【中國新聞網】如何保護利用“耕地中的大熊貓”？中科院集中科研力量要答案
中科院“黑土糧倉”科技會戰梨樹萬畝示范區?！≈行律缬浾?孫自法 攝
中新網北京6月21日電 (記者 孫自法)中國東北黑土區是全球四大黑土區之一，也是中國最重要的糧食生產基地和商品糧輸出基地，被譽為國家糧食安全“穩壓器”和“壓艙石”。
黑土還被譽為“耕地中的大熊貓”，如何保護好、利用好這一耕地中的“國寶”？一直以來特別是近幾年備受關注。
中科院東北地理所研究員關義新在“梨樹模式”試驗基地介紹情況?！≈行律缬浾?孫自法 攝
作為國家戰略科技力量，中國科學院在旗下東北地理與農業生態研究所(東北地理所)和沈陽應用生態研究所(沈陽生態所)之前長期開展黑土地研究、總結凝煉出有效保護利用黑土地“梨樹模式”“龍江模式”的基礎上，又重點推出“黑土糧倉”科技會戰，力促兩大模式推廣應用，并針對東北黑土區正由“生態功能區”向“生態脆弱區”演變的現狀，進一步向科學要答案、要方法。
中國黑土研究“前世今生”
中國東北黑土區包括黑龍江省、吉林省、遼寧省和內蒙古東部三市一盟(赤峰市、通遼市、呼倫貝爾市、興安盟)，黑土區面積109萬平方公里，典型黑土區耕地面積約2.78億畝。
中科院東北地理所建于黑龍江海倫的中科院海倫農業生態實驗站?！≈行律缬浾?孫自法 攝
中國東北黑土研究分類最初主要借鑒蘇聯土壤分類系統，從1926年在中國東北工作的俄羅斯土壤學者提出中國黑鈣土名稱開始，黑鈣土名稱就一直沿用至1953年。
1953年，原中科院土壤研究所東北分所籌備處副主任宋達泉指導開展黑龍江省九三榮軍農場和二龍山農場土壤調查，首次提出黑土不同于黑鈣土。隨后，在全國第一次土壤普查中宋達泉首次提出并直接命名為“黑土”。
1954年起，原中科院林業土壤研究所宋達泉、陳恩鳳、曾昭順等圍繞東北土壤地理與土地資源、黑土成因與改良利用、鹽漬土成因與改良利用開展系統工作，編著出版《中國東北土壤》。
1964年，原中科院東北地理研究所劉哲明、郝凌云、王本琳開展黑龍江省嫩江地區等典型黑土分布區的農業區劃，并編制黑龍江省嫩江地區旱澇保收高產穩產農田樣板圖。
1978年，中科院南京土壤研究所趙其國等指出黑土的肥力及演變分類。1980年，曾昭順等對中國黑土農田生態系統的現狀與調控途徑進行研究。1990年，原中科院黑龍江農業現代化研究所顏春起等指出，要樹立黑土培肥地力的新觀念。
1992年，原中科院黑龍江農業現代化研究所孟凱提出“黑土退化”和“防治黑土退化”概念，指出黑土退化表現在水土流失有機質含量下降養分平衡失調、土壤物理性狀惡化、風蝕加劇和動植物區系減少等方面。
中科院東北地理所研究員、大安堿地生態實驗站站長梁正偉介紹東北黑土鹽堿地科技治理情況?！≈行律缬浾?孫自法 攝
2001年，中科院東北地理所楊學明、張曉平在東北提倡“保護性耕作”，在諸多保護黑土地措施中，保護性耕作最值得借鑒。當年起，兩位專家在吉林德惠市建立黑土區第一個保護性耕作試驗基地，并購進東北地區第一臺免耕播種機。
2007年起，張曉平、中科院沈陽生態所張旭東與吉林梨樹縣農業技術推廣總站合作，在梨樹縣建立保護性耕作研發基地，開始保護性耕作試驗示范。2011年，張旭東與中科院東北地理所關義新聯合中國農業大學科研人員，共同創建東北黑土區保護性耕作的“梨樹模式”。
