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黑土地保护与利用,从何破题?

发布日期:2019-08-27   来源:农民日报   作者:张旭东 李保国 任图生
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东北黑土区是我国最重要的商品粮基地之一,是维护国家粮食安全的“压舱石”。然而,受全球气候变化、生态环境退化和长期高强度开发利用的影响,黑土地出现了严重退化现象。防止东北黑土退化,实现黑土地可持续利用,是东北粮食主产区农业和经济发展急需解决的重大问题。

示意图:保护性耕作给东北黑土地带来的变化

党中央、国务院和各级政府高度重视东北黑土地保护和农业可持续发展,明确要求要采取工程、农艺、生物等多种措施,调动农民积极性,共同把黑土地保护好、利用好。2017年,农业农村部会同多部委编制了《东北黑土地保护规划纲要(2017—2030年)》,明确了保护黑土地的总体要求、重点任务、关键技术模式和保障措施。其中,保护性耕作是指在地不翻耕、地表有秸秆覆盖的情况下,直接免耕或少耕播种,由于其保水保土、节本增效等多重效应,已被众多国家所接受和推广。

日前,东北黑土地保护高端论坛暨第五届梨树黑土地论坛在吉林省长春市召开,聚焦黑土地上保护性耕作的应用和推广。与会领导、专家多方建言献策,以期实现在保护中利用、利用中保护黑土地。本期我们选登部分主题报告与您分享。

玉米秸秆覆盖免耕,给黑土地带来十大变化

中国科学院沈阳应用生态研究所研究员 张旭东

东北粮食主产区耕地面积4.5亿亩,占全国耕地总面积的22.2%,是国家最大的商品粮基地。然而持续的土壤退化严重威胁东北商品粮基地的粮食生产能力。与开垦前相比,土壤耕层的有机质含量下降了50%-60%,黑土层平均厚度由50-60厘米下降到30厘米左右。

2007年起,由中国科学院牵头采用“产-学-研”结合,以及“科研-生产-企业”相结合的模式,开创了农艺-农机联合攻关研究的典范,在东北黑土区开展了13年的技术开发和应用推广工作,建立了一整套玉米秸秆覆盖少免耕全程机械化技术模式,促进了免耕播种机等产业的升级和发展。研究和示范结果证明,秸秆覆盖和免耕或少耕的结合可以有效保护土壤,增加土壤有机碳的固持、提高土壤肥力和生产力,保证东北黑土的高效可持续利用。

一、试验结果

吉林省梨树县高家村连续13年(2007-2019)秸秆覆盖免耕试验结果表明:

(一)13年连续试验证明,研究建立的《秸秆覆盖少免耕全程机械化技术》解决了秸秆还田下的播种机田间管理的难题。最低成本实现连续多年秸秆全量还田,解除了农民“秸秆处理难”的问题。

(二)秸秆覆盖免耕是防止水土流失(风蚀和水蚀)、保护土壤最有效的手段,表土侵蚀量减少80%以上。如果东北地区全部采用秸秆覆盖免耕技术可基本消除本地沙尘暴的产生。

(三)秸秆覆盖免耕可以增加土壤蓄水50-60毫米降水,基本免除干旱对试验地生产的影响。研究发现,秸秆在地表覆盖可不同程度地消除地表径流,和常规耕作相比,降雨的渗透率平均增加30%以上,地表蒸发降低40%以上。此外,由于犁底层消失,水分下渗和保持能力增强。在400-550毫米年降雨量的梨树试验田,每年由于蓄水保墒相当于土壤增加50-60毫米的降雨。2017和2018年东北地区经历了几十年一遇大旱,常规垄作处理的表层土壤含水量仅约为4%,而秸秆覆盖免耕处理下的土壤含水量约为18%,2018年在全省玉米普遍减产的情况下,试验田获得大丰收,获得了亩产950公斤的历史最高产量。

(四)秸秆覆盖免耕减少了倒伏灾害对玉米生产的影响。2012年台风“布拉万”袭击了东北,试验地周边所有地块玉米均100%严重倒伏,而秸秆覆盖免耕试验地只有15%左右的玉米倾斜,基本没有倒伏。而之后连续多年的试验表明,秸秆覆盖免耕可有效防止玉米根倒,减少大风灾害,特别是强台风对玉米生产的影响。

