科技支撐黑土地保護(hù)

文|本刊記者楊陽

“捏把黑土冒油花，插雙筷子也發(fā)芽?！边@句鄉(xiāng)言俗語，形象描繪出了黑土地的富饒。

2021年12月20日，黑土地這個(gè)“耕地中的大熊貓”迎來專門立法——黑土地保護(hù)法草案提請十三屆全國人大常委會(huì)第三十二次會(huì)議審議。草案第一條明確了立法目的——為了特殊保護(hù)寶貴、珍稀的黑土地資源，穩(wěn)步恢復(fù)提升黑土地基礎(chǔ)地力，促進(jìn)資源可持續(xù)利用，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡，保障國家糧食安全。

東北黑土地：糧食生產(chǎn)“壓艙石”

黑土地是地球上珍貴的土壤資源，是指擁有黑色或暗黑色腐殖質(zhì)表土層的土地，是一種性狀好、肥力高、適宜農(nóng)耕的優(yōu)質(zhì)土地。黑土層的發(fā)育經(jīng)歷了第四紀(jì)全新世以來長達(dá)萬年以上的漫長過程，是十分寶貴的資源。

我國東北平原是世界四大黑土區(qū)之一，總面積109萬km2，位列全球第三，其中典型黑土地耕地面積1853.33萬hm2，其范圍北起大興安嶺，南至遼寧省南部，西到內(nèi)蒙古東部的大興安嶺山地邊緣，東達(dá)烏蘇里江和圖們江，行政區(qū)域涉及遼寧、吉林、黑龍江以及內(nèi)蒙古東部的部分地區(qū)。

2020年12月28日，習(xí)近平總書記在中央農(nóng)村工作會(huì)議上指出，“要把黑土地保護(hù)作為一件大事來抓，把黑土地用好養(yǎng)好”。2021年中央一號(hào)文件提出“實(shí)施國家黑土地保護(hù)工程，推廣保護(hù)性耕作模式”。

為什么黑土地保護(hù)能上升為國家戰(zhàn)略？

東北黑土地是我國最重要的商品糧基地，其糧食產(chǎn)量和糧食調(diào)出量分別占全國總量的1/4和1/3，東北黑土地已成為我國糧食生產(chǎn)的“穩(wěn)定器”和“壓艙石”，為我國糧食安全提供了重要保障。保護(hù)黑土地，是守住“谷物基本自給、口糧絕對(duì)安全”戰(zhàn)略底線的重要保障，對(duì)于保障國家糧食安全和加強(qiáng)生態(tài)修復(fù)具有十分重要的意義。

黑土退化之殤

“捏把黑土冒油花，插雙筷子也發(fā)芽?！边@句鄉(xiāng)言俗語，形象描繪出了黑土地的富饒。但是近年來，東北黑土地退化問題凸顯，引起了廣泛關(guān)注。

多年來由于缺乏配套的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及受不合理耕作方式和種植制度單一等因素的影響，東北部分地區(qū)糧食增產(chǎn)正面臨著土壤風(fēng)蝕和溝蝕加劇、土壤有機(jī)質(zhì)下降、土壤壓實(shí)、投入報(bào)酬遞減等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。東北黑土退化已經(jīng)威脅糧食安全，每年平均流失0.3～1.0 cm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)量和健康退化過程。

東北黑土地的數(shù)量在減少。據(jù)中國水土保持公報(bào)2019年數(shù)據(jù)，東北黑土地水土流失面積21.87萬km2，占黑土地總面積的20.11%。水土流失主要來源于3O～15O的坡耕地，占黑土地水土流失總面積的46.39%；其中60%以上的旱作農(nóng)田發(fā)生了水土流失問題，黑土層正以年均0.1～0.5 cm的速度剝蝕流失。在坡耕地和風(fēng)蝕區(qū)，由于水流和風(fēng)的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致的黑土層遷移后土壤退化，被稱為“遷移退化”。同時(shí)，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的發(fā)展也加劇了黑土地面積的縮減。

東北黑土地的質(zhì)量在下降。東北黑土地存在的最大問題是土壤退化，黑土在變“瘦”。據(jù)中國科學(xué)院發(fā)布的《東北黑土地白皮書（2020）》中數(shù)據(jù)，近60年來，黑土耕作層土壤有機(jī)質(zhì)含量下降了1/3，部分地區(qū)下降了50%。1980—2011年，東北黑土地是我國旱地土壤有機(jī)碳唯一表現(xiàn)為下降趨勢的地區(qū)。據(jù)相關(guān)研究表明，黑土地開墾最初20年有機(jī)質(zhì)含量下降約為30%，40年后下降50%左右，70～80年后下降65%左右。黑土層有機(jī)質(zhì)含量下降，會(huì)導(dǎo)致黑土層“原位退化”。長期耕作導(dǎo)致土壤微生物活性大幅降低，不利于土壤中有效養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化；不合理的耕作方式導(dǎo)致土壤一系列物理性狀惡化，土壤壓實(shí)，土壤耕作層逐漸變薄。

國際上黑土地的保護(hù)性耕作技術(shù)

