中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊  我國(guó)東北平原黑土區(qū)總面積?1.09×106 km²，主要分布在呼倫貝爾草原、大小興安嶺地區(qū)、三江平原、松嫩平原、松遼平原和長(zhǎng)白山地區(qū)，是世界僅有的四大黑土區(qū)之一。東北地區(qū)年糧食產(chǎn)量占全國(guó)?1/4，糧食調(diào)出量占全國(guó)的?1/3，玉米、粳稻和大豆的產(chǎn)量分別占全國(guó)的?33%、43%?和?52%——東北地區(qū)的糧食生產(chǎn)對(duì)國(guó)家糧食安全至關(guān)重要。由于不合理的耕作及長(zhǎng)期秸稈離田，我國(guó)東北黑土區(qū)土壤侵蝕與退化嚴(yán)重。東北黑土“變薄、變瘦”，嚴(yán)重威脅到國(guó)家糧食安全和東北地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，亟待開展保護(hù)與利用相結(jié)合的技術(shù)研發(fā)與示范推廣。

       保護(hù)性耕作技術(shù)是土壤保護(hù)與利用相結(jié)合的技術(shù)，也是一種成本較低、推廣面積廣泛的重要土壤保護(hù)技術(shù)。作為減少土壤侵蝕、提高土壤肥力的首選技術(shù)，保護(hù)性耕作已經(jīng)在世界廣泛推廣。我國(guó)人多地少且地塊分散，糧食安全壓力較大。分析國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的技術(shù)及推廣形式發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于其他土壤保護(hù)技術(shù)而言，推行保護(hù)性耕作技術(shù)是我國(guó)黑土保護(hù)與利用的關(guān)鍵和首選；同步結(jié)合防風(fēng)林帶、等高種植可有效防控我國(guó)東北黑土的侵蝕與退化，逐步提高土壤肥力。

保護(hù)性耕作技術(shù)在中國(guó)東北推廣面臨的問題

國(guó)外主要保護(hù)性耕作技術(shù)模式

經(jīng)過?60?多年的探索，人們總結(jié)形成了以秸稈覆蓋少/免耕為主要特點(diǎn)的保護(hù)性耕作技術(shù)，包括免耕技術(shù)（no-till）、條耕技術(shù)（strip-till）、秸稈覆蓋壟作少耕技術(shù)（ridge-till），以及覆蓋耕作（mulch-till）與垂直耕作（vertical-till）等主要技術(shù)模式。

免耕技術(shù)。將作物殘茬均勻覆蓋地表，播種前不進(jìn)行任何土壤耕作，直接利用免耕播種機(jī)清理出?10—15 cm?的播種帶免耕播種。該技術(shù)可以最大程度減少風(fēng)蝕、水蝕，增加土壤水分入滲，減少地面水分蒸發(fā)，蓄水抗旱；另外，由于對(duì)土壤擾動(dòng)最少，可最大程度減少有機(jī)質(zhì)的礦化與分解。

條耕技術(shù)。在行間進(jìn)行?10—20 cm?寬度的耕作，一般可通過深松培土的方式進(jìn)行；作業(yè)后，行間形成一個(gè)?5—8 cm?高、10—20 cm?寬的小壟臺(tái)。條耕目的為提高播種帶地溫及播種質(zhì)量，減少低溫冷涼區(qū)或者澇洼黏濕區(qū)由于秸稈覆蓋地表導(dǎo)致的土壤溫度回升緩慢、秸稈量大控制難而影響播種質(zhì)量問題。條耕技術(shù)下?70%?以上地表具備了秸稈覆蓋免耕的特點(diǎn)，剩余地表又具備傳統(tǒng)耕作的特點(diǎn)，兩者優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合被認(rèn)為是“最佳的耕作方法”。美國(guó)和加拿大?40?多年的實(shí)踐表明，相對(duì)于秸稈深翻深埋的傳統(tǒng)耕作，條耕可實(shí)現(xiàn)大概率增產(chǎn)。

壟作技術(shù)。將秸稈或作物殘茬放在壟溝，壟臺(tái)簡(jiǎn)單掃茬平整處理后直接播種；在玉米等作物的拔節(jié)期前，深松中耕培土、整理壟型。該技術(shù)適于低溫、冷涼及澇洼地塊。

