高緯寒地區(qū)黑土地保護(hù)技術(shù)實(shí)踐成效及建議

高緯寒地區(qū)黑土地保護(hù)技術(shù)實(shí)踐成效及建議摘要：黑龍江省北部，屬于高緯寒地區(qū)，“寒地黑土”資源豐富，是國家重要的商品糧、豆生產(chǎn)基地.但是過度開荒墾殖，用養(yǎng)失衡等導(dǎo)致黑土地質(zhì)量不斷退化，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境及制約農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的提高.文章分析了該地區(qū)黑土地利用現(xiàn)狀及存在問題，評價黑土地保護(hù)技術(shù)實(shí)踐效果，并提出黑土保護(hù)對策建議，以期為高緯寒地區(qū)黑土地保護(hù)利用工作提供重要的理論和技術(shù)參考.關(guān)鍵詞：高緯寒地區(qū)；黑土現(xiàn)狀；保護(hù)利用；對策建議1引言黑土地利用現(xiàn)狀及存在問題1引言中國東北平原黑土區(qū)是世界僅存的“三大黑土區(qū)”之一，屬于“寒地黑土”，有機(jī)質(zhì)含量高，土壤肥沃，適于優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物生長，被認(rèn)為是世界上最肥沃的土壤[1].東北平原包括三江平原、松嫩平原和遼河平原等.松嫩平原北端黑土區(qū)，位于黑龍江省北部，北緯48-51°之間，屬于高緯寒地區(qū)，氣候冷涼，無霜期短，擁有“全國大豆之鄉(xiāng)”，是國家重要的商品糧、豆生產(chǎn)基地[2].自開墾以來，糧田面積不斷增加，糧食產(chǎn)出迅速升高，北大荒變成了“北大倉”，為國家糧食產(chǎn)量增加做出了巨大貢獻(xiàn).但是過度開荒墾殖，長期掠奪式經(jīng)營及用養(yǎng)失衡等，導(dǎo)致黑土耕地質(zhì)量不斷退化，水土流失嚴(yán)重，黑土層變薄，土壤板結(jié)，有機(jī)質(zhì)含量降低，嚴(yán)重破壞了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，并極大地制約了農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的提高.近幾年，研究人員對于適合高緯寒地區(qū)黑土地保護(hù)利用技術(shù)研究進(jìn)行了一定的探索，取得了一定的成效.文章對于黑土地利用現(xiàn)狀、存在問題以及目前黑土地保護(hù)利用技術(shù)實(shí)踐效果進(jìn)行綜述分析，并對黑土地保護(hù)中存在的相關(guān)問題提出解決對策建議，以期為進(jìn)一步研究高緯寒地區(qū)黑土地保護(hù)利用技術(shù)提供理論依據(jù).2.1長期開墾砍伐，導(dǎo)致水土流失逐年加劇中國東北農(nóng)業(yè)開墾始于清代.新中國成立后，東北肥沃的黑土資源備受關(guān)注，特別20世紀(jì)60年代后，大批軍人和知青相繼來到松嫩平原的中北部，開墾土壤肥沃的黑土地.糧田面積劇增，糧食總產(chǎn)量不斷飆升，為國家糧食生產(chǎn)做出了不可磨滅的貢獻(xiàn).大量坡地的樹木被砍伐一空，大量的草原變成耕地.由于地處北緯寒地黑土區(qū)，地形地貌主要特點(diǎn)為漫坡漫崗，受雨水沖刷和季節(jié)性凍融作用影響，東北黑土區(qū)水土流失日益嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境日趨惡化.目前，東北典型黑土區(qū)有水土流失面積4.47萬平方公里，約占典型黑土區(qū)總面積的26.3%[3].水土流失導(dǎo)致耕地沖毀，溝壑面積增多，良田減少；含腐殖質(zhì)高的表層土壤流失，有機(jī)質(zhì)含量降低，土壤肥力下降；破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響作物生長發(fā)育，生態(tài)失調(diào)，旱澇災(zāi)害頻繁.2.2有機(jī)質(zhì)含量降低，導(dǎo)致耕地地力下降東北黑土是在寒冷的氣候下，地表植被經(jīng)過長期腐蝕形成腐殖質(zhì)后演化形成的.肥沃的黑土剛剛形成時，積累了大量的腐殖質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量較高，達(dá)5-7%.自開墾以來，黑土質(zhì)量發(fā)生了變化：自然土壤經(jīng)過人為耕作后，土壤孔隙增加，土壤微生物活性增強(qiáng)，促使土壤有機(jī)質(zhì)分解，分解過程中釋放的氮、磷、鉀利于作物生長，土壤肥力較高.20世紀(jì)60年代以后30年，東北北部地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量每年減少速度為1.5-2.6%的此后的穩(wěn)定農(nóng)業(yè)利用階段，土壤有機(jī)質(zhì)平均以每年0.1%左右速度下降.雖然下降緩慢，但是有機(jī)質(zhì)含量下降顯著影響了作物產(chǎn)量的提高.為了追求作物高產(chǎn)量，農(nóng)民大量施用化肥.但是，隨著化肥投入量增加，肥料利用率卻不斷下降.長期單一偏施化肥，有機(jī)肥嚴(yán)重不足，秸稈還田量少，土壤有機(jī)質(zhì)下降，影響土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，導(dǎo)致土壤板結(jié)，土壤保水保肥能力嚴(yán)重下降，耕地地力水平降低，從而影響作物產(chǎn)量的提高.2.3耕作方式不科學(xué)，導(dǎo)致黑土物理性狀惡化實(shí)行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制以來，一家一戶分散經(jīng)營土地，機(jī)械力量不足，使用小四輪拖拉機(jī)，功率小，旋耕機(jī)耕作深度不足20cm.