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                  關于黑土地保護的認識和加強科技支撐的建議

                  【字體:

                    近期,作者參加了全國政協人口資源環境委員會組織的黑土地保護工程民主督察野外調研,根據調研情況,提出個人對黑土地保護的認識、看法和建議,希望黑土保護利用中的科技創新和支撐問題能夠引起更多關注和更廣泛討論。

                    一、保護黑土地的戰略意義

                    黑土土層深厚、有機質含量高,是全球土壤肥力最高和固碳能力最大的土壤類型。黑土面積約占全球陸地面積的7%,但糧食產出卻占全球產量的20%,因此黑土也是地球上極為珍貴的自然資源。全球黑土成片分布于四大區域:俄羅斯西南烏克蘭第聶伯河大平原、美國中北部密西西比河流域、南美阿根廷潘帕斯草原和中國東北的松嫩、松遼和三江平原。

                    中國東北黑土區面積約109萬平方千米,位列全球第三,僅次于俄羅斯西南烏克蘭第聶伯河大平原(約190萬平方千米)和美國中北部密西西比河流域(約120萬平方千米),大于南美阿根廷潘帕斯草原(約76萬平方千米)。世界范圍內,我國東北黑土的開墾歷史最短,利用強度最大。多年來由于缺乏配套的基礎設施建設以及受不合理耕作方式和種植制度單一等因素的影響,東北部分地區糧食增產正面臨著土壤風蝕和溝蝕加劇、土壤有機質下降、土壤壓實、投入報酬遞減等嚴峻挑戰。

                    黨中央、國務院高度重視東北黑土保護和農業可持續發展。2020年,習近平總書記在視察東北時強調,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”。現代土壤耕作技術發展過程就是盡量減少土壤機械耕作的負面效應,在實現各種農事和增產目標的同時,實現土壤資源的可持續利用。為了保護黑土高有機質的自然稟賦,維持和提高黑土基礎地力,防控黑土進一步退化,必須堅持保護優先、用養結合的原則。國家黑土地保護工程在保護中利用,在利用中保護,穩步提升黑土質量,是守住“中國糧,中國碗”戰略底線的重要保障,對實現鄉村振興和應對全球氣候變化均具有重要意義。

                    二、黑土地的開墾歷史與現狀

                    全球人口快速增長推動了國際糧食需求持續高漲,與此同時,全球變暖也加速了黑土的超速開墾。傳統農業土壤耕作是通過人力或機具攪動、切割、研磨、壓碎、打漿、翻轉和壓實土壤,實現曬垡土壤、平整苗床、除草除蟲、還田秸稈、施用化肥、調控溫度水分等農事目標,以滿足作物生長的需要。但土壤機械耕作不可避免地破壞土壤結構,破壞土壤動物和微生物生境,降低土壤抗蝕性、生物多樣性和生態服務功能,增加土壤有機質礦化速度以及溫室氣體和可溶性氮排放,增加犁底層的厚度和硬度,阻礙土壤剖面水分循環和根系下扎,最終導致土壤基礎地力下降。同時,土壤機械耕作消耗大量化石能源,增加農業成本。

                    全球黑土開發利用進程的加速,在不同時期和不同地區產生了不同程度土壤退化。19世紀20至30年代,過度開墾利用導致美國和俄羅斯的黑土地區出現大規模沙塵暴和旱災并引起饑荒。南美阿根廷潘帕斯草原是目前保護最好的黑土區,不過近些年潘帕斯草原的很多地區都被開墾成耕地,成為阿根廷大豆的主產區。已有報道表明,南美潘帕斯草原黑土也開始退化并呈加劇趨勢。

                    自20世紀中期以來,美國和俄羅斯在總結大規模開墾經驗與教訓的同時,通過推廣保護性耕作技術、建設農田防護林、采用糧豆輪作和糧草輪作休耕,減輕了土壤利用強度,基本控制了黑土退化。以美國為例,美國在20世紀30年代提出保護性耕作概念,現在保護性耕作技術已經成為美國的主流技術,玉米大豆種植地區覆蓋率最高達72%。全世界保護性耕作面積占總耕地面積的10%左右。保護性耕作就是播種時,前茬秸稈留田量大于30%或秸稈留田量每畝至少100公斤,耕作時采用免耕和條耕,結合地表殘茬覆蓋。免耕是指機械種植并配合地表覆蓋,對表土很少甚至沒有干擾;條耕是指在播種區域進行局部土壤耕作,減少田塊內耕作面積的比例。保護性耕作結合輪作,可以防止土壤侵蝕、泥沙和養分流失;改善土壤結構和減少土壤壓實,增加水分入滲和保水性;增加農田生物多樣性,提高土壤有機質和土壤健康狀況。