世界上有四大黑土區(qū)，一塊分布在北美洲密西西比河流域，面積約120萬km2，一塊分布在烏克蘭大平原，面積約190萬km2；一塊分布于我國東北平原的東北黑土區(qū)，面積約103萬km2，是被譽(yù)為“北大倉”的我國重要的商品糧基地。一塊分布在南美洲阿根廷連至烏拉圭的潘帕(Pampa)大草原，76 萬 km2。

世界上其他三塊黑土地，也曾遇到過度開墾后的土壤侵蝕及退化問題。由于連年犁耕秸稈翻埋，加上氣候干旱，20世紀(jì)30年代，美國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，一場巨大的風(fēng)暴席卷了美國東部與加拿大西部的遼闊土地。風(fēng)暴從美國西部土地破壞最嚴(yán)重的干旱地區(qū)刮起，狂風(fēng)卷著黃色的塵土，遮天蔽日，向東部橫掃過去，形成一個(gè)東西長2400 km，南北寬1500km，高3.2 km的巨大的移動(dòng)塵土帶。當(dāng)時(shí)空氣中含沙量達(dá)40 t／km3。風(fēng)暴持續(xù)了3天，掠過了美國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hm2以上。大量的砂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)300~500mm。估計(jì)，在400萬hm2的耕地上，被刮到天空的砂土總量約有9.6億t至12.8億t。

為保護(hù)黑土地免受侵害，以美國為首的國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20個(gè)世紀(jì)中期，通過發(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，但由于近年來國民經(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60多年的研究和實(shí)踐，國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。

科技創(chuàng)新：用好養(yǎng)好黑土地的根本途徑

為了保護(hù)好這塊珍貴的黑土地，我國陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)規(guī)劃和行動(dòng)計(jì)劃?！稏|北黑土地保護(hù)規(guī)劃綱要（2017—2030年）》明確黑土地保護(hù)范圍為東北典型黑土區(qū)內(nèi)2.78億畝（1畝≈667m2）的耕地，到2030年要實(shí)施黑土耕地保護(hù)2.5億畝；《東北黑土地保護(hù)性耕作行動(dòng)計(jì)劃（2020—2025年）》明確到2025年實(shí)施以少免耕秸稈還田為主要內(nèi)容的保護(hù)性耕作1.4億畝。

科技創(chuàng)新是用好養(yǎng)好黑土地的根本途徑。我國黑土地科技創(chuàng)新已經(jīng)具備一定基礎(chǔ)，建立起一批黑土地保護(hù)模式。

在松嫩平原南部薄層黑土區(qū)，中國科學(xué)院與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所、沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，提出了黑土地保護(hù)性耕作“梨樹模式”。保護(hù)性耕作是促進(jìn)黑土地土壤可持續(xù)利用的主要技術(shù)，是一種“為減少土壤侵蝕，任何能保證在播種后地表作物秸稈殘茬覆蓋率不低于30%的耕作和種植管理措施”。

什么是“梨樹模式”？簡單來說，“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。

黑土地

經(jīng)過60多年的研究和實(shí)踐，國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。

2020年7月22日，習(xí)近平總書記在視察吉林時(shí)指出：“要認(rèn)真總結(jié)和推廣‘梨樹模式’，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”。

中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所提出了適合黑龍江省黑土地保護(hù)利用的“龍江模式”，包括松嫩平原中東部和三江平原大部分地區(qū)的“黑土層保育模式”、松嫩平原中部的“黑土層培育模式”、松嫩平原西部的“松免結(jié)合的保護(hù)性耕作模式”、環(huán)大小興安嶺和張廣才嶺的“坡耕地控蝕增肥模式”。

為落實(shí)“十四五”期間國家科技創(chuàng)新有關(guān)部署安排，圍繞國家重大需求，2021年科技部啟動(dòng)實(shí)施“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“黑土地保護(hù)與利用科技創(chuàng)新”重點(diǎn)專項(xiàng)，專項(xiàng)聚焦用好養(yǎng)好黑土地這一珍貴資源，闡明黑土地保護(hù)利用重大科學(xué)問題，研發(fā)監(jiān)測監(jiān)控及保護(hù)利用技術(shù)、產(chǎn)品與裝備。

“十四五”期間，我國將完成1億畝黑土地保護(hù)利用任務(wù)，黑土耕地質(zhì)量明顯提升，旱地耕作層達(dá)到30cm以上、水田耕作層達(dá)到20~25 cm，土壤有機(jī)質(zhì)含量平均提高10%以上——這是2021年7月農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國家發(fā)展改革委、財(cái)政部、水利部、科技部、中科院、國家林草局等七部門聯(lián)合印發(fā)的《國家黑土地保護(hù)工程實(shí)施方案（2021-2025年）》（以下簡稱《方案》）提出的黑土地保護(hù)明確目標(biāo)。

《方案》明確2021-2025年將通過土壤侵蝕防治、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、肥沃耕作層培育等措施實(shí)現(xiàn)黑土耕地保護(hù)利用面積1億畝，其中包括建成標(biāo)準(zhǔn)化示范面積1800萬畝和高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田5000萬畝，到“十四五”末，黑土地保護(hù)區(qū)耕地質(zhì)量明顯提升，有效遏制黑土耕地“變薄、變瘦、變硬”退化趨勢，防治水土流失，基本構(gòu)建形成持續(xù)推進(jìn)黑土地保護(hù)利用的長效機(jī)制。

展望未來，黑土地的保護(hù)必將獲得巨大的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。