图为农机手正在黑龙江省宁安市黑土地保护示范区内进行玉米秸秆深埋还田作业。

资料图

    东北地区是我国重要的粮食生产基地，广袤的黑土地肩负着中国粮食安全的重任。近几十年来，高强度、高负荷的耕作使黑土地的肥力骤然下降，作物根系短浅、土壤板结硬化、表层水土流失严重，大自然赠予的宝贵黑土地“生病了”，而秸秆就是给黑土地治病的一剂天然又免费的“良方”。把灭茬粉碎后的秸秆撒在田地里，再翻至35厘米深的土层中，秸秆腐化前是透气又储水的土壤海绵，腐化后就是营养丰富的有机肥。

    近日，记者跟随中国科学院东北地理与农业生态研究所研究员韩晓增教授，来到位于黑龙江省海伦市的黑土地保护示范区，倾听他深耕黑土地30年的故事，探察黑土地保护的成效，见证秸秆还田的神奇魔法。

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    重用轻养：黑土地遭遇“亚健康”

    黑土是世界公认的最肥沃的土壤，我国东北黑土地作为世界三大黑土带之一，一直被视为我国的大粮仓。东北典型黑土区耕地面积约2.78亿亩，从上世纪50年代开始，由林草自然生态演变为人工农田生态。在过去很长一段时间，广阔的东北黑土地被誉为“北大仓”，黑黝黝的土壤颜色和大型农业机械就是农作物高质量、高产量的形象代言。但就是这种刻板印象，让农民忽视了黑土地的健康问题。

    “东北黑土地经过近几十年高负荷地开垦，现在已经出现了很多问题，最突出的就是土壤流失和黑土变黄，这背后反映出，我国东北黑土地已经进入了‘亚健康’状态。”韩晓增从上世纪80年代进入中国科学院东北地理与农业生态研究所起，就和东北广袤的黑土地打起了交道，这一打就是30年。“过去我们常讲，一两黑土二两油，不用上粪，打粮也不愁。多年来，我们对黑土地一直是重用轻养，却没有意识到，黑土地土壤有机质特别是表层的有机质含量，发生了剧烈的变化。”在东北粮食满仓的背后，黑土地理化性状变差，耕层厚度降低，耕地肥力逐渐减弱，不论是大雨小雨、春天秋天，犁底层像一块坚硬的石板，隔断了空气和水分。表层土壤留不住水，墒情变差、水土流失，北大仓有变回北大荒的危险。

    据农业部监测数据显示，近60年来，黑土地耕作层土壤有机质含量下降了13，部分地区更是下降了50%，辽河平原多数地区土壤有机质含量已经降到了20克公斤以下。“黑土地之所以肥沃，是几万年的自然馈赠，但肥力消失在近些年却是一件很容易的事情。国外的黑土地有很长时间的休耕期，但我国国情不一样，东三省地区除玉米、大豆轮作之外，还有2~3个月的小气候期，用来种植经济作物，土地基本没有休养生息的时间。”韩晓增向记者介绍道。当土壤肥力下降、作物产量跟不上时，农民首先选择的就是增施化肥，不仅增加了生产成本、降低了农产品竞争力，还对土壤环境、水环境造成威胁，甚至危害国家粮食安全。

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    试验示范：秸秆还田有利无害

    1985年，韩晓增就开始了他在黑土地上的试验，但是没想到，这试验竟做了30年。当年他在东北黑土地地区中部，选择了典型黑土地中的中厚黑土平整地块作为试验地，通过一组长期的定位试验，证明了自然黑土与农田土壤相互转化过程中肥力的可逆性。“自然的黑土地被开垦为农田后，由于高强度的种植而肥力减弱。如果让农田逐渐自然恢复，黑土地的主要肥力属性也可以恢复。”

    2005年，韩晓增开始研究秸秆还田对肥沃黑土地耕层的构建作用。通过长时间的试验，他发现养分的再循环是恢复黑土有机碳的有效手段，这种循环并不是长期在0~20厘米的土壤表层施化肥所能达到的。东北地区以种植玉米和大豆为主，每年秋收都会产生大量的秸秆，而这类看似废弃的秸秆却正是补充黑土有机质的免费原料。“秋季玉米成熟以后，利用联合收割机，一边收获玉米果穗，一边将秸秆均匀抛撒在田地里。随后用灭茬机将玉米的根茬和散落的秸秆进行深度破碎，并在粉碎的秸秆表层撒施一层有机肥，用犁壁犁将以上物质翻转90度，埋进35厘米深的土层中，再进行深松、耙地和起垄等工序，这就是秸秆深混、碎混还田技术。”