(五)秸秆覆盖免耕促进了耕层土壤有机质的积累,提高土壤肥力。从2007年到2018年,耕层土壤有机质由每千克22.5克增加至24克,年均增加幅度为0.5%-0.7%。另外,13年试验结果表明土壤有机碳增加10%以上,年增加量在0.1%左右。

(六)秸秆覆盖免耕增加了氮、磷、钾养分在耕层的积累。作为重要的养分资源,秸秆全量归还每年向土壤输入的氮、磷、钾数量相当于当地化肥施用量的25%、30%和200%。2007年到2018年,耕层土壤全氮含量由每千克1.21克增加到1.37克,年平均增幅为1.1%。土壤全磷含量从每千克0.38克增加到0.46克,年平均增幅为1.8%。土壤全钾含量由每千克20.9克增加到23.8克,年平均增幅为1.2%。氮、磷、钾养分在耕层的显著积累表明秸秆覆盖归还可增加土壤各养分库容量和养分供应潜力,为实现化肥减施的目标提供了重要的保障。

(七)秸秆覆盖免耕提高氮、磷、钾养分的活性。研究结果表明,从2007年到2018年,耕层土壤碱解氮含量由每千克104毫克增至112毫克;耕层土壤有效磷从每千克8.5毫克增加到20.9毫克;土壤耕层速效钾从每千克149毫克增加到191毫克。秸秆覆盖归还不仅增加了各养分库容量,同时也提高了养分活性,增加了土壤养分供应能力。

(八)秸秆覆盖免耕改善了土壤结构,提升了土壤生物功能。秸秆覆盖免耕5年后,秸秆覆盖免耕对土壤团聚体的组成和分布已产生了显著影响,秸秆覆盖免耕促进了土壤大颗粒大团聚体的形成,增加了团聚体的稳定性,改善了土壤结构。

(九)秸秆覆盖免耕可使土壤犁底层消失。和常规垄作处理相比,秸秆覆盖免耕处理5年后犁底层消失,使土壤穿透阻力迅速降低。通过深松消除犁底层是生产上极其重要的增产措施,但也是成本较高、动力需求较高的农事作业,秸秆覆盖免耕是目前成本最低的犁低层消除方案。

(十)降低生产成本,减少产量的年际间较大变动,提高农田的稳定生产能力及农民的种植效益。由于消除了干旱及倒伏等对玉米生产的影响,同时土壤肥力不断提高,试验地玉米生产力稳步提高。2007年试验地是当地的二等地,而目前该地块产量水平不断攀升,其中高产试验田2017、2018年连续两年玉米亩产量达到950公斤以上。同时该技术可以减少农机进地次数,减少燃油消耗及劳动力成本。根据本研究的历年平均数据算,每亩可节省成本100元,玉米产量每亩增加50公斤,每亩节本增效可达170元左右。

二、结论与展望

通过连续13年玉米秸秆覆盖免耕长期定位实验,我们利用农民难以处理的生产废弃物——玉米秸秆以及免耕技术,成功研究与示范了世界先进的玉米连作秸秆覆盖还田免耕技术。该技术可减少秸秆焚烧、沙尘暴、水土流失、面源污染带来的社会环境问题;基本消除或减缓干旱、倒伏等自然灾害对玉米生产的影响;促进土壤有机质的积累,提高土壤肥力、遏制黑土退化、提高化肥利用率,为实现减量施肥提供了肥力保障;在持续提高土地生产力的同时降低农民生产成本,实现了黑土地的保护及农业的生态绿色发展。

秸秆覆盖免耕技术适于春季较为干旱的地区,而在其他生态区,我们正在积极开展研究与示范不同类型的秸秆覆盖少免耕技术模式,以期尽快建立玉米连作、玉米大豆轮作、大豆等生产体系的秸秆覆盖少免耕技术体系。

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文章关键词: 黑土地 保护性耕作
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