保護好黑土地這個“耕地中的大熊貓”：保護性耕作的梨樹模式

王影 王力 李社潮 李保國

黑土是一種擁有黑色或暗色腐殖質(zhì)表土層、性狀好、肥力高、非常適合植物生長的土壤，人們常用“一兩土二兩油”來形容它的肥沃與珍貴。黑土地不僅是世界上寶貴的不可再生土壤資源，同時也是大自然給予人類的得天獨厚的寶藏。北半球僅有三大塊黑土區(qū)：歐洲的烏克蘭平原、美國的密西西比平原以及中國的東北平原，而東北黑土區(qū)一直是我國主要的商品糧基地，對國家糧食安全起著舉足輕重的作用。

然而近幾十年，東北黑土退化嚴重。與開墾前相比，耕層有機質(zhì)含量下降50%～60%，潛在生產(chǎn)力降低20%以上，而且仍在以年均0.5%的速率下降。此外，對化肥、農(nóng)藥的過度依賴和落后的耕作方式也導致土壤板結硬化，對水、肥、氣、熱的儲存、調(diào)控和轉(zhuǎn)化能力明顯減弱。黑土退化不僅導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益降低，更導致一系列嚴重的生態(tài)環(huán)境問題，嚴重制約東北地區(qū)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，防止東北黑土退化，恢復和重建黑土的高產(chǎn)高效生產(chǎn)功能，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展，是東北糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展過程中亟待解決的重大問題。

梨樹縣地處中國東北地區(qū)吉林省西南部松遼平原腹地，位于世界“北半球三大黑土帶”和“黃金玉米帶”上，地勢平坦，土壤肥沃，稟賦優(yōu)越。梨樹縣年糧食總產(chǎn)量達30億千克以上，人均占有糧食、人均貢獻糧食、糧食單產(chǎn)和糧食商品率四項指標均在全國名列前茅，素有“東北糧倉”和“松遼明珠”美譽。21世紀以來，梨樹縣糧食連年增產(chǎn)，農(nóng)民收入連年提高，但背后卻是以嚴重的黑土退化、生態(tài)環(huán)境惡化為代價。筆者團隊在系統(tǒng)分析美國、加拿大等國免耕栽培技術相關研究與應用的基礎上，研發(fā)并創(chuàng)建了適合我國東北黑土區(qū)的玉米秸稈覆蓋全程機械化栽培技術，并經(jīng)過10多年的探索和實踐，摸索出適合我國國情的黑土地保護與利用的新路徑，即“梨樹模式”。

“梨樹模式”的科學原理

“梨樹模式”是以玉米秸稈覆蓋少免耕為核心，建立的秸稈覆蓋、少免耕播種、施肥、除草、防病及收獲全程機械化技術體系，可解決東北黑土區(qū)因玉米秸稈移除導致土壤退化的關鍵問題，有效保護了黑土層。原來的耕作制度是利用、利用、再利用，而“梨樹模式”是利用中保護，保護中利用，不僅是一場耕作制度的變革，更是耕作理念的革新。

“梨樹模式”主要包括4種形式。

秸稈覆蓋免耕種植模式 在秋季機械收獲后，將秸稈直接覆蓋在地表，春季播種前用歸行機進行苗帶秸稈歸行處理，然后用免耕播種機直接播種。該模式適用于土壤疏松的地塊，特別是風沙區(qū)和坡崗地，可減少農(nóng)機作業(yè)次數(shù)，保護土壤，抗風蝕和水蝕，保水抗旱效果好。

秸稈覆蓋條帶旋耕種植模式 在秸稈覆蓋的前提下，首先根據(jù)苗帶秸稈量選擇是否進行秸稈歸行處理，然后對苗帶進行條帶旋耕。該模式能促進土壤水分散失、提高苗帶地溫，解決土壤板結問題，但會擾動土壤，破壞土壤結構，增加作業(yè)成本。

秸稈覆蓋壟作種植模式 在起壟種植的地塊，秋季機械收獲后，將秸稈集中覆蓋在壟溝，春季種地前進行壟上滅茬，然后適時用免耕機播種，6月末進行中耕培壟。該模式實現(xiàn)了壟上增溫、壟下保墑，農(nóng)民容易接受，適用于一家一戶分散種植的地塊。

