科技支撑黑土地保护

文|本刊记者杨阳

“捏把黑土冒油花，插双筷子也发芽。”这句乡言俗语，形象描绘出了黑土地的富饶。

2021年12月20日，黑土地这个“耕地中的大熊猫”迎来专门立法——黑土地保护法草案提请十三届全国人大常委会第三十二次会议审议。草案第一条明确了立法目的——为了特殊保护宝贵、珍稀的黑土地资源，稳步恢复提升黑土地基础地力，促进资源可持续利用，维护生态系统平衡，保障国家粮食安全。

东北黑土地：粮食生产“压舱石”

黑土地是地球上珍贵的土壤资源，是指拥有黑色或暗黑色腐殖质表土层的土地，是一种性状好、肥力高、适宜农耕的优质土地。黑土层的发育经历了第四纪全新世以来长达万年以上的漫长过程，是十分宝贵的资源。

我国东北平原是世界四大黑土区之一，总面积109万km2，位列全球第三，其中典型黑土地耕地面积1853.33万hm2，其范围北起大兴安岭，南至辽宁省南部，西到内蒙古东部的大兴安岭山地边缘，东达乌苏里江和图们江，行政区域涉及辽宁、吉林、黑龙江以及内蒙古东部的部分地区。

2020年12月28日，习近平总书记在中央农村工作会议上指出，“要把黑土地保护作为一件大事来抓，把黑土地用好养好”。2021年中央一号文件提出“实施国家黑土地保护工程，推广保护性耕作模式”。

为什么黑土地保护能上升为国家战略？

东北黑土地是我国最重要的商品粮基地，其粮食产量和粮食调出量分别占全国总量的1/4和1/3，东北黑土地已成为我国粮食生产的“稳定器”和“压舱石”，为我国粮食安全提供了重要保障。保护黑土地，是守住“谷物基本自给、口粮绝对安全”战略底线的重要保障，对于保障国家粮食安全和加强生态修复具有十分重要的意义。

黑土退化之殇

“捏把黑土冒油花，插双筷子也发芽。”这句乡言俗语，形象描绘出了黑土地的富饶。但是近年来，东北黑土地退化问题凸显，引起了广泛关注。

多年来由于缺乏配套的基础设施建设以及受不合理耕作方式和种植制度单一等因素的影响，东北部分地区粮食增产正面临着土壤风蚀和沟蚀加剧、土壤有机质下降、土壤压实、投入报酬递减等严峻挑战。东北黑土退化已经威胁粮食安全，每年平均流失0.3～1.0 cm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。

东北黑土地的数量在减少。据中国水土保持公报2019年数据，东北黑土地水土流失面积21.87万km2，占黑土地总面积的20.11%。水土流失主要来源于3O～15O的坡耕地，占黑土地水土流失总面积的46.39%；其中60%以上的旱作农田发生了水土流失问题，黑土层正以年均0.1～0.5 cm的速度剥蚀流失。在坡耕地和风蚀区，由于水流和风的驱动导致的黑土层迁移后土壤退化，被称为“迁移退化”。同时，城镇化、工业化的发展也加剧了黑土地面积的缩减。

东北黑土地的质量在下降。东北黑土地存在的最大问题是土壤退化，黑土在变“瘦”。据中国科学院发布的《东北黑土地白皮书（2020）》中数据，近60年来，黑土耕作层土壤有机质含量下降了1/3，部分地区下降了50%。1980—2011年，东北黑土地是我国旱地土壤有机碳唯一表现为下降趋势的地区。据相关研究表明，黑土地开垦最初20年有机质含量下降约为30%，40年后下降50%左右，70～80年后下降65%左右。黑土层有机质含量下降，会导致黑土层“原位退化”。长期耕作导致土壤微生物活性大幅降低，不利于土壤中有效养分的转化；不合理的耕作方式导致土壤一系列物理性状恶化，土壤压实，土壤耕作层逐渐变薄。

国际上黑土地的保护性耕作技术

世界上有四大黑土区，一块分布在北美洲密西西比河流域，面积约120万km2，一块分布在乌克兰大平原，面积约190万km2；一块分布于我国东北平原的东北黑土区，面积约103万km2，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，76 万 km2。

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，20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 km，南北宽1500km，高3.2 km的巨大的移动尘土带。当时空气中含沙量达40 t／km3。风暴持续了3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hm2以上。大量的砂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300~500mm。估计，在400万hm2的耕地上，被刮到天空的砂土总量约有9.6亿t至12.8亿t。

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20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。

科技创新：用好养好黑土地的根本途径

为了保护好这块珍贵的黑土地，我国陆续出台相关规划和行动计划。《东北黑土地保护规划纲要（2017—2030年）》明确黑土地保护范围为东北典型黑土区内2.78亿亩（1亩≈667m2）的耕地，到2030年要实施黑土耕地保护2.5亿亩；《东北黑土地保护性耕作行动计划（2020—2025年）》明确到2025年实施以少免耕秸秆还田为主要内容的保护性耕作1.4亿亩。

科技创新是用好养好黑土地的根本途径。我国黑土地科技创新已经具备一定基础，建立起一批黑土地保护模式。

在松嫩平原南部薄层黑土区，中国科学院与农业生态研究所、沈阳应用生态研究所联合中国农业大学，提出了黑土地保护性耕作“梨树模式”。保护性耕作是促进黑土地土壤可持续利用的主要技术，是一种“为减少土壤侵蚀，任何能保证在播种后地表作物秸秆残茬覆盖率不低于30%的耕作和种植管理措施”。

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。

黑土地

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。

2020年7月22日，习近平总书记在视察吉林时指出：“要认真总结和推广‘梨树模式’，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”。

中国科学院东北地理与农业生态研究所提出了适合黑龙江省黑土地保护利用的“龙江模式”，包括松嫩平原中东部和三江平原大部分地区的“黑土层保育模式”、松嫩平原中部的“黑土层培育模式”、松嫩平原西部的“松免结合的保护性耕作模式”、环大小兴安岭和张广才岭的“坡耕地控蚀增肥模式”。

为落实“十四五”期间国家科技创新有关部署安排，围绕国家重大需求，2021年科技部启动实施“十四五”国家重点研发计划“黑土地保护与利用科技创新”重点专项，专项聚焦用好养好黑土地这一珍贵资源，阐明黑土地保护利用重大科学问题，研发监测监控及保护利用技术、产品与装备。

“十四五”期间，我国将完成1亿亩黑土地保护利用任务，黑土耕地质量明显提升，旱地耕作层达到30cm以上、水田耕作层达到20~25 cm，土壤有机质含量平均提高10%以上——这是2021年7月农业农村部、国家发展改革委、财政部、水利部、科技部、中科院、国家林草局等七部门联合印发的《国家黑土地保护工程实施方案（2021-2025年）》（以下简称《方案》）提出的黑土地保护明确目标。

《方案》明确2021-2025年将通过土壤侵蚀防治、农田基础设施建设、肥沃耕作层培育等措施实现黑土耕地保护利用面积1亿亩，其中包括建成标准化示范面积1800万亩和高标准农田5000万亩，到“十四五”末，黑土地保护区耕地质量明显提升，有效遏制黑土耕地“变薄、变瘦、变硬”退化趋势，防治水土流失，基本构建形成持续推进黑土地保护利用的长效机制。

展望未来，黑土地的保护必将获得巨大的生态效益、经济效益和社会效益。