東北黑土保護(hù)與利用的“梨樹模式”

文/關(guān)義新 中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所

黑土是大自然給予人類的得天獨(dú)厚的寶藏，是一種性狀好、肥力高，非常適合植物生長(zhǎng)的土壤。2020年7月，習(xí)近平總書記視察吉林時(shí)指出，“采取有效措施切實(shí)把黑土地這個(gè)‘耕地中的大熊貓’保護(hù)好、利用好，使之永遠(yuǎn)造福人民”。

梨樹縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所和東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)等科研院所，以及相關(guān)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，在分析總結(jié)美國(guó)、加拿大等國(guó)家免耕栽培技術(shù)研究與應(yīng)用的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建東北黑土保護(hù)與利用的“梨樹模式”。

國(guó)際上黑土地的保護(hù)性耕作技術(shù)

世界上有四大黑土，一塊分布在北美洲密西西比河流域，面積約120萬(wàn)平方公里；一塊分布在烏克蘭大平原，面積約190萬(wàn)平方公里；一塊分布于我國(guó)東北平原的東北黑土區(qū)，面積約103萬(wàn)平方公里，是被譽(yù)為“北大倉(cāng)”的我國(guó)重要的商品糧基地；一塊分布在南美洲阿根廷連至烏拉圭的潘帕（Pampa）大草原，面積約為76萬(wàn)平方公里。東北黑土地是我國(guó)最重要的優(yōu)質(zhì)商品糧基地，占全國(guó)糧食總產(chǎn)量1/4；提供了占全國(guó)33%的調(diào)出商品糧，是保障我國(guó)糧食安全的“壓艙石”。

耕地是糧食生產(chǎn)的“命根子”，東北的黑土退化已經(jīng)威脅糧食安全，由于掠奪式開發(fā)利用、管理方式落后，導(dǎo)致東北黑土退化嚴(yán)重。每年平均流失0.3～1.0厘米厚的黑土表層，有機(jī)質(zhì)以每年1/1000的速度遞減；同時(shí)，黑土地還面臨高寒風(fēng)沙、重度鹽堿、白漿化、連作障礙、農(nóng)藥殘留污染等土壤質(zhì)量和健康退化過(guò)程。

世界上其他三塊黑土地，也曾遇到過(guò)度開墾后的土壤侵蝕及退化問(wèn)題。由于連年犁耕秸稈翻埋，加上氣候干旱，上個(gè)世紀(jì)30年代，美國(guó)大平原向東和向南的大風(fēng)卷起沙塵，形成巨大的深色云霧。1934年5月12日，一場(chǎng)巨大的風(fēng)暴席卷了美國(guó)東部與加拿大西部的遼闊土地。風(fēng)暴從美國(guó)西部土地破壞最嚴(yán)重的干旱地區(qū)刮起，狂風(fēng)卷著黃色的塵土，遮天蔽日，向東部橫掃過(guò)去，形成一個(gè)東西長(zhǎng)2400公里，南北寬1500公里，高3.2公里的巨大的移動(dòng)塵土帶。當(dāng)時(shí)空氣中含沙量達(dá)40噸/立方千米。風(fēng)暴持續(xù)了三天，掠過(guò)了美國(guó)2/3的大地，3億多噸土壤被刮走，形成了震驚世界的“黑風(fēng)暴”事件。

1960年兩次黑風(fēng)暴，使前蘇聯(lián)墾荒地區(qū)的春季作物受災(zāi)面積達(dá) 400萬(wàn)公頃以上。大量的沙土淤塞了許多灌溉水渠，毀壞了大片的莊稼和田地。不少耕地肥沃的表土層被刮走，有的被刮走的土層厚度達(dá)300～500毫米。估計(jì)，在400萬(wàn)公頃的耕地上，被刮到天空的沙土總量約有9.6億至12.8億噸。

為保護(hù)黑土地免受侵害，以美國(guó)為首的國(guó)家率先投入大量科研力量，研究土壤保護(hù)與利用技術(shù)。圍繞合理規(guī)劃土地和建立科學(xué)耕作制度等開展研究，大舉營(yíng)造農(nóng)田防護(hù)林，采取保土輪作、秸稈覆蓋還田少耕、免耕技術(shù)，研發(fā)了用于免耕播種的專用播種機(jī)具、少耕機(jī)具，實(shí)施黑土保護(hù)與利用。目前，北美的黑土保護(hù)取得了顯著效果，土壤肥力及土地生產(chǎn)能力得到很大的恢復(fù)，成為世界上最肥沃的黑土區(qū)。烏克蘭在上個(gè)世紀(jì)中期，通過(guò)發(fā)展輪作、休耕及秸稈覆蓋少免耕技術(shù)，黑土退化一度得到了較好控制，但由于烏克蘭近年來(lái)國(guó)民經(jīng)濟(jì)大幅滑坡，除一部分黑土處于休耕狀態(tài)外，由于機(jī)械老化，黑土保護(hù)工作處于停頓。位于南美潘帕（Pampa）大草原的阿根廷和巴西，由于采取了大豆玉米等作物的輪作、休耕及秸稈覆蓋還田免耕播種等技術(shù)，黑土退化也得到了有效遏制。