覆蓋耕作與垂直耕作。覆蓋耕作指通過鑿式犁、圓盤耙或者旋耕耙對(duì)土壤進(jìn)行耕作，使部分秸稈混入土壤?5—7.5 cm，有?30%—70%?土壤表面被秸稈覆蓋。垂直耕作是近幾年在美國(guó)興起的新技術(shù)，其主要特點(diǎn)是利用波紋刀、圓盤刀等耕作機(jī)具嚴(yán)格順著拖拉機(jī)行進(jìn)的方向設(shè)置，使耕作部件垂直進(jìn)入土壤，不進(jìn)行水平方向的擾動(dòng)，從而減少機(jī)具作業(yè)壓實(shí)層的產(chǎn)生；垂直耕作使部分秸稈混入土壤?5—7.5 cm，有?30%—70%?土壤表面被秸稈覆蓋。覆蓋耕作與垂直耕作均可實(shí)現(xiàn)大量秸稈下提高播種質(zhì)量、一定程度提高地溫。

國(guó)外成熟的保護(hù)性耕作技術(shù)模式在我國(guó)應(yīng)用存在的問題

國(guó)外成熟的保護(hù)性耕作技術(shù)在中國(guó)示范推廣具有很大難度、面臨巨大挑戰(zhàn)，主要存在?3?個(gè)方面的問題。

我國(guó)玉米常年連作。在美國(guó)、巴西、阿根廷，種植制度以輪作為主，特別是玉米-大豆輪作。1996—2010?年美國(guó)玉米輪作占玉米播種面積?80%?以上，1997—2006?年大豆輪作面積占大豆總播種面積的?97%?以上。玉米播種在大豆茬口，秸稈量小，不影響播種質(zhì)量；大豆播種在玉米茬口，雖然玉米秸稈量大，但大豆一般播種較晚，因秸稈開始腐爛而對(duì)大豆播種質(zhì)量影響較小。玉米是我國(guó)東北地區(qū)的第一大作物，農(nóng)民常年連作，由于大豆經(jīng)濟(jì)效益較低，只有小部分地區(qū)存在大豆-玉米輪作。在連作條件下，玉米產(chǎn)生的大量秸稈，增加了保護(hù)性耕作技術(shù)的實(shí)施難度。

我國(guó)玉米種植行距小且不統(tǒng)一。美國(guó)最常見的玉米種植行距為?30?英寸（76.2 cm），約占玉米種植面積的?95%?以上。然而，我國(guó)東北各地區(qū)的玉米種植行距并不相同：內(nèi)蒙古東北地區(qū)、遼寧西部部分地區(qū)在?45 cm?左右，遼寧中北部地區(qū)一般為?55—60 cm，吉林西南部和中部部分地區(qū)多為?60 cm?左右，吉林北部地區(qū)和黑龍江大部分地區(qū)為?65 cm?左右。行距大便于在行間清理出一條沒有秸稈的播種帶，而行距小時(shí)則難以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的——秸稈沒有足夠的存放空間；而且，一個(gè)地區(qū)的種植行距是和該地區(qū)的農(nóng)業(yè)機(jī)械（特別是農(nóng)用拖拉機(jī)的軸距）對(duì)應(yīng)的——當(dāng)拖拉機(jī)軸距確定、普及并形成一定的保有量時(shí)，再改動(dòng)種植行距難度較大。因此，行距小且不統(tǒng)一是我國(guó)東北地區(qū)實(shí)施保護(hù)性耕作技術(shù)面臨的另一重大難題。

