【農民日報】響鼓重錘，保護好利用好耕地中的大熊貓
——探訪我國東北黑土地因地制宜保護利用之策
一年之計在于春。在我國東北大地春耕即將拉開帷幕之際，3月29日正是仲春時節，隨著保護黑土地的集結號吹響，在長春，在沈陽，在哈爾濱，從最北的松嫩平原到南邊的遼河平原，從東邊的三江平原到西邊的呼倫貝爾大草原，包括黑吉遼內蒙古在內的109萬平方公里的我國遼闊的黑土大地，萬物復甦，春潮涌動。
5月10日至14日，記者走進東北大地，深切地感受到了在我國“十四五”開局之年的春天里，從省市縣到鄉鎮村屯，無論是政府官員、科技工作者、基層農技員，還是合作社、家庭農場、新型經營主體，上上下下洋溢著的是牢記總書記囑托，切實保護好、利用好“耕地中的大熊貓”，協同保護黑土地的昂揚激情和提升黑土地力豐糧倉的滿懷干勁。
黑土地保護之頂層設計——
用養結合，實施國家保護工程，保護好利用好耕地中的大熊貓
在全球僅有的四大黑土區中，我國東北黑土區雖然開墾最晚，但承載的使命最重。東北四省區耕地面積5.4億畝，典型黑土地耕地面積2.78億畝，戶籍人口1.16億。自1954年開始10萬復退建設兵團大舉進入亙古荒原揮锨開墾67年以來，這片黑黝黝的土地早已成為新中國最重要的糧食生產基地和商品糧輸出基地，黑龍江、吉林、遼寧以及內蒙古東四盟所生產的玉米、水稻和大豆分別占全國產量的41％、19％和56％，全國排名前10個產糧縣均在黑土區，年糧食產量占全國1/4、商品糧占全國1/4、糧食調出量占全國的1/3，因此東北黑土區被譽為我國糧食安全的“壓艙石”。
我國第二次耕地普查表明：盡管全國各地耕地有機質都在上升，但東北黑土地的耕作層有機質含量卻下降了1/3，部分地區下降一半，理化性狀與生態功能退化，嚴重影響東北黑土地可持續發展。
中科院攝影聯盟副理事長 謝震霖 攝
為此黨中央、國務院十分重視黑土地的保護和利用，近5年習近平總書記對黑土地保護利用作出多次重要指示。2016年5月23日至25日，習近平總書記在黑龍江考察時就曾深情叮囑，要采取工程、農藝、生物等多種措施，調動農民積極性，共同把黑土地保護好、利用好。2018年9月25日，在東北三省考察時習近平總書記說，要加快農業綠色發展，堅持用養結合，綜合施策，確保黑土地不減少、不退化。2020年7月22日，習近平總書記視察吉林時再次指出，要采取有效措施切實把黑土地這個“耕地中的大熊貓”保護好、利用好，使之永遠造福人民。2020年12月16日，在中央經濟工作會議上總書記指出，要建設國家糧食安全產業帶，實施國家黑土地保護工程。時隔12天，在中央農村工作會議上總書記再次強調，要把黑土地保護作為一件大事來抓，把黑土地用好養好。
為保護好利用好這片“耕地中的大熊貓”，全國上下都在積極行動。
從2005年開始，國家相關部門相繼出臺多項措施，2015-2020年，中央一號文件連續6年關注東北黑土地保護問題。2017年7月，原農業部、國家發展改革委、財政部等6部門聯合印發了《東北黑土地保護規劃綱要（2017-2030年）》，進一步明確到2030年，典型黑土區耕地約2.78億畝，其中內蒙古0.25億畝，遼寧0.28億畝，吉林0.69億畝，黑龍江1.56億畝，總目標：加快建成一批集中連片、土壤肥沃、生態良好、設施配套、產能穩定的商品糧基地。考核目標：耕地質量提高1個等級以上，土壤有機質含量平均提高2克/千克以上。
