圖為農(nóng)機(jī)手正在黑龍江省寧安市黑土地保護(hù)示范區(qū)內(nèi)進(jìn)行玉米秸稈深埋還田作業(yè)。資料圖
東北地區(qū)是我國重要的糧食生產(chǎn)基地，廣袤的黑土地肩負(fù)著中國糧食安全的重任。近幾十年來，高強(qiáng)度、高負(fù)荷的耕作使黑土地的肥力驟然下降，作物根系短淺、土壤板結(jié)硬化、表層水土流失嚴(yán)重，大自然贈予的寶貴黑土地“生病了”，而秸稈就是給黑土地治病的一劑天然又免費(fèi)的“良方”。把滅茬粉碎后的秸稈撒在田地里，再翻至35厘米深的土層中，秸稈腐化前是透氣又儲水的土壤海綿，腐化后就是營養(yǎng)豐富的有機(jī)肥。
近日，記者跟隨中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員韓曉增教授，來到位于黑龍江省海倫市的黑土地保護(hù)示范區(qū)，傾聽他深耕黑土地30年的故事，探察黑土地保護(hù)的成效，見證秸稈還田的神奇魔法。
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重用輕養(yǎng)：黑土地遭遇“亞健康”
黑土是世界公認(rèn)的最肥沃的土壤，我國東北黑土地作為世界三大黑土帶之一，一直被視為我國的大糧倉。東北典型黑土區(qū)耕地面積約2.78億畝，從上世紀(jì)50年代開始，由林草自然生態(tài)演變?yōu)槿斯まr(nóng)田生態(tài)。在過去很長一段時間，廣闊的東北黑土地被譽(yù)為“北大倉”，黑黝黝的土壤顏色和大型農(nóng)業(yè)機(jī)械就是農(nóng)作物高質(zhì)量、高產(chǎn)量的形象代言。但就是這種刻板印象，讓農(nóng)民忽視了黑土地的健康問題。
“東北黑土地經(jīng)過近幾十年高負(fù)荷地開墾，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了很多問題，最突出的就是土壤流失和黑土變黃，這背后反映出，我國東北黑土地已經(jīng)進(jìn)入了‘亞健康’狀態(tài)。”韓曉增從上世紀(jì)80年代進(jìn)入中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所起，就和東北廣袤的黑土地打起了交道，這一打就是30年。“過去我們常講，一兩黑土二兩油，不用上糞，打糧也不愁。多年來，我們對黑土地一直是重用輕養(yǎng)，卻沒有意識到，黑土地土壤有機(jī)質(zhì)特別是表層的有機(jī)質(zhì)含量，發(fā)生了劇烈的變化。”在東北糧食滿倉的背后，黑土地理化性狀變差，耕層厚度降低，耕地肥力逐漸減弱，不論是大雨小雨、春天秋天，犁底層像一塊堅硬的石板，隔斷了空氣和水分。表層土壤留不住水，墑情變差、水土流失，北大倉有變回北大荒的危險。
據(jù)農(nóng)業(yè)部監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，近60年來，黑土地耕作層土壤有機(jī)質(zhì)含量下降了1/3，部分地區(qū)更是下降了50%，遼河平原多數(shù)地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量已經(jīng)降到了20克/公斤以下。“黑土地之所以肥沃，是幾萬年的自然饋贈，但肥力消失在近些年卻是一件很容易的事情。國外的黑土地有很長時間的休耕期，但我國國情不一樣，東三省地區(qū)除玉米、大豆輪作之外，還有2~3個月的小氣候期，用來種植經(jīng)濟(jì)作物，土地基本沒有休養(yǎng)生息的時間。”韓曉增向記者介紹道。當(dāng)土壤肥力下降、作物產(chǎn)量跟不上時，農(nóng)民首先選擇的就是增施化肥，不僅增加了生產(chǎn)成本、降低了農(nóng)產(chǎn)品競爭力，還對土壤環(huán)境、水環(huán)境造成威脅，甚至危害國家糧食安全。