我國(guó)缺乏高性能的免耕播種機(jī)及覆蓋耕作機(jī)具。免耕、條耕、壟作和覆蓋耕作等國(guó)外成熟的四大保護(hù)性耕作技術(shù)有一個(gè)共同特點(diǎn)：地表或者大部分地表覆蓋秸稈。因此，其播種機(jī)播種環(huán)境與常規(guī)種植不同，而我國(guó)傳統(tǒng)的播種機(jī)具難以高質(zhì)量完成播種。保護(hù)性耕作技術(shù)至今的最大突破就是免耕播種機(jī)的發(fā)明并不斷發(fā)展和成熟。最早的免耕播種機(jī)是?20?世紀(jì)?40—60?年代在美國(guó)設(shè)計(jì)、發(fā)明的。不斷完善的免耕播種機(jī)已經(jīng)完全適合美國(guó)的土地環(huán)境，可以很好地完成大面積的免耕播種任務(wù)。但進(jìn)口的免耕播種機(jī)成本太高，難以滿足大面積示范推廣需求，我國(guó)保護(hù)性耕作技術(shù)示范推廣必須突破高性能免耕播種機(jī)缺乏的障礙。 

玉米連作、行距小且不統(tǒng)一、缺乏高性能免耕播種機(jī)，以上三大主要因素增加了我國(guó)東北黑土地保護(hù)性耕作技術(shù)推廣與應(yīng)用的難度，也使得國(guó)外成熟的保護(hù)性耕作技術(shù)不能在我國(guó)被直接推廣應(yīng)用。

我國(guó)東北保護(hù)性耕作技術(shù)的探索

我國(guó)保護(hù)性耕作的早期探索

我國(guó)少/免耕農(nóng)藝試驗(yàn)研究較早：20?世紀(jì)?60?年代，黑龍江國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)開始試驗(yàn)小麥免耕播種；20?世紀(jì)?80?年代，陜西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研發(fā)了“旱地小麥高留茬少耕全程覆蓋技術(shù)”；20?世紀(jì)?90?年代，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研發(fā)了“旱地玉米免耕整稈覆蓋技術(shù)”。機(jī)械化保護(hù)性耕作技術(shù)研究始于?20?世紀(jì)?90?年代：1991?年，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、山西省農(nóng)機(jī)局等單位合作，開始機(jī)械化保護(hù)性耕作系統(tǒng)試驗(yàn)，先后在山西、河北建立了一批試驗(yàn)區(qū)和測(cè)試區(qū)，設(shè)計(jì)了?2BMF-4C?輪齒拔草型免耕播種機(jī)，并于?1999?年開始在河北、遼寧、內(nèi)蒙古、甘肅、陜西等一年一熟地區(qū)開展機(jī)械化保護(hù)性耕作的試驗(yàn)示范。2005?年，中央一號(hào)文件提出“改革傳統(tǒng)耕作方法，發(fā)展保護(hù)性耕作”，將發(fā)展保護(hù)性耕作上升為國(guó)家政策。

吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院對(duì)保護(hù)性耕作的早期探索

吉林省保護(hù)性耕作研究工作始于?20?世紀(jì)?70?年代末。1983?年吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作課題組建立了不同耕法長(zhǎng)期定位試驗(yàn)田，設(shè)置高茬免耕、連年翻耕、滅茬打壟等處理，監(jiān)測(cè)不同耕作措施下土壤環(huán)境變化及作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，1997—1998?年該團(tuán)隊(duì)提出了玉米寬窄行留高茬交替休閑種植模式，包含立茬還田、免耕播種、行間深松等技術(shù)；新技術(shù)整合了留高茬增加有機(jī)物料還田，行間深松構(gòu)建土壤水庫和良好耕層，并在吉林省公主嶺市及范家屯鎮(zhèn)建立了技術(shù)試驗(yàn)示范基地。

中國(guó)科學(xué)院在東北保護(hù)性耕作的研究探索

理論探索與長(zhǎng)期實(shí)施效果監(jiān)測(cè)

2001?年，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所楊學(xué)明和張曉平研究團(tuán)隊(duì)在德惠市米沙子鄉(xiāng)晨光村試驗(yàn)基地開展玉米秸稈覆蓋還田保護(hù)性耕作技術(shù)實(shí)施效果的理論探索，在東北黑土區(qū)建立第一個(gè)全量秸稈覆蓋還田的保護(hù)性耕作試驗(yàn)基地。

2004?年至今，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所張興義在中國(guó)科學(xué)院黑龍江海倫農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站開始了全量秸稈覆蓋還田免耕的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)。