為落實中央決策，2015年中央財政每年安排5億元資金，在東北四省區19個縣市區啟動東北黑土地保護利用試點。2018年農業農村部啟動了第二批黑土地保護利用試點，涵蓋東北四省區31個縣市區。2020年，農業農村部、財政部印發了《東北黑土地保護性耕作行動計劃（2020-2025年）》，將黑土地保護利用工作推向新臺階。
中央農村工作會議剛剛結束，2020年12月30日，中科院就召開了貫徹落實總書記保護黑土地講話精神座談會，并就如何發揮中科院多學科、建制化、體系化優勢，有效保護好利用好我國東北黑土地揭榜解題，決定聚焦關鍵問題開展科技會戰，組織院內外科研和農技人員開展協同攻關和成果應用示范，為黑土地保護與利用提供系統解決方案，保障國家糧食安全和生態安全。
在接下來的5年內，科技會戰將重點通過黑土地退化過程與機理研究，從科學原理上解決“為什么”的問題；通過保護利用技術創新和種質創新資源研究，從技術體系上解決“怎么做”的問題；通過構建感知與監測體系，從輪作區域上解決“在哪做”的問題；通過智能農機研發與推廣，從實施載體上解決“誰來做”的問題。“用最好的技術種出最好的糧食，把耕地中的大熊貓保護好、利用好。”
黑土地保護之龍江模式——
構建肥沃耕層，因地制宜全域定制，探索出6個子模式
“國家糧食安全的壓艙石和穩壓器在東北，東北的壓艙石和穩壓器在黑龍江。”5月13日，中科院東北地理與農業生態研究所二級研究員、農業農村部耕地質量建設專家指導組副組長韓曉增告訴記者，黑龍江耕地面積2.39億畝，是吉林遼寧兩省之和的1.48倍，而作為典型黑土的核心區，黑龍江省承擔了國家黑土地保護總面積的60％，即1.56億畝。
魚和熊掌能否兼而得之？
年過六旬的韓曉增詼諧地打了個比方：“其實我們東北黑土地只是瘦了、薄了，處于亞健康狀態，就像一個精干小伙子，四五天沒吃飯，走路已經晃悠了，但只要豬肉粉條大米白面吃上，3天后他就可以干重體力活了。”亞健康，調理好了就是一個健康人，調理不好，就有可能患重病。土地也是一樣，只要給足營養，黑土地就還是一個“精神小伙”。
韓曉增（左二）正在介紹龍江模式保護黑土的機理。農民日報·中國農網記者 鄭驚鴻 攝
韓曉增形象地說，黑土地最關鍵的是黑土層，是“大熊貓”的“腦黃金”，如果這“腦黃金”沒了，大熊貓就變成鄉野四處可見的俚貓了。中科院海倫農業生態實驗站35年觀測對比的各種數據表明，黑土地退化的實質是黑土層發生退化。黑土層中的有機質含量在4.5％以上時，有機質再提升對作物產量影響不大，當土壤有機質從4.5％降低到3.5％時，糧食產量就會顯著下降，目前黑龍江全省耕地平均在3.6％，通過提升土壤有機質來滿足黑土地保護和提升糧食產量還有很大空間。在東北黑土地行走觀察40年的韓曉增自信地回答。
中科院海倫農業生態實驗站是目前我國唯一從事典型黑土農田生態系統長期監測、研究、示范與服務的國家級野外臺站，大學畢業就一頭扎根海倫站的韓曉增，始終執著于東北黑土保護與利用關鍵技術研究，1985年海倫站開始建立東北黑土養分標本。4000多份各時期各地各類型的土壤記載著36年來中科院科學研究者的足跡。韓曉增根據21年的觀測數據、試驗示范，于2009年首次提出了東北黑土地退化的實質是黑土層退化，并在國內外率先提出了黑土地肥沃耕層構建理念，建立了黑土地培育的指標體系，率先開展了以秸稈全量深混還田為核心的黑土層保育模式、黑土層培育模式和障礙土層改良快速培肥模式的研發及示范推廣工作。
