【科學(xué)網(wǎng)】科學(xué)保護(hù)黑土地分“四步走”
黑土剖面
7月22日，吉林省梨樹(shù)縣。
在國(guó)家百萬(wàn)畝綠色食品原料（玉米）標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)基地核心示范區(qū)，一個(gè)深1.2米的黑土剖面，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授李保國(guó)站在上面、中科院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)東北地理所）研究員關(guān)義新站在下面，為前來(lái)考察的習(xí)近平總書(shū)記匯報(bào)了東北黑土相關(guān)情況。
“總書(shū)記非常關(guān)心并了解黑土地。”關(guān)義新告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，令他印象深刻的是，習(xí)近平總書(shū)記說(shuō)，“一定要采取有效措施，保護(hù)好黑土地這一‘耕地中的大熊貓’”。
但究竟如何科學(xué)保護(hù)和利用黑土地？專(zhuān)家認(rèn)為，應(yīng)該分“四步走”。而以“玉米秸稈覆蓋免耕、秸稈覆蓋條耕”為主要內(nèi)容的保護(hù)性耕作技術(shù)模式，為推進(jìn)黑土地保護(hù)利用提供了“梨樹(shù)方案”。
保護(hù)黑土地“四步走”
我國(guó)連片的黑土地分布在東北，這里是世界三大黑土區(qū)之一，也是“黃金玉米帶”“大豆之鄉(xiāng)”。黑土實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)豐產(chǎn)已得到證實(shí)，但同時(shí)也面臨土地肥力透支的問(wèn)題。
相比于世界其他黑土區(qū)，我國(guó)黑土開(kāi)墾較晚，僅有百余年歷史。但由于高強(qiáng)度掠奪式經(jīng)營(yíng)，導(dǎo)致黑土退化嚴(yán)重。根據(jù)東北地理所研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)結(jié)果，東北黑土地南部薄層黑土區(qū)，耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量已由開(kāi)墾前的4％～6%下降到1.5％～3%；北部黑土區(qū)，耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量由開(kāi)墾初期的8％～10%下降到3％～5%。更為嚴(yán)重的是，在南部薄層黑土區(qū)和平原周邊侵蝕較重黑土區(qū)，已有3%左右耕地土壤腐殖質(zhì)層完全消失，出現(xiàn)“破皮黃”。
時(shí)至當(dāng)下，黑土地保護(hù)勢(shì)在必行。
東北地理所“黑土農(nóng)田地力提升關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，保護(hù)黑土地需要科技支撐，分為基礎(chǔ)研究、相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、技術(shù)模式構(gòu)建和試驗(yàn)示范等四步。
第一步，開(kāi)展基礎(chǔ)研究，找出導(dǎo)致黑土退化的關(guān)鍵障礙因素。項(xiàng)目首席科學(xué)家李秀軍研究員表示，黑土被開(kāi)墾為農(nóng)田以后，由于重利用、輕養(yǎng)護(hù)，對(duì)土壤的有機(jī)物料投入減少，而作物產(chǎn)量增加對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分的消耗增多，導(dǎo)致土壤物理、化學(xué)、生物結(jié)構(gòu)變差。同時(shí)，在追求作物高產(chǎn)過(guò)程中，盲目增大化肥用量來(lái)彌補(bǔ)土壤養(yǎng)分不足，也導(dǎo)致化肥利用率降低、土壤酸化和板結(jié)、生物多樣性降低，進(jìn)一步加劇了土壤退化，形成了惡性循環(huán)。
因此，“增加對(duì)土壤有機(jī)物料的投入，是解決黑土退化的關(guān)鍵，也是唯一途徑”。李秀軍告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
第二步，針對(duì)黑土退化的障礙因素，研發(fā)相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。李秀軍分析，可投入黑土地的有機(jī)物料主要有有機(jī)肥和作物秸稈。前者由于數(shù)量有限，且增加成本，可行性較低。秸稈就成為唯一可大量投入黑土地的有機(jī)物料。但秸稈覆蓋還田秸稈覆蓋會(huì)引起春季地表溫度回升慢、地溫低的問(wèn)題，從而推遲春季播種時(shí)間，及造成播種深度不勻、出苗不整齊。為此，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)秸稈覆蓋條帶耕作技術(shù)、秸稈覆蓋苗帶輪替休耕技術(shù)，研制了免耕精量播種機(jī)械。
第三步，將遏制黑土退化的關(guān)鍵技術(shù)與相關(guān)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建能夠在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中操作性強(qiáng)的技術(shù)模式。以秸稈覆蓋條帶耕作技術(shù)、秸稈覆蓋苗帶輪替休耕技術(shù)、免耕精量播種機(jī)械為核心技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)集成了平衡施肥、病蟲(chóng)草害綜合防治等技術(shù)，構(gòu)建了秸稈覆蓋還田保護(hù)性耕作模式、玉米連作秸稈覆蓋還田苗帶輪替休耕模式。