2007?年，中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所張旭東研究團(tuán)隊(duì)在梨樹縣高家村建立了保護(hù)性耕作技術(shù)研究示范基地，重點(diǎn)對(duì)保護(hù)性耕作實(shí)施后土壤物理、化學(xué)、生物性質(zhì)等進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)控。該基地不同于原有小區(qū)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)，集大面積示范監(jiān)測(cè)與大區(qū)試驗(yàn)于一體，研究更接近生產(chǎn)實(shí)際。該研究為我國(guó)東北地區(qū)黑土保護(hù)與利用、保護(hù)性耕作技術(shù)推廣提供理論數(shù)據(jù)支撐。

保護(hù)性耕作重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)

免耕播種機(jī)的研制與產(chǎn)業(yè)化。我國(guó)高性能免耕播種機(jī)研制由中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所關(guān)義新攻克：2008?年免耕播種機(jī)樣機(jī)研制成功，2009?年通過吉林省農(nóng)業(yè)委員會(huì)組織的專家鑒定。該播種機(jī)吸取了國(guó)外先進(jìn)免耕機(jī)的設(shè)計(jì)，性能達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，在吉林省人民政府推動(dòng)下快速完善并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。目前，除吉林康達(dá)農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司和北京德邦大為科技股份有限公司外，還有?20?多家企業(yè)生產(chǎn)類似產(chǎn)品。該類型免耕播種機(jī)市場(chǎng)保有量約?7.5?萬臺(tái)，年完成播種面積達(dá)?5×106 ha?以上，已成為東北地區(qū)的主流播種機(jī)。高性能免耕播種機(jī)的快速產(chǎn)業(yè)化使保護(hù)性耕作技術(shù)在我國(guó)東北落地生根。

寬窄行秸稈覆蓋免耕技術(shù)模式的提出。秸稈覆蓋還田免耕技術(shù)示范推廣過程中發(fā)現(xiàn)，免耕技術(shù)在吉林西部實(shí)施面積較大。但在梨樹縣等吉林中部地區(qū)，玉米產(chǎn)量高、秸稈量大，技術(shù)推廣緩慢。在借鑒吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院寬窄行高留茬少耕技術(shù)基礎(chǔ)上，2014?年春，關(guān)義新向梨樹縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站提出了寬窄行秸稈覆蓋免耕技術(shù)模式，該技術(shù)解決了高產(chǎn)量情況下秸稈放置難的問題。2015—2016?年，秸稈歸行機(jī)和前置歸行機(jī)的出現(xiàn)，進(jìn)一步解決了寬窄行免耕技術(shù)播種質(zhì)量問題。寬窄行秸稈覆蓋免耕技術(shù)的出現(xiàn)使得保護(hù)性耕作在梨樹縣、榆樹市等玉米高產(chǎn)區(qū)推廣面積擴(kuò)大，保護(hù)性耕作技術(shù)示范推廣進(jìn)入新階段。

條帶耕作技術(shù)模式的提出。寬窄行秸稈覆蓋免耕技術(shù)存在地溫回升緩慢、不發(fā)苗，風(fēng)大容易引起秸稈歸行效果差，影響出苗率和苗整齊度，以及玉米增產(chǎn)效果不穩(wěn)定等問題。因此，一些合作社、種田大戶特別是代管農(nóng)戶難以接受，高產(chǎn)區(qū)保護(hù)性耕作推廣仍很艱難。關(guān)義新于?2010?年在梨樹縣保護(hù)性耕作學(xué)術(shù)研討會(huì)上提出了引進(jìn)國(guó)際成功經(jīng)驗(yàn)、示范國(guó)外條耕技術(shù)的建議。2012?年中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)米國(guó)華進(jìn)口了一套美國(guó)條耕機(jī)，積極開展國(guó)外條耕技術(shù)試驗(yàn)示范，但示范時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)具作業(yè)效果不理想——我國(guó)種植行距小仍然是技術(shù)實(shí)施面臨的首要難題。2018?年，關(guān)義新與其團(tuán)隊(duì)成員敖曼提出了條帶耕作技術(shù)；該技術(shù)在寬窄行秸稈覆蓋免耕及國(guó)外條耕技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)窄行播種帶進(jìn)行秸稈清理、深松淺旋作業(yè)，對(duì)歸行在寬行的秸稈進(jìn)行淺壓覆土；同年，團(tuán)隊(duì)研制出條帶耕作機(jī)，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合后技術(shù)試驗(yàn)成功。試驗(yàn)田播種質(zhì)量超過常規(guī)種植，苗齊、苗勻、苗壯，專家測(cè)產(chǎn)結(jié)果?2018?年?1.6×104 kg/ha、2019?年?1.7×104 kg/ha，達(dá)到了該地區(qū)歷史最高產(chǎn)量。2019?年開始，該團(tuán)隊(duì)在黑土地聯(lián)盟及黑土地保護(hù)利用國(guó)際論壇上宣傳培訓(xùn)條帶耕作技術(shù)，制作并發(fā)放技術(shù)規(guī)程宣傳手冊(cè)，廣泛開展田間展示現(xiàn)場(chǎng)會(huì)；2020?年，與遼寧、吉林、黑龍江?3?省的農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳聯(lián)合進(jìn)行技術(shù)示范推廣。目前，該配套條帶耕作機(jī)已完成了一代、二代?2?種機(jī)型的研制與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

