東北黑土區(qū)是我國最重要的商品糧基地之一，是維護國家糧食安全的“壓艙石”。然而，受全球氣候變化、生態(tài)環(huán)境退化和長期高強度開發(fā)利用的影響，黑土地出現(xiàn)了嚴(yán)重退化現(xiàn)象。防止東北黑土退化，實現(xiàn)黑土地可持續(xù)利用，是東北糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展急需解決的重大問題。

示意圖：保護性耕作給東北黑土地帶來的變化

黨中央、國務(wù)院和各級政府高度重視東北黑土地保護和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，明確要求要采取工程、農(nóng)藝、生物等多種措施，調(diào)動農(nóng)民積極性，共同把黑土地保護好、利用好。2017年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部會同多部委編制了《東北黑土地保護規(guī)劃綱要（2017—2030年）》，明確了保護黑土地的總體要求、重點任務(wù)、關(guān)鍵技術(shù)模式和保障措施。其中，保護性耕作是指在地不翻耕、地表有秸稈覆蓋的情況下，直接免耕或少耕播種，由于其保水保土、節(jié)本增效等多重效應(yīng)，已被眾多國家所接受和推廣。

日前，東北黑土地保護高端論壇暨第五屆梨樹黑土地論壇在吉林省長春市召開，聚焦黑土地上保護性耕作的應(yīng)用和推廣。與會領(lǐng)導(dǎo)、專家多方建言獻策，以期實現(xiàn)在保護中利用、利用中保護黑土地。本期我們選登部分主題報告與您分享。

玉米秸稈覆蓋免耕，給黑土地帶來十大變化

中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所研究員　張旭東

東北糧食主產(chǎn)區(qū)耕地面積4.5億畝，占全國耕地總面積的22.2%，是國家最大的商品糧基地。然而持續(xù)的土壤退化嚴(yán)重威脅東北商品糧基地的糧食生產(chǎn)能力。與開墾前相比，土壤耕層的有機質(zhì)含量下降了50%-60%，黑土層平均厚度由50-60厘米下降到30厘米左右。

2007年起，由中國科學(xué)院牽頭采用“產(chǎn)-學(xué)-研”結(jié)合，以及“科研-生產(chǎn)-企業(yè)”相結(jié)合的模式，開創(chuàng)了農(nóng)藝-農(nóng)機聯(lián)合攻關(guān)研究的典范，在東北黑土區(qū)開展了13年的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用推廣工作，建立了一整套玉米秸稈覆蓋少免耕全程機械化技術(shù)模式，促進了免耕播種機等產(chǎn)業(yè)的升級和發(fā)展。研究和示范結(jié)果證明，秸稈覆蓋和免耕或少耕的結(jié)合可以有效保護土壤，增加土壤有機碳的固持、提高土壤肥力和生產(chǎn)力，保證東北黑土的高效可持續(xù)利用。

一、試驗結(jié)果

吉林省梨樹縣高家村連續(xù)13年（2007-2019）秸稈覆蓋免耕試驗結(jié)果表明：

（一）13年連續(xù)試驗證明，研究建立的《秸稈覆蓋少免耕全程機械化技術(shù)》解決了秸稈還田下的播種機田間管理的難題。最低成本實現(xiàn)連續(xù)多年秸稈全量還田，解除了農(nóng)民“秸稈處理難”的問題。

（二）秸稈覆蓋免耕是防止水土流失（風(fēng)蝕和水蝕）、保護土壤最有效的手段，表土侵蝕量減少80%以上。如果東北地區(qū)全部采用秸稈覆蓋免耕技術(shù)可基本消除本地沙塵暴的產(chǎn)生。