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試驗示范：秸稈還田有利無害
1985年，韓曉增就開始了他在黑土地上的試驗，但是沒想到，這試驗竟做了30年。當(dāng)年他在東北黑土地地區(qū)中部，選擇了典型黑土地中的中厚黑土平整地塊作為試驗地，通過一組長期的定位試驗，證明了自然黑土與農(nóng)田土壤相互轉(zhuǎn)化過程中肥力的可逆性。“自然的黑土地被開墾為農(nóng)田后，由于高強(qiáng)度的種植而肥力減弱。如果讓農(nóng)田逐漸自然恢復(fù)，黑土地的主要肥力屬性也可以恢復(fù)。”
2005年，韓曉增開始研究秸稈還田對肥沃黑土地耕層的構(gòu)建作用。通過長時間的試驗，他發(fā)現(xiàn)養(yǎng)分的再循環(huán)是恢復(fù)黑土有機(jī)碳的有效手段，這種循環(huán)并不是長期在0~20厘米的土壤表層施化肥所能達(dá)到的。東北地區(qū)以種植玉米和大豆為主，每年秋收都會產(chǎn)生大量的秸稈，而這類看似廢棄的秸稈卻正是補(bǔ)充黑土有機(jī)質(zhì)的免費(fèi)原料。“秋季玉米成熟以后，利用聯(lián)合收割機(jī)，一邊收獲玉米果穗，一邊將秸稈均勻拋撒在田地里。隨后用滅茬機(jī)將玉米的根茬和散落的秸稈進(jìn)行深度破碎，并在粉碎的秸稈表層撒施一層有機(jī)肥，用犁壁犁將以上物質(zhì)翻轉(zhuǎn)90度，埋進(jìn)35厘米深的土層中，再進(jìn)行深松、耙地和起壟等工序，這就是秸稈深混、碎混還田技術(shù)。”
韓曉增向記者介紹，秸稈深混、碎混還田關(guān)鍵技術(shù)具有很大的優(yōu)勢。他研究的秸稈還田技術(shù)主要以3年為一個周期，當(dāng)季秸稈還田能基本滿足土壤對有機(jī)質(zhì)的平衡需求。在黑龍江省海倫市前進(jìn)鄉(xiāng)雙泉村玉米秸稈全量還田技術(shù)示范區(qū)，玉米收獲后，秸稈通過粉碎和深混，被埋入到0~35厘米的土層中間，不但增加了土壤的通透性，還使土壤的蓄水能力提高了60.5%。當(dāng)春雨來臨，秸稈遇水腐化，就能轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì)，既能促進(jìn)作物生長、提高作物產(chǎn)量，又能提高肥料利用效率，維護(hù)黑土地健康。在黑龍江省墾區(qū)，秸稈還田率目前已高達(dá)90%，實施秸稈深混還田技術(shù)，每3年能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量0.05個百分點，耕層土壤滲透系數(shù)提高5~6倍。“與有機(jī)肥不同，秸稈是完全清潔的產(chǎn)品，不會帶來重金屬和抗生素的風(fēng)險，秸稈進(jìn)入農(nóng)田百利而無一害。”他說。
33年的埋頭研究，韓曉增對黑土地抱有極深的感情。“對于已經(jīng)退化的黑土地，盡管我們采用各種技術(shù)手段，但在我的有生之年還是很難看到這種自然景觀的原初風(fēng)貌和土壤屬性。摸索一項原創(chuàng)性、前瞻性、實用性的技術(shù)也需要很長的時間，33年前我們并不知道這項技術(shù)能不能有效地保護(hù)黑土地、能不能得到社會的認(rèn)可、能不能大面積推廣，但我們一直在追求。”
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保護(hù)模式：落地推廣還需補(bǔ)貼跟進(jìn)
