我(wǒ)國東北(běi)黑土地保護與肥力提升的成效與建議！

導  讀

我(wǒ)國東北(běi)黑土地是世界上最肥沃的土壤，土壤環境質量良好，适合優質農産品生(shēng)産。黑土地開(kāi)墾時間約200年，但是土壤肥力發生(shēng)了巨大(dà)變化。開(kāi)墾後大(dà)約經曆了30年有機質含量快速下(xià)降期，使土壤中(zhōng)氮、磷和鉀的比例更适合作物(wù)生(shēng)長且肥力不斷的提高； 此後，土壤有機質呈現緩慢(màn)下(xià)降的趨勢，土壤肥力也随之下(xià)降，這部分(fēn)土壤有機質流失導緻了黑土地退化。政府先後采取了多項黑土保護措施，獲得了初步成效。建議進一(yī)步深化黑土地的科學技術研究；強化黑土保護政策的可持續性；建立可靠的野外(wài)監測網絡，積累有價值的基礎數據；實行黑土地保護的科技-管理-生(shēng)産三位一(yī)體(tǐ)方式，實現全民保護黑土地。

文/韓曉增 鄒文秀（中(zhōng)國科學院東北(běi)地理與農業生(shēng)态研究所）

來源：中(zhōng)國科學院院刊（2018年第2期）

我(wǒ)國東北(běi)黑土地主要分(fēn)布在黑龍江、吉林、遼甯和内蒙古東四盟，總面積124.4萬平方公裏。黑土地主要是在溫帶和寒溫帶草原化草甸植被下(xià)形成的一(yī)類表層含有暗色腐殖化物(wù)質的土壤，俗稱“黑土地”，美國土壤分(fēn)類系統稱爲“軟土”，中(zhōng)國土壤分(fēn)類系統稱爲“均腐土”。黑土地在全球範圍内面積約900萬平方公裏，占陸地總面積的7%，集中(zhōng)分(fēn)布在俄羅斯大(dà)平原、美國密西西比河流域和我(wǒ)國東北(běi)平原。黑土地是由中(zhōng)國土壤發生(shēng)分(fēn)類的黑土、黑鈣土、白(bái)漿土、草甸土、棕壤和暗棕壤等土類組成，是世界上最肥沃的土壤。東北(běi)黑土地是我(wǒ)國糧食安全的壓艙石，糧食産量占全國的1/4，商(shāng)品量占全國的1/4，調出量占全國的1/3。

黑土地的開(kāi)發始于清朝末期，開(kāi)墾極爲緩慢(màn)，均是在地形适宜的肥沃平原上采用原始的人畜方式開(kāi)墾。第一(yī)次黑土地大(dà)面積開(kāi)墾始于20世紀50年代末至60年代初，主要是由轉業官兵成建制來到了松嫩平原的中(zhōng)北(běi)部和三江平原，開(kāi)墾地勢相對平坦但交通不便的肥沃黑土地。20世紀60年代末至70 年代，大(dà)量的城市“知(zhī)識青年”也來到了這個地區繼續開(kāi)墾。此時大(dà)面積的草地、林地和濕地已經被開(kāi)墾，大(dà)量坡地的草木被砍伐一(yī)空，

大(dà)量的濕地變成了耕地。開(kāi)墾初期錯誤地認爲肥沃的黑土地可以在沒有任何投入的情況下(xià)持續利用，進而以掠奪性生(shēng)産方式貫穿整個黑土地開(kāi)墾過程，導緻東北(běi)黑土地質量快速下(xià)降，生(shēng)産上必須依賴投入大(dà)量化肥才能獲得高産。因此，如何能更好地保護黑土地，又(yòu)能不斷地提高黑土地的質量，滿足國家糧食安全和生(shēng)态安全的雙重需求，是亟待解決的重大(dà)問題。

1 黑土質量現狀與存在的問題

1.1 開(kāi)墾後期土壤有機質含量降低導緻耕地地力下(xià)降

自然黑土是在第三紀、第四紀更新世或者全新世的砂礫和黏土層上發育的土壤，其在雨熱同季的氣候下(xià)，形成了茂密的植被層，然後因迅速轉冷而結冰，土壤表層有機物(wù)質的積累大(dà)于分(fēn)解，經過幾千年的時間形成了深厚肥沃的黑土層。黑土開(kāi)墾後的土壤質量變化大(dà)緻經曆了兩個階段（圖 1）。