    韩晓增向记者介绍，秸秆深混、碎混还田关键技术具有很大的优势。他研究的秸秆还田技术主要以3年为一个周期，当季秸秆还田能基本满足土壤对有机质的平衡需求。在黑龙江省海伦市前进乡双泉村玉米秸秆全量还田技术示范区，玉米收获后，秸秆通过粉碎和深混，被埋入到0~35厘米的土层中间，不但增加了土壤的通透性，还使土壤的蓄水能力提高了60.5%。当春雨来临，秸秆遇水腐化，就能转化为有机质，既能促进作物生长、提高作物产量，又能提高肥料利用效率，维护黑土地健康。在黑龙江省垦区，秸秆还田率目前已高达90%，实施秸秆深混还田技术，每3年能提高土壤有机质含量0.05个百分点，耕层土壤渗透系数提高5~6倍。“与有机肥不同，秸秆是完全清洁的产品，不会带来重金属和抗生素的风险，秸秆进入农田百利而无一害。”他说。

    33年的埋头研究，韩晓增对黑土地抱有极深的感情。“对于已经退化的黑土地，尽管我们采用各种技术手段，但在我的有生之年还是很难看到这种自然景观的原初风貌和土壤属性。摸索一项原创性、前瞻性、实用性的技术也需要很长的时间，33年前我们并不知道这项技术能不能有效地保护黑土地、能不能得到社会的认可、能不能大面积推广，但我们一直在追求。”

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    保护模式：落地推广还需补贴跟进

    为加快黑土地保护，根据东北地区的种植业产业布局和气候条件，从2015年起，东北4省区17个县（市、区、旗）开展了黑土地保护利用试点项目，探索和总结了一批黑土地保护综合技术模式和保护运行机制。

    在黑龙江，韩晓增以肥沃耕层构建技术为核心，集成了翻耕、免耕、浅耕结合的玉米、大豆连作、轮作模式。“肥沃耕层构建技术的关键还在于将深耕、免耕和浅耕综合利用，以3年为一个周期的玉米连作模式为例，第一年全量秸秆翻耕深混，第二年全量秸秆免耕覆盖，第三年减量秸秆浅耕浅混，周期增产率能达到9.8%~12.3%。有条件地开展免耕，能让秸秆对0~5厘米土层的水分发挥更多的保护作用，边生产边保护，就能获得较好的产量和经济效益。”他说。

    海伦市前进乡胜利村示范区通过秸秆的粉碎深混，黑土耕作层增加到35厘米，农作物增产10%~20%，水分利用效率能提高15%以上，肥料利用率提高5个百分点，土壤有机质含量提高1%以上。该示范区“玉米—大豆”“玉米—大豆—大豆”、“玉米—玉米—大豆”轮作方式下的黑土地保护利用模式适合大多数东北黑土区，但从试点向大面积推广跨越的这一步，还有些难走。

    示范区和试验点大多因为财政支持，能够不计成本、精耕细作，所以取得了很好的效果。但培肥地力是一项需要长期坚持的事情，在大面积的推广中时间长、见效慢、成本高，吸引力就小。“推广需要考虑到成本和条件。目前的推广模式相对成本较高，看起来前期一次性投入较多，大型机械的购置、使用都需要财力、人力的支持，这恐怕是困扰技术和模式大面积推广的最大难题。”

    韩晓增给记者算了一笔账，以黑龙江省3年为一个周期的黑土地生产为例，每公顷常规浅耕耕种的3年成本是1350元；常规的秸秆粉碎还田3年成本是2025元，去除秸秆还田国家补贴后3年实际成本为1125元；而采用“翻、免、浅”结合的黑土地保护利用模式，3年成本共1875元，去除翻地和秸秆还田国家补贴后，3年实际成本仅为975元。也就是说，应用秸秆深混还田技术，每个周期每公顷可以减少150元的投入。

    “其实投入成本经过长期稀释以后并不高，秸秆还田、翻地以及农机购置都有各方面的补贴，地方政府也都有支持黑土地保护的专项资金。但从长期角度来看，国家补贴还不稳定，时多时少、时有时无，不能给农民信心，农民也就没有决心。”韩晓增认为，技术研究的落地、保护利用模式的推广，还需要从国家补贴入手，坚持黑土地保护的公益性，保持并加大财政投入力度，同时也可以发挥市场机制的作用，鼓励和引导社会资本的投入，为东北黑土地的健康发展贡献力量。

    从2015年开始，中央财政每年安排5亿元专项资金，在东北4省区的17个县（市、区、旗）实施黑土地保护利用试点，并总结出了黑土地质量提升的宝贵经验。此外，秸秆除了直接留茬还田外，还可以与“粮改饲”和有机肥增施相结合，发展奶牛、肉牛等草食畜牧业，实现秸秆的“过腹还田”，这些技术模式和治理成效，将在更大范围内推动黑土地的保护和利用。