（三）秸稈覆蓋免耕可以增加土壤蓄水50-60毫米降水，基本免除干旱對試驗地生產(chǎn)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，秸稈在地表覆蓋可不同程度地消除地表徑流，和常規(guī)耕作相比，降雨的滲透率平均增加30%以上，地表蒸發(fā)降低40%以上。此外，由于犁底層消失，水分下滲和保持能力增強。在400-550毫米年降雨量的梨樹試驗田，每年由于蓄水保墑相當(dāng)于土壤增加50-60毫米的降雨。2017和2018年東北地區(qū)經(jīng)歷了幾十年一遇大旱，常規(guī)壟作處理的表層土壤含水量僅約為4%，而秸稈覆蓋免耕處理下的土壤含水量約為18%，2018年在全省玉米普遍減產(chǎn)的情況下，試驗田獲得大豐收，獲得了畝產(chǎn)950公斤的歷史最高產(chǎn)量。

（四）秸稈覆蓋免耕減少了倒伏災(zāi)害對玉米生產(chǎn)的影響。2012年臺風(fēng)“布拉萬”襲擊了東北，試驗地周邊所有地塊玉米均100%嚴(yán)重倒伏，而秸稈覆蓋免耕試驗地只有15%左右的玉米傾斜，基本沒有倒伏。而之后連續(xù)多年的試驗表明，秸稈覆蓋免耕可有效防止玉米根倒，減少大風(fēng)災(zāi)害，特別是強臺風(fēng)對玉米生產(chǎn)的影響。

（五）秸稈覆蓋免耕促進了耕層土壤有機質(zhì)的積累，提高土壤肥力。從2007年到2018年，耕層土壤有機質(zhì)由每千克22.5克增加至24克，年均增加幅度為0.5%-0.7%。另外，13年試驗結(jié)果表明土壤有機碳增加10%以上，年增加量在0.1%左右。

（六）秸稈覆蓋免耕增加了氮、磷、鉀養(yǎng)分在耕層的積累。作為重要的養(yǎng)分資源，秸稈全量歸還每年向土壤輸入的氮、磷、鉀數(shù)量相當(dāng)于當(dāng)?shù)鼗适┯昧康?5%、30%和200%。2007年到2018年，耕層土壤全氮含量由每千克1.21克增加到1.37克，年平均增幅為1.1%。土壤全磷含量從每千克0.38克增加到0.46克，年平均增幅為1.8%。土壤全鉀含量由每千克20.9克增加到23.8克，年平均增幅為1.2%。氮、磷、鉀養(yǎng)分在耕層的顯著積累表明秸稈覆蓋歸還可增加土壤各養(yǎng)分庫容量和養(yǎng)分供應(yīng)潛力，為實現(xiàn)化肥減施的目標(biāo)提供了重要的保障。

（七）秸稈覆蓋免耕提高氮、磷、鉀養(yǎng)分的活性。研究結(jié)果表明，從2007年到2018年，耕層土壤堿解氮含量由每千克104毫克增至112毫克；耕層土壤有效磷從每千克8.5毫克增加到20.9毫克；土壤耕層速效鉀從每千克149毫克增加到191毫克。秸稈覆蓋歸還不僅增加了各養(yǎng)分庫容量，同時也提高了養(yǎng)分活性，增加了土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力。

（八）秸稈覆蓋免耕改善了土壤結(jié)構(gòu)，提升了土壤生物功能。秸稈覆蓋免耕5年后，秸稈覆蓋免耕對土壤團聚體的組成和分布已產(chǎn)生了顯著影響，秸稈覆蓋免耕促進了土壤大顆粒大團聚體的形成，增加了團聚體的穩(wěn)定性，改善了土壤結(jié)構(gòu)。

（九）秸稈覆蓋免耕可使土壤犁底層消失。和常規(guī)壟作處理相比，秸稈覆蓋免耕處理5年后犁底層消失，使土壤穿透阻力迅速降低。通過深松消除犁底層是生產(chǎn)上極其重要的增產(chǎn)措施，但也是成本較高、動力需求較高的農(nóng)事作業(yè)，秸稈覆蓋免耕是目前成本最低的犁低層消除方案。