總之，經(jīng)過(guò)60多年的研究和實(shí)踐，國(guó)際上形成了以作物輪作、周年地表覆蓋和少免耕為主的保護(hù)性耕作技術(shù)體系，成功地遏制了黑土地持續(xù)退化趨勢(shì)。

針對(duì)我國(guó)黑土情況的“梨樹模式”

在世界60多年的保護(hù)性耕作研究與實(shí)踐中，針對(duì)不同的生產(chǎn)環(huán)境，形成了多種黑土保護(hù)與利用協(xié)同并重的技術(shù)。如針對(duì)干旱及風(fēng)蝕嚴(yán)重區(qū)域的秸稈覆蓋免耕技術(shù)、針對(duì)低溫濕潤(rùn)地區(qū)的條耕技術(shù)與覆蓋耕作技術(shù)、針對(duì)高寒及低洼地區(qū)的壟作少耕技術(shù)等等。不同的生態(tài)類型區(qū)，往往是多種技術(shù)共存，但主體技術(shù)有顯著差異。

借鑒國(guó)外成功的經(jīng)驗(yàn)，在我國(guó)示范推廣保護(hù)性耕作，是我國(guó)黑土保護(hù)與利用的首選。在我國(guó)人多地少、國(guó)家糧食安全壓力大的基本國(guó)情下，實(shí)施輪作休耕難度較大。由于種植比較效益的問(wèn)題，大豆玉米輪作模式難以取代玉米連作。在長(zhǎng)期家庭土地承包制度下，坡耕地打破耕地壟向?qū)嵤┑雀叻N植的難度較大。因此在我國(guó)東北，實(shí)施保護(hù)性耕作技術(shù)是黑土保護(hù)與利用的首選技術(shù)。

2001年，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所在吉林省德惠市開展保護(hù)耕作的研究。2007年，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所和中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)生態(tài)研究所在吉林省梨樹縣等地開展了保護(hù)性耕作研究，相繼研發(fā)了免耕播種機(jī)、秸稈覆蓋免耕技術(shù)、寬窄行秸稈覆蓋免耕技術(shù)、秸稈覆蓋條帶耕作技術(shù)、秸稈覆蓋壟作少耕技術(shù)、秸稈覆蓋免耕滴灌技術(shù)，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部及遼寧、吉林、黑龍江政府，特別是吉林省政府的政策引導(dǎo)和推動(dòng)下，進(jìn)行了大面積的示范推廣耕作，形成了黑土保護(hù)與利用的“梨樹模式”。

什么是“梨樹模式”？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，“梨樹模式”指的是在東北地區(qū)秸稈全量覆蓋，免耕播種，達(dá)到保持土壤水分、防治土壤風(fēng)蝕水蝕、培肥土壤肥力、減少土壤耕作、節(jié)約成本等多種功效為一體的、環(huán)境友好的農(nóng)業(yè)種植技術(shù)模式?！袄鏄淠Ｊ健钡暮诵木褪且越斩捀采w少免耕為核心的保護(hù)性耕作技術(shù)，減少黑土地耕層土壤擾動(dòng)。同時(shí)秸稈覆蓋還田，增加地表覆蓋。這在降低侵蝕、蓄水保水、改善土壤生物性狀、提高有機(jī)質(zhì)、培肥地力、保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、節(jié)本增效等方面效果明顯。

其中，秸稈覆蓋均勻壟免耕技術(shù)，適于西部風(fēng)蝕干旱低產(chǎn)區(qū)；寬窄行秸稈覆蓋免耕技術(shù)，適宜中部半干旱半濕潤(rùn)區(qū)的高產(chǎn)區(qū)；秸稈覆蓋條帶耕作技術(shù)適于中部高產(chǎn)區(qū)、東部山區(qū)及北部低溫冷涼區(qū)；秸稈覆蓋免耕滴灌技術(shù)適于西部干旱灌溉區(qū)；秸稈覆蓋壟作免耕技術(shù)適于高寒及低洼易澇地區(qū)。

