改變不合理耕種

　　讓黑土連續耕種不退化

　　在學術上，“黑土”有著明確的定義，指溫帶濕潤氣候草原草甸植被條件下形成的均腐殖質土壤。它性狀好、肥力高，是一種非常適合植物生長的土壤。

　　“黑土地肥到家，捏把泥土冒油花，一兩黑土二兩油，插根筷子也發芽。”在東北地區流傳的順口溜，形象地描述了黑土地的肥沃。我國東北平原曾經分布著大面積的沼澤濕地，枯枝落葉進入沼澤形成肥沃的有機質。

　　在自然界，每形成1厘米厚的黑土，需要200至400年。我國東北地區的黑土厚度約為1米，這相當于一筆用兩萬多年時間才積淀下來的寶貴財富。

　　100多年前，人們把沼澤中的水排干，就露出了肥沃的黑土，再經過開墾種植，曾經的“北大荒”變成了現在的“北大倉”。目前，作為我國最大的商品糧基地，東北糧食主產區典型黑土地耕地面積約18.5萬平方千米，是我國糧食生產的“穩壓器”和“壓艙石”。以位于東北黑土地核心區的吉林省為例，該省65%以上的耕地是黑土，80%以上的糧食產自黑土。

　　然而，傳統耕種模式對于黑土肥力的保持并不友好。“形象地說，黑土地有點過度‘勞累’了，看起來也沒那么黑黝黝了。”中國科學院沈陽應用生態研究所研究員張旭東說，從十幾年前，科學家就致力于改變傳統耕種模式，尋找使黑土連續耕種而肥力不退化的辦法。

　　2020年12月28日，習近平總書記在中央農村工作會議上指出， “要把黑土地保護作為一件大事來抓，把黑土地用好養好”。2021年中央一號文件提出“實施國家黑土地保護工程，推廣保護性耕作模式”，黑土地保護上升為國家戰略。

　　走下一米深的試驗田方坑，張旭東手指土壤剖面介紹，在傳統耕作方式下，農民每年收割后，就會將所有的籽實和秸稈從田里全部收走，幾乎片葉不留；到了春耕時分，播種前必要把最表層的十幾厘米土壤翻起一遍。

　　“東北地區春季常有大風，被翻松的土壤表面缺乏覆蓋物，極易被風刮走，造成嚴重的風蝕。”張旭東說，上世紀30年代，美國黑土區就因過度開墾導致了“黑風暴”災害。與此同時，翻耕的土壤也極易受到大雨沖刷，造成水蝕，這些都會使珍貴的黑土耕層變薄。

　　而導致黑土有機質下降的最主要原因則是秸稈被收走。黑土地之所以肥沃，是因為上萬年腐爛植物將自身的有機質留在了土壤中。

　　“有機質減少會改變土壤中的微生物種群，使得土壤透氣性、保水保肥能力退化。”張旭東說，世界上另外三片黑土區都采用玉米與大豆輪作的方式，大豆屬于豆科植物，其根系有固氮能力，可有效恢復地力。但由于玉米與大豆畝產相差懸殊，東北不少農民只愿意種玉米，不肯種大豆。當地力不足、產量降低時，農民就加大化肥用量，容易導致土壤板結，作物根系無法扎進更深的土壤，遇到大風洪澇容易倒伏，碰到干旱則無法吸收到更深處的地下水，抗災能力降低，減產風險顯著升高。

　　秸稈科學還田

　　黑土“增肥”打出組合拳

　　如何改變傳統耕作模式，讓黑土地越耕越肥沃？從2006年起，張旭東和中科院東北地理與農業生態研究所研究員關義新，以及當時的縣農業技術推廣總站站長王貴滿一起，開始了保護黑土地的耕種模式探索。

　　在“梨樹模式”的發源地——吉林省梨樹縣高家村，張旭東于2007年從農民手里租下了15畝地，用來研究保持黑土肥力的耕種新模式。當時，這塊試驗田是當地肥力最差的，黑土層已貧瘠泛黃，俗稱“破皮黃”。

　　就在試驗田方坑的土層剖面上，一桿一米長的刻度尺顯示，經過十幾年的保護性耕作試驗，這片田地的黑土層已恢復到了50厘米左右，作物根系可以扎到地下六十厘米深處。現在，它的產量在全縣名列前茅。