第一(yī)個階段是農田作物(wù)代替了自然植被，由于作物(wù)的稭稈和籽粒移除土壤和耕作，導緻土壤有機質快速分(fēn)解，分(fēn)解過程中(zhōng)釋放(fàng)的氮、磷和鉀有利于作物(wù)生(shēng)長，土壤肥力不斷增強。這一(yī)階段大(dà)約經曆了30年，此時東北(běi)北(běi)部地區土壤有機質每年下(xià)降速度爲 1.5%—2.6%，東北(běi)南(nán)部地區每年下(xià)降速度爲0.5%—0.7%。

第二階段爲穩定性農業利用階段，土壤有機質平均以每年0.1% 左右速度下(xià)降，這個階段雖然有機質下(xià)降的速度變慢(màn)，但是對土壤肥力的影響是至關重要的。當其他生(shēng)産條件相同的情況下(xià)，土壤有機質含量每下(xià)降0.5%，作物(wù)産量則下(xià)降15.0% 甚至更多。爲了保住農作物(wù)産量，農民不得不大(dà)量使用化肥；然而，化肥投入量越來越高，其利用率卻不斷下(xià)降。

1.2 坡耕地水土流嚴重

水土流失主要是指将肥沃的黑土層流失殆盡，土壤亞表層或者黃土狀母質露出地表，從而導緻地表土壤有機質含量顯著下(xià)降，降低了土壤生(shēng)産力，甚至使部分(fēn)土壤喪失生(shēng)産能力。黑土地是由坡度小(xiǎo)、坡面長的漫川漫崗所組成的。開(kāi)墾初期，大(dà)于3.0°坡的地形，經常發生(shēng)劇烈的面蝕和溝蝕，二者交替進行。我(wǒ)國東北(běi)黑土地開(kāi)墾的前10年，每年平均流失土層厚度在1.0—3.0cm；而随着開(kāi)墾年限的延長和農民采取了水保措施，目前每年流失量在 1.0—3.0mm 之間。水土流失導緻農田幹旱，作物(wù)利用大(dà)氣降水能力降低，表層所含的有機質和營養元素遷移導緻土壤貧瘠；農民爲了降低這部分(fēn)損失，加大(dà)了化肥使用量，與平地相比，坡耕地化肥施用量增加了30%左右，而未被利用的化肥一(yī)部分(fēn)進入水體(tǐ)污染環境。

1.3 黑土地環境質量存在着潛在被污染的風險

我(wǒ)國東北(běi)黑土地比較潔淨，除了遼河流域少部分(fēn)區域外(wài)，其他地區土壤基本沒有污染，是我(wǒ)國重要的有機農産品生(shēng)産基地。由于氣候寒冷，種植業複種指數低，病蟲草害發生(shēng)程度較輕，農藥使用量相對較小(xiǎo)，目前爲止還沒有出現大(dà)面積有機氯農藥、多環芳烴、多氯聯苯和硝基芳香化合物(wù)的污染，僅局部地區有少量的點源污染。在土壤成土母質中(zhōng)，重金屬含量比較低，加上耕地地形條件和一(yī)年一(yī)季的生(shēng)産方式，到目前爲止土壤比較健康。對22 個典型市縣的土壤樣品中(zhōng)镉（Cd）、鉛（Pb）、銅（Cu）和鋅（Zn）進行檢測分(fēn)析，4種重金屬的檢出範圍依次爲0.13—2.31 mg/kg、10.52—57.48 mg/kg、42.13—227.10 mg/kg 和9.95—46.18 mg/kg。在4種重金屬變化值範圍内，高端數值的土壤樣品全部來自于城市周邊土壤和設施蔬菜土壤，說明我(wǒ)國東北(běi)黑土地雖然土壤環境質量相對較好，但也有潛在污染發生(shēng)的可能性，在環境保護方面仍然需要給予足夠的重視。