                    我國黑土大規模開墾始于20世紀初期,盛于20世紀50年代。在我國黑土地大規模開墾盛行的年代,耕作技術以人畜力壟翻為主,產量不斷提高的同時土壤有機質快速下降。60年代末出現了機械平翻,耕作深度增加,初期糧豆產量增產20%-30%,但多年深翻后出現糧食減產,這引發了人們關于土壤基礎地力消耗問題的思考。70年代末,黑龍江出現了間隔深松替代深翻耕,耕層結構虛實并存,實部貯水扎根,虛處透水通氣,該技術有一定增產效果,但更顯著的作用在于減少動力消耗和成本,提高經濟效益。80年代開始,出現以耙茬代翻耕、翻耙與原壟輪換免耕代替連年翻耕。90年代,出現了寬窄行留茬、秸稈全量覆蓋壟側、平作免耕播種,以及玉米大豆輪作等保護性耕作措施。本世紀以來,國家開展了黑土地少耕免耕實踐和侵蝕溝專項治理行動,但是目前普遍采用春季復式整地機具進行翻耕、旋耕、破碎、起壟、播種,加劇土壤風蝕。此外,由于缺少秸稈覆蓋,在凍融水和暴雨沖刷下也容易形成坡地水土流失;嚴重時甚至在坡地形成侵蝕溝,導致坡面景觀破碎并限制農機田間作業。

                    總體來說,我國黑土地開墾時間短、強度大,且缺乏配套的基礎設施建設,導致生態涵養地缺失,防風林不健全,坡耕地、機耕道和排水系統不完善;種植制度單一,農田景觀結構和生態系統多樣性穩定性低。此外,長期種植過程中高強度的機械耕作,不僅直接導致土壤因壓實而耕層變淺,犁底層變厚變硬,而且間接導致土壤有機質礦化、有機質的數與量同時下降,增加溫室氣體排放,進而使得土壤結構和土體構型退化,土壤易澇易旱。黑土地廣闊的漫川漫崗地形以及高緯度寒溫帶氣候特征,使得春耕時風蝕加重,侵蝕溝加速發育。高寒地區作物品種過度利用積溫,導致農機作業條件差、作業時間緊,加劇土壤結構退化,促進了風蝕、水蝕和壓實。大豆種植面積壓縮,有機肥源不足,秸稈還田不充分,養地措施不斷弱化,最終導致糧食產量中土壤的貢獻率下降、化肥農藥的貢獻率增加,出現所謂的土壤基礎地力下降的現象。黑土區化肥農藥施用量增加和不科學使用,加劇了土壤酸化、水體富營養化和生物多樣性損失,導致該區域逐步陷入生產成本增加而報酬遞減的惡性循環。因此,近半個世紀來,掠奪式經營使得我國黑土地出現了“變少” 、“變薄” 、“變瘦”、 “變硬”的現象,導致土壤基礎地力下降,生產成本增加,農民邊際收益降低,碳排放和環境污染壓力增加。

                    三、保護黑土地的科技需求

                    《東北黑土地保護規劃綱要(2017—2030年)》明確黑土地保護范圍為東北典型黑土區內2.78億畝的耕地,到2030年要實施黑土耕地保護2.5億畝。《東北黑土地保護性耕作行動計劃(2020—2025年)》明確到2025年實施以少免耕秸稈還田為主要內容的保護性耕作1.4億畝。《國家黑土地保護工程實施方案(2021—2025)》明確2021—2025年將通過土壤侵蝕防治、農田基礎設施建設、肥沃耕作層培育等措施實現黑土耕地保護利用面積1億畝,其中包括建成標準化示范面積1800萬畝和高標準農田5000萬畝。到“十四五”末黑土地保護區耕地質量明顯提升,有效遏制黑土耕地“變薄、變瘦、變硬”退化趨勢,防治水土流失,基本構建形成持續推進黑土地保護利用的長效機制。

