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保护性耕作:升级的“土壤保卫战”

来源:中国科学报 作者:张双虎 人气: 发布时间:2022-04-07 09:54:55

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河南安阳瓦店乡王贵庄保护性耕作小麦长势情况。 受访者供图

美国明尼苏达州,一场乡村婚礼刚结束,马萨诸塞大学阿默斯特分校教授艾萨克·拉森和妻子决定到附近走走。他们信步走到一片被玉米田包围的墓地旁,一个司空见惯的景象引发了拉森出于职业敏感的思考。

“我震惊地发现,田地表面比未耕种的墓地表面低了几英尺。”拉森说,“这不是个案,一定有很多类似的情况。”

此后的2017年至2019年,拉森带领团队发现,美国中西部地表土壤正以平均每年1.9毫米的速度流失。“换句话说,160年来,耕种导致中西部损失了约57.6万亿吨土壤。”最后,该团队得出结论,导致土壤损失的罪魁祸首是耕作。

此前,在我国东北黑土地地区和黄土高原、华北平原,同样面临着传统耕作方式导致土壤质量下降的问题。所幸,有这样一群科技工作者在不断尝试,以最新的农业技术和保护性耕作方式,不断升级“土壤保卫战”。

黑土保护成效明显

近日,农业农村部召开2022年东北黑土地保护性耕作行动计划工作部署会,以一系列具体措施持续“扩面提质”,强调完成今春8000万亩秸秆覆盖免少耕播种目标任务。

“保护性耕作的本质是‘保护水土的耕作方式’。”中国农业大学土地科学与技术学院院长李保国对《中国科学报》说。

20世纪三四十年代,美国因过度开发西部,导致草原开始出现“黑风暴”。后来,欧洲一些粮食产区也陆续出现黑风暴或沙尘暴。在漫天沙尘中,人们逐渐意识到,沙尘源于人类耕作对土壤的扰动。尤其是集约化、机械化翻耕后,大面积、统一出现的松软裸露土壤非常容易被风吹起,被雨水带走。

“我国东北的地貌特征和土壤条件与美国情况类似。”中国科学院东北地理与农业生态所研究员隋跃宇告诉《中国科学报》,“东北地区黑土富含腐殖质,土壤孔隙度较好、表层土质疏松,冬冻春融后土壤更疏松,表层黑土会随着融冰(雪)水流失。再加上春季东北风很大,水蚀加上风蚀,造成黑土变薄、变硬,甚至一些地区下部黄土裸露出来,所以就有了‘黑土保卫战’、保护‘耕地中的大熊猫’。”

为改变黑土流失和退化的局面,中国科学院和中国农业大学的研究人员在东北地区开展实验保护性耕作,采取免耕或少耕措施,将秸秆覆盖在田间保持水土。

“这一方面能防止黑土被吹走而引起沙尘暴,另一方面,秸秆在田地里腐解后又能变成有机肥,改善土壤结构,增进土壤养分,稳定土壤碳含量。这样做既保护了环境,又增强了土壤肥力,防止了黑土退化。”隋跃宇说。

“对东北黑土地的保护性耕作,从试验到推广用了20多年时间。”大自然保护协会(TNC)中国可持续农业总监李颖博士对《中国科学报》说,“近两年有了国家层面的保护规划,局面有了很大的改观。”

目前保护性耕作在吉林、辽宁、黑龙江西部取得了很好的成效。隋跃宇说,东北偏北部区域因为热量不够,秸秆埋到耕层下仍腐解缓慢,如果免耕的根茬、秸秆覆盖于地表,会阻碍土地吸收热量,影响土壤水分蒸发,导致无法春播或难以出苗,所以还没有大片推行免耕。“但总体来说效果非常好,这种措施也被实践证明是有效的。”

让土壤“活”起来

“侵蚀使土壤退化,降低了粮食产量,再加上全球人口和气候压力增加,给我们带来了切实的挑战。”拉森建议说,我们需要可持续的农田管理,如免耕等措施,将美国中西部的土壤侵蚀率降到能维持土壤生产力、生态系统长期繁荣的水平。

“如果没有人类干涉,土壤的透气性是非常好的。”李颖说,“土壤微生物、小昆虫在地下活动,会让土壤像海绵一样透气、透水。而蚯蚓等能将动物粪便、烂树叶甚至泥土当食物,将有机物分解为无机物,让土壤真正‘活’起来。翻耕对土壤微生物及地下生态系统来说,就像地震、火山、龙卷风一样破坏力巨大。”

微生物减少,土壤活性和肥力就会下降。为了提高产量,人们不得不施加更多化肥,这就形成恶性循环。而翻耕不但破坏土壤生态系统,还破坏了土壤结构。

“翻耕在垦荒时有其必要性,主要是为了清除原生的草地植被。变成耕地后,进行翻耕就像吃止疼药一样,会形成依赖。”李保国说,“这导致土壤生态系统服务功能越来越弱。”

以前,中国和东南亚地区主要是小农户耕作,所种庄稼不同,收割、翻耕时间也不同,风蚀、水蚀问题并不突出。但现在我国逐渐开始集约化耕作,收、种节奏统一,土地也同时裸露,问题就凸显出来。

此外,常规翻耕涉及收割、秸秆粉碎、深耕、平整、播种、镇压等环节,需要农机进入田间作业。而保护性耕作收、种同时进行,一次就能解决全部问题。

“再回”黄土区

“华北地区的保护性耕作最早从上世纪80年代末就开始了。”李保国说,“初衷是为了应对黄土高原区的水土流失和华北地区严重的沙尘暴,但当时农机水平、农业技术水平都很低,所以并没推广开。”

华北地区作物是一年两季。李保国补充说,小麦收割后免耕种玉米没什么问题,但玉米收获后,玉米秸秆或根茬量比较大,如果免耕播种小麦需要较高的农业技术水平支持,同时对播种机的要求也非常高。当时因为播种机不甚过关,导致种下小麦后出苗率无法保障。

15年来,李保国等人除科研外,很大一部分精力都用在推广保护性耕作上,在一年一季的东北黑土流失严重地区,取得了很大进展和成效。“通过这些年在东北的实践,不断改进技术,现在农机和农艺技术水平都有了很大提高。”李保国说,“目前我们在黄土高原、华北平原进行了初步实验,效果很好,达到了预期的目的。”

“我们主张科技先行。”李保国说,“但推广保护性耕作涉及种植制度改革,农业技术进步和农户观念改变也需要一个过程。”

他解释说,很多农业科技人员认为免耕种小麦很难保证小麦出苗,也有人担心免耕会带来病虫害问题。其实技术问题都不难解决,反而是规模化经营、土地耕作制度、耕地保护观念、淘汰部分农业机械等问题需要逐步解决。

3月中旬,大自然保护协会和中国农业大学等机构在河南省安阳市安阳县瓦店乡王贵庄考察保护性耕作的小麦长势。评估结果显示,小麦出苗和生长良好,预估产量同常年持平。

“现在国家非常重视生态文明建设,鼓励这种土地可持续利用的耕作方式。”李保国说,“所以,推广保护性耕作是迟早的事。”

(编辑:逍遥客)

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