2009年，中科院東北地理所韓曉增等首次總結提出肥沃耕層構建技術，增加作物產量，改善土壤質量。2020年，由韓曉增作為第一起草人聯合起草的農業行業標準《東北黑土區旱地肥沃耕層構建技術規程》正式發布，為東北黑土地保護利用提供技術標準。
“梨樹模式”研制的免耕播種機在中科院“黑土糧倉”科技會戰梨樹萬畝示范區作業?！≈行律缬浾?孫自法 攝
2015-2020年，中央“一號文件”連續6年關注東北黑土地保護問題。2015年，中央財政安排5億元資金，在東北四省(區)19個縣(市、區)啟動實施東北黑土地保護利用試點項目。
2017年7月，農業農村部、國家發展改革委、財政部等六部門聯合印發《東北黑土地保護規劃綱要(2017-2030年)》，2018年，第二批黑土地保護利用試點項目啟動，涵蓋東北四省區31個縣(市、區)，進一步推進黑土地保護利用工作。
2019年，中國農業大學李保國等和張旭東等聯合編制《關于東北黑土區保護性耕作研究和示范情況的報告》，2020年，《東北黑土地保護性耕作行動計劃(2020—2025年)》啟動實施，保護性耕作上升為國家戰略。
中科院黑土研究已奠定堅實基礎
中科院在東北設有東北地理所和沈陽生態所兩個資源環境領域研究所，其中，東北地理所地跨吉林和黑龍江兩省，長期從事黑土地研究工作，涉及黑土地耕地質量及其產能提升、資源高效利用以及生態環境保護等方面。
中科院“黑土糧倉”科技會戰梨樹萬畝示范區，會戰旗幟、標語醒目?！≈行律缬浾?孫自法 攝
中科院上世紀60年代組織開展黑龍江流域綜合考察，70-80年代組織完成黑龍江荒地資源考察。多年來，針對國家和地方重大需求，中科院積極通過科技創新支撐黑土地保護與利用，聚焦東北黑土地保護與利用的關鍵科學問題，服務于保障區域生態安全和國家糧食安全。
近年來，中科院組織完成東北黑土區土系資源調查，編制黑龍江、吉林省、遼寧省土系志，可為黑土地資源開發、農業和生態環境保護提供基礎數據，并在黑土地的質量監測、科學研究和示范推廣方面開展大量工作。
同時，中科院在黑土退化機制及其修復關鍵技術、土壤碳氮微生物循環轉化機制和調控、黑土侵蝕阻控技術、黑土質量演變和養分循環以及黑土農田土壤-作物-微生物的互作機制、秸稈等有機廢棄物快速腐熟技術、松嫩平原鹽漬土的改良利用以及種質資源創新與作物高產抗逆栽培等領域，已取得一系列中外領先水平的創新性成果。
中科院沈陽生態所研究員張旭東在“梨樹模式”誕生地介紹該模式示范應用的監測研究情況?！≈行律缬浾?孫自法 攝
中科院這些重要成果，為黑土地農業生產及糧食產出提供技術指導，為黑土地保護利用與東北農業發展做出引領性貢獻，并為黑土地保護利用試點、東北黑土區侵蝕溝專項治理等一系列國家工程提供重要科技支撐，對推進整個東北黑土區西部鹽堿地治理、抗逆水稻品種培育及農業可持續發展發揮重要作用。
為加強黑土地保護利用研究，中科院在東北黑土區建立17個長期的野外定位研究臺站/基地，包括海倫和沈陽農田生態系統、長白山森林生態系統國家野外科學觀測研究站，大安堿地、三江沼澤濕地、大興安嶺森林濕地、長嶺草地農牧、大青溝沙地等生態實驗站，興凱湖濕地生態研究站、公主嶺黑土生態環境重點野外科學觀測實驗站、長春綜合農業試驗站、海倫水土保持監測站、松嫩西部鹽漬化濕地站、額爾古納森林草原過渡帶生態系統研究站、清原森林生態系統觀測研究站、盤錦濕地生態系統野外觀測站、長春凈月潭遙感站和遼河源綠色生態農業技術綜合示范基地，形成覆蓋東北黑土區的野外長期定位觀測研究網絡。