秸稈覆蓋壟作少耕技術(shù)的總結(jié)提升。壟作保護(hù)性耕作技術(shù)有利于早春散墑提溫、如期播種，是美國(guó)應(yīng)用于澇洼低溫區(qū)域的保護(hù)性耕作技術(shù)。由于該技術(shù)不改變行距，保留了傳統(tǒng)壟作習(xí)慣，方法簡(jiǎn)單易行，深得農(nóng)民認(rèn)可。雙遼市最早將秸稈覆蓋壟作少耕技術(shù)在吉林西部風(fēng)沙干旱及低洼鹽堿區(qū)大面積推廣。目前，在吉林西部、內(nèi)蒙古東部，該技術(shù)均有很大的示范推廣面積。但在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋壟作少耕在風(fēng)沙干旱區(qū)存在保水抗旱效果不足、原茬播種出苗質(zhì)量差的問題。2020?年，關(guān)義新團(tuán)隊(duì)與吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理中心鄭鐵志總結(jié)該技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用過程中的問題，優(yōu)化、完善了其技術(shù)體系，通過作業(yè)環(huán)節(jié)及機(jī)具的改進(jìn)提升壟作少耕的播種質(zhì)量。同時(shí)，秸稈覆蓋壟作少耕技術(shù)也在低溫冷涼的佳木斯地區(qū)（2015?年至今），吉林中部高產(chǎn)區(qū)、東部山區(qū)低洼區(qū)（2020?年至今）進(jìn)行了試驗(yàn)示范。

2015?年至今，梨樹縣人民政府、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院成立黑土地聯(lián)盟，在聯(lián)盟合作社進(jìn)行技術(shù)的培訓(xùn)和示范推廣工作。2020—2021?年，結(jié)合“黑土糧倉”科技會(huì)戰(zhàn)，中國(guó)科學(xué)院與東北四?。▍^(qū)）相關(guān)單位結(jié)合，進(jìn)行保護(hù)性耕作技術(shù)的研究監(jiān)測(cè)及示范推廣。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部和吉林省人民政府通過示范項(xiàng)目全面推動(dòng)保護(hù)性耕作推廣落地

2002?年農(nóng)業(yè)部（現(xiàn)“農(nóng)業(yè)農(nóng)村部”）在西北、華北和東北?8?個(gè)省份啟動(dòng)實(shí)施了保護(hù)性耕作技術(shù)示范推廣項(xiàng)目；2006?年吉林省獲得了保護(hù)性耕作技術(shù)的立項(xiàng)支持，同時(shí)省財(cái)政設(shè)立了農(nóng)機(jī)化新技術(shù)推廣專項(xiàng)資金（1?000?萬/年）。2009—2014?年，吉林省玉米免耕播種機(jī)從研發(fā)試驗(yàn)到完善，從幾臺(tái)樣機(jī)飛速增長(zhǎng)至?5?465?臺(tái)——保護(hù)性耕作成為改變傳統(tǒng)耕作理念，實(shí)現(xiàn)短期、快速、巨大突破的農(nóng)機(jī)化新技術(shù)推廣典型“案例”。