梨樹縣地處松遼平原腹地，土壤以黑土、黑鈣土為主，耕地面積396萬(wàn)畝，其中玉米種植面積320萬(wàn)畝，是全國(guó)糧食生產(chǎn)大縣。連續(xù)14年的秸稈全量覆蓋還田免耕試驗(yàn)證明，玉米秸稈覆蓋免耕顯著促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的積累，遏制了黑土退化、提升黑土功能；改善了土壤養(yǎng)分循環(huán)，降低養(yǎng)分損失、提高化肥利用率；提高了土壤水分保蓄能力、增加降水截獲、減少土壤蒸發(fā)，可實(shí)現(xiàn)抗旱節(jié)水和雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；解決了秸稈焚燒問(wèn)題、降低面源污染，實(shí)現(xiàn)黑土地的保護(hù)及農(nóng)業(yè)的生態(tài)綠色發(fā)展。

推廣“梨樹模式”讓黑土地永遠(yuǎn)造福人民

習(xí)近平總書記2020年7月22日在梨樹縣視察時(shí)指出：梨樹這種秸稈覆蓋還田的模式，相對(duì)其他秸稈還田方式，還有抗旱、抗倒伏，防治風(fēng)蝕、水蝕的優(yōu)點(diǎn)，要認(rèn)真總結(jié)，因地制宜，加速推廣。

當(dāng)前，黑土退化問(wèn)題已非常嚴(yán)峻，不僅導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益降低，更導(dǎo)致了一系列嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。防止東北黑土退化、恢復(fù)和重建黑土的高產(chǎn)高效生產(chǎn)功能，是東北糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展急需解決的重大問(wèn)題。對(duì)此，選擇在黑土地上運(yùn)用“梨樹模式”，就是要通過(guò)實(shí)施保護(hù)性耕作技術(shù)來(lái)保護(hù)好、利用好珍貴的黑土地。

“梨樹模式”運(yùn)用在黑土地上，不僅僅能夠節(jié)約成本和穩(wěn)定高產(chǎn)，還可以在減少侵蝕、蓄水保墑、改善土壤物理－生物－化學(xué)性狀、培肥土壤等方面大有作為。

風(fēng)蝕和水蝕不僅惡化環(huán)境，而且?guī)ё叽罅糠饰值谋硗?，是土地退化的主要原因。秸稈覆蓋在地表，等于給大地蓋上一層被子，刮風(fēng)下雨時(shí)，減少了風(fēng)或水對(duì)土壤的侵蝕，實(shí)施保護(hù)性耕作平均可減少土壤流失80%左右。

秸稈覆蓋和免耕增強(qiáng)了土壤的蓄水功能，提高了作物對(duì)土壤水分的利用率及抗旱能力。一方面，顯著減少了土壤水分蒸發(fā)，提高土壤對(duì)作物的有效供水量；另一方面，可消除犁地層，增加有效土壤孔隙度，使其具有較高的入滲能力和保水能力，將雨水更多保持在深厚的土層內(nèi)，這樣能促使更多的根系下扎。

秸稈中含有大量的新鮮有機(jī)物料，在歸還于農(nóng)田之后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的腐解作用，就可以轉(zhuǎn)化成有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分。既能改善土壤理化性狀，又可供應(yīng)一定的氮磷鉀等養(yǎng)分，尤其是可以大量供應(yīng)鉀素。秸稈全覆蓋免耕5年后，土壤有機(jī)質(zhì)可以增加20%左右，減少化肥使用量20%左右。

秸稈腐爛土壤有機(jī)質(zhì)含量提高，有益生物增多，土壤結(jié)構(gòu)得到了改善，肥料利用率提高。在這些有利因素的綜合作用下，可以保持持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，在干旱年份基本不受旱災(zāi)影響，具有明顯的增產(chǎn)作用。梨樹鎮(zhèn)高家村10年的定位試驗(yàn)中，一般平均產(chǎn)量比對(duì)照高出5%～10%左右。同時(shí)，與兩次甚至多次的土壤耕作相比，免耕播種作業(yè)環(huán)節(jié)少、費(fèi)用低，每公頃可節(jié)約成本1000元～1400元，勞動(dòng)強(qiáng)度也明顯降低。

“梨樹模式”作為主要的、核心的技術(shù)推廣模式，將這些項(xiàng)目地整合起來(lái)，從建設(shè)內(nèi)容、技術(shù)措施、工作方法等方面進(jìn)行有效銜接，取得了較好的效果。通過(guò)梨樹縣農(nóng)村合作社或農(nóng)機(jī)大戶建立了100個(gè)核心示范區(qū)、與科研院校的農(nóng)業(yè)專家一起開設(shè)微信科技大講堂等活動(dòng)，集思廣益，從技術(shù)層面解決各地“梨樹模式”的實(shí)施過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題。如今，“梨樹模式”累計(jì)推廣應(yīng)用面積已經(jīng)突破1500萬(wàn)畝。