2 黑土地保護措施的調控成效與亟待解決的問題

爲了保護東北(běi)黑土地這個世界性的珍貴土地資(zī)源和建立優質農産品生(shēng)産基地，中(zhōng)央和地方政府先後實施了中(zhōng)低産田改造、沃土工(gōng)程、測土配方施肥和黑土地保護工(gōng)程，以多樣化的方式開(kāi)展了黑土地的保護和肥力提升工(gōng)作，取得了顯著成效，但同時仍存在一(yī)些亟待解決的問題。

2.1 稭稈還田技術成效

目前，東北(běi)黑土地稭稈還田方式主要包括稭稈覆蓋還田、混土還田和稭稈離(lí)田漚制有機肥還田等3種方式。

稭稈覆蓋還田包括全免耕全覆蓋還田和間隔免耕間隔覆蓋兩種。稭稈全免耕-全覆蓋還田最早是由張曉平于2002年在東北(běi)區開(kāi)展的一(yī)項技術，同時引進了相應的農業機具并國産化。該項技術對于保護土壤水分(fēn)、控制水土流失和減少稭稈在田間燃燒污染環境方面起到了引領的作用。但是由于稭稈地面覆蓋後，土壤解凍提溫慢(màn)，影響種子發芽出苗，同時存在春季播種困難等問題，該項技術應用受到了限制；稭稈覆蓋後在地面腐解，腐解物(wù)與土壤接觸受限，分(fēn)解後以氣體(tǐ)的形式直接進入大(dà)氣，或者在地表0—5 cm内富集，影響土壤有機質在整個土層中(zhōng)的提升。間隔免耕-間隔覆蓋技術最早是由吉林農業科學院劉武仁于1999年提出，核心技術内容包括玉米寬窄行播種，條帶間隔深松，玉米稭稈全量還田方式爲條帶間隔覆蓋。這項技術解決了土壤解凍提溫慢(màn)、春季播種困難和易跑墒的問題，但是限制提升耕層土壤有機質含量的問題仍然未得到有效解決。

稭稈混土還田包括玉米稭稈深混、淺混和深埋3種技術途徑。韓曉增于2005年提出了玉米稭稈深混還田方式。方式一(yī)，将稭稈深混到20—35cm 土層中(zhōng)，稭稈的腐殖化系數0.13，半腐解物(wù)殘存率提高了16.7%；該方式的優點是保水、改土、快速提升亞耕層土壤有機質含量。方式二，将稭稈深混到0—35cm 全層，腐殖化系數爲0.17，半腐解物(wù)的含量提高了16.9% 。玉米稭稈連續還田3年，黑土地0—35cm 表層有機質含量增加了1.47 g/kg，平均增加29% 以上；對于保護黑土層、保護土壤水分(fēn)和提高春季土壤溫度均具有較好的效果。稭稈淺混還田是将稭稈還入0—15cm 左右表層土壤中(zhōng)，由于還田深度的限制，稭稈與土壤的比例不合理，導緻土壤容易跑墒，不利于春季作物(wù)出苗。稭稈深埋還田是将稭稈埋入40cm 土層以下(xià)，能夠增加土壤中(zhōng)某一(yī)層土壤有機質的含量，但是不能全層提高土壤有機質含量。

2.2 有機肥還田成效

有機肥在黑土保護中(zhōng)的作用已經得到了廣泛認可，其功能主要包括提高土壤養分(fēn)含量，增加黑土表層腐殖化物(wù)質的含量，從而改善土壤的肥力屬性，有利于黑土層的保育。來源于人畜糞污和農業生(shēng)産中(zhōng)廢棄的有機物(wù)，經過無害化處理後形成了能夠培肥土壤的有機物(wù)料。不同來源有機物(wù)料形成的有機肥，在施用後的腐殖化系數範圍爲0.3—0.6，加權平均0.36。有機肥對黑土保護作用主要表現在“質”和“量”的差異。當有機肥的有機質含量 > 70.0%（烘幹基），施用量在6000±1500kg/hm2 以上時，連續施用3年，黑土地土壤有機質含量能夠增加0.9—1.8 g/kg，0—35cm 黑土地表層土壤腐殖化物(wù)質增加36.0%以上。有機肥中(zhōng)有機質含量和施用量小(xiǎo)于上述阈值，則不能提升黑土層腐殖化物(wù)質的含量，僅能改善土壤某些肥力屬性，達到短期增産目的。

