1998年长江发生了继1954年以来第二次全流域性的大洪水，与历史上同期的降水相比，属于中等大洪水，但为什么会导致长江中下游出现如此严重的洪涝灾害?许多学者认为是气候异常、湖泊萎缩、河床抬升以及江河湖堤防洪标准低等等。所分析的这些原因固然有正确的一面，因为在现有科学技术水平上，对气候异常造成的这种灾害性天气还无法进行调控；湖泊萎缩也是事实，但由于人口压力，要把1949年以来围垦的耕地全部退田还湖也难以实现；高标准的防洪堤坝在这次抗洪中也起到了重要的作用，但几千公里的长江大堤要全面大幅度提高抗洪标准也是目前国力所难以承受的。即使这些高标准的大堤建成了，如果未能减少上游下来的泥沙，那么“沙涨堤增”，必然导致“愈加愈高，愈高愈险”又一条地上河的恶果。怎样才能从根本上防治洪涝灾害呢?我们认为只有全面提高长江中上游山地丘陵区的土壤质量，推广坡改梯并充分调用“土壤水库”是防洪减灾的治本之策。    土壤质量退化导致粮食品质次，产量不稳    土壤是人类赖以生存和发展的物质基础，直接提供了动植物生长必需的养分和生存的场所，是人类食物和衣着的直接或间接的供应基地。土壤质量是指土壤支撑粮食生产所需的肥力高低；容纳、吸收、降解和自净各种环境污染物质能力的强弱，以及促进人与动植物健康能力大小的综合量度。人类活动时刻影响着土壤质量，既可以使之向优质方向发展，也可引发其严重退化。因此，土壤质量的保护和定向培育已受到各国政府和科学家的共同关注。    作为一个发展中国家，我国农业投入和农田基础设施相对薄弱，许多地区的土壤存在着养分贫瘠化、盐渍化、酸化和侵蚀流失等严重影响粮食产量和品质的土壤质量退化问题。同时，随着工业化进程的加快，土壤污染的问题也日渐突出，不仅导致部分地区作物产量和品质的严重下降(甚至颗粒无收)，而且污染的土壤本身及其产出的食物还威胁到人畜健康。    目前我国土壤质量退化首先表现为：    1、土壤盐渍化    我国分布有3460万公顷的盐渍化土壤，分布在西北内陆、东北松嫩平原、华北内陆及黄淮海平原。从客观上看，干旱、半干旱地区存在着引起土壤盐渍化的自然条件。但是由于人为管理的不当，特别是大水漫灌、施肥过量、轮作复种不合理等已造成一定数量土壤的次生盐渍化。可以预见，随着土壤和水资源的进一步开发利用以及灌溉面积的扩大，若不采取相应的科学措施，由于盐渍化而造成的土壤质量下降、生产力的破坏问题将在一部分地区愈演愈烈。    2、养分贫瘠化    由于近20年来有机肥施用和秸秆还田数量的大幅度减少，耕地土壤的养分再循环率下降，加上大面积推广高产品种及复种指数的提高和耕作与施肥的不合理，虽然化肥的使用量在逐年增加，但由于不平衡施肥及施肥不当，我国土壤养分特别是钾素和中、微量元素的贫瘠化和养分比例不协调仍呈现扩大化和严重化的趋势。即使是工农业生产都发达的长江三角洲地区，土壤肥力也呈现下降的趋势：土壤钾素(K20)亏缺达到2.3毫克/千克·年，土壤锌、硼的缺乏正在迅速扩大；同时，多数开发区和城镇化所占用的都是土壤质量好肥力高的近村、近郊土壤，使中低产田面积相对扩大；而大面积的中低产土壤因投入不足、管理粗放，土壤肥力长期得不到恢复。因此，养分贫瘠化已对土壤的永续利用和粮食的稳产高产带来严重影响。    3、土壤污染、土壤酸化以及土壤结构退化    随着城乡工业化进程的加快和农业现代化水平的不断提高，我国不少地区的土壤污染正在加剧，主要表现在有机废弃物(城市垃圾及农业废弃物)和污水、残留农药、塑料薄膜和重金属及其它意外事件(如原油和化工原料的泄漏等)对土壤的污染，全国受各种污染的土壤总面积达2700万公顷。此外过量施用化肥和农药对部分地区地下水水质及饮用水的安全也形成威胁。因此，阐明污染物进入土壤后的形态、转化及循环机理，进而采取科学的防治措施显得十分必要和迫切。    4、土壤侵蚀    在我国因土壤侵蚀而造成的土壤质量退化类型多，分布广，它对粮食生产、环境保护以及水利设施直接有很大的危害。据统计，目前全国直接受水土流失影响的耕地面积为4000万公顷。