此外，中科院還建有黑土區農業生態重點實驗室、黑龍江省黑土生態重點實驗室和遼寧省現代保護性耕作與生態農業重點實驗室，并依托東北地理所成立“世界黑土聯合會”。
世界黑土聯合會由中科院東北地理所聯合美國、烏克蘭、加拿大、烏拉圭、阿根廷、哈薩克斯坦等科研機構、高校和政府部門，以及中科院沈陽生態所、吉林農業大學、東北農業大學和黑龍江省農業科學院等26家單位共同發起，于2011年1月正式成立，總部設在中科院東北地理所。2019年，世界黑土聯合會成功入選“一帶一路”國際科學組織聯盟專題聯盟。世界黑土聯合會成立以來，已組織世界黑土領域科學家開展系列學術活動，并簽訂國際長期合作協議，共建國際黑土數據庫，出版世界黑土質量與管理專輯。
“梨樹模式”研究團隊成員、中科院東北地理所敖曼博士展示介紹玉米育種研究進展?！≈行律缬浾?孫自法 攝
聯合建立黑土保護性耕作“梨樹模式”
在松嫩平原南部薄層黑土區，中科院東北地理所、沈陽應用生態所聯合中國農業大學，在黑土地保護與利用方面因地制宜提出保護性耕作“梨樹模式”，為開展黑土地保護與利用提供系統解決方案。
“梨樹模式”以科學家最早開展黑土保護利用技術研發試驗所在的吉林省梨樹縣而得名，主要內容包括：中科院東北地理所關義新團隊聯合相關企業，攻克高性能免耕播種機的研制與生產、條帶耕作機的研制與生產，提出寬窄行秸稈覆蓋免耕、壟作少耕技術、條帶耕作等保護性耕作技術模式；中科院沈陽生態所張旭東團隊完成全量秸稈覆蓋少免耕15年(2007-2021)試驗效果的監測；中國農業大學開展保護性耕作輪作種植制度的長期定位研究，牽頭組建黑土地聯盟及梨樹黑土地論壇；梨樹縣政府搭建“保護性耕作研究與示范的平臺”。
“人多地少、糧食安全壓力大，保護性耕作是中國用好養好黑土地首選?！痹凇袄鏄淠Ｊ健痹囼灮兀P義新研究員接受媒體采訪介紹說，免耕播種機是制約少免耕技術落地的重要限制因素，為此，他領導研究團隊和相關企業合作，研制出國內性能領先的免耕播種機，在吉林省政府的積極推動和大力支持下，快速產業化，該機具已連續多年居于東北播種機銷售榜首，迄今已累計銷售5萬多臺，年播種面積1億畝，機具的規模化生產為東北地區開展保護性耕作做出巨大貢獻。
同時，研究團隊研發的寬窄行秸稈覆蓋免耕技術，解決了中國玉米連作及壟距小、引入的國外免耕技術難推廣等問題，基于研發的配套條耕機，該團隊創新研發的秸稈覆蓋還田條帶耕作技術已成為梨樹模式的主體模式之一，并與東三省農機農藝部門聯合示范推廣。
從體制機制上，研究團隊聯合145家玉米育種企事業單位牽頭成立全國最大的玉米育種創新聯盟——中科玉聯合體，構建全國最大的測試網絡并攻克雙單倍體育種、雜交種二環系選育等育種技術，為東北黑土玉米育種技術和種業發展提供保障。
張旭東研究員表示，針對東北黑土區春季低溫出苗率低、玉米長期連作秸稈量大以及秸稈分解緩慢難以切割等問題，“梨樹模式”通過集成玉米種植模式、秸稈覆蓋模式以及免耕和條帶耕作等關鍵技術，形成適合東北玉米生產的秸稈覆蓋免耕全程機械化技術體系以及土壤綜合功能調控模式，以實現協同調控土壤溫度、水分和增加養分庫容量的目的。
他說，“梨樹模式”技術體系主要包括均勻壟種植、寬行種植、寬窄行種植、超寬窄行休閑種植、原壟種植，通過免耕播種機、秸稈歸行機及配套機械的研發及農機-農藝融合模式建立，制定秸稈覆蓋條件下播種施肥一體化全程機械化作業技術規程并形成了地方標準。免耕播種機一次進地即可完成施肥、切斷和清理種床秸稈、種床整理、單粒播種、覆土鎮壓工序，大幅減少農機作業量，降低能源消耗以及溫室氣體排放。
