【科學網】科學保護黑土地分“四步走”
黑土剖面
7月22日，吉林省梨樹縣。
在國家百萬畝綠色食品原料（玉米）標準化生產基地核心示范區，一個深1.2米的黑土剖面，中國農業大學土地科學與技術學院教授李保國站在上面、中科院東北地理與農業生態研究所（以下簡稱東北地理所）研究員關義新站在下面，為前來考察的習近平總書記匯報了東北黑土相關情況。
“總書記非常關心并了解黑土地?！标P義新告訴《中國科學報》，令他印象深刻的是，習近平總書記說，“一定要采取有效措施，保護好黑土地這一‘耕地中的大熊貓’”。
但究竟如何科學保護和利用黑土地？專家認為，應該分“四步走”。而以“玉米秸稈覆蓋免耕、秸稈覆蓋條耕”為主要內容的保護性耕作技術模式，為推進黑土地保護利用提供了“梨樹方案”。
保護黑土地“四步走”
我國連片的黑土地分布在東北，這里是世界三大黑土區之一，也是“黃金玉米帶”“大豆之鄉”。黑土實現高產豐產已得到證實，但同時也面臨土地肥力透支的問題。
相比于世界其他黑土區，我國黑土開墾較晚，僅有百余年歷史。但由于高強度掠奪式經營，導致黑土退化嚴重。根據東北地理所研究團隊長期定位監測結果，東北黑土地南部薄層黑土區，耕層土壤有機質含量已由開墾前的4％～6%下降到1.5％～3%；北部黑土區，耕層土壤有機質含量由開墾初期的8％～10%下降到3％～5%。更為嚴重的是，在南部薄層黑土區和平原周邊侵蝕較重黑土區，已有3%左右耕地土壤腐殖質層完全消失，出現“破皮黃”。
時至當下，黑土地保護勢在必行。
東北地理所“黑土農田地力提升關鍵技術研究與示范”項目團隊認為，保護黑土地需要科技支撐，分為基礎研究、相應關鍵技術研發、技術模式構建和試驗示范等四步。
第一步，開展基礎研究，找出導致黑土退化的關鍵障礙因素。項目首席科學家李秀軍研究員表示，黑土被開墾為農田以后，由于重利用、輕養護，對土壤的有機物料投入減少，而作物產量增加對土壤有機質及養分的消耗增多，導致土壤物理、化學、生物結構變差。同時，在追求作物高產過程中，盲目增大化肥用量來彌補土壤養分不足，也導致化肥利用率降低、土壤酸化和板結、生物多樣性降低，進一步加劇了土壤退化，形成了惡性循環。
因此，“增加對土壤有機物料的投入，是解決黑土退化的關鍵，也是唯一途徑”。李秀軍告訴《中國科學報》。
第二步，針對黑土退化的障礙因素，研發相應的關鍵技術。李秀軍分析，可投入黑土地的有機物料主要有有機肥和作物秸稈。前者由于數量有限，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物料。但秸稈覆蓋還田秸稈覆蓋會引起春季地表溫度回升慢、地溫低的問題，從而推遲春季播種時間，及造成播種深度不勻、出苗不整齊。為此，研究團隊開發秸稈覆蓋條帶耕作技術、秸稈覆蓋苗帶輪替休耕技術，研制了免耕精量播種機械。
第三步，將遏制黑土退化的關鍵技術與相關的農業生產技術有機結合，構建能夠在農業生產中操作性強的技術模式。以秸稈覆蓋條帶耕作技術、秸稈覆蓋苗帶輪替休耕技術、免耕精量播種機械為核心技術，研究團隊集成了平衡施肥、病蟲草害綜合防治等技術，構建了秸稈覆蓋還田保護性耕作模式、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珍介紹，模式的應用使冬春季土壤風蝕減少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%，土壤有機質含量提高了1.1個百分點，作物增產6％～10%。
第四步，將技術模式進行田間試驗示范，通過對農民開展技術培訓，使技術模式在農業生產中實際應用。李秀軍表示，相關技術模式已作為國家黑土地保護試點工程的重要推廣技術，分別在吉林省、黑龍江省示范應用。
“梨樹模式”值得推廣
秸稈覆蓋條帶耕作技術應用
從2007年開始，東北地理所與中科院沈陽應用生態研究所引進北美成熟的保護性耕作技術—秸稈覆蓋免耕技術，并在吉林省農委的協助下，把試驗基地落在梨樹縣高家村。至此，中科院在東北率先開啟了黑土保護性耕作技術及其機理與效果的長期定位研究。
但如何在全量秸稈覆蓋還田下，不進行土壤翻耕，直接進行免耕播種，必須使用專用的免耕播種機。
2007年10月，關義新帶領團隊著手開展免耕播種機的研發。2008年4月，他們研發出第一臺樣機。2009年，該樣機被鑒定為“國內性能領先“，基本達到了國外同期的先進水平，填補了東北地區免耕播種機的空白。并在吉林省補貼政策的支持下，該免耕播種機迅速產業化，目前已經成為東北地區的主流播種機。
然而，在推廣中發現，我國玉米的行距與北美地區有所不同。若按照北美的做法，秸稈分不開，播種質量不好控制。
“擴大行距，農民阻力很大，導致保護性耕作技術難以推廣?！?013年，關義新與梨樹縣農業科技推廣人員提出了寬窄行秸稈覆蓋免耕技術。關義新向《中國科學報》介紹，秸稈覆蓋下免耕播種的難度大幅降低，播種質量有了很大的提高。
隨后，在吉林省政府補貼政策的支持下，秸稈覆蓋免耕技術模式進入高速推廣階段，該技術模式成為“梨樹模式”的兩大技術模式之一。
早在2010年，中國農業大學建立吉林梨樹實驗站，李保國任站長。從此以后，梨樹縣開啟了中科院、中國農業大學攜手研究與示范推廣保護性工作。2015年中國農業大學又牽頭與中科院、梨樹縣政府共同建立了東北黑土地聯盟，助推“梨樹模式”保護性耕作技術的示范推廣。
據關義新介紹，秸稈覆蓋免耕技術模式在風沙干旱半干旱地區增產效果穩定，但在吉林省中部及東部山區。由于受低溫、播種質量不如常規種植等影響，增產效果不穩定，有時導致減產，推廣速度慢。
為此，2018年他們提出了秸稈覆蓋條耕技術，并于2019年完成了配套的農機具—條耕機的研制與開發。該技術在秸稈覆蓋免耕推廣工作的基礎上研發的，適用于東北中部和東北山區濕潤半濕潤地區，擴寬了保護性耕作的示范推廣應用區域。該技術模式被看成“梨樹模式”兩大技術模式之一。
就這樣，在黑土面積達356萬畝的梨樹縣，經過十余年的探索實踐，以玉米秸稈覆蓋免耕和秸稈覆蓋條耕為主要內容的保護性耕作技術模式，在這里的推廣面積已由2007年200多畝發展到2020年的210萬畝左右。
聽到關義新等人的介紹后，習近平總書記說：“你們探索實施玉米秸稈還田覆蓋，不僅可以增加土壤有機質，還能起到防風蝕水蝕和保墑等作用，這種模式值得總結和推廣?！?/p>
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