高留茬壟側栽培種植模式 在秋季收獲后，地上留有一定高度的秸稈，春耕時田間不進行翻地和機械滅茬，在原壟壟側幫播種。該模式可減少失墑（即土壤失去了適合種子發(fā)芽或作物生長的濕度），適用于地勢低洼的地區(qū)及山坡地，具有操作簡單、省工省時、增產(chǎn)潛力大的特點。

“梨樹模式”的效果

“梨樹模式”在黑土地保護與耕作制度改變過程中的作用效果明顯。

蓄水保墑 較少的土壤擾動可改善土壤孔隙分布和連通性，提高土壤水分的入滲能力，有助于雨水或灌溉水進入土體。覆蓋在地表的秸稈也可減少土壤水分蒸發(fā)，在干旱時期，深層水也易向上輸送，緩解干旱脅迫對作物的影響[1]。

培肥土壤 連年的秸稈覆蓋還田，使得表層土壤有機質(zhì)含量呈遞增趨勢。秸稈全覆蓋免耕5年后，0～5厘米深的土壤有機質(zhì)含量可增加20%左右[2]，此外，土壤中的氮、磷、鉀元素含量顯著提高[3]，化肥使用量可減少約20% [2]。

減少侵蝕 風蝕和水蝕會帶走大量肥沃的表層土壤，是土地退化的主要原因。用秸稈覆蓋在地表，等于給土地蓋上一層被子，具有明顯的防止水土流失效果，風蝕量可減少90%以上[4]，徑流量可平均減少80%，土壤流失量可減少90%以上[5]。

土壤生物性狀改善 蚯蚓數(shù)量常被用作評價土壤質(zhì)量或狀況的指標，蚯蚓數(shù)量多有利于改善土壤肥力。秸稈覆蓋免耕處理對蚯蚓數(shù)量和重量的影響極其顯著，每平方米蚯蚓數(shù)量可達常規(guī)壟作的4.17倍，其干重是常規(guī)壟作的5倍[1]。

穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn) 秸稈腐解礦化后，土壤有機質(zhì)含量提高，有益生物增多，土壤結構得到改善，肥料利用率提高。在這些有利因素的綜合作用下，可以實現(xiàn)土地的持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，緩解旱災影響。在梨樹鎮(zhèn)高家村開展的10年長期定位試驗表明，“梨樹模式”下，玉米的平均產(chǎn)量比常規(guī)耕作高5%～10%[1]。

節(jié)本效果顯著 與頻繁的傳統(tǒng)常規(guī)土壤耕作相比，“梨樹模式”采用免耕播種機，一次作業(yè)工序可完成播種過程中的多個作業(yè)環(huán)節(jié)，顯著縮短拖拉機及勞動力的作業(yè)時間。此外，可在相同時間內(nèi)完成更大的播種面積，作業(yè)環(huán)節(jié)少、作業(yè)費用低，大大節(jié)約生產(chǎn)成本，每公頃（1公頃=10 000平方米）可節(jié)本增效1000～1400元。

“梨樹模式”的完善及推廣

以推廣與發(fā)展“梨樹模式”為主導，通過全社會的共同參與，在保護好黑土地這一“耕地中的大熊貓”的過程中，可推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化建設，助力鄉(xiāng)村振興發(fā)展的目標。

早在2007年和2008年，相關科研機構就在梨樹縣建立了兩個黑土地保護實驗基地“一站一田”：位于梨樹鎮(zhèn)泉眼溝村的中國農(nóng)業(yè)大學吉林梨樹實驗站和位于梨樹鎮(zhèn)高家的中國科學院保護性耕作研發(fā)基地實驗田。

為了解決播種難的問題，梨樹縣曾于2008年發(fā)明了國內(nèi)第一臺玉米免耕播種機；為了解決秸稈多、覆蓋地溫低的問題，在“梨樹模式”中引入秸稈歸行機；為了解決冷量區(qū)和低洼地土壤黏重等問題，發(fā)明了條旋機，在“梨樹模式”中引入條帶旋耕技術。這些農(nóng)機具的發(fā)明和引入，為豐富和完善保護性耕作技術體系和區(qū)域適應性作出了重要貢獻。此外，研究團隊還實現(xiàn)了與玉米秸稈覆蓋全程機械化栽培技術配套的主要農(nóng)機具裝備的國產(chǎn)化，激活了農(nóng)機具市場，帶動了一批農(nóng)機具設計制造龍頭企業(yè)的發(fā)展。