為加快黑土地保護(hù)，根據(jù)東北地區(qū)的種植業(yè)產(chǎn)業(yè)布局和氣候條件，從2015年起，東北4省區(qū)17個縣(市、區(qū)、旗)開展了黑土地保護(hù)利用試點項目，探索和總結(jié)了一批黑土地保護(hù)綜合技術(shù)模式和保護(hù)運(yùn)行機(jī)制。
在黑龍江，韓曉增以肥沃耕層構(gòu)建技術(shù)為核心，集成了翻耕、免耕、淺耕結(jié)合的玉米、大豆連作、輪作模式。“肥沃耕層構(gòu)建技術(shù)的關(guān)鍵還在于將深耕、免耕和淺耕綜合利用，以3年為一個周期的玉米連作模式為例，第一年全量秸稈翻耕深混，第二年全量秸稈免耕覆蓋，第三年減量秸稈淺耕淺混，周期增產(chǎn)率能達(dá)到9.8%~12.3%。有條件地開展免耕，能讓秸稈對0~5厘米土層的水分發(fā)揮更多的保護(hù)作用，邊生產(chǎn)邊保護(hù)，就能獲得較好的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。”他說。
海倫市前進(jìn)鄉(xiāng)勝利村示范區(qū)通過秸稈的粉碎深混，黑土耕作層增加到35厘米，農(nóng)作物增產(chǎn)10%~20%，水分利用效率能提高15%以上，肥料利用率提高5個百分點，土壤有機(jī)質(zhì)含量提高1%以上。該示范區(qū)“玉米—大豆”“玉米—大豆—大豆”、“玉米—玉米—大豆”輪作方式下的黑土地保護(hù)利用模式適合大多數(shù)東北黑土區(qū)，但從試點向大面積推廣跨越的這一步，還有些難走。
示范區(qū)和試驗點大多因為財政支持，能夠不計成本、精耕細(xì)作，所以取得了很好的效果。但培肥地力是一項需要長期堅持的事情，在大面積的推廣中時間長、見效慢、成本高，吸引力就小。“推廣需要考慮到成本和條件。目前的推廣模式相對成本較高，看起來前期一次性投入較多，大型機(jī)械的購置、使用都需要財力、人力的支持，這恐怕是困擾技術(shù)和模式大面積推廣的最大難題。”
韓曉增給記者算了一筆賬，以黑龍江省3年為一個周期的黑土地生產(chǎn)為例，每公頃常規(guī)淺耕耕種的3年成本是1350元;常規(guī)的秸稈粉碎還田3年成本是2025元，去除秸稈還田國家補(bǔ)貼后3年實際成本為1125元;而采用“翻、免、淺”結(jié)合的黑土地保護(hù)利用模式，3年成本共1875元，去除翻地和秸稈還田國家補(bǔ)貼后，3年實際成本僅為975元。也就是說，應(yīng)用秸稈深混還田技術(shù)，每個周期每公頃可以減少150元的投入。
“其實投入成本經(jīng)過長期稀釋以后并不高，秸稈還田、翻地以及農(nóng)機(jī)購置都有各方面的補(bǔ)貼，地方政府也都有支持黑土地保護(hù)的專項資金。但從長期角度來看，國家補(bǔ)貼還不穩(wěn)定，時多時少、時有時無，不能給農(nóng)民信心，農(nóng)民也就沒有決心。”韓曉增認(rèn)為，技術(shù)研究的落地、保護(hù)利用模式的推廣，還需要從國家補(bǔ)貼入手，堅持黑土地保護(hù)的公益性，保持并加大財政投入力度，同時也可以發(fā)揮市場機(jī)制的作用，鼓勵和引導(dǎo)社會資本的投入，為東北黑土地的健康發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
從2015年開始，中央財政每年安排5億元專項資金，在東北4省區(qū)的17個縣(市、區(qū)、旗)實施黑土地保護(hù)利用試點，并總結(jié)出了黑土地質(zhì)量提升的寶貴經(jīng)驗。此外，秸稈除了直接留茬還田外，還可以與“糧改飼”和有機(jī)肥增施相結(jié)合，發(fā)展奶牛、肉牛等草食畜牧業(yè)，實現(xiàn)秸稈的“過腹還田”，這些技術(shù)模式和治理成效，將在更大范圍內(nèi)推動黑土地的保護(hù)和利用。
