黑土地保护的“梨树模式”

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秸秆覆盖条带耕作技术应用现场

7月22日,吉林省梨树县。

在国家百万亩绿色食品原料(玉米)标准化生产基地核心示范区,中国农业大学土地科学与技术学院教授李保国站在一个深1.2米的黑土剖面上面、中国科学院东北地理与农业生态研究所研究员关义新站在下面,为前来考察的习近平总书记汇报东北黑土相关情况。

“习近平总书记非常关心并了解黑土地。”关义新告诉《中国科学报》。令他印象深刻的是,习近平总书记说,“一定要采取有效措施,保护好黑土地这一‘耕地中的大熊猫’”。

究竟该如何科学保护和利用黑土地?专家认为,应该分“四步走”。而以“玉米秸秆覆盖免耕、秸秆覆盖条耕”为主要内容的保护性耕作技术模式,为推进黑土地保护利用提供了“梨树方案”。

保护黑土地“四步走”

我国连片的黑土地分布在东北。这里是世界三大黑土区之一,也是“黄金玉米带”“大豆之乡”。黑土实现高产、丰产已得到证实,但同时也面临土地肥力透支的问题。

相比于世界其他黑土区,我国黑土开垦较晚,仅有百余年历史。但由于高强度经营,黑土退化严重。

中国科学院东北地理与农业生态研究所(以下简称东北地理所)研究团队长期定位监测结果显示,在东北黑土地南部薄层黑土区,耕层土壤有机质含量已由开垦前的4%~6%下降到1.5%~3%;在北部黑土区,耕层土壤有机质含量已由开垦初期的8%~10%下降到3%~5%。更为严重的是,南部薄层黑土区和平原周边侵蚀较重黑土区,已有3%左右的耕地土壤腐殖质层完全消失,出现“破皮黄”。

黑土地保护势在必行。东北地理所“黑土农田地力提升关键技术研究与示范”项目团队认为,保护黑土地需要科技支撑,分为基础研究、相应关键技术研发、技术模式构建和试验示范等四步。

第一步,开展基础研究,找出导致黑土退化的关键障碍因素。项目首席科学家、东北地理所研究员李秀军表示,黑土被开垦为农田以后,由于重利用、轻养护,对土壤的有机物料投入减少,而作物产量增加对土壤有机质及养分的消耗增多,导致土壤物理、化学、生物结构变差。同时,在追求作物高产过程中,盲目增大化肥用量来弥补土壤养分不足,也导致化肥利用率降低、土壤酸化和板结、生物多样性降低,进一步加剧了土壤退化,形成了恶性循环。

“增加土壤有机物料的投入,是解决黑土退化的关键,也是唯一途径。”李秀军告诉《中国科学报》。

第二步,针对黑土退化的障碍因素,研发相应的关键技术。李秀军分析,可投入黑土地的有机物料主要有有机肥和作物秸秆。前者由于数量有限,且增加成本,可行性较低;秸秆是唯一可大量投入黑土地的有机物料。但是,秸秆覆盖会导致春季地表温度回升慢、地温低,推迟春季播种时间;秸秆腐化较慢,容易造成播种深度不匀、出苗不整齐。为此,研究团队开发了秸秆覆盖条带耕作技术、秸秆覆盖苗带轮替休耕技术,研制了免耕精量播种机械。

第三步,将遏制黑土退化的关键技术与相关的农业生产技术有机结合,构建在农业生产中操作性强的技术模式。以秸秆覆盖条带耕作技术、秸秆覆盖苗带轮替休耕技术、免耕精量播种机械为核心技术,集成平衡施肥、病虫草害综合防治等技术,研究团队构建了秸秆覆盖还田保护性耕作模式、玉米连作秸秆覆盖还田苗带轮替休耕模式。

东北地理所研究员梁爱珍介绍,模式的应用使冬春季土壤风蚀减少90%,土壤容重降低25%,降雨在土壤中的渗透速率提高44%,春季播种期耕层土壤含水增加63.7%,土壤有机质含量提高1.1个百分点,作物增产6%~10%。

第四步,将技术模式进行田间试验示范,通过对农民开展技术培训,使技术模式在农业生产中实际应用。李秀军表示,相关技术模式已作为国家黑土地保护试点工程的重要推广技术,分别在吉林省和黑龙江省示范应用。

“梨树模式”值得推广

从2007年开始,东北地理所与中国科学院沈阳应用生态研究所引进北美成熟的保护性耕作技术——秸秆覆盖免耕技术,并在吉林省农委的协助下,把试验基地落在梨树县高家村。由此,中科院在东北率先开启了黑土保护性耕作技术及其机理与效果的长期定位研究。

免耕播种机是开展保护性耕作技术研究、示范与推广的必备工具,“但进口免耕播种机的成本很高,依靠进口发展中国的保护性耕作不可行。”关义新说。

2007年10月,关义新带领团队在借鉴欧美先进经验的基础上,着手开展免耕播种机的研发。2008年4月,他们研发出了第一台样机。该样机被鉴定为“国内性能领先”,基本达到国外同期先进水平,填补了东北地区免耕播种机的空白。

然而,在推广中研究人员发现,由于我国玉米种植行距与北美地区不同,农民对相关技术并不“买账”。“扩大行距,农民阻力很大,保护性耕作技术难以推广。”关义新说。

针对这一问题,2013年,关义新与梨树县农业科技推广人员提出了宽窄行秸秆覆盖免耕技术。借助这一技术,秸秆覆盖下免耕播种的难度大幅降低,播种质量有了很大的提高。

随后,在吉林省保护性耕作机具及作业双重补贴政策的支持下,该免耕播种机迅速产业化,目前已经成为东北地区的主流播种机。秸秆覆盖免耕技术模式也进入高速推广阶段,成为“梨树模式”的两大技术模式之一。

2010年,中国农业大学建立吉林梨树实验站,由李保国任站长。此后,中科院、中国农业大学携手在梨树县研究与示范推广保护性耕作技术。2015年中国农业大学又牵头与中科院、梨树县政府共同建立东北黑土地联盟,助推“梨树模式”保护性耕作技术的示范推广。

关义新介绍,秸秆覆盖免耕技术模式在风沙干旱半干旱地区增产效果稳定,但在吉林省中部及东部山区,受低温、播种质量不如常规种植等影响,增产效果不稳定,有时导致减产,推广速度慢。

2018年,他们提出了秸秆覆盖条耕技术,并于2019年完成了配套的农机具——条耕机的研制与开发。该技术在秸秆覆盖免耕推广工作的基础上研发,适用于东北中部和东北山区湿润、半湿润地区,拓宽了保护性耕作的示范推广应用区域。该技术模式被视为“梨树模式”中的另一大技术模式。

就这样,经过十余年的探索实践,在黑土面积达356万亩的梨树县,以玉米秸秆覆盖免耕和秸秆覆盖条耕为主要内容的保护性耕作技术模式的推广面积,已由2007年的200多亩发展到2020年的210万亩左右。

习近平总书记说,你们探索实施玉米秸秆还田覆盖,不仅可以增加土壤有机质,还能起到防风蚀水蚀和保墒等作用,这种模式值得总结和推广。

(编辑:逍遥客)

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