每年流失的土壤达50多亿吨，被带走的氮磷钾等营养物质相当于我国1年生产的4000万吨化肥所含的营养量。土壤侵蚀过程在侵蚀区表现为水土流失，特别是表层沃土的流失，使土层变薄，土壤结构变坏，土壤有效养分严重下降，导致土壤的生产能力大大下降；产生的泥沙会导致水库使用寿命缩短，一些大型水利工程功能削弱，河床抬高，洪涝灾害频度增加，威胁着城乡人民的生活、生产和生命财产安全。    土壤质量退化，对调用    “土壤水库”形成障碍    1、土壤质量退化使“土壤水库”库容损失严重    “土壤水库”的总库容量随着土壤退化，尤其是土壤侵蚀的加剧而损失严重。据测算，长江上游地区土地总面积为100万Km2，在35.2万Km2的流失区中，其侵蚀模数就高达4200t/Km2·a，相当于每l0年就流失4.0cm的土层。按4cm表土层可吸持6.24mm的雨水计，长江上游35.2万Km2的流失区，每10年就减少了21.97亿m3“土壤水库”容量，相当于三峡工程设计的防洪蓄水量221.5亿立米的10%左右。    2、土壤质量退化后，进入“土壤水库”的通道受阻    植被破坏以后，土壤裸露，雨滴直接打击在土壤上，使土壤结构破坏，土壤质量严重退化，形成了土壤表层结壳，这表层结壳虽然只有几毫米厚，但严重地阻碍了雨水进入“土壤水库”，导致“土壤水库”不能起到调蓄作用，反而加快了地表径流的形成。疏通进入“土壤水库”的通道，这一方面可以通过提高土壤质量来达到，如增施有机肥或土壤结构改良剂；另一方面就是发挥植物的保护作用，使土壤不受雨滴直接打击而避免形成表层结壳，而产生土壤质量退化。从前担心在雨季土壤已饱和，雨水已无法入渗，事实并非如此，我们计算了这四种植被(稀疏草被荒地、农耕地如花生和油菜、胡枝子灌木地和象草地)。3—6月雨季的径流系数，它们分别是0.36、0.12、0.04和0.06，与年均径流系数相比，只有稀疏草被荒地径流系数增加了0.16，而这正是由于“通道受阻”所引起的。    提高土壤质量是实现21世纪    我国粮食安全保障的基础    从历史上看，我国粮食总量增加的主要途径一是靠扩大耕地，二是靠提高单产，其贡献率约各占一半。但自20世纪70年代以来，粮食总量增加基本上只能靠提高单产来实现，并且还要补偿因耕地面积或播种面积下降所造成的负影响(近20%)，因此提高单产对粮食总产的贡献率已高达119%。我们已清醒地认识到，即使在确保全国20亿亩耕地总量动态平衡的条件下，我国今后也只有主要通过提高单产这一途径来实现粮食总量的增加。实践已证明，一亩优质耕地土壤的粮食生产力可达到相同面积中等质量或劣质土壤生产力的数倍。因此切实提高耕地土壤的质量不仅可以较大规模地提高粮食总产，同时也是弥补耕地资源减少的最有效途径之一。    多年来各级政府和有关部门都对劣质的中低产土壤进行过不同层次的治理，取得了较显著的成效。以“两高一优”为目标的土壤质量优化措施在不少示范区取得成功，吨粮田建设也已初见成效。近年来，国家加大了对农业的科技投入，但大多集中在优良品种的繁育推广、病虫害的防治、农田水利设施的配套完善等方面，对提高土壤质量方面的投入尚不能满足农业发展的需要。从科学的角度来看，优质的土壤不仅是粮食高产的重要物质基础，同时也是充分发挥优良品种的增产潜力、提高作物防病抗病能力以及确保农产品质量和人畜健康的必要条件。因此为建立我国21世纪的粮食安全保障体系，就必需采取措施全面提高不同类型土壤的质量，以使同等面积的土壤获得数倍的优质产品。    研究土壤质量演变机理    确保土壤永续有效利用    近代土壤学发展已有近150年历史，我国土壤科学的研究工作也已达60多年，并为国家的农业发展做出了重要贡献，但是以往的研究还未就影响和制约土壤质量退化的过程机理作深入的探索，在实践中的应用还远远不够。因此解决好我国这样一个人口众多国家的土壤质量科学问题，不仅可以为解决21世纪我国16亿人口的吃饭问题做贡献，也将是对国际土壤科学理论的重要贡献。“土”、“肥”二字曾被列为我国“农业八字宪法”之首。令人欣喜的是，今天国家有关主管部门又开始认识到提高土壤质量在实现我国21世纪粮食安全保障中的重要作用。    