                    由于長期缺乏系統性科技投入,黑土地保護科技成果積累較少。加之黑土地區緯度高、氣候冷涼,屬于典型的生態脆弱帶,地形、土壤類型和種植方式復雜多樣,按計劃5-10年內如此大范圍內實施黑土地保護工程亟需強有力的科技創新和科技推廣應用體系創新。因此,“十四五”期間國家將加大科技攻關投入,以黑土地保護、糧食安全和農民增收為核心任務,建成黑土耕地質量空天地一體化智能監測網絡,摸清底數;突破黑土地“保、育、用”互作與協同重大基礎理論;攻克黑土退化阻控、地力培育和作物持續豐產高效等關鍵核心技術,建立黑土地保護與利用集成技術體系,實現土壤保護、地力提升、永續利用;建成國際領先水平的黑土地研究中心、綠色智能的現代農業科技展示區、用養協同的規模化糧食生產基地,鞏固黑土地國家糧食安全“壓艙石”的地位。

                    通過全國政協人資環委組織的黑土地保護工程民主督察野外調研,我們看到了黑土保護科技攻關的穩步推進。與此同時,經過此次調研,我們認為在如此短的時間、如此大面積地實施黑土地保護工程,科技支撐方面還存在以下幾個問題:

                    一是缺少區域性學術和數據交流平臺。對黑土地質量底數和邊界認識不清,對保護與利用、用地與養地的關系,特別是對土地利用強度改變方向、環境承載力和安全保護邊界等認識不全面;對現行、現試技術的破壞性、修復性、保護性、保育性缺乏共識。

                    二是缺少科技攻關目標頂層設計。對修復性、保護性和降低利用強度的技術重視程度不夠;對田間秸稈管理、有機肥使用、土壤耕作和輪作技術創新比較重視,對短生育期作物育種、區塊化糧豆輪作、定產定肥精準管理、農田景觀結構改造、機耕道和管排水系統等基礎設施建設等技術創新考慮較少。

                    三是缺少多點聯網比較研究。創新技術的區域差異及其適應期長短差異的認識不深刻;創新技術的推廣條件、適宜范圍以及與土地集約化發展方向結合度考慮不充分。雖然保護性耕作具有防止土地退化的巨大潛力,在土壤質地較輕和干旱嚴重的東北西部和南部松遼平原取得一定的效果,但在東北地區推廣應用面積仍然較小。

                    四是缺少核查和監督相結合的設計。由黑土地高強度掠奪式利用轉變為保護性可持續利用需要幾年的適應過程,單獨以實施目標作為考核手段,可能出現以偏概全、操之過急或弄虛作假現象。而黑土保護工程實施過程的核查和監督,則可以考慮田間農機作業過程和區域內農事相關的大數據收集和應用。

                    四、保護黑土地的科技支撐建議

                    就黑土地保護科技支撐的有效解決途徑,特提出如下建議:

                    一是建立國家級黑土保護和利用領導小組、專家委員會和交流平臺。凝聚保護利用黑土的共識,強化黑土保護和利用科技攻關頂層設計。協調中國農業科學院、中國科學院、中國農業大學以及地方院校和科研機構間的競合關系,分區落實科技攻關和支撐任務。建立黑土保護技術和健康產品認證和推薦制度、保護工程實施過程和績效核查相結合制度、以及科技特派員制度,強化科技創新的組織化和科技支撐的效率。 

                    二是在國家科技黑土地保護和利用攻關計劃和中國科學院前瞻性項目“黑土糧倉”實施的基礎上,提出縣域性黑土地保護利用的空間規劃。提供保護和利用的優先序列,以及可推廣的技術名錄及技術規程。通過高標準農田建設、科技示范區和示范縣建設,結合保護性耕作等目標獎勵機制的實施,提高農民積極性,結合土地流轉,加速推進技術實施進程,提升實施效果。

                    三是加強法律法規建設,促進黑土保護利用技術創新以及規模化推廣應用。改進糧豆統計口徑,推進區域或區塊化“紅綠燈”制式的用養結合的糧豆輪作耕作制度建設,促進更大規模的用地養地結合的土地利用模式;優化配置農機和農資投入,配套保護性耕作技術體系,實現秋季作業,避免春季作業;推進農業固碳減排和面源污染防控。

                    作者:張斌,中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所二級研究員

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