黑土资源的可持续利用途径及配套农机技术

姜文达,刘羿廷,张秋萍,赵 峻

(通化市农业机械化技术推广中心,吉林 通化 134000)

0 引言

黑土资源是我国宝贵的土壤资源,是陆地稀缺的肥沃土壤种类,在我国仅分布于东北三省及内蒙古自治区等少数地区,我国黑土资源总面积约35.9万km2,约占全国耕地面积的26%～27%[1]。东北地区作为我国粮食安全的“压舱石”,改革开放以来农业产业得到了快速的发展,农业机械化实现了率先普及应用。在农业产出不断增加的同时,受人工开发、自然环境变化等多种因素影响,黑土资源的总量在不断减少,现有黑土耕地出现水土流失、耕层变薄、土壤酸化、周边污染等一系列问题。面对黑土资源退化的严峻问题,黑土资源保护与可持续利用成为国家对黑土耕作区农业生产的新要求,恢复黑土资源的自然活性,加强黑土资源治理,合理开展农机化生产成为现阶段农业生产的重要工作。

1 黑土耕地资源损耗问题

黑土资源的损耗表现出多样化特征,以吉林省为例,黑土资源的质量变化情况如图1所示,可见,具有原始地力特征的黑土地占比仅为16.79%[2],耕层结构劣化、土壤酸化、土壤盐碱化、耕层变薄等问题十分严峻,以上不利因素对耕地造成的影响包括水土流失、有机质含量降低、理化性质变化、土壤污染等。

图1 吉林省黑土资源退化情况及占比

1.1 水土流失加剧

近年来,黑土耕作区水土流失问题十分严重,受耕地开垦机械化作业、不良气候条件等因素影响,东北地区的黑土流失量可达1.3～1.9亿m3/年[3]。同时,水土流失造成耕层中的氮、磷、钾等养分不断流失。在机械化生产的推广实施下,轮式农业机械的频繁作业导致耕地犁底层加剧,土壤蓄水保墒能力降低,强降水导致的地表冲刷、土壤水蚀等不利影响更加显著,尤其对于坡地、山地等耕地环境,水土流失问题更为严峻。

1.2 有机质含量降低

有机质是黑土资源中最宝贵的组成成分,原始黑土资源中的有机质占比可达8%～11%,但随着农业开垦、化肥施用、秸秆焚烧等因素影响,黑土资源的有机质含量呈现快速下降趋势。以吉林省为例,通过对多地区土壤样本测定,现阶段黑土资源的有机质含量平均仅达到2.5%～3.5%,且仍处于缓慢下降趋势[4]。与此同时,土壤中的有益微生物减少,有害微生物占比逐渐增加,农作物产生病害概率逐渐提升。

1.3 耕层理化性质变化

受到降水及灌溉冲刷、农机化作业等多重因素影响,黑土耕层变薄趋势明显,且土壤孔隙度缩减,土壤容重缩减,土壤团粒结构遭受严重破坏,保肥能力严重下降。导致土壤的碳氮比失恒,产生矿化变异问题,部分耕地转换为盐碱地,不利于作物生长,还有部分地区因钾、镁等矿物质析出,导致土壤酸性变化,逐渐不适宜开展农业生产[5]。

1.4 耕层土壤污染

与我国大部分耕地情况相对比,黑土资源的耕层污染问题相对不显著,但是近年来在机械化植保、机械化作业的影响下,乐果叶面肥等农药化肥喷施及农机油料泄漏导致土壤中的有害金属逐渐增多。同时,受化肥过量应用的影响,土壤重金属化趋势明显,耕层土壤污染问题成逐渐成为不容忽视的黑土资源破坏问题。

2 黑土资源的可持续利用

可持续发展是我国农业产业发展的基本原则,对于黑土资源的高质量利用具有积极的促进作用。黑土地的可持续利用需要统筹规划,保证既不影响耕地生产力,又能实现土壤的绿色、保护性发展,准确评估农业生产特征、环境因素、地区地形等因素,分类针对性落实相关工作[6]。

2.1 强化政策性规划

加强黑土资源保护与可持续利用的政策规划,明确农业耕地的保护、利用、发展总规划,制定相关法律法规,禁止不当利用黑土耕地行为造成土壤退化,建设黑土资源保护技术示范区,试验验证配套技术的合理性,持续优化政策方案[7]。通过政策制定黑土耕地农业生产利用与生态保护的关系,明确农业种植、退耕保护、秸秆利用等政策方案,保证黑土地保护、利用的监督管理工作有法可依。同时明确政策扶持主流方向,强化优势农机作业补贴、保护性耕作补贴、秸秆利用补贴等有利于黑土资源保护的农业生产模式资金扶持,政策引领农民保护黑土资源的热情。