“梨樹模式”對黑土保護利用實際效果如何？張旭東介紹，研究團隊從理論上研究不同秸稈覆蓋量及覆蓋模式對土壤有機質截獲和積累過程、養分循環過程以及水熱調控過程，在“梨樹模式”試驗基地10余年的保護性耕作定位實驗和示范發現，“梨樹模式”有效提升黑土地農田土壤增碳培肥、抗旱保墑、節肥增效等功能，可為黑土地產能提升提供長效保障。其中，土壤養分庫容增加10-20%，養分利用效率提高15-20%，土壤水分貯存容量增加10%以上，減少風沙災害，減少土壤風蝕和水蝕80%以上。
經過不斷探索實踐，目前，“梨樹模式”已實現播種機械國產化、種植模式生態化、栽培技術系統化、推廣體系網絡化。同時，“梨樹模式”的示范推廣，還改變農民的傳統意識和落后的生產方式，促進現代化和機械化農業生產的快速發展，并極大推動東北旱作農業耕作制度改革，通過推進規?；滦娃r業主體(職業農民和合作社)的發展，大力促進農業經營制度改革。
中科院東北地理所、沈陽生態所稱，作為東北黑土地綜合功能提升的關鍵技術，“梨樹模式”現已成為東北地區玉米生產現代耕作模式的樣板。近3年已在東北黑土區(包括內蒙古東部)累計推廣應用超過3000萬畝，實現經濟效益27.3億元。“實施國家黑土地保護工程，推廣保護性耕作模式”是中科院科技支撐黑土地保護與利用的重要內容，也是推動中國農業綠色發展的一項硬舉措。
“龍江模式”為“耕地中的大熊貓”搭配營養
東北黑土地耕地面積約2.78億畝，其中黑龍江省1.56億畝，占全國黑土地比重56%。依托中科院黑龍江海倫農田生態系統國家野外科學觀測研究站長期觀測研究，與黑土地打了一輩子交道的中科院東北地理所研究員韓曉增2003年提出黑土地保護利用的“龍江模式”，按照“邊研究、邊示范、邊推廣應用”的思路，逐步在農戶中推廣示范，并根據田間示范結果不斷進行改進和完善。
中科院沈陽生態所張旭東團隊科研人員在“梨樹模式”誕生地開展科研監測工作?！≈行律缬浾?孫自法 攝
通過多年定位觀測，韓曉增研究團隊發現原始黑土層有機質含量高，但黑土開墾后經歷了輪耕休耕期、人畜低強度利用和機械化高強度利用期，用養失調和土壤侵蝕導致黑土地表層土壤自然肥力逐年下降，黑土發生退化。“龍江模式”核心即根據現狀與需要，對癥下藥為黑土耕地搭配“營養”，因地制宜探索優化農藝措施，實現黑土保護性利用。
根據黑土地的分布與類型，以及黑土地土壤耕作過程中有機質的變化，“龍江模式”有6個子模式，分別是中厚層黑土保育模式、淺薄黑土層培育模式、障礙土壤消減快速培肥模式、半干旱地區保護性耕作模式、坡耕地控蝕增肥模式、水田秸稈還田增碳培肥模式。
被譽為“黑土地的營養搭配師”的韓曉增向媒體介紹說，秸稈還田是增加黑土土壤有機質最直接、最有效和最可行的辦法，但秸稈還田存在著諸多瓶頸問題，比如影響播種質量、需要大型機械、秋季整地作業時間短、秸稈漚肥還田成本高等，這些限制了秸稈還田在黑土地保護和地力提升中的功能。此外，長期的不合理耕作和機械碾壓導致土壤形成了10-15厘米的犁底層，它像一道墻隔斷了作物根系下扎和土壤中水、熱、氣交換。
為此，研究團隊根據黑土層平均厚度和作物根系生長的適宜空間，將秸稈和有機肥深混到0-30(±5)厘米黑土層之中，構建一個深厚、肥沃的土層，滿足作物生長和黑土保護兩個需求。