2.3 作物(wù)輪作措施的成效

目前，黑土地區主栽作物(wù)包括玉米、大(dà)豆和水稻。受氣候條件制約，該區域一(yī)年一(yī)季，水田和旱田不能進行輪作，以旱地作物(wù)輪作爲主。20世紀80年代以前，以玉米、大(dà)豆和小(xiǎo)麥輪作爲主，也有少部分(fēn)玉米、大(dà)豆和雜(zá)糧輪作，基本保持了土壤肥力。從20 世紀80年代開(kāi)始，農業生(shēng)産開(kāi)始關注經濟效益，卻忽視了輪作效應，在黑土地南(nán)部玉米連作成爲主要種植方式，而北(běi)部大(dà)豆連作則成爲主要種植方式；然而到了2000年以後，受經濟效益驅動，玉米連作成了黑土地區域内主要的種植方式。大(dà)豆連作對土壤的影響主要表現在增加了土壤中(zhōng)土傳病蟲害的發生(shēng)，加長、加大(dà)了土壤有害生(shēng)物(wù)鏈和生(shēng)物(wù)網，導緻土壤生(shēng)物(wù)肥力下(xià)降，進而降低大(dà)豆産量。在黑土地北(běi)部土壤有機質含量較高的地區，玉米連作導緻黑土地表層土壤有機質含量下(xià)降，連作21年後有機質含量下(xià)降了14.7%，土壤容重增加了16.3%，土壤基礎肥力降低。

輪作有利于黑土地保護。在玉米-玉米-大(dà)豆輪作模式下(xià)，黑土層有機質含量增加了0.15g/kg，比玉米連作條件下(xià)土壤有機質提高 7.5%，玉米産量提高了11.2%。大(dà)豆-玉米輪作比連作玉米土壤有機質含量提高了15.6%，大(dà)豆茬比玉米茬土壤水分(fēn)含量提高了 21.5%，速效磷含量提高了16.3%。如果以連作玉米的産量爲對照，大(dà)豆和玉米兩區輪作使玉米增産 8.8%；玉米-大(dà)豆-小(xiǎo)麥三區種植，玉米增産14.1%。

2.4 黑土層保護的技術成效

根據黑土的剖面構型、黑土層的性質、黑土層退化特征以及旱地主栽作物(wù)根系在土體(tǐ)中(zhōng)分(fēn)布和區域的氣候條件，研發出黑土層保護技術體(tǐ)系，實現黑土保護與可持續生(shēng)産并行的效果。在玉米等旱地作物(wù)收獲後，采用具有稭稈粉碎功能的機具将稭稈破碎抛灑在田面，然後采用螺旋式犁壁犁，将0—35cm 土層旋轉90±30°，均勻将稭稈深混到0—35cm土層之中(zhōng)。也可以用優質有機肥替代稭稈深混到0—35cm 土層之中(zhōng)，或者稭稈配合優質有機肥深混到0—35cm土層之中(zhōng)。黑土層保護技術提升黑土表層蓄水能力，飽和含水量達到了210mm 以上，田間持水能力達到了140mm 以上，可以保證99%的單次降水全部儲存于土壤之中(zhōng)，并且提高了土壤供水能力，有效地調節了區域性的年際間和季節間的降水不均問題。全表層提升土壤腐殖化物(wù)質的含量，通過機械深混的功能，實行 3 次黑土層保護技術後，就能夠使0—35cm土層中(zhōng)每個位點的土壤的位置互換一(yī)次，使新加入的稭稈和有機肥能在土壤表層均勻分(fēn)布，有利于黑土表層有機質的增補和更新。同時由于該項操作是在秋季實行，通過土層互換，使土壤病原菌和蟲卵置于土壤表面，經過凍融和太陽紫外(wài)線照射，部分(fēn)病原菌和蟲卵會死亡，從而減輕了次年病蟲害發生(shēng)。土層位置互換還可以改善土壤物(wù)理結構，活化土壤養分(fēn)，有利于作物(wù)生(shēng)長發育。