（十）降低生產(chǎn)成本，減少產(chǎn)量的年際間較大變動，提高農(nóng)田的穩(wěn)定生產(chǎn)能力及農(nóng)民的種植效益。由于消除了干旱及倒伏等對玉米生產(chǎn)的影響，同時土壤肥力不斷提高，試驗地玉米生產(chǎn)力穩(wěn)步提高。2007年試驗地是當(dāng)?shù)氐亩鹊?，而目前該地塊產(chǎn)量水平不斷攀升，其中高產(chǎn)試驗田2017、2018年連續(xù)兩年玉米畝產(chǎn)量達到950公斤以上。同時該技術(shù)可以減少農(nóng)機進地次數(shù)，減少燃油消耗及勞動力成本。根據(jù)本研究的歷年平均數(shù)據(jù)算，每畝可節(jié)省成本100元，玉米產(chǎn)量每畝增加50公斤，每畝節(jié)本增效可達170元左右。

二、結(jié)論與展望

通過連續(xù)13年玉米秸稈覆蓋免耕長期定位實驗，我們利用農(nóng)民難以處理的生產(chǎn)廢棄物——玉米秸稈以及免耕技術(shù)，成功研究與示范了世界先進的玉米連作秸稈覆蓋還田免耕技術(shù)。該技術(shù)可減少秸稈焚燒、沙塵暴、水土流失、面源污染帶來的社會環(huán)境問題；基本消除或減緩干旱、倒伏等自然災(zāi)害對玉米生產(chǎn)的影響；促進土壤有機質(zhì)的積累，提高土壤肥力、遏制黑土退化、提高化肥利用率，為實現(xiàn)減量施肥提供了肥力保障；在持續(xù)提高土地生產(chǎn)力的同時降低農(nóng)民生產(chǎn)成本，實現(xiàn)了黑土地的保護及農(nóng)業(yè)的生態(tài)綠色發(fā)展。

秸稈覆蓋免耕技術(shù)適于春季較為干旱的地區(qū)，而在其他生態(tài)區(qū)，我們正在積極開展研究與示范不同類型的秸稈覆蓋少免耕技術(shù)模式，以期盡快建立玉米連作、玉米大豆輪作、大豆等生產(chǎn)體系的秸稈覆蓋少免耕技術(shù)體系。

保護性耕作，從根本上改良土壤

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長　李保國

為全面落實“藏糧于地、藏糧于技”的重大戰(zhàn)略，科學(xué)評價保護性耕作在東北地區(qū)的實施效果，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)吉林梨樹實驗站會同中科院沈陽應(yīng)用生態(tài)所、黑土地保護與利用科技創(chuàng)新聯(lián)盟等部門，于2019年7月6日-31日對東北地區(qū)保護性耕作試驗示范基地進行了土質(zhì)測查和生產(chǎn)調(diào)研?，F(xiàn)將具體情況匯報如下。

一、試驗示范區(qū)基本情況

東北地區(qū)屬于世界三大黑土區(qū)之一，土壤性狀好、肥力高，是我國重要的商品糧基地，在國家糧食安全體系中起著舉足輕重的作用。然而，由于長期的掠奪式經(jīng)營和過度開墾，黑土退化問題日益嚴(yán)重，已經(jīng)成為制約東北地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)吉林梨樹實驗站聯(lián)合政府部門、科研院所組建黑土地保護與利用科技創(chuàng)新聯(lián)盟，在東北地區(qū)設(shè)立試驗示范基地59個，分布在黑、吉、遼、蒙的30個縣（區(qū)、市），示范面積52萬畝，輻射推廣面積近2000萬畝。這次調(diào)研主要針對有代表性的23個點進行土質(zhì)測查和生產(chǎn)調(diào)研。

二、調(diào)查項目

調(diào)查項目包括各試驗示范基地的地理位置、土壤類型、地形地貌、氣候條件、耕作方式、實施年限、秸稈覆蓋度、作物產(chǎn)量和生產(chǎn)成本等；測定指標(biāo)包括土壤容重、含水量、有機質(zhì)、團聚體、田間持水量、萎蔫系數(shù)、土壤緊實度、全氮、有效氮、無機氮、全磷、全鉀、速效磷、速效鉀、緩效鉀、半分解有機殘體等。