吉林省推進(jìn)工作思路上采取了優(yōu)先西部、照顧中部、重點(diǎn)平原、探索山區(qū)的原則，有計(jì)劃、有布局地建立保護(hù)性耕作技術(shù)示范縣；同時(shí)，通過設(shè)定示范戶、示范面積、示范機(jī)具數(shù)量等最低標(biāo)準(zhǔn)條件，確保示范技術(shù)和示范機(jī)具數(shù)量能夠形成有價(jià)值的結(jié)果。在資金使用上，也本著務(wù)求實(shí)效的原則，安排了示范戶購置機(jī)具項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)給予累加補(bǔ)貼，示范作業(yè)給予面積補(bǔ)貼，以及推廣單位開展的宣傳培訓(xùn)與指導(dǎo)服務(wù)等工作同樣給予項(xiàng)目資助，使得原本?6?萬多元的“康達(dá)牌”兩行玉米免耕播種機(jī)示范農(nóng)戶到手價(jià)格降至?1.8萬—2.2?萬元，有效解決了農(nóng)民買不起、用不上的問題。省級(jí)和農(nóng)業(yè)部（現(xiàn)“農(nóng)業(yè)農(nóng)村部”）項(xiàng)目連續(xù)?10?年的有效扶持，拉動(dòng)累計(jì)超?2?億元的項(xiàng)目資金投入，積極調(diào)動(dòng)了各縣保護(hù)性耕作積極性，提升了推廣執(zhí)行效果。2021?年吉林省保護(hù)性耕作示范推廣面積達(dá)?2?875?萬畝。

 保護(hù)性耕作技術(shù)在梨樹縣的長(zhǎng)期實(shí)施效果

2007?年，由中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所張旭東牽頭，聯(lián)合吉林省梨樹縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站、中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所和吉林省土壤肥料工作總站，在吉林省梨樹縣高家村建立了“中國(guó)科學(xué)院保護(hù)性耕作研發(fā)基地”。通過將科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)和示范應(yīng)用相結(jié)合，建立了一整套玉米秸稈覆蓋少/免耕全程機(jī)械化技術(shù)模式，開創(chuàng)了農(nóng)藝-農(nóng)機(jī)融合的現(xiàn)代玉米耕作模式，促進(jìn)了東北黑土地玉米耕作制度的改革，為東北黑土的可持續(xù)利用奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

應(yīng)用效果至今研究監(jiān)控?15?年，進(jìn)一步驗(yàn)證了保護(hù)性耕作除有效控制土壤侵蝕外，在土壤培肥及蓄水抗逆上也有積極的效果。梨樹縣高家村連續(xù)?15?年秸稈覆蓋還田的主要結(jié)果如下。

秸稈覆蓋免耕能夠促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)積累

2007—2018?年，11?年來耕層（0—20 cm）土壤有機(jī)質(zhì)由?22.5 g/kg?增加至?24.0 g/kg，年均增加幅度為?0.5%—0.7%。土壤有機(jī)質(zhì)積累的效果隨著秸稈還田量增大而增大，秸稈全量還田在短時(shí)間就顯現(xiàn)出促進(jìn)有機(jī)質(zhì)積累的效果。通過對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)積累的動(dòng)態(tài)模擬發(fā)現(xiàn)，秸稈全量覆蓋后，表層土壤有機(jī)質(zhì)經(jīng)?8—12?年即接近平衡點(diǎn)閾值。因而，在秸稈覆蓋免耕技術(shù)的實(shí)踐中，適時(shí)進(jìn)行深翻可提高有機(jī)質(zhì)在土體中的固存容量。

秸稈覆蓋免耕增加土壤養(yǎng)分庫容量和養(yǎng)分供應(yīng)能力

秸稈覆蓋歸還增加了氮、磷、鉀養(yǎng)分在耕層的積累。秸稈全量歸還每年向土壤輸入的氮、磷、鉀數(shù)量分別為?60、40、150 kg，分別相當(dāng)于當(dāng)?shù)鼗适┯昧康?25%、30%、200%。秸稈中的養(yǎng)分具有較高的穩(wěn)定性、不易損失，秸稈歸還顯著提高了氮、磷、鉀養(yǎng)分在耕層的積累。在全量秸稈覆蓋條件下，耕層土壤全氮含量由?2007?年的?1.21 g/kg?增加到?2018?年的?1.37 g/kg，年均增幅為?1.1%；土壤全磷含量從實(shí)驗(yàn)前的?0.38?g/kg?增加到?0.46?g/kg，年平均增幅為?1.8%；土壤全鉀含量由?20.9 g/kg?增加到?23.8 g/kg，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。

