大农区化肥氮磷钾养分比例不合理问题依然普遍。在约占全国农田面积20%的集约化种植农区，氮磷肥料严重超高量使用，单季作物化肥纯养分用量平均为569～2000kg/hm2，氮肥利用率仅为10%左右。因养分供应极度失衡，作物病虫害严重，农田农药用量大幅度增加，导致这部分我国生产条件最好的耕地土壤盐害、酸化严重、结构破坏、农药残留、土壤污染问题十分突出、土壤生物性状、健康功能严重衰退，生产性能大幅度下降。山东、云南等省份一些蔬菜、花卉产区的农民不得不采取深翻底土、客土甚至更换地块等方式减缓产量下降。我国自上世纪80年代农村耕地从集体大面积经营转化为一家一户的经营方式，耕地管理单元变小，使用权变更频繁，对农田基本建设忽视，许多地区农田沟渠失修，尽管国家投资完成了包括河道改造在内的大型水利工程建设，由于农田沟渠老化，难以有效进行农田的防旱排涝。
唯一的“增肥低增产”类型
“费”是由于耕地基础地力下降，保水保肥性能、耐水耐肥性能差，对干旱、养分不均衡更敏感，对农田管理技术水平更苛求，因此土壤更加“吃肥、吃工，吃水，增加产量或维持高产，主要靠大量使用化肥、农药、农膜和灌溉用水”，导致“费”。
分析显示，目前在全球高氮化肥用量国家中，我国是唯一的“增肥低增产”类型，2000～2008年九年中，化肥总用量较90年代增长了35%，粮食单产净增加为315公斤/公顷。其他类型分别为：“减肥高增产”类型，如德国、以色列、荷兰，在2000～2006年7年中氮化肥总用量较90年代下降 9%～26%，粮食单产增加约500公斤/公顷；“减肥低增产”类型，如韩国、丹麦、英国、法国在氮化肥用量下降17%～33%条件下粮食单产为较低增产 (同期增加为211～296公斤/公顷)；“增肥高增产”类型，如越南、孟加拉、埃及、智利等，同期化肥用量增加了20%～69%，粮食单产净增加超过 400公斤/公顷，最高达1173公斤/公顷。
“污”即耕地土壤污染，它是我国耕地质量存在的另一个主要问题。张维理介绍说，污染主要来源于工业和城市排污，农田农药、农膜等化学品的超高量和不合理使用，规模化畜禽养殖场高环境激素含量畜禽粪便和废弃物的不合理使用。
权威部门提供的资料显示，目前，我国农药使用量已达130万吨，是世界平均水平的2.5倍，受农药污染的耕地土壤面积达1.36亿亩；地膜使用量达 63万吨，白色污染相当严重；我国畜禽养殖业始终保持高速发展的势头，畜、禽存栏量每10年增加1～2倍，近年来畜禽粪便产生量已达到工业固废量的3.8 倍，在畜禽养殖业主产区，当地畜禽粪便及废弃物产生量往往超出当地农田安全承载量数倍乃至百倍以上，造成严重的土壤重金属和抗生素、激素等有机污染物的污染。
污染土壤占耕地面积的1/5
张维理认为，近年来高化肥、农药用量的蔬菜、花卉、水果作物播种面积的高速增长、畜禽养殖业的发展在为广大农民带来实惠的同时，也带来了不容回避的环境污染问题，并且在今后相当一段时间内会成为农业面源污染的主要来源。
张维理所说的面源污染是指在农田、村镇与城区场地上各种污染物质，如化肥、农药、生活垃圾、农村家畜粪便等，通过降水或农田排灌水时产生的地表径流、土壤渗透进入水体，造成的水污染。
从1993年开始，张维理就开始了对我国农业面源污染的调查研究。十多年来，她带领研究团队几乎走遍了十余省的100多个县，完成了5000多个田间定位调查、采样和试验。其研究显示，目前我国农业面源污染引起水域富营养化程度和广度已经远远超过发达国家。农业和农村发展引起的水污染已成为可持续发展面临的最大挑战之一。研究结果还显示，我国污染土壤已占耕地面积的1/5，污染最严重的耕地主要集中在耕地土壤生产性状最好、人口密集的城市周边地带和对土壤环境质量的要求应当更高的蔬菜、水果种植基地。
“死胡同”
近年来，一方面随着城市化、工业化的发展，城市和村镇周边排灌条件好，经过多年培育的优质耕地被大量占用，中低产田比例大幅度上升，耕地总体质量持续下降；另一方面，由于多年来各地对耕地质量问题重视不够，农村耕地管理方式与技术措施不合理现象十分普遍，造成主要农区耕地土壤基础地力下降，防灾抗灾能力差。张维理分析认为，目前维持高产，主要靠增加农用化学品和能源的投入量。目前，按播种面积计算我国氮素化肥平均施用量目前仍然分别是法国、德国、美国的151%、159%和329%，而耕地粮食单产水平较这些国家仍然低1～3成。
“尽管我国农村劳动力成本低廉，但氮化肥消耗的能源高于发达国家，农产品生产成本仍然很高，这也使得农民经济效益难以提高，农业产业的国际竞争力薄弱。”张维理说。
资料显示，由于耕地后备资源严重不足，我国耕地面积急剧下降，仅在1996～2003年，由于建设用地等，全国耕地面积就减少近1亿亩，平均每年减少0.8%。根据预测，到2020年，我国耕地的保有量还将较目前减少7%，因而不可能靠扩大耕地面积实现不断增长人口的粮食需求，要实现90%的粮食安全保障率，粮食单产必须在现有基础上提高30%。
张维理不无担忧地说，目前我国化肥用量水平已经很高，受报酬递减率作用，靠增加化肥投入量能够引起的产量增长已近极限。1998年以来，尽管我国化肥、农药、农膜等农用物质投入量一直在增加，但粮食单产却多年徘徊。这进一步说明，对于继续提高我国粮食生产能力，“仅靠增加农用化学品和能源投入量的模式将是一条死胡同，而提高耕地基础地力，藏粮于土，才是建立我国未来粮食安全长效机制、实现粮食安全保障的必然选择。”