2.2 强化政府统筹管理

管理工作是规范实施黑土资源保护的有效手段,结合推行的法规、政策方案,做好政策落实与管理,根据政策方案监管黑土农田、黑土保护区等用地情况,避免滥用、违规开发问题产生,结合地区实际情况执行下列监管方案:1)对于已规划为黑土基本农田的区域,应严格用于粮食生产,并对贫瘠、退化的黑土耕地应用保护性耕作技术,严防耕地非农业使用;2)做好黑土资源的统筹,保证黑土地不继续退化减少,并通过管理监督逐步改善耕地质量,促进土壤肥力恢复;3)对于已规划定型使用的黑土地,若需临时占用或规划他用,须严格执行审批手续,并做到耕地面积的平衡与及时补充;4)监管落实有规划的农业生产耕作模式,需开展轮作、保护性耕作、深松作业的耕地,必须严格执行规划农艺和生产方案,确保耕地资源保护与农业生产实施并行[8]。

2.3 重视生态绿色建设

在开展农业机械化生产作业的过程中,还要兼顾黑土资源的生态保护,将农业生产的实施与黑土资源恢复及周边森林草原保护作为同等重要工作开展,重视绿色生态环保设施建设,严格控制农田开垦力度,禁止可能影响农田生态环境的恶劣行为。对于符合政策要求的耕地,全面实现退耕还田、还草、还湿,避免盲目开垦实施农业生产产生的黑土资源破坏。

2.4 改变传统生产模式

加强黑土地保护理念宣传和技术推广,提高农业生产经营者的黑土资源保护意识,遏制不合理农业生产方式造成耕地破坏,尽量减少粗放型生产的应用,并着重改善农业机械化生产及化肥使用等不合理生产模式。首先,尽量控制普通机械化耕作及传统的小型农机田间行驶对土壤造成的不利影响,避免大范围翻耕土壤造成黑土地水分散失、土壤沙化等严重问题,避免轮式农机反复进地作业造成土壤压实、孔隙度下降等不良问题;其次,提高对农业生产过程应用的有害物质监管,如高残留农药、有害化肥等,鼓励农民应用符合耕地保护的农药化肥,并强化应用生物杀虫剂、有机肥等替代传统生产模式;最后,农业机械化生产的模式和机型选择逐渐成为影响黑土地保护的关键因素[9]。

3 黑土资源保护配套农机技术

3.1 应用精确农机产品

应用先进的具有精确农业特征的农机产品,能够有效改善传统粗放型农机化生产造成的破坏耕地问题,利用先进的精确定位、作业监控、精确实施、精确控制等技术,能有效保证农业生产实施的精确性,避免生产过程产生过度翻耕、过量喷施农药、过量施用化肥等影响农田环境的问题。同时,利用先进精确作业技术,能够有效提高农业生产效率,减少农机田间作业时间,以及造成的农田压实等不利问题。

3.2 优选土壤耕作机械

土壤的过度翻耕是造成黑土耕地资源退化的关键因素之一,因此在开展机械化生产作业的过程中,应当结合耕作机械的发展趋势与新机型特征进行优化选型,结合地区生产特点,尽量减少机械翻耕对土壤造成的不利影响,为避免机具反复多次进地翻耕、整地等作业,可考虑引进联合整地机开展一次性作业。同时,合理应用深松技术改善土壤耕层结构,提高深层土壤蓄水透气能力,以此改善土壤中的微生物活性,逐渐提高土壤活力。应用机械深松技术在改善土壤透水、储水能力的同时还能有效减少水土流失,避免土壤侵蚀,有效减少土壤退化、沙化等问题[10]。

3.3 保护性耕作生产模式

保护性耕作是黑土资源保护的一个典型措施,近年来在东北地区得到广泛应用,不仅形成了系列化的农业生产新模式,也创新应用了符合保护性耕作作业特点的大量农业新机型。保护性耕作的特征是利用农作物秸秆粉碎后覆盖耕地表面,并直接开展机械化免耕播种作业,利用秸秆粉碎设备或联合收割机能够高效率、高质量的粉碎秸秆并抛撒于地表,利用免耕播种机能够实现在地表有秸秆及残茬的情况下直接进行机械播种作业。该模式利用秸秆覆盖层有效减少耕地水分蒸发,并提高对降水的积蓄能力,在一定程度提高抗旱能力,并减少水土流失。利用秸秆覆盖层的降解作用,能持续提高耕层中的有机质含量,免耕作业模式避免了土壤频繁的翻动,有利于土壤中的微生物和有益菌类增加,逐渐恢复黑土耕地地力,并实现长时间保护,具有良好的生态价值和农业生产可持续发展价值[11]。

4 结语

综上所述,黑土资源的可持续利用是我国东北地区、内蒙古地区等黑土耕作区的重要工作目标,需要政府管理部门与农业生产经营者和相关从业者的共同努力。面对黑土资源退化的不利形势,应加强顶层设计,统筹规划化黑土保护的工作方案,结合农业机械化生产特征,持续改善农业生产作业方式,应用如保护性耕作等新生产模式,结合新型农业机械装备改善耕地破坏问题,促进黑土地地力恢复,为东北农业可持续发展和环境长期绿色发展而不懈努力。