至于為何選擇30厘米黑土層？韓曉增解釋稱，研究團隊發現黑土有機質變化發生在0-30(±5)厘米土層內，于是提出“肥沃耕層構建”理念，并證明培肥0-30(±5)厘米土層對改良土壤屬性和創造作物根系生長環境的協同效益最高。
針對中外秸稈還田的覆蓋、淺混、秸稈離田漚制有機肥再還田等三種主要方式各有優缺點，韓曉增團隊則揚長避短，在這三種秸稈還田方式基礎上，研究創制出秸稈全量深混還田。在東北黑土帶中心地區海倫市，該團隊連續13年開展玉米秸稈還田后，土壤有機質由44.5g/kg增加到49.5g/kg。如果在東北黑土地全域實現秸稈還田，預計到2030年，東北黑土區耕地質量平均提高1個等級以上；土壤有機質含量可以提高2g/kg以上。
除了秸稈全量深混還田，“龍江模式”創新研發的黑土地保護與利用技術還包括：針對黑土層薄、熟土層和心土層混合后肥力降低的問題，研究團隊提出“秸稈”“有機肥”二元補虧增肥技術；針對白漿土的白漿化障礙層，研究團隊在“心土混層”技術基礎上，增加了“秸稈”“有機肥”“土壤調理劑”三元補虧調盈技術。
韓曉增指出，每項技術在生產上都有自己的局限性，“我們希望因地制宜，綜合施策，對黑土地保護與利用打出‘組合拳’”。這些年來，研究團隊針對黑土退化的問題，采用秸稈翻混還田等技術，配合玉米—大豆、玉米—玉米—大豆輪作模式，不僅遏制了黑土表層土壤退化，還取得了良好的增產增收效果。
通過推廣示范“龍江模式”，黑土地保護與利用已初見成效。以黑龍江省為例，該省有機質每年下降速度為0.1%-0.3%，下降速度已經減小了50%左右，土壤有機質下降已經得到有效遏制。
在作物育種方面，利用“龍江模式”成效，中科院東北地理所李艷華團隊圍繞國家大豆產業發展中的種子問題持續開展研究，現已在黑土地上培育高油、高蛋白、高產的“東生”系列大豆新品種27個，其中4個通過國家審定。近年來，“東生”系列大豆品種在黑龍江省累計推廣逾5000萬畝，增產大豆超過20億斤，不僅解決了東北大豆高蛋白與高產的突出矛盾，也解決了大豆品種抗病性差、適應范圍窄等問題。
“保護是為了可持續利用，利用才是黑土保護的最終目標?！表n曉增表示，保護好黑土地，就是保護“耕地中的大熊貓”，而黑土層相當于“大熊貓”的心臟，土壤有機質就是“大熊貓”的血液，守護黑土健康，實現增產增收是黑土研究人員追求的終極目標。
中科院東北地理所韓曉增研究員(右四)在中科院海倫農業生態實驗站介紹黑土保育。(謝震霖 攝) 中科院科技攝影聯盟 供圖
中科院發起“黑土糧倉”科技會戰
據介紹，“黑土糧倉”科技會戰是中科院在系統總結“黃淮海”“渤海糧倉”等農業科技攻關重大任務經驗的基礎上，針對東北地區黑土地退化嚴重、地力透支等威脅國家糧食安全和生態安全的重大問題，充分利用相關研究所長期科學研究和技術、數據積累，與吉林、黑龍江、遼寧、內蒙古三省一區合作開展的重大科技攻關任務。
中科院表示，希望通過“黑土糧倉”科技會戰，將從科學原理上解決“為什么”的問題，從技術體系上解決“怎么做”的問題從輪作區域上解決“在哪做”的問題，從實施載體上解決“誰來做”的問題，從而使東北黑土地真正成為國家糧食安全的“壓艙石”。(完)
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