三、結(jié)論

保護性耕作技術(shù)，對土壤的理化性狀影響巨大，能從根本上起到改良土壤、提升地力等級的作用。而從大量的試驗示范來分析，實施保護性耕作，對土壤的改良是一個長期的、漸進的、從內(nèi)至外、從表層到底層逐漸發(fā)展的過程。

（一）防止土壤侵蝕與保土效果顯著

受地域不同影響，保護性耕作技術(shù)在不同省區(qū)的實施有所不同，但在這個季節(jié)秸稈覆蓋度還可達到44%-91%，平均覆蓋度達到60.4%。依據(jù)地表覆蓋度與防治土壤侵蝕的定量關(guān)系可推出，采取保護性耕作技術(shù)后，與原來不覆蓋相比，土壤侵蝕（水蝕與風(fēng)蝕）至少降低90%以上，其保土的作用為土壤肥力提供了基礎(chǔ)。

（二）土壤肥力顯著提升

從測查結(jié)果來看，保護性耕作區(qū)在表層土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效鉀等指標(biāo)上均有顯著上升，尤其是土壤有機質(zhì)含量這一重要的肥力指標(biāo)，增幅高達10.6%，這說明保護性耕作可以有效提升土壤肥力。從生產(chǎn)調(diào)查結(jié)果來看，實施保護性耕作5年以上的地塊，普遍可以減少化肥施用量15%-20%，這也從生產(chǎn)實踐層面上印證了保護性耕作在培肥地力方面的突出效果。

（三）土壤性狀明顯改善

大量的秸稈還田使土壤的有機質(zhì)和多種養(yǎng)分含量得到提升，改善了土壤的物理化學(xué)生物性狀。從測查結(jié)果來看，保護性耕作區(qū)的土壤水穩(wěn)性團聚體在各深度上均顯著增多，尤其是在地表0-5厘米深度，與常規(guī)耕作相比更是增加了15.9%，這說明實施保護性耕作后土壤物理性狀得到明顯改善。測查結(jié)果還表明，保護性耕作區(qū)土壤pH值有小幅降低，使得東北地區(qū)許多偏堿性土壤趨于玉米適宜的酸堿度范圍，這說明實施保護性耕作后土壤化學(xué)性狀得到明顯改善。

（四）保水抗旱效果突出

保護性耕作的保水抗旱效果主要體現(xiàn)在春季至入伏之前，此期田間土壤裸露面積大，因此蒸發(fā)量也大。2019年5月3日，在梨樹鎮(zhèn)高家示范區(qū)測定，經(jīng)過長期的干旱，保護性耕地含水量仍達到平均為21.2%（體積含水量），而對照地塊為11.7%（體積含水量）。

從本次測定結(jié)果來看，保護性耕作區(qū)土壤含水量與常規(guī)耕作差異不大，一方面是因為7月中旬采樣時玉米已經(jīng)長高，玉米葉片的遮蔽作用導(dǎo)致土壤水蒸發(fā)量差異不大；另一方面是個別基地采樣前下過一場大雨，導(dǎo)致常規(guī)耕作的土壤含水量與保護性耕作基本持平。然而，從往年的長期監(jiān)測結(jié)果來看，保護性耕作可以阻止地表徑流，把更多的雨水蓄留在耕層，還可以阻擋陽光照射，減少土壤水分蒸發(fā)，尤其在春季，可以有效抵御東北地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)的旱情。從生產(chǎn)調(diào)查結(jié)果來看，在春旱特別嚴(yán)重的2018年，保護性耕作區(qū)平均產(chǎn)量比常規(guī)耕作區(qū)高了27.6%，這也從生產(chǎn)實踐層面上印證了保護性耕作在保水抗旱方面的突出效果。