經過近10年的努力，我(wǒ)國東北(běi)地區黑土地有機質下(xià)降速度過快的問題，已經得到基本控制，目前亟須解決的問題是如何進一(yī)步提升、恢複黑土地原有的高肥力屬性和定向培育改良一(yī)些障礙性屬性。

3 黑土地保護的問題與建議

3.1 高度重視大(dà)中(zhōng)型養殖場畜禽糞污中(zhōng)的重金屬污染黑土地的問題

施用有機肥是保護黑土地的重要方式之一(yī)，畜禽糞則是有機肥的重要來源，但是其中(zhōng)的重金屬也是東北(běi)黑土地重金屬污染的重要來源。近年來，東北(běi)黑土區大(dà)中(zhōng)型養殖場的數量呈增加的趨勢。養殖場的畜禽糞污含有超量的重金屬，例如，牛糞中(zhōng)重金屬Cu 和Zn的含量分(fēn)别是200和800mg/kg，豬糞中(zhōng)Cu、Zn、镉（Cd）和砷（As）的平均含量分(fēn)别爲506、2088、0.83和9.1 mg/kg；雞糞中(zhōng) Cu、Zn、Cd 和 As 的平均含量分(fēn)别是61、429、0.53、11.31 mg/kg。對照國家《農用污泥中(zhōng)污染物(wù)控制标準》，可以看出部分(fēn)受檢畜禽糞污重金屬超标。重金屬超标的畜禽糞污若被作爲黑土保護中(zhōng)的有機肥物(wù)料培肥土壤，一(yī)段時間以後重金屬積累增加，土壤就會被嚴重污染。但是，到目前爲止，國内外(wài)還沒有找到理想的重金屬污染土壤的修複方法。如若東北(běi)黑土區出現大(dà)面積重金屬污染，潔淨的黑土地将無法生(shēng)産優質農産品。因此，這個問題是黑土保護過程中(zhōng)的首要問題。肥力退化可以通過土壤管理較快恢複，但是受重金屬污染土壤的修複則需要很長的時間，同時還需要投入巨大(dà)的人力和财力。

3.2 加強黑土地保護的研究工(gōng)作，建立科學合理的輪作和土壤耕作制度

建議政府部門和科研機構，以目前我(wǒ)國的黑土保護爲目标，開(kāi)展黑土形成、演化過程和保護性調控機制的長期不間斷研究，爲國家黑土保護工(gōng)作提供基礎理論的支撐。在東北(běi)黑土區根據氣候特點和種植業布局，建立合理輪作制度，充分(fēn)發揮豆科作物(wù)能夠改善土壤結構的優勢，耦合深翻、淺旋和免耕等耕作措施建立周期性的輪耕制度；通過有機物(wù)料（有機肥和稭稈）還田，打破犁底層，增加耕層厚度，提高耕層有機質含量和水養庫容，不斷促進黑土地質量提升。在東北(běi)黑土區的南(nán)部建立基于“深（翻）、免（耕）、淺（旋）”耕作組合的玉米連作優化模式，在東北(běi)黑土區中(zhōng)部建立基于“一(yī)深一(yī)淺加兩免”耕作組合的米豆輪作模式，在東北(běi)黑土區北(běi)部建立基于“深、免、淺”耕作組合的米—豆—豆輪作模式。

3.3 強化黑土地保護工(gōng)作的可持續性

目前，黨中(zhōng)央和國務院已經提出了“藏糧于地、藏糧于技”的戰略，确立土地所有權、承包權和經營權，爲黑土地保護在政策法規方面奠定了基礎。實施了兩年的東北(běi)黑土地保護試點項目已經形成了較爲成熟的運行機制，提出的黑土地保護利用技術模式已經初見成效。建議将黑土地保護利用試點項目的運行機制和技術模式進一(yī)步提升總結，形成能落地、能複制、能推廣的實用性技術，并在東北(běi)全區推廣應用，形成技術操作規程和指導規範。黑土地保護是一(yī)項長期的工(gōng)作，有效的黑土地保護利用技術需要經多年的努力，才能顯現出效果。因此，建議政府部門建立可持續性的黑土地保護利用機制，實現黑土地的可持續利用。

