■采访人员 沈春蕾
黑土地是世界上最肥沃的土壤,被誉为耕地中的“大熊猫” 。中国科学院发布的《东北黑土地白皮书(2020)》指出,我国东北黑土地总面积109万平方千米,其中典型黑土地耕地面积1853.33万公顷,是我国最重要的商品粮基地 。
“如果说黑土地是耕地中的‘大熊猫’,那么黑土层就相当于‘大熊猫’的心脏,土壤有机质则是‘大熊猫’的血液 。”中国科学院东北地理与农业生态研究所研究员韩晓增告诉《中国科学报》,“这些年来,由于重用轻养,我国东北黑土地处于‘亚健康’状态,急需好好调理身子 。”
韩晓增带领团队扎根黑土地30多年,通过定位观测试验“把脉问诊”,终于找到了保护利用黑土地的“药方” 。日前,以韩晓增为首的东北黑土地退化机理与保护利用关键技术及应用团队获2021年度中国科学院科技促进发展奖 。
“面黄肌瘦”亚健康
“捏把黑土冒油花,插双筷子也发芽 。”这句话形象说明了黑土地肥沃富饶,非常适合农作物生长 。
黑土的形成对气候与地理环境的要求非常苛刻,全球仅有4块黑土区 。这些地区在春夏季积累大量有机物,到秋冬季,有机物所蕴含的营养与能量来不及被微生物分解就被冰雪掩盖,经过不断积累,形成了30~100厘米的黑土层 。
目前,我国的黑土区主要分布在呼伦贝尔草原、大小兴安岭地区、三江平原、松嫩平原、松辽平原和长白山地区 。这些地区也是我国重要的大豆和玉米基地 。
由于长年开垦、重用轻养,我国东北黑土地正在“变黄变瘦” 。中国科学院海伦黑土水土保持监测研究站的观测数据显示,吉林、辽宁、内蒙古黑土区的黑土层大多不到30厘米,即使在开垦只有60~80年的黑龙江北部黑土层深厚区域,也需加强保护,阻止退化 。
目前黑土地拥有的自然属性大约经过了1.1万年才形成 。韩晓增介绍道,经历了近60年的农业耕作后,我国黑土耕层土壤有机质含量下降了1/3,部分地区甚至下降更多 。他将黑土地比作一个年轻的小伙子:“小伙子干了很多的活,消耗了大量体力,却好几天没吃饭了,身体有点吃不消,面黄肌瘦,正处于亚健康状态 。”
“对症下药”开良方
既然黑土地“病了”,那就要找准病灶、“对症下药” 。1982年,大学毕业刚参加工作的韩晓增就开始关注黑土地,寻找其变薄、变瘦的原因 。
通过多年定位观测试验,他带领团队找到了病因:东北平原水土流失区域黑土层迁移是导致黑土层“变薄”的主要原因;土壤旋耕或犁耕加速土壤有机质矿化,秸秆离田等措施造成有机物质归还少,导致有机质形成不足,造成黑土“变瘦” 。
“当土壤有机质含量在4.5%以上时,对作物产量没有显著影响 。”韩晓增向《中国科学报》介绍道,“我们的研究发现,土壤有机质锐减发生在0~35厘米土层的概率为97% 。”
为此,韩晓增团队摸索出一套控制黑土有机质退化的“药方”——肥沃耕层构建技术 。团队根据黑土层平均厚度和作物根系生长的适宜空间,将秸秆和有机肥深混入0~35厘米的土层中,进而构建一个深厚肥沃的土层,满足作物生长和黑土保护双重需求 。
具体操作上,在黑土层变瘦的地区,他们采用粉碎机将玉米秸秆粉碎后,利用螺旋式犁壁犁进行深混还田 。“在打破犁底层的同时,起到了梯次加深耕作层、厚沃增肥的效果 。”韩晓增解释道 。
那么,这套“药方”是否有效呢?
黑龙江省海伦市位于黑土带中心区域,韩晓增团队在此开展了一项为期35年的养分循环试验 。他介绍:“单位面积农田生产的产品全部通过畜禽过腹后还田,黑土表层土壤有机质增加了1.1~5.31克/千克;极度退化的黑土母质裸露后,采用秸秆和有机肥熟化耕层土壤15年,有机质达到中等肥力黑土的85%,粮食产量达到95%以上 。”
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