?

糧食產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的1/4、調(diào)出糧食占全國(guó)的1/3，這是東北黑土地的貢獻(xiàn)，它已成為保障國(guó)家糧食安全不可或缺的“功臣”。

然而，這樣的“功臣”卻變得不再健康。中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)東北地理所）科研人員研究發(fā)現(xiàn)，由于重利用輕養(yǎng)護(hù)、掠奪式的經(jīng)營(yíng)管理方式，導(dǎo)致黑土退化加劇，使得土壤有機(jī)質(zhì)處于平穩(wěn)微降期的黑土，退化速率增長(zhǎng)了10倍以上。

2016年，東北地理所“一三五”戰(zhàn)略規(guī)劃設(shè)立了“黑土農(nóng)田地力提升關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”重大突破項(xiàng)目。由此，一支拯救黑土地和提升黑土農(nóng)田地力的研究團(tuán)隊(duì)就此形成，并源源不斷地貢獻(xiàn)著力量。

土壤有機(jī)質(zhì)下降成必然趨勢(shì)

黑土的形成歷經(jīng)上萬(wàn)年，其突出特征是土壤有機(jī)質(zhì)含量高。但黑土被開(kāi)墾為農(nóng)田后，土壤有機(jī)質(zhì)逐漸下降成為必然趨勢(shì)。

項(xiàng)目首席科學(xué)家、東北地理所研究員李秀軍介紹，黑土的退化一般經(jīng)歷土壤有機(jī)質(zhì)快速下降、緩慢下降、平穩(wěn)微降三個(gè)階段?！罢＠们闆r下，黑土開(kāi)墾150年以后，基本處于第三階段，目前東北農(nóng)田黑土大部分處于這一階段?！?/span>

但原本處在平穩(wěn)微降期的東北黑土，正走著不一樣的路。

根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)結(jié)果，黑土農(nóng)田土壤腐殖質(zhì)層厚度、耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤養(yǎng)分（氮、磷）含量減少50%以上。與此同時(shí)，農(nóng)民為了追求作物高產(chǎn)，采取過(guò)量施用化肥來(lái)彌補(bǔ)土壤養(yǎng)分不足，導(dǎo)致了化肥利用率降低、土壤酸化和板結(jié)、生物多樣性降低，進(jìn)一步加劇了土壤退化，形成了惡性循環(huán)。

李秀軍給出了幾組數(shù)據(jù)：東北黑土地南部薄層黑土區(qū)，耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量已由開(kāi)墾前的4％～6%下降到1.5％～3%；北部黑土區(qū)，耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量由開(kāi)墾初期的8％～10%下降到3％～5%。

更為嚴(yán)重的是，在南部薄層黑土區(qū)和平原周邊侵蝕較重黑土區(qū)，已有3%左右耕地土壤腐殖質(zhì)層完全消失，出現(xiàn)“破皮黃”。

“黑土退化的核心是土壤物理、化學(xué)、生物結(jié)構(gòu)變差，進(jìn)而導(dǎo)致土壤養(yǎng)分、水分涵養(yǎng)能力下降，不利于作物生長(zhǎng)?！边@是研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)在中國(guó)科學(xué)院海倫農(nóng)業(yè)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站等野外實(shí)驗(yàn)站和研究基地的長(zhǎng)期定位研究以及對(duì)遍布黑土區(qū)幾百個(gè)土壤剖面樣品分析得出的結(jié)論。

研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)含量每下降1個(gè)百分點(diǎn)，作物產(chǎn)量降低13％～20%。長(zhǎng)此下去，無(wú)疑會(huì)對(duì)糧食安全造成巨大威脅。

“當(dāng)前還可以通過(guò)增大化肥用量來(lái)維持糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，但如果黑土持續(xù)退化，依靠化肥維持糧食產(chǎn)量將越來(lái)越困難?！崩钚丬姳硎?，隨著化肥用量的加大，化肥利用率也正在降低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本增加的同時(shí)，還會(huì)引發(fā)面源污染，對(duì)江河湖泊、地下水以及區(qū)域整體生態(tài)環(huán)境將造成嚴(yán)重破壞。

仿照黑土形成過(guò)程是治理關(guān)鍵

幾年來(lái)，李秀軍和團(tuán)隊(duì)成員厘清了黑土農(nóng)田生產(chǎn)過(guò)程中土壤物理、化學(xué)、生物變化及交互作用機(jī)制，為黑土農(nóng)田地力提升奠定了理論基礎(chǔ)。

研究發(fā)現(xiàn)，合理的土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)是支撐黑土地力的關(guān)鍵，也是土壤物理、化學(xué)、生物交互作用的核心。李秀軍表示，土壤微生物在土壤團(tuán)聚過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，微生物分泌的有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)和微生物自身的殘?bào)w是土壤團(tuán)聚體形成的關(guān)鍵要素，貢獻(xiàn)率占79%。

“遏制黑土退化的關(guān)鍵是仿照黑土形成過(guò)程中有機(jī)殘?bào)w的累積，也就是增加對(duì)農(nóng)田的有機(jī)物料投入?！痹诶钚丬娍磥?lái)，在目前農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平逐漸提高條件下，有機(jī)肥大量投入已不可能實(shí)現(xiàn)。因此，秸稈還田成為增加有機(jī)物料投入、解決黑土退化的唯一途徑。