在“梨樹模式”的研發(fā)過程中，多領域?qū)W者圍繞黑土地保護與利用，開展了大量有關作物及其環(huán)境過程的系統(tǒng)監(jiān)測研究，形成了一套高效的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科研推廣體系，為率先實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供了科技支撐。2015年啟動的“梨樹黑土地論壇”，為政府—學者—專家—農(nóng)戶搭建了交流平臺，便于實時溝通科研及生產(chǎn)實踐中的難題。

為了使“梨樹模式”成為東北等地保護性耕作的主流耕作制度，“黑土地保護與利用科技創(chuàng)新”重點專項啟動實施，旨在打造“梨樹模式”升級版，建設“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)單元”。黑土地現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)單元是指在實施“梨樹模式”的基礎上，以不少于300公頃的相對集中連片的土地為一個實施單元，實現(xiàn)規(guī)模連片、規(guī)范行距、智慧種植和產(chǎn)銷統(tǒng)籌，初步構建形成以合作社等為新型經(jīng)營主體，由政府主導，保險、金融、糧貿(mào)等專業(yè)化服務組織為一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)標準化、機制化、信息化和契約化的生產(chǎn)格局。

十四年磨一劍，“梨樹模式”現(xiàn)已應用于東北地區(qū)的101家合作社或家庭農(nóng)場，推廣面積達5000萬畝（1畝≈666.7平方米），其中吉林省占2875萬畝。以中國農(nóng)業(yè)大學、中國科學院等單位為核心，組織農(nóng)機、農(nóng)藝、土壤肥料、植保、氣象等專家成立的中國農(nóng)業(yè)大學國家黑土地現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院，繼續(xù)開展有關東北黑土保護性耕作新技術、新設備的研發(fā)，為吉林省乃至東北地區(qū)“梨樹模式”的推廣提供更加全面、配套的技術支撐，如通過建設農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺，提供田間管理決策，用信息技術手段解決種植風險問題，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全程可追溯；通過建立收益險手段，保障新型經(jīng)營主體的生產(chǎn)收益。

此外，為了解決“非黑土是否適用梨樹模式”的重大課題，筆者團隊于2020年12月提出在“一帶一路”沿線國家和地區(qū)開展“梨樹模式”適用性問題的研究與示范倡議，從根本上改變該區(qū)域以透支水土資源為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)局面，助力區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增效。倡議得到了多所院校、相關單位以及農(nóng)機企業(yè)的熱烈響應。2021年的初步實驗結果顯示，“梨樹模式”在西北干旱區(qū)優(yōu)勢明顯，作物長勢良好，有望在未來解決西北旱地農(nóng)業(yè)面臨的水資源短缺、殘膜污染等問題。團隊計劃通過5年的研究示范，繼續(xù)優(yōu)化適合不同區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“梨樹模式”，為“一帶一路”沿線國家和地區(qū)的保護性農(nóng)業(yè)發(fā)展提供科學依據(jù)，為區(qū)域國家糧食安全和生態(tài)安全提供保障。

“梨樹模式”是一種遵循自然規(guī)律的耕地保護措施，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的建設內(nèi)涵和綠色高質(zhì)高效發(fā)展的理念，既是保障糧食生產(chǎn)的重要抓手，也是保住綠水青山的重要舉措。

[1]劉淑珍. 耕作方式對吉林南部黑土含水量及其時間變異性的影響. 北京： 中國農(nóng)業(yè)大學， 2020.

[2]李保國， 王貴滿. 東北地區(qū)的保護性耕作技術——梨樹模式. 北京： 科學技術文獻出版社， 2019.

[3]陳孝林. 長期免耕對退化黑土地土壤質(zhì)量的影響. 北京： 中國農(nóng)業(yè)大學， 2020.

[4]林藝. 東北黑土區(qū)保護性耕作的抗風蝕效果與機理研究. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學， 2017.

[5]王計磊. 種植模式對東北黑土區(qū)水力侵蝕的影響與機制. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學， 2021.

關鍵詞：梨樹模式 保護性耕作 黑土地 糧食安全 ■