（五）穩(wěn)產(chǎn)增收

從測查結(jié)果來看，歷年的保護性耕作區(qū)糧食產(chǎn)量在平常年景比常規(guī)耕作有小幅增加，增幅9.7%。從生產(chǎn)調(diào)查結(jié)果來看，保護性耕作通過減少化肥施用量、減少農(nóng)機作業(yè)環(huán)節(jié)、減少用工等途徑，每公頃可降低生產(chǎn)成本704元，降幅高達15.7%。綜合來看，實施保護性耕作，可以在穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的同時大幅降低生產(chǎn)成本，這表明保護性耕作可以有效提高農(nóng)民收入。

（六）保護環(huán)境

保護性耕作在保護環(huán)境方面的作用主要體現(xiàn)在三個方面：一是從根本上解決了秸稈焚燒問題，避免了由于秸稈焚燒所引起的大氣污染；二是實現(xiàn)減肥增效，減少農(nóng)機作業(yè)量，減燃油消耗量30%左右，減少化肥施用量20%左右，可減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所帶來的大氣污染和土壤面源污染；三是有效保護土壤，大幅減少土壤風(fēng)蝕、水蝕，抑制由土壤風(fēng)蝕所引起的沙塵暴和由土壤水蝕引起的地下水污染。

（七）典型示范區(qū)效果顯著

梨樹縣的康達農(nóng)機合作社和盧偉農(nóng)機農(nóng)業(yè)合作社由于在技術(shù)上依托科研部門和技術(shù)推廣部門，同時配備了先進的農(nóng)機具，所以在實施保護性耕作方面走在了前列，是實施保護性耕作示范較好的示范區(qū)，表現(xiàn)為技術(shù)性強、農(nóng)業(yè)機械化程度高、合作社效益好、耕地地力提升大等多方面。特別是在體現(xiàn)地力等級的理化性狀指標(biāo)上，全面超過對照。

四、建議

因地制宜，各區(qū)域可根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，對此項技術(shù)進行改進和有機整合，建立一項適合本地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的保護性耕作技術(shù)。在保持現(xiàn)有示范基地和試驗點的基礎(chǔ)上，不斷發(fā)展與壯大示范規(guī)模，實現(xiàn)以點帶線、以線帶面的效果。政府要從人力和物力上加大對此項技術(shù)推廣的支持力度。

免耕玉米-大豆輪作　培肥土壤　提產(chǎn)增收

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授　任圖生

一、研究背景

根據(jù)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位在東北四省區(qū)的考察和研究，現(xiàn)代集約農(nóng)作制度產(chǎn)生的“用養(yǎng)脫節(jié)”問題是東北黑土地退化的根源，表現(xiàn)在以下幾個方面。第一，農(nóng)田輸入和輸出嚴(yán)重失調(diào)。過去30年來，該地區(qū)的作物單產(chǎn)穩(wěn)步提升，高產(chǎn)田已經(jīng)超過1000公斤/畝，而投入（肥料）的增長則相對滯后，導(dǎo)致農(nóng)田養(yǎng)分入不敷出，地力下降。第二，作物種植方式單一。傳統(tǒng)的玉米-大豆輪作基本上被玉米單作取代，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)緩沖性能降低。第三，農(nóng)田投入失衡，從“有機肥、化肥并重”轉(zhuǎn)向“化肥為主、有機肥嚴(yán)重不足”，農(nóng)家肥施用越來越少，大量秸稈被焚燒，導(dǎo)致土壤保水保肥性能降低。第四，土壤擾動強度大，以壟作、翻耕為主的土壤耕作技術(shù)加劇了土壤有機質(zhì)分解和結(jié)構(gòu)破壞。第五，順坡向耕作、地表缺乏覆蓋，導(dǎo)致耕層土壤水蝕風(fēng)蝕加劇。顯然，解決黑土地退化的關(guān)鍵在于增加有機投入、調(diào)整種植方式、改變耕作技術(shù)，從而實現(xiàn)農(nóng)田“用養(yǎng)結(jié)合”。