在研究過程中韓曉增發現，黑土層在減少時，其有機質中的腐殖化物質和非腐殖化物質同時減少，但在恢復過程中，非腐殖化物質增加的多，而腐殖化物質增加的少。“所以給黑土地加餐要多加腐殖化物質，而秸稈等農業生產中的廢棄物就是最好的原湯化原食的材料。”連續進行21年玉米秸稈還田，35厘米黑土耕層土壤有機質含量由36.72克/千克增加到44.26克/千克，前14年平均每3年土壤有機質含量增加1.41克/千克，后6年平均每3年土壤有機質含量增加0.48克/千克。21年土壤有機質增加了0.75個百分點，由3.67％增加到4.42％，糧食產量增加9.8％以上。“在濕潤、半濕潤、黑土層薄的地區，采用秸稈粉、耙碎混還田的優勢在于向0至20厘米土層輸入有機物料，同時打破了犁底層，起到了耕作層梯次加深，厚沃增肥的效果。”
隨意用鐵锨鏟起黑土，都有粉紅色的蚯蚓在蠕動。農民日報·中國農網記者 鄭驚鴻 攝
肥沃耕層構建技術，韓曉增團隊在43個試點縣培訓了90余次，其中農業農村部邀請培訓7次，東北黑土區采用該技術后，作物產量顯著增加，土壤質量得到改善提升。2017年9月1日，種植業管理司邀請韓曉增到原農業部作專題報告。2020年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（NY/T3694-2020）》正式發布，為東北黑土地保護利用提供了技術標準。
東北黑土地區域，地形多樣、土壤類型多樣、氣候多樣，因此種植制度也多樣，而黑龍江遼闊的地域造就了6個積溫帶，復雜多變的地形、熱量和降水條件造就了15種耕作土壤類型。在采訪中，韓曉增一再表示，“保護黑土地一定要因地制宜、辨證施治、對癥下藥”。20多年來，經過反復定位試驗，根據黑土地保護利用和退化阻控的國家重大需求以及黑土區域內不同地形特點、不同生態類型存在的不同問題，韓曉增團隊探索總結形成了黑土地保護的“龍江模式”：中厚層黑土保育、淺薄黑土層培育、障礙土壤消減快速培肥、半干旱地區保護性耕作、坡耕地控蝕增肥及水田秸稈還田增碳培肥的6個系統配套方案，為黑土地保護提供精準高效的原創性技術模式。從2003年開始，龍江模式在不同地域示范推廣，并根據田間示范結果，不斷對技術進行改進和完善，真正實現耕地保護與耕地產能提升的雙重目標，成為廣大農區可復制、好推廣的樣板。
走進松嫩平原腹地的海倫市，一望無際的黑土似乎與藍天連在了一起。這里是中國大豆之鄉，從2015年開始開展了5種龍江黑土保護模式。踩著松軟的中厚層黑土保育示范田，拿起鐵锨翻起黑黝黝的土壤，松軟中還有粉紅色蚯蚓在蠕動。中科院東北地理所副研究員鄒文秀介紹，這是中厚層黑土典型代表地區，這類土壤主要問題是土壤有機質積累和分解失去平衡，針對問題，我們團隊給出的方案是以秸稈翻混還田、粉耙還田和松混還田為核心，以黑土層擴容增碳為目的，組合了玉米-大豆和玉米-玉米-大豆輪作技術，建立了黑土層保育模式，這片土壤已經開展了3年的輪作實驗。海倫市農業農村局科長劉向波告訴記者，在海倫市連續6年試驗示范表明，在本來不低的產量基礎上，玉米平均增產10.2％以上，大豆平均增產12.3％以上，土壤有機質含量提高3.2克/千克以上，黑土層保護深度在30至35厘米，各項指標都達到或超過國家保護綱要要求，今年示范面積達60萬畝。
中科院海倫站現保存的36年來東北黑土地的4000多份不同的土壤樣本。農民日報·中國農網記者 鄭驚鴻 攝
