东北黑土保护与利用的“梨树模式”

文/关义新 中国科学院东北地理与农业生态研究所

黑土是大自然给予人类的得天独厚的宝藏，是一种性状好、肥力高，非常适合植物生长的土壤。2020年7月，习近平总书记视察吉林时指出，“采取有效措施切实把黑土地这个‘耕地中的大熊猫’保护好、利用好，使之永远造福人民”。

梨树县农业技术推广总站、中国科学院沈阳应用生态研究所和东北地理与农业生态研究所、中国农业大学等科研院所，以及相关农机生产企业，在分析总结美国、加拿大等国家免耕栽培技术研究与应用的基础上，创建东北黑土保护与利用的“梨树模式”。

国际上黑土地的保护性耕作技术

世界上有四大黑土，一块分布在北美洲密西西比河流域，面积约120万平方公里；一块分布在乌克兰大平原，面积约190万平方公里；一块分布于我国东北平原的东北黑土区，面积约103万平方公里，是被誉为“北大仓”的我国重要的商品粮基地；一块分布在南美洲阿根廷连至乌拉圭的潘帕（Pampa）大草原，面积约为76万平方公里。东北黑土地是我国最重要的优质商品粮基地，占全国粮食总产量1/4；提供了占全国33%的调出商品粮，是保障我国粮食安全的“压舱石”。

耕地是粮食生产的“命根子”，东北的黑土退化已经威胁粮食安全，由于掠夺式开发利用、管理方式落后，导致东北黑土退化严重。每年平均流失0.3～1.0厘米厚的黑土表层，有机质以每年1/1000的速度递减；同时，黑土地还面临高寒风沙、重度盐碱、白浆化、连作障碍、农药残留污染等土壤质量和健康退化过程。

世界上其他三块黑土地，也曾遇到过度开垦后的土壤侵蚀及退化问题。由于连年犁耕秸秆翻埋，加上气候干旱，上个世纪30年代，美国大平原向东和向南的大风卷起沙尘，形成巨大的深色云雾。1934年5月12日，一场巨大的风暴席卷了美国东部与加拿大西部的辽阔土地。风暴从美国西部土地破坏最严重的干旱地区刮起，狂风卷着黄色的尘土，遮天蔽日，向东部横扫过去，形成一个东西长2400公里，南北宽1500公里，高3.2公里的巨大的移动尘土带。当时空气中含沙量达40吨/立方千米。风暴持续了三天，掠过了美国2/3的大地，3亿多吨土壤被刮走，形成了震惊世界的“黑风暴”事件。

1960年两次黑风暴，使前苏联垦荒地区的春季作物受灾面积达 400万公顷以上。大量的沙土淤塞了许多灌溉水渠，毁坏了大片的庄稼和田地。不少耕地肥沃的表土层被刮走，有的被刮走的土层厚度达300～500毫米。估计，在400万公顷的耕地上，被刮到天空的沙土总量约有9.6亿至12.8亿吨。

为保护黑土地免受侵害，以美国为首的国家率先投入大量科研力量，研究土壤保护与利用技术。围绕合理规划土地和建立科学耕作制度等开展研究，大举营造农田防护林，采取保土轮作、秸秆覆盖还田少耕、免耕技术，研发了用于免耕播种的专用播种机具、少耕机具，实施黑土保护与利用。目前，北美的黑土保护取得了显著效果，土壤肥力及土地生产能力得到很大的恢复，成为世界上最肥沃的黑土区。乌克兰在上个世纪中期，通过发展轮作、休耕及秸秆覆盖少免耕技术，黑土退化一度得到了较好控制，但由于乌克兰近年来国民经济大幅滑坡，除一部分黑土处于休耕状态外，由于机械老化，黑土保护工作处于停顿。位于南美潘帕（Pampa）大草原的阿根廷和巴西，由于采取了大豆玉米等作物的轮作、休耕及秸秆覆盖还田免耕播种等技术，黑土退化也得到了有效遏制。

总之，经过60多年的研究和实践，国际上形成了以作物轮作、周年地表覆盖和少免耕为主的保护性耕作技术体系，成功地遏制了黑土地持续退化趋势。

针对我国黑土情况的“梨树模式”

在世界60多年的保护性耕作研究与实践中，针对不同的生产环境，形成了多种黑土保护与利用协同并重的技术。如针对干旱及风蚀严重区域的秸秆覆盖免耕技术、针对低温湿润地区的条耕技术与覆盖耕作技术、针对高寒及低洼地区的垄作少耕技术等等。不同的生态类型区，往往是多种技术共存，但主体技术有显著差异。

借鉴国外成功的经验，在我国示范推广保护性耕作，是我国黑土保护与利用的首选。在我国人多地少、国家粮食安全压力大的基本国情下，实施轮作休耕难度较大。由于种植比较效益的问题，大豆玉米轮作模式难以取代玉米连作。在长期家庭土地承包制度下，坡耕地打破耕地垄向实施等高种植的难度较大。因此在我国东北，实施保护性耕作技术是黑土保护与利用的首选技术。