二、研究目的

針對集約農(nóng)作制度導(dǎo)致的黑土區(qū)土壤有機質(zhì)含量下降、土壤侵蝕加劇、季節(jié)性干旱頻繁等問題，建立適合黑土地區(qū)作物高產(chǎn)、資源高效和環(huán)境友好的免耕農(nóng)作制度，包括作物種植制度和土壤耕作制度，揭示不同農(nóng)作制度下土壤質(zhì)量動態(tài)、作物產(chǎn)量和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律，為東北糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)保障。

三、研究方法

本研究始于2011年春季，地點設(shè)在位于吉林省梨樹縣泉眼溝村的中國農(nóng)業(yè)大學(xué)吉林梨樹實驗站。小區(qū)試驗設(shè)計，主區(qū)是土壤耕作，設(shè)傳統(tǒng)壟作、免耕（即玉米或大豆秸稈全量覆蓋還田免耕）和輪耕（三年免耕后第四年翻耕一次）三個處理；副區(qū)為作物輪作，設(shè)玉米連作、玉米-大豆兩年輪作和玉米-玉米-大豆三年輪作三個處理?；旧先虣C械化操作。

四、初步結(jié)果

無論是玉米連作、玉米-大豆兩年輪作和玉米-玉米-大豆三年輪作，只要采取免耕，都有明顯的保土保水、提高土壤肥力、增加作物抗風(fēng)性能及穩(wěn)定或提高作物產(chǎn)量和效益的效果。

（一）免耕提高了土壤有機質(zhì)含量，改善了土壤肥力。耕層有機質(zhì)含量從2011年的1.85%提高到2018年的2.01%，增加了9%，而壟作處理8年間沒有變化；同時，免耕處理的氮、磷、鉀養(yǎng)分含量增加，尤其是速效氮和鉀含量分別比壟作增加了13%和27%。

（二）免耕顯著改善了土壤結(jié)構(gòu)和透水性。表現(xiàn)在大團聚體比例增加（15%），水穩(wěn)性團聚體的幾何平均直徑增加了約0.2毫米。

（三）免耕顯著提高了土壤抗旱性能，實現(xiàn)了降水的年際間和季節(jié)間均衡供應(yīng)。免耕下土壤底墑足，可以足墑播種，而壟作因土壤干旱而難以播種。在夏季，免耕玉米至少可以抵御15天左右的持續(xù)干旱，壟作玉米在干旱10天左右就出現(xiàn)嚴(yán)重萎蔫。這是因為，長期免耕導(dǎo)致大孔隙比例提高，水分入滲速率增加；由于全年秸稈覆蓋，水分蒸發(fā)損失減小；土壤結(jié)構(gòu)改善，蓄水性能提高。

（四）免耕顯著降低了土壤風(fēng)蝕以及大風(fēng)對作物的傷害。由于保留了20厘米左右的直立殘茬，加上覆蓋的秸稈，免耕有效地減緩了近地表風(fēng)速，土壤風(fēng)蝕降低了95%以上，而春季幾場大風(fēng)后，壟作處理地表疏松的土壤損失殆盡。另外，壟作的幼苗，特別是大豆的幼苗往往很容易因大風(fēng)刮斷，免耕處理的幼苗則很少受到損傷。

（五）長期免耕提高了春玉米和大豆的產(chǎn)量及種植效益。從傳統(tǒng)壟作轉(zhuǎn)為免耕后，玉米產(chǎn)量在前四年出現(xiàn)了明顯的波動，從第五年開始逐漸穩(wěn)定，表現(xiàn)出持續(xù)增產(chǎn)趨勢，增產(chǎn)率超過10%。免耕后大豆的單產(chǎn)總體保持穩(wěn)定，2018年干旱年份可增產(chǎn)23%。從效益分析，在傳統(tǒng)的壟作種植方式中，至少需要7個農(nóng)機作業(yè)環(huán)節(jié)，才能完成玉米播種到秋末整地的所有工作。實施免耕農(nóng)作后，全年農(nóng)機作業(yè)環(huán)節(jié)減少到3次，既減少了用工，又降低了農(nóng)機投入和機械損耗，生產(chǎn)成本從3300元/公頃降低到1800元/公頃，農(nóng)民增收1500元/公頃。