黑土地的治理保護，正按照總書記5個講話精神腳踏實地研究探索推廣總結，中科院東北地理所探索出用養結合保護黑土地的龍江模式，涵蓋了東北黑土地所有土壤類型和解決問題的方案，實現了全域定制，指導著黑土地保護，并取得了矚目的成績。中科院東北地理所副所長王宗明介紹，2006年開始大面積推廣應用以來，在東北三省和內蒙古東四盟及其周邊地區累計推廣面積1.63億畝，增加糧豆83.3億千克，新增純收入118.6億元。同時還建立了一支保護黑土地管理、技術隊伍，這支技術管理的中流砥柱，讓黑土地能得以整建制地持續發展，并為糧食產量的提升奠定了基礎和支撐。
2016年以來，黑龍江省加大黑土地保護力度，已見成效，試點縣核心區域黑土層下降趨勢已經遏制住了，既保護了黑土地又確保了國家糧食的安全。黑龍江省農業農村廳提供的2020年公布的數據表明：1.56億畝黑土地耕地質量為3.46等，比全國高0.13個百分點，耕層有機質36.2克/千克，旱地耕層平均達到了24厘米，其中應用龍江模式的7827萬畝，達到了30厘米以上，20個試點縣（市、農場）項目采用龍江模式的面積522萬畝，耕層土壤有機質提高了3.6％，耕層達到了30.7厘米，耕地質量標準提升了0.54個等級。2020年糧食產量1508億斤，連續17年豐收，連續10年全國第一。
中科院海倫站現保存的36年來東北黑土地的4000多份不同的土壤樣本。農民日報·中國農網記者 鄭驚鴻 攝
龍江模式在保護黑土的同時實現了糧食生產穩定發展。“但耕地治理是一個漫長的過程，龍江模式還需各方合力，并在保護黑土地應用中不斷升級提檔。”韓曉增表示，一定要實事求是因地制宜。對于技術關鍵點操作方法，在初步推廣地區，特別需要技術人員能在細節上以更多的關注。在采訪中，韓曉增表示，黑土地保護需要系統性和大國“農業工匠”精神，從頭年秋收后整地、第二年播種、生產、病蟲害防治到收獲，需要應用一整套系統科學的技術，如果因為某個看似小小的環節不按規程來做，那么就可能影響產量5％、甚至10％。“應大張旗鼓地提倡大國農業工匠精神，急需兢兢業業的工匠來對每一個地區農業生產的技術進行精準的試驗示范，根據每一個地區不同的需求去升級技術版本，在為農民解決實際問題中形成、寫下的論文才有意義。”
黑土地保護之梨樹模式——
實行保護性耕作，探索玉米少免耕模式，實現種肥一體全程機械化
學習并從事作物栽培育種以及植物營養學近20年的中科院東北地理所研究員關義新，怎么也沒有想到這輩子會去開發農業機械。他告訴記者，2007年還在鐵嶺先鋒公司工作，機緣巧合與中科院沈陽生態所長期研究黑土地保護的張旭東研究員相識，才有了籌劃組建玉米保護性耕作的研究與試驗基地的想法。
在東北黑土退化中，習慣性的翻耕導致土地裸露，進而引起風災、水蝕是黑土變薄變瘦的主因，我國長期的玉米連作生產、秸稈離田以及過量化肥等生產方式導致的用養失衡，地力過度透支也是土壤變瘦的重要原因。關義新坦言，其實如果僅僅是解決黑土地保護，最簡單直接的辦法就是休耕，但鑒于人口眾多的國情根本不可行。怎么能夠既保生態又保產量？對照世界各國對于黑土保護的成功經驗，以秸稈覆蓋少免耕為主要內容的保護性耕作方法比較適合我國國情，因此我們將研究目標方向確定為研究示范推廣玉米保護性耕作技術，并研發配套免耕播種機，使保護性耕作技術能夠示范推廣，變成生產力。