3.4 鼓勵土地流轉，擴大(dà)經營規模，全面推進機械化，配套相應的補貼政策

在東北(běi)黑土區，有機物(wù)料深混還田是黑土地保護的重要措施之一(yī)，有機物(wù)料深混全量還田過程中(zhōng)需要大(dà)型農機具，作業面積大(dà)，一(yī)家一(yī)戶小(xiǎo)規模的經營方式不利于大(dà)馬力拖拉機的使用。建議，東北(běi)黑土區加快發展家庭農場（大(dà)戶）、農民合作社、聯合社和農業企業等新型經營主體(tǐ)。通過土地流轉的方式，發展多種形式适度規模經營。強化農機配套建設，充分(fēn)發揮新型經營主體(tǐ)的現代農機裝備和規模種植優勢，做到與生(shēng)産規模相匹配。國家對新型經營主體(tǐ)購置大(dà)型農機具予以補貼，同時對黑土地保護利用過程中(zhōng)的關鍵作業環節給予補貼。例如，使用螺旋式犁壁犁進行有機物(wù)料深混還田過程需要的機械作業成本補貼爲1500元/公頃。

3.5 加強宣傳力度和科技培訓強度，提高黑土地保護意識

通過各級媒體(tǐ)報道我(wǒ)國黑土地存在的問題及現狀，強調東北(běi)黑土區在我(wǒ)國糧食生(shēng)産尤其是優質農産品的生(shēng)産中(zhōng)的重要作用，提高黑土地保護的意識，實現黑土地在保護中(zhōng)利用，在利用中(zhōng)保護的長期發展目标。通過舉辦各級培訓班集中(zhōng)培訓農技推廣人員(yuán)、新型職業農民、合作社負責人等人員(yuán)，提高黑土地保護利用的科學水平；通過下(xià)鄉進村(cūn)入戶巡回培訓、科技大(dà)集、科普展覽、廣播電視講座、技術咨詢、網絡遠程培訓、發放(fàng)技術光盤及技術明白(bái)紙(zhǐ)等多種手段，廣泛開(kāi)展農民科技普及培訓。

3.6 建立可靠的野外(wài)監測網絡，積累有價值的基礎數據

黑土地保護的監測工(gōng)作已經得到了各級政府的高度重視——通過國家科技部建立了野外(wài)農田觀測站，通過農業部建立了部屬野外(wài)觀測站，黑土保護項目也建立基于各試點縣（市）的監測網絡。但是爲了統一(yī)管理，充分(fēn)發揮其作用，更有針對性地保護黑土地，建議在農業部耕地質量監測保護中(zhōng)心設立黑土地保護分(fēn)中(zhōng)心，整合國家科技部、農業部、教育部和中(zhōng)國科學院的有關台站，在隸屬關系不變的前提下(xià)，實現業務統一(yī)指揮的科技體(tǐ)系——将由原縣（市）農業技術推廣部門負責的監測站點，劃歸有科技實力的野外(wài)觀測研究站和機構負責。

3.7 落實科技-管理-生(shēng)産三位一(yī)體(tǐ)，實現技術研發的原創性、系統性和應用性

建議相關立項部門聯合設立黑土地保護項目，将項目的科學問題、技術研發、技術設計和項目實施作爲一(yī)個系統操作。例如，近期農業部立項的東北(běi)黑土地保護利用試點項目，科技部就要匹配科學問題研究和技術研發兩部分(fēn)内容的科研經費(fèi)。農業部在項目中(zhōng)建立項目設計、項目示範和全試點區域聯動的，由科學家參與、政府主導、農民實施的系統方案。在工(gōng)作的實施過程中(zhōng)力求做到以下(xià)兩點：① 在立項的全過程中(zhōng)，廣泛聽(tīng)取各不同層面的科學家和一(yī)線技術工(gōng)作人員(yuán)的意見，包括在項目立項過程前進行公示；② 在項目執行過程中(zhōng)，對非保密項目，建議全程公開(kāi)，監督項目承擔人的工(gōng)作。來源：土壤觀察。