秸稈覆蓋歸還提高了氮、磷、鉀養(yǎng)分的活性。土壤堿解氮、有效磷、速效鉀可反映氮、磷、鉀養(yǎng)分的活性和當(dāng)季有效性。研究結(jié)果表明，從?2007?年到?2018?年，耕層土壤堿解氮含量由?104 mg/kg?增至?112 mg/kg，耕層土壤有效磷從?8.5 mg/kg?增加到?20.9 mg/kg，土壤耕層速效鉀從?149 mg/kg?增加到?191 mg/kg。秸稈覆蓋歸還不僅增加了各養(yǎng)分庫容量，同時(shí)也提高了養(yǎng)分活性，增加了土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力。

秸稈覆蓋免耕改善了土壤結(jié)構(gòu)，提升了土壤生物功能

秸稈覆蓋免耕增加土壤團(tuán)聚化程度，消除犁底層。經(jīng)?5?年處理后，秸稈覆蓋免耕對(duì)土壤團(tuán)聚體的組成和分布已產(chǎn)生了顯著影響，秸稈覆蓋促進(jìn)了土壤大顆粒大團(tuán)聚體（>2000 μm）的形成，增加了團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，改善了土壤結(jié)構(gòu)。與常規(guī)壟作處理相比，秸稈覆蓋免耕處理?5?年后犁底層消失，有利于改善土壤下層結(jié)構(gòu)和孔隙分布，使土壤穿透阻力迅速降低。穿透阻力的下降可顯著促進(jìn)作物生長(zhǎng)和根系的穿透、水分下滲和保持，以及養(yǎng)分運(yùn)移和供應(yīng)。

秸稈覆蓋免耕提高土壤生物多樣性。相對(duì)于常規(guī)耕作，秸稈覆蓋免耕增加了大型土壤動(dòng)物群落個(gè)體密度、類群數(shù)量和多樣性指數(shù)，以線蚓、正蚓科和雙翅目幼蟲為主體的腐食性類群個(gè)體數(shù)量隨秸稈覆蓋頻率增加而增多。尤其是秸稈覆蓋免耕顯著增加了土壤蚯蚓的數(shù)量和生物量，全量秸稈覆蓋每平方米蚯蚓數(shù)量為?40—60?條，而常規(guī)壟作僅有?3—5?條。蚯蚓能夠增加土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性、改善土壤結(jié)構(gòu)，對(duì)土壤通氣和透水性能具有重要的作用。土壤生物多樣性提高、生物功能增強(qiáng)表明秸稈覆蓋免耕后土壤生態(tài)功能得到顯著的恢復(fù)和提高。

秸稈覆蓋免耕增加土壤蓄水抗旱保墑能力

和常規(guī)耕作相比，秸稈在地表覆蓋降雨的滲透率平均增加?30%?以上，地表蒸發(fā)降低?40%?以上。通過對(duì)整個(gè)玉米生育期的土壤水分變化監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋免耕處理下的土壤含水量均高于常規(guī)壟作。夏季降雨后差異變小，而春季、秋季差異顯著增加，這說明干旱條件下秸稈覆蓋具有很強(qiáng)的水分保蓄和調(diào)節(jié)能力，更有利于保證作物的水分需求，具有抗旱節(jié)水的作用。

秸稈覆蓋免耕的抗旱保墑能力對(duì)緩解該地區(qū)春季旱情尤為明顯。2017?年梨樹縣經(jīng)歷了?50?多天的春旱，常規(guī)壟作處理的表層土壤含水量?jī)H約為?4%，這嚴(yán)重影響了玉米春播。而秸稈覆蓋免耕處理下的土壤含水量約為?18%，保持了良好的墑情，可以實(shí)現(xiàn)無補(bǔ)水條件下的免耕播種，同時(shí)也保證了后期良好的出苗率。