慶幸的是，研究團(tuán)隊(duì)最終發(fā)現(xiàn)退化黑土具有可恢復(fù)特性。

李秀軍告訴記者，通過(guò)連續(xù)實(shí)施秸稈還田16年，嚴(yán)重退化黑土的土壤有機(jī)碳可以從4.2g/kg增至12.1g/kg，年均增加18.8%?！鞍催@樣的速度，經(jīng)過(guò)20年左右時(shí)間，黑土的土壤有機(jī)質(zhì)可在目前基礎(chǔ)上提高1倍以上，基本達(dá)到黑土有機(jī)質(zhì)可恢復(fù)潛力的最好水平。”李秀軍及其團(tuán)隊(duì)成員對(duì)此極具信心。

但秸稈還田也有多種方式，如秸稈覆蓋還田、秸稈翻埋還田、秸稈過(guò)腹還田、秸稈碳化還田等。目前該團(tuán)隊(duì)針對(duì)前兩種方式取得了關(guān)鍵技術(shù)上的突破，相關(guān)技術(shù)模式受到農(nóng)戶(hù)及推廣部門(mén)的歡迎。

以秸稈覆蓋還田為例，在東北地區(qū)，秸稈覆蓋很容易影響春季耕作和播種。為此，團(tuán)隊(duì)成員、東北地理所研究員梁愛(ài)珍等在學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家保護(hù)性耕作技術(shù)基礎(chǔ)上，成功研發(fā)了適于黑土區(qū)特點(diǎn)的系列免耕精量播種機(jī)械，并集成構(gòu)建了秸稈覆蓋還田保護(hù)性耕作技術(shù)模式，該技術(shù)模式已在黑土區(qū)得到推廣應(yīng)用。

據(jù)梁愛(ài)珍介紹，團(tuán)隊(duì)已與農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)合作，實(shí)現(xiàn)了免耕精量播種機(jī)械的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，相關(guān)機(jī)械被列入了國(guó)家農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼目錄，為研究成果大面積推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

截至目前，包括秸稈覆蓋還田保護(hù)性耕作、侵蝕黑土水土保持在內(nèi)的諸多技術(shù)模式已在黑龍江省、吉林省多地得到推廣應(yīng)用，累計(jì)推廣100余萬(wàn)畝，增加經(jīng)濟(jì)收益8000多萬(wàn)元，為國(guó)家黑土保護(hù)工程實(shí)施提供了技術(shù)支撐。

除此之外，研究團(tuán)隊(duì)的改良型玉米、水稻高光效種植模式，肥沃耕層構(gòu)建技術(shù)，機(jī)械化、規(guī)?；衩住蠖垢咝л喿髂Ｊ降染〉昧孙@著效果，樹(shù)立了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范推廣的典范。

一批青年科技人員展露鋒芒

黑土農(nóng)田地力提升是一個(gè)系統(tǒng)工程，不是一朝一夕就能做到的。它既涉及土壤學(xué)中的土壤物理、土壤化學(xué)、土壤動(dòng)物和微生物等學(xué)科，又涉及到作物栽培和耕作、作物生理生態(tài)以及農(nóng)業(yè)機(jī)械等學(xué)科。

在這支團(tuán)隊(duì)中，中科院黑土區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共有25位研究員，其中10位參與到該項(xiàng)目中?！安煌瑢W(xué)科間的合作，主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的協(xié)作。”李秀軍說(shuō)。

例如，在苗帶輪替休耕模式的研究過(guò)程中，作物生理生態(tài)科學(xué)家完成作物光合生理、養(yǎng)分生理的研究，作物栽培和耕作科學(xué)家完成作物壟距、株距、播種的研究，土壤學(xué)家完成秸稈還田方式以及秸稈在土壤中的分解轉(zhuǎn)化和對(duì)土壤影響的研究，農(nóng)機(jī)科學(xué)家研究新模式生產(chǎn)過(guò)程中的配套機(jī)械，最后大家匯總研究成果，共同討論形成完整方案，再將方案應(yīng)用、完善。

在共同研究討論中，一批青年科技人員也慢慢成長(zhǎng)起來(lái)?！耙坏?shí)驗(yàn)方案明確，年輕科技人員就成為實(shí)施的主力軍，要充分激發(fā)其創(chuàng)新思維，并給予他們財(cái)力、人力充分自主權(quán)。”李秀軍說(shuō)。

在這支團(tuán)隊(duì)中，梁愛(ài)珍擔(dān)任了“退化黑土農(nóng)田保護(hù)性耕作技術(shù)研究與示范”課題負(fù)責(zé)人，并在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中晉升為研究員；引進(jìn)的李向楠博士在這項(xiàng)工作中發(fā)揮了重要作用，目前擔(dān)任中科院黑土區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，并獲得了國(guó)家自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金資助。

黑土保護(hù)和黑土農(nóng)田地力提升需要這些人的不懈努力。在李秀軍看來(lái)，雖然經(jīng)過(guò)幾代科技工作者的努力，已取得眾多技術(shù)成果，但某些技術(shù)在落地和農(nóng)民應(yīng)用過(guò)程中仍存在改進(jìn)空間，需要機(jī)械配套。

“農(nóng)民和農(nóng)村合作組織更關(guān)心農(nóng)田的產(chǎn)出效益如何提高，對(duì)黑土保護(hù)的意識(shí)相對(duì)淡薄。因此，在技術(shù)模式的應(yīng)用過(guò)程中必須給予農(nóng)民一定的補(bǔ)貼，否則技術(shù)模式難以落地?！崩钚丬娬f(shuō)。