2001年，中国科学院东北地理与农业生态研究所在吉林省德惠市开展保护耕作的研究。2007年，中国科学院东北地理与农业生态研究所和中国科学院沈阳生态研究所在吉林省梨树县等地开展了保护性耕作研究，相继研发了免耕播种机、秸秆覆盖免耕技术、宽窄行秸秆覆盖免耕技术、秸秆覆盖条带耕作技术、秸秆覆盖垄作少耕技术、秸秆覆盖免耕滴灌技术，在农业农村部及辽宁、吉林、黑龙江政府，特别是吉林省政府的政策引导和推动下，进行了大面积的示范推广耕作，形成了黑土保护与利用的“梨树模式”。

什么是“梨树模式”？简单来说，“梨树模式”指的是在东北地区秸秆全量覆盖，免耕播种，达到保持土壤水分、防治土壤风蚀水蚀、培肥土壤肥力、减少土壤耕作、节约成本等多种功效为一体的、环境友好的农业种植技术模式。“梨树模式”的核心就是以秸秆覆盖少免耕为核心的保护性耕作技术，减少黑土地耕层土壤扰动。同时秸秆覆盖还田，增加地表覆盖。这在降低侵蚀、蓄水保水、改善土壤生物性状、提高有机质、培肥地力、保护环境、节能减排、稳产高产、节本增效等方面效果明显。

其中，秸秆覆盖均匀垄免耕技术，适于西部风蚀干旱低产区；宽窄行秸秆覆盖免耕技术，适宜中部半干旱半湿润区的高产区；秸秆覆盖条带耕作技术适于中部高产区、东部山区及北部低温冷凉区；秸秆覆盖免耕滴灌技术适于西部干旱灌溉区；秸秆覆盖垄作免耕技术适于高寒及低洼易涝地区。

梨树县地处松辽平原腹地，土壤以黑土、黑钙土为主，耕地面积396万亩，其中玉米种植面积320万亩，是全国粮食生产大县。连续14年的秸秆全量覆盖还田免耕试验证明，玉米秸秆覆盖免耕显著促进了土壤有机质的积累，遏制了黑土退化、提升黑土功能；改善了土壤养分循环，降低养分损失、提高化肥利用率；提高了土壤水分保蓄能力、增加降水截获、减少土壤蒸发，可实现抗旱节水和雨养农业的可持续发展；解决了秸秆焚烧问题、降低面源污染，实现黑土地的保护及农业的生态绿色发展。

推广“梨树模式”让黑土地永远造福人民

习近平总书记2020年7月22日在梨树县视察时指出：梨树这种秸秆覆盖还田的模式，相对其他秸秆还田方式，还有抗旱、抗倒伏，防治风蚀、水蚀的优点，要认真总结，因地制宜，加速推广。

当前，黑土退化问题已非常严峻，不仅导致农业生产效益降低，更导致了一系列严重的生态环境问题。防止东北黑土退化、恢复和重建黑土的高产高效生产功能，是东北粮食主产区农业和经济发展急需解决的重大问题。对此，选择在黑土地上运用“梨树模式”，就是要通过实施保护性耕作技术来保护好、利用好珍贵的黑土地。

“梨树模式”运用在黑土地上，不仅仅能够节约成本和稳定高产，还可以在减少侵蚀、蓄水保墒、改善土壤物理－生物－化学性状、培肥土壤等方面大有作为。

风蚀和水蚀不仅恶化环境，而且带走大量肥沃的表土，是土地退化的主要原因。秸秆覆盖在地表，等于给大地盖上一层被子，刮风下雨时，减少了风或水对土壤的侵蚀，实施保护性耕作平均可减少土壤流失80%左右。

秸秆覆盖和免耕增强了土壤的蓄水功能，提高了作物对土壤水分的利用率及抗旱能力。一方面，显著减少了土壤水分蒸发，提高土壤对作物的有效供水量；另一方面，可消除犁地层，增加有效土壤孔隙度，使其具有较高的入渗能力和保水能力，将雨水更多保持在深厚的土层内，这样能促使更多的根系下扎。

秸秆中含有大量的新鲜有机物料，在归还于农田之后，经过一段时间的腐解作用，就可以转化成有机质和速效养分。既能改善土壤理化性状，又可供应一定的氮磷钾等养分，尤其是可以大量供应钾素。秸秆全覆盖免耕5年后，土壤有机质可以增加20%左右，减少化肥使用量20%左右。

秸秆腐烂土壤有机质含量提高，有益生物增多，土壤结构得到了改善，肥料利用率提高。在这些有利因素的综合作用下，可以保持持续稳产高产，在干旱年份基本不受旱灾影响，具有明显的增产作用。梨树镇高家村10年的定位试验中，一般平均产量比对照高出5%～10%左右。同时，与两次甚至多次的土壤耕作相比，免耕播种作业环节少、费用低，每公顷可节约成本1000元～1400元，劳动强度也明显降低。

“梨树模式”作为主要的、核心的技术推广模式，将这些项目地整合起来，从建设内容、技术措施、工作方法等方面进行有效衔接，取得了较好的效果。通过梨树县农村合作社或农机大户建立了100个核心示范区、与科研院校的农业专家一起开设微信科技大讲堂等活动，集思广益，从技术层面解决各地“梨树模式”的实施过程中遇到的各种问题。如今，“梨树模式”累计推广应用面积已经突破1500万亩。