保性耕作技術(shù)實(shí)現(xiàn)了秸稈資源有效循環(huán)利用，提高了肥料利用率，節(jié)本節(jié)肥、增產(chǎn)增效

與常規(guī)壟作相比，秸稈覆蓋免耕在培肥地力的同時(shí)，仍能夠維持較高的作物產(chǎn)量。2017?年梨樹縣高家村試驗(yàn)基地實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)約?1?000 kg/ha，氮肥利用率提高?4.7%。秸稈覆蓋免耕技術(shù)一次進(jìn)地能夠完成側(cè)深施化肥、切斷和清理種床秸稈、種床整理、單粒播種、覆土鎮(zhèn)壓等工序，實(shí)現(xiàn)了玉米播種和施肥的精準(zhǔn)化、智能化全程機(jī)械作業(yè)。因此，該技術(shù)可以減少農(nóng)機(jī)進(jìn)地次數(shù)，以及減少燃油消耗和勞動(dòng)力成本。根據(jù)本研究的歷年平均數(shù)據(jù)估算，每公頃可節(jié)省成本?1?650?元。在產(chǎn)量方面，按照免耕作業(yè)比常規(guī)耕作玉米產(chǎn)量每公頃增加?1?000 kg?計(jì)算，預(yù)計(jì)可增加收入?1?400?元，因此節(jié)本增效可達(dá)?3?050?元。

保護(hù)性耕作應(yīng)用前景及效果展望

保護(hù)性耕作技術(shù)是世界土壤保護(hù)與利用最為重要的成功經(jīng)驗(yàn)，該技術(shù)與作物輪作、等高種植、防風(fēng)林帶等技術(shù)結(jié)合，已在北美、南美洲、澳大利亞等國(guó)家廣泛推廣應(yīng)用，為世界糧食生產(chǎn)安全及環(huán)境質(zhì)量改善作出了重要貢獻(xiàn)。經(jīng)過近?20?年的研究探索，我國(guó)保護(hù)性耕作的技術(shù)模式及配套機(jī)具基本成熟，具備了大面積示范推廣的條件。中國(guó)科學(xué)院等單位自?2007?年以來在吉林省研究并形成的保護(hù)性耕作技術(shù)及配套機(jī)具（被稱之為“梨樹模式”），為保護(hù)性耕作技術(shù)在東北黑土區(qū)的示范推廣提供了重要技術(shù)支撐。

保護(hù)性耕作技術(shù)在我國(guó)東北黑土地的廣泛應(yīng)用，將對(duì)我國(guó)東北糧食生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境及國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

可以有效遏制東北土壤退化，提高土壤產(chǎn)量。一方面，保護(hù)性耕作可以有效控制土壤的風(fēng)蝕、水蝕，讓土壤不再“變薄”；另一方面，可改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的生物多樣性，逐漸恢復(fù)土壤肥力，提高糧食生產(chǎn)水平。

增強(qiáng)東北地區(qū)糧食生產(chǎn)的穩(wěn)定性。保護(hù)性耕作的連續(xù)實(shí)施，可以消除犁底層，增強(qiáng)土壤降雨入滲能力，從而實(shí)現(xiàn)蓄水防澇抗旱、抗倒伏的能力，增強(qiáng)東北地區(qū)糧食生產(chǎn)抗逆減災(zāi)的能力，穩(wěn)固國(guó)家糧倉。

改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。保護(hù)性耕作連續(xù)大面積實(shí)施后，沙塵暴、水土流失和面源污染基本得到控制或改善，秸稈焚燒造成的環(huán)境污染大幅下降，區(qū)域水資源緊缺狀況可有效改善，同時(shí)節(jié)約大量的政府管理資源。

有助于實(shí)現(xiàn)碳固定。保護(hù)性耕作條件下，土壤擾動(dòng)減少可降低土壤有機(jī)質(zhì)礦化量，同時(shí)秸稈還田可增加土壤中有機(jī)物質(zhì)的歸還，有助于農(nóng)田土壤增碳減排。

（作者：敖曼 關(guān)義新，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所；張旭東 中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所；《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）