【黑土累“瘦”了,他們負責增肥】 今年7月22日是吉林省首個黑土地保護日。在吉林省四平市梨樹縣高家村有一片試驗示范基地——中國科學院沈陽應用生態研究所(以下簡稱沈陽生態所)保護性耕作研發基地,基地里隨處可見忙忙碌碌的學生和老師。

“來梨樹縣前,我都不知道黑土長什麼樣。”一名來自中國科學院大學的江蘇籍學生告訴《中國科學報》。基地里的學生大多來自城市,幾乎沒有幹過農活,如今卻已成為莊稼地里幹活的好手。

沈陽生態所研究員張旭東是保護性耕作研發團隊的首席科學家,他第一次來到梨樹縣還是2006年。一晃十多年過去了,他和團隊依然奔波在東北玉米種植帶的各個鄉村,推廣玉米秸稈全覆蓋免耕技術,教當地農戶如何用好、養好黑土地。

△ 黑土變饞、變渴

2002年,張旭東帶領團隊在東北開展黑土考察時發現,由於長期的重用輕養,原本肥沃的黑土地累“瘦”了,黑土層正在變薄。

根據我國第二次土壤普查結果以及中國科學院“碳專項”的研究發現,盡管全國范圍內土壤有機質含量普遍提升,但是,東北旱地土壤的有機質含量仍在下降。傳統耕作制度下的掠奪式經營是黑土退化的根源。

每年4月,張旭東從沈陽前往梨樹縣的路上經常遇到風沙。他告訴記者:“風沙刮走裸露的表土,造成黑土退化。同時,流動的雨水衝刷造成土壤侵蝕,不僅降低了土壤肥力,還增加了耕種難度。”

長此以往,黑土在變饞、變渴。張旭東解釋道,變饞是缺乏有機物料歸還導致土壤資源過度利用,黑土層變薄、有機質變少、養分庫容量降低;變渴是地表裸露且頻繁耕翻導致黑土層流失,水分涵養能力下降、風沙加劇、生態環境惡化,而過量化肥投入進一步加劇了黑土退化。

“如果不能有效遏制土壤退化,就會嚴重影響東北黑土的生產和生態功能。”針對黑土農田系統養分循環不暢、肥料利用效率低等問題,張旭東團隊系統深入地研究了東北黑土氮素微生物轉化的過渡特性以及調控過程,並提出“土壤有效氮過渡庫”的理論。

“‘土壤有效氮過渡庫’就好像‘駱駝的駝峰’,同時具有儲存和釋放養分的功能。”團隊成員、沈陽生態所研究員何紅波打了一個形象的比喻,“肥料氮素在土壤微生物的轉化下,儲存進入這個‘駝峰’中,按需釋放補充,周而複始增加黑土肥力。”

△ “懶人耕作”

我國東北地區在20世紀末和21世紀初進行了保護性耕作的初步探索,但是由於受到技術和專用機械的限制,並沒有真正的應用,在局部區域小范圍的秸稈還田作業也僅限於傳統耕作,並未實現對黑土地的保護作用。

張旭東分析發現,此前普遍應用的傳統耕作(勤快種地)一方面導致秸稈資源無法有效利用,土壤承載力越來越接近極限;而另一方面,生態系統功能脆弱、生態環境不斷惡化。因此,解決黑土退化問題的必經之路是改革玉米生產的傳統耕作方式。

從2006年起,張旭東與時任吉林省梨樹縣農業技術推廣總站站長的王貴滿等合作,開始探索和研發適合東北氣候特徵和土壤特性的玉米秸稈覆蓋免耕(保護性耕作)技術,並將梨樹鎮高家村的15公頃耕地作為保護性耕作試驗示范基地。

記者獲悉,保護性耕作試驗示范基地的農田沒有采用傳統耕作的秸稈清理、旋耕起壟,而是在玉米秋收後,將秸稈原地均勻覆蓋,春播時直接在秸稈覆蓋的農田上實施免耕播種施肥一體化作業,從而實現秸稈還田、免耕播種、化學除草、機械收割的全程機械化作業。

簡單說,保護性耕作技術的核心就是減少土壤擾動和增加地表作物秸稈覆蓋。不過,這卻讓當地農戶很困惑,傳統耕作都講究“勤勞致富”,怎麼保護性耕作就變成“懶人耕作”呢?

張旭東解釋道,免耕或者少耕保護了土壤的原生態特性,為土壤生物提供了良好的生存空間,不僅可以促進土壤動物對土壤結構的改良,還能提高土壤微生物的多樣性,促進土壤養分的循環和積累,讓黑土重新煥發生機和活力。

保護性耕作實施以來,作物秸稈的覆蓋還田就像給土壤蓋上了一層“被子”,可以降低土壤的風蝕和水蝕,又能夠增加土壤蓄水保墒的能力。同時,這層秸稈又像滋養大地皮膚的“麪膜”,提高土壤的碳儲量和肥力,既緩解了大氣碳濃度升高造成的氣候變化問題,又減少了化肥的使用,促進了農業發展的節本增效。

△ 打造更多樣板

當年,張旭東等人希望在梨樹縣做一個模式,打造一個樣板。這個心願正在變為現實。

目前,梨樹縣保護性耕作研發基地已經成為東北黑土區持續時間最長的保護性耕作研發基地,也是“梨樹模式”的誕生地。

張旭東介紹,“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、原壟種植等。該模式下土壤養分庫容增加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,減少了風沙災害,減少土壤風蝕和水蝕80%以上。

談及為什麼選擇梨樹縣,張旭東告訴《中國科學報》:“梨樹縣位於吉林省,地處東北黑土地的中部,南部有遼寧省,北部有黑龍江省,具有代表性。如果從梨樹縣再向外推廣輻射相對容易。”

7月6日,沈陽生態所與遼寧省昌圖縣人民政府簽署“黑土糧倉”科技會戰框架協議。

早在2012年,張旭東團隊就開始在昌圖縣與盛泰農機專業合作社開展合作,進行全秸稈覆蓋保護性耕作示范,一舉解決了秸稈處理問題,較傳統模式優勢明顯,適合大規模機械化作業。

“我們新買的4行免耕播種機,一季能作業3000畝,當年就能收回成本。”盛泰農機專業合作社理事長盛鐵雍告訴《中國科學報》,“科研團隊的到來,不僅幫我們處理了秸稈,還給我們帶來了新技術,產量增加的同時每畝成本可以降低100多元。”

近年來,張旭東帶領研究團隊每年從沈陽出發“巡點”,已經走過東北玉米帶的61個示范基地,行程近3000公里。展望未來,他感歎道:“除了‘梨樹模式’,我們還會推出‘昌圖模式’等更多適合東北不同區域黑土的保護性耕作樣板。”http://t.cn/A6fgBOCe

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