因此，开展土壤质量演变及调控机理研究，既是符合国民经济的重大需求，同时也是发展土壤科学的重大的科学需求，以建立中国的土壤质量调控理论。首先为土壤质量的多指标量化表达，质量数据库及咨询评估系统；其次，土壤养分贫瘠化的机理及土壤中难利用养分的生物活化机制，摸清土壤与肥料的交互作用，认识肥料高效利用的规律；第三，揭示土壤根际微生态系统养分消长、迁移和被作物吸收利用的动态平衡规律，为调控管理土壤生产力提供理论依据；第四，认识土壤水盐运移与积聚规律、土壤酸化与有毒元素的土壤化学行为以及土壤侵蚀的机理，为改造障碍土壤和扩大优质土壤提供理论和技术；第五，摸清污染物质在土壤-植物-水体系中的循环与平衡原理，为污染土壤的修复技术提供理论依据；第六，加强土壤圈中碳、氮、磷、硫等物质循环对生态环境和粮食生产影响机理的研究，认识土壤利用方式对生态环境的冲击和全球变化的影响。    迄今为止，我们对土壤的了解和评价还远远没有完成。正如美国土壤学会前主席Gardner博士所说，有一点可以肯定，如果没有我们称之为土壤的这一薄薄的表层，那么地球必将同其它星球一样成为几乎毫无生命痕迹的天体。人类如果不能正确认识和评价这一自然的巨大馈赠，不仅土壤而且人类的文明都会面临贫瘠枯竭的危险。    提高土壤质量，调用“土壤水库”，实现防洪减灾    在考虑防洪减灾时，应该对产沙和产流分别进行考虑。产沙对洪灾的影响是一个相对缓慢的过程，而所产生的径流汇集成洪水之后在相对较短的时间内却能产生极大的灾害。由于自然条件异常复杂，有些地方既产流，又产沙；有些地方只产流，极少产沙。    建立保土保水的地表植被系统，预防土壤质量退化    1998年洪灾过后，从中央到地方都在抓灾后恢复生产，都在规划并实施减少洪涝灾害的措施。长江上游禁伐天然森林和植树造林正在实施之中，但总结过去我们植树造林的经验和教训，值什么样的树成什么样的林成了首要问题，无林无植被复盖不能有效地预防土壤质量退化，做到蓄水保土。我们认为在考虑植树造林经济效益的同时，一定要考虑植树之后如何增加土壤覆盖，提高土壤质量，疏通进入“土壤水库”的通道。    分类整治，提高土壤质量，疏竣入渗通道    在治理退化土壤过程中应进行分类整治。已有许多研究表明，主要产沙区是坡耕地，占总产沙量的60—70%，因此，治理泥沙的重点应放在坡耕地上，对250以上的坡耕地原则上应退耕还林还草，对其他坡耕田，有条件的地方应砌坎保土，建水平梯田，但对大多数坡耕地应采用复合农林业的方式，或在坡耕地下缘种植灌木带或草被带。减少径流量的重点应放在退化土壤的荒地上，因为这部分的面积要比坡耕地大得多。对于低丘区中、轻度侵蚀区的退化土壤，在低丘缓坡下部应发展果茶为主，较大坡度的低丘顶部应发展薪炭林为主，解决当地农民的燃料问题；对于丘陵强度侵蚀区，应首先修建田间工程，如水平梯田、倒坡台地、隔坡梯田、水平竹节沟等，以提高土壤质量，促进土壤蓄水保肥能力；在红壤地区可按草、灌、乔的先后顺序来营造等等。    提高土壤质量是实现防洪减灾的治本之策    实现防洪减灾，其根本就是要减少径流量，而减少径流量的重点应放在土壤侵蚀荒地上。根据多年观察资料分析，如果长江上游雨季所降雨量为1000mm，通过治理，使强度和中等侵蚀程度的退化土壤都提高一级土壤质量，即强度土壤侵蚀区“土壤水库”吸纳的雨水达到中等土壤侵蚀区的水平，也就是其径流系数从0.6降为0.4；中等土壤侵蚀区的径流系数从0.4降为0.2，那么长江上游10.81万km2强度土壤侵蚀区的“土壤水库”就可多吸纳216亿m3雨水；11.09万km2中度土壤侵蚀区的“土壤水库”可多吸纳222亿m3，也就可以减少进入河川径流437亿m3。如果把各类侵蚀土壤进一步治理提高土壤质量，使其成为绿山清水的环境，那么“土壤水库”还可以再吸纳几百个亿m3的雨水。要是这样，那么长江上游3000亿m3的洪水中，就有1/3可以通过“土壤水库”调节为地下径流，对长江的防洪减灾将能起到重要的作用。    (据《科学新闻周刊》曹志洪  史学正/文)