2007年對于張旭東、關義新、王貴滿來說，絕對是難以忘懷的年份，這一年關義新加入了張旭東團隊工作，也就在這一年國慶節，三人聚在一起，暢談“有生之年讓保護性耕作技術在全國推廣”。為實現這個夢想，三人分工明確，分頭行動：王貴滿負責基地選址、建設、推廣等事宜，張旭東負責保護性耕作玉米種植技術和配套方案研究，關義新除了對保護性耕作農藝的研究，前期還重點負責免耕機械的研發。三項工作齊頭并進，很快占地15公頃的梨樹縣高家村保護性耕作研發基地開始運營，我國玉米保護性少免耕全程機械化發展之路由此起步。
農民日報·中國農網記者 鄭驚鴻 攝
2010年由中科院沈陽應用生態研究所牽頭發起，吉林梨樹縣農業技術推廣總站、中科院東北地理與農業生態研究所、吉林省土壤肥料工作總站4個單位組成的中科院東北黑土地保護性耕作試驗示范基地，在吉林梨樹縣梨樹鎮高家村正式掛牌。這一年中國農業大學李保國團隊加盟一起研究示范，在梨樹縣泉眼溝村建立保護性耕作技術研發基地。
針對東北南部薄層黑土區黑土退化、春季風蝕較重、播種期土壤墑情較差等生產功能下降以及黑土資源安全問題，張旭東團隊在國際上首次提出了“土壤微生物碳泵”，2007年開始在已有的研究基礎上，主攻耕作制度改革與保護性耕作研發集成，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、養分循環以及水熱調控等過程。以長期定位實驗方案，與東北地理所關義新、吉林省農機推廣站王貴滿一起研究推出了均勻行、寬窄行、帶狀休閑3種土壤生態功能，調控玉米種植模式，和直立高茬、均勻覆蓋、間隔覆蓋3種玉米秸稈覆蓋免耕技術體系和模式，為東北黑土地干旱地區保護玉米種植提供了系統解決方案。
讓關義新這個“門外漢”去研發農機，看似天方夜譚，但實際上與專業者相比，關義新有其獨特優勢：精通玉米生產農藝、洞悉我國玉米產業以及生產者的痛點，了解世界各國不同地域的保護性耕作策略以及不同的農業機械化應用現狀。關義新表示，要我們自己研發而非“拿來主義”，除了國外機械價位高，更重要的是我國玉米生產的行距遠遠小于國際通行的行距，這個瓶頸不解決，開展保護性免耕玉米種植那就是奢談。
中科院攝影聯盟副理事長 謝震霖 攝
很快，關義新找到合適的人一起組織研發適合我國地域特性的高性能免耕播種機：“以生產為核心，以問題為導向研發，到地里跟農民交流，就實驗過程中遇到的問題跟技術人員交流，邊研究、邊改進，只要農民說還不夠理想，就隨時改進。”就這樣8個月后，2008年4月我國第一臺玉米免耕播種機誕生，解決了秸稈歸行難、播種難，使玉米播種施肥一次性精量完成作業。2009年專家鑒定評價：“國內性能領先，基本達到了國外同期先進水平，填補了東北地區高性能免耕播種機的空白。”樣機出來后，在吉林省農委、農機局的支持下，快速產業化，并根據田間生產的技術要求不斷改進完善，連續多年居東北播種機銷售榜首，累計銷售5萬多臺，為東北地區開展保護性耕作作出貢獻。
2008年關義新同步創建成立了東北第一個合作社——康達農機合作社。楊青魁兄弟在15公頃的基地領頭示范秸稈覆蓋玉米保護性耕作技術。楊青魁告訴記者，頭一年用免耕機播種，來了好多看熱鬧的老把式。看著頭年收獲后的玉米稈竟然還七零八落留在地里，有的留1/3，有的覆蓋一半，還有的是留高茬，與往年播種前早已翻耕齊整的耕地比，大家都戲稱這是“二流子種地，成不了氣候”。沒想到當年還遇到了低溫天氣，播種比周邊晚了1周，大家都在等著看笑話哩，根據經驗晚一周播種，至少影響5％收成，但出苗時，大伙兒驚了：出的苗居然比正常播種高齊壯。老把式們都知道，這樣的出苗率，秋天收成至少增加8％-10％。果不其然，2008年秋天收獲時節，楊青魁兄弟笑了，就這人稱“破皮黃”的地，15坰玉米，實驗了三種少免耕方式，平均增收10％-12％，由于是秸稈全量還田，化肥用量減少20％，種子用量減少60％，種田成本大大降低。