　　走在田壟上，腳下的泥土仿佛海綿一般，而去年留在地里的秸稈茬子，哪怕腳上用力踹，也不會動搖。“這說明作物根扎得深、長得牢，不怕大風大雨，干旱時也能從地下深處吸到水保命。”關義新告訴記者，曾經農民們不信他們的話，2012年臺風來襲，試驗田周圍地塊玉米全倒伏了，而試驗田只有約15%的玉米傾斜，基本沒有倒伏。于是，次年農民們就紛紛找上門來，跟著科學家學種玉米。

　　科學家想出的是什么神奇辦法？簡單幾個字：秸稈還田+免耕。這意思是說，把玉米收走，秸稈留在田里，春天也不耕地。這對當地農民的耕種習慣和思維可是不小的沖擊。因為，在傳統觀念中，不把田里破葉兒收拾干凈，那可是懶漢行徑。春耕犁地，更是必不可少——不然種子怎么入土發芽呢？

　　不過，在科學家眼中，秸稈是有機質，應該歸還給大地，才能保持土壤肥力。而且，秸稈覆蓋住土壤之后，黑土就不怕風蝕水蝕了。根據實地測量，秸稈覆蓋免耕后，可為土壤增加的蓄水量相當于50-60毫米降水——相當于多出兩場大雨，基本可免除干旱對試驗地生產的影響。與常規耕作相比，試驗田的降雨滲透率平均增加30%以上，地表蒸發降低40%以上。而且，由于堅硬的犁底層消失，水分下滲和保持能力顯著增強。2018年，東北遭遇幾十年一遇的大旱，在當地玉米普遍減產的情況下，試驗田大獲豐收，創造了畝產950公斤的歷史最高紀錄。

　　當秸稈自然腐爛在泥土里，土壤微生物、蚯蚓都來以此為食。試驗田現在每平方米土壤中的蚯蚓數量從過去的三五條，增加到40至60條。土壤結構大為改善，生物多樣性提高、生物功能增強，說明土壤生態功能得到顯著恢復和提高。土壤變得“健康”，土傳病害也有所降低。

　　研發免耕播種機

　　保護性耕作技術落地推廣

　　至于耕地，只需把秸稈歸攏到一邊，即可播撒種子，使用免耕播種機，不僅出苗整齊，還可節約三成種子。用專家的話說，這就是以固碳、育土、防蝕、保墑為核心，提升土地承載力，改善土地生態系統的高效耕作模式。于是，要改變傳統耕種方式，推廣免耕播種機，就成了保護性耕作技術的關鍵一環。

　　“由于東北黑土不可能休耕，針對我國東北玉米連作、行距小等特殊困難，我們摸索出了適合我國國情的寬窄行秸稈覆蓋免耕種植、秸稈覆蓋均勻壟種植、寬窄行秸稈覆蓋條帶耕作種植、秸稈覆蓋壟作少耕種植等多種保護性耕作技術模式。”關義新說，寬窄行其實就是將相鄰兩行作物種得靠近一點，就形成窄行和寬行的交替排列。而寬窄行秸稈覆蓋條帶耕作就是在當年播種的窄行進行秸稈清理與深松淺耕，從而較好解決了部分地區免耕導致的低溫及播種質量問題，在低成本秸稈還田的同時，更容易實現苗齊苗勻苗壯，由此達到高產穩產。

　　由于東北各地的壟距從50多厘米到70厘米不等，免耕播種機必須靈活調整行距，才能適應各地情況。所以，進口免耕播種機不僅價格高，而且無法大規模推廣，唯有自己研發。

　　楊青魁當年把地租給張旭東后，愛好農機的他，就跟著關義新一起搞起了免耕機具的開發。“免耕播種一體機可同時完成過去四臺農機的活兒，一臺機器一天能播種1500多畝地。”楊青魁還和自家兄弟共同經營起了康達農機農民專業合作社，吸納了60多個農戶的近2000畝地。

　　如今，隨著“梨樹模式”的推廣，免耕播種一體機也在東北走紅。 “玉米秸稈覆蓋少耕免耕技術的示范推廣，說到底要基于機械化現代農業。”關義新說， “梨樹模式”的成功離不開當地政府對免耕播種機產業化的大力扶持，及時出臺配套機具及保護性耕作作業補貼政策，當地農機、農業技術推廣部門也做了大量細致深透的推廣工作， “示范推廣也是一門學問，改變農民觀念才是成功的真正關鍵點”。

　　中科院基于野外臺站監測數據發現，在玉米-大豆-小麥輪作系統中，長期施用化肥條件下土壤有機質下降14.6%。而在玉米秸稈覆蓋免耕條件下，從第九年開始，免耕土壤有機質含量較傳統耕作提升了16%。