東北地理所研究員梁愛(ài)珍介紹，模式的應(yīng)用使冬春季土壤風(fēng)蝕減少90%，土壤容重降低25%。而降雨在土壤滲透速率提高44%，春季播種期耕層土壤含水增加63.7%，土壤有機(jī)質(zhì)含量提高了1.1個(gè)百分點(diǎn)，作物增產(chǎn)6％～10%。
第四步，將技術(shù)模式進(jìn)行田間試驗(yàn)示范，通過(guò)對(duì)農(nóng)民開(kāi)展技術(shù)培訓(xùn)，使技術(shù)模式在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用。李秀軍表示，相關(guān)技術(shù)模式已作為國(guó)家黑土地保護(hù)試點(diǎn)工程的重要推廣技術(shù)，分別在吉林省、黑龍江省示范應(yīng)用。
“梨樹(shù)模式”值得推廣
秸稈覆蓋條帶耕作技術(shù)應(yīng)用
從2007年開(kāi)始，東北地理所與中科院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所引進(jìn)北美成熟的保護(hù)性耕作技術(shù)—秸稈覆蓋免耕技術(shù)，并在吉林省農(nóng)委的協(xié)助下，把試驗(yàn)基地落在梨樹(shù)縣高家村。至此，中科院在東北率先開(kāi)啟了黑土保護(hù)性耕作技術(shù)及其機(jī)理與效果的長(zhǎng)期定位研究。
但如何在全量秸稈覆蓋還田下，不進(jìn)行土壤翻耕，直接進(jìn)行免耕播種，必須使用專(zhuān)用的免耕播種機(jī)。
2007年10月，關(guān)義新帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)著手開(kāi)展免耕播種機(jī)的研發(fā)。2008年4月，他們研發(fā)出第一臺(tái)樣機(jī)。2009年，該樣機(jī)被鑒定為“國(guó)內(nèi)性能領(lǐng)先“，基本達(dá)到了國(guó)外同期的先進(jìn)水平，填補(bǔ)了東北地區(qū)免耕播種機(jī)的空白。并在吉林省補(bǔ)貼政策的支持下，該免耕播種機(jī)迅速產(chǎn)業(yè)化，目前已經(jīng)成為東北地區(qū)的主流播種機(jī)。
然而，在推廣中發(fā)現(xiàn)，我國(guó)玉米的行距與北美地區(qū)有所不同。若按照北美的做法，秸稈分不開(kāi)，播種質(zhì)量不好控制。
“擴(kuò)大行距，農(nóng)民阻力很大，導(dǎo)致保護(hù)性耕作技術(shù)難以推廣。”2013年，關(guān)義新與梨樹(shù)縣農(nóng)業(yè)科技推廣人員提出了寬窄行秸稈覆蓋免耕技術(shù)。關(guān)義新向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》介紹，秸稈覆蓋下免耕播種的難度大幅降低，播種質(zhì)量有了很大的提高。
隨后，在吉林省政府補(bǔ)貼政策的支持下，秸稈覆蓋免耕技術(shù)模式進(jìn)入高速推廣階段，該技術(shù)模式成為“梨樹(shù)模式”的兩大技術(shù)模式之一。
早在2010年，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)建立吉林梨樹(shù)實(shí)驗(yàn)站，李保國(guó)任站長(zhǎng)。從此以后，梨樹(shù)縣開(kāi)啟了中科院、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)攜手研究與示范推廣保護(hù)性工作。2015年中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)又牽頭與中科院、梨樹(shù)縣政府共同建立了東北黑土地聯(lián)盟，助推“梨樹(shù)模式”保護(hù)性耕作技術(shù)的示范推廣。
據(jù)關(guān)義新介紹，秸稈覆蓋免耕技術(shù)模式在風(fēng)沙干旱半干旱地區(qū)增產(chǎn)效果穩(wěn)定，但在吉林省中部及東部山區(qū)。由于受低溫、播種質(zhì)量不如常規(guī)種植等影響，增產(chǎn)效果不穩(wěn)定，有時(shí)導(dǎo)致減產(chǎn)，推廣速度慢。
為此，2018年他們提出了秸稈覆蓋條耕技術(shù)，并于2019年完成了配套的農(nóng)機(jī)具—條耕機(jī)的研制與開(kāi)發(fā)。該技術(shù)在秸稈覆蓋免耕推廣工作的基礎(chǔ)上研發(fā)的，適用于東北中部和東北山區(qū)濕潤(rùn)半濕潤(rùn)地區(qū)，擴(kuò)寬了保護(hù)性耕作的示范推廣應(yīng)用區(qū)域。該技術(shù)模式被看成“梨樹(shù)模式”兩大技術(shù)模式之一。
就這樣，在黑土面積達(dá)356萬(wàn)畝的梨樹(shù)縣，經(jīng)過(guò)十余年的探索實(shí)踐，以玉米秸稈覆蓋免耕和秸稈覆蓋條耕為主要內(nèi)容的保護(hù)性耕作技術(shù)模式，在這里的推廣面積已由2007年200多畝發(fā)展到2020年的210萬(wàn)畝左右。
聽(tīng)到關(guān)義新等人的介紹后，習(xí)近平總書(shū)記說(shuō)：“你們探索實(shí)施玉米秸稈還田覆蓋，不僅可以增加土壤有機(jī)質(zhì)，還能起到防風(fēng)蝕水蝕和保墑等作用，這種模式值得總結(jié)和推廣。”
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