第二年楊青魁接手康達農機合作社理事長，眼見為實的60多戶農民120坰地加入合作社托管種植，兄弟二人輕輕松松管理了100多坰地。如今13年過去了，曾經的15坰“破皮黃”平均產量徘徊在6000至7500公斤/公頃間，經過十多年養分積累，平均1.1萬至1.2萬公斤/公頃，最高年景達到1.6萬多公斤/公頃，全縣最高。楊青魁說，算下來每公頃可節省肥料、人工等成本1650元，玉米產量每公頃增加1000公斤以上，可增加收入1400元左右，兩項合計每公頃玉米節本增效可達3050元左右。
針對秸稈處理難、免耕后的低溫問題、低洼地以及大風引起的秸稈分布不均勻而導致的大小苗等問題，2018年關義新提出秸稈覆蓋條耕技術、秸稈覆蓋壟作少耕技術，并同步研制了配套機具條耕機，適應東北濕潤、半濕潤地區、低溫冷涼、土壤黏重區域示范推廣。因其適應性強，簡單易行，在推廣中備受歡迎。2020年與沈陽生態所張旭東團隊一起在東北31個縣市級示范推廣。
中科院攝影聯盟副理事長 謝震霖 攝
梨樹縣以合作社為抓手，引領免耕機械作業，迅速提升了組織化、推進規模化，全縣涌現出的3000多個合作社和1000多家庭農場引領著小農戶走向現代化，這是“梨樹模式”技術創新引發的生產方式轉變、創新。而600個百畝示范戶、60個千畝核心區和20個萬畝示范片，累計32萬畝示范田，示范帶動梨樹全縣實施保護性耕作土地200萬畝，占玉米種植面積的70％。
梨樹縣委副書記閆鶴在基地現場告訴記者，梨樹探索的玉米保護性耕作模式要感謝《農民日報》2016年3月2日總結了在梨樹縣開展的“保護性耕作”模式，并稱之為“梨樹模式”，后來被總書記認可為“梨樹模式”。閆鶴坦言，搞保護性耕作，其實是有風險的，但梨樹縣堅持下來了，這考驗的是我們黨委政府的定力、政治擔當。梨樹縣一年財政4億元，人工開支都不一定夠，但是每年拿出2000萬元來鼓勵保護性耕作，不包括國家給的政策性補貼，就縣里這塊這14年支出了將近10億元。
實踐證明，“梨樹模式”在黑土地保護性利用上的生態經濟成效顯著：連續免耕覆蓋5年后測定，秸稈覆蓋免耕地塊保水能力相當于增加40至50毫米降水，土壤有機質增加20％左右，減少化肥施用量20％左右，實施保護性耕作平均減少土壤流失80％左右，干旱年份產量比對照組高出5％至10％，加上機械化減少人工，每公頃可以節約成本1000元至1400元。
2018年全國首個秸稈全覆蓋保護性耕作技術地方標準《玉米秸稈條帶覆蓋免耕生產技術規程》發布，今年吉林“梨樹模式”要在去年2000畝的基礎上，在長春、農安、松原、長嶺、四平、雙遼等8個縣市開展整縣推進，實施面積均在100萬畝以上。
“梨樹模式”以問題為導向，應用和研發同步，構建了基于跨學科、跨部門的一體化技術推廣平臺，所產生的技術裂變帶來了生產方式的根本改變，為保護黑土地干旱地區提供了一種方案。（農民日報·中國農網記者 鄭驚鴻）
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