長期耕作，形成了一層堅(jiān)硬的犁底層，耕作層變淺，導(dǎo)致土壤通氣透水能力變差，嚴(yán)重破壞了土壤原有的物理性狀.據(jù)嫩江試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測，2009年與第二次土壤普查相比（20世紀(jì)80年代），黑土區(qū)耕層容重由1.0-1.1g/cm3增加到1.2-1.3g/cm3,土壤耕作層由26cm下降到18cm，犁底層由6.5cm增加到10cm.土壤物理性狀惡化，阻礙了作物根系下扎，不僅耕種管理困難，土壤易澇易旱，而且土地生產(chǎn)能力退化.2.4種植結(jié)構(gòu)單一，影響農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)提高種植結(jié)構(gòu)單一，是指土地長期連續(xù)種植一種作物.黑龍江省北部黑土區(qū)，氣候冷涼，玉米種植面積小，小麥種植效益低，以大豆為主栽作物，有的縣（市）大豆種植面積占耕地面積80%以上.大豆重茬種植現(xiàn)象普遍，甚至重茬達(dá)10年以上.單一作物連年種植，造成土壤微生物代謝活性降低，菌群結(jié)構(gòu)破壞，生產(chǎn)上連年出現(xiàn)“火龍秧子”（根部病害）；養(yǎng)分吸收單一，帶來硼鉬等微量元素缺乏，土壤肥力降低，農(nóng)作物產(chǎn)量下降.由于連年使用除草劑，雜草對藥劑出現(xiàn)了抗性，成為難防雜草，例如紅根莧菜.農(nóng)民不得不加大農(nóng)藥使用劑量，造成土地污染，影響大豆品質(zhì)提升.3黑土地保護(hù)利用技術(shù)實(shí)踐效果習(xí)近平總書記對耕地保護(hù)工作做出了重要指示，他強(qiáng)調(diào)，耕地是我國最為寶貴的資源，要像保護(hù)大熊貓一樣保護(hù)耕地[5].農(nóng)業(yè)部啟動了東北黑土地保護(hù)利用試點(diǎn)項(xiàng)目，推動黑土耕地的可持續(xù)利用.黑龍江省北部地區(qū)在政府的大力支持下積極進(jìn)行黑土地保護(hù)技術(shù)研究，實(shí)踐應(yīng)用及推廣普及，不斷探索適合高緯寒地區(qū)黑土地保護(hù)利用技術(shù).3.1坡耕地保護(hù)性耕作技術(shù)模式效果研究保護(hù)性耕作是指對農(nóng)田實(shí)行殘茬覆蓋、少免耕或者地表微地形改造技術(shù)等措施，達(dá)到減少農(nóng)田土壤侵蝕，提高蓄水保墑能力，培肥地力，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的目的[6-7].目前，國外很多國家非常重視保護(hù)性耕作技術(shù)推廣，中國也進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐應(yīng)用.黃土高原西部旱農(nóng)區(qū)應(yīng)用免耕秸稈覆蓋每年可顯著提高播種期土壤表層含水量，對于作物產(chǎn)量提高具有重要作用[8].北方地區(qū)應(yīng)用免耕覆蓋耕作方式，相比于傳統(tǒng)耕作方式，可提高土壤的蓄水保墑作用，提高作物產(chǎn)量[9].免耕對土壤含水量的影響效果會因地區(qū)、年份以及氣候條件的不同而有所差異[10]，所以生產(chǎn)上常將幾種技術(shù)措施組裝成集成模式，研究其應(yīng)用效果.2011年魏永霞等在黑龍江省北部黑土區(qū)進(jìn)行的研究結(jié)果表明深松+秸稈還田+壟向區(qū)田集成模式減流防蝕作用更為明顯，進(jìn)而提高作物的產(chǎn)量和水分利用效率[11].實(shí)踐證明，為了更好地發(fā)揮耕地保護(hù)技術(shù)對于遏制土壤侵蝕和提高作物產(chǎn)量的潛能，必須依據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，配套機(jī)械力量等因素，因地制宜采取適合的措施，嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)操作，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境改善和農(nóng)產(chǎn)品提質(zhì)增效雙重效應(yīng).3.2增加有機(jī)物料投入效果研究向土壤中增加有機(jī)物料是指向其中投入秸稈和有機(jī)肥等，增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高土壤肥力.施入秸稈能夠有效改善土壤耕作層理化性狀，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而提高作物產(chǎn)量.目前土壤中投入秸稈的方式主要有秸稈粉碎翻壓還田和秸稈離田積造有機(jī)肥堆漚還田.其中秸稈粉碎翻壓還田分秸稈深混、淺混和深埋三種方式，生產(chǎn)上實(shí)際應(yīng)用較多的是秸稈深混和淺混.秸稈深混方式為秋季玉米秸稈粉碎后，深松打破“犁底層”的同時，向20-35cm土層中或0-35cm土層中混入秸稈.其中20-35cm土層中混入秸稈能夠快速提升亞耕層土壤肥沃程度，從而提高大豆產(chǎn)量，可在東北黑土區(qū)的粘重耕作土壤中應(yīng)用[12].經(jīng)過3年連續(xù)還田試驗(yàn)，0-35cm土層中混入秸稈能夠增加全層有機(jī)質(zhì)含量，明顯提高黑土層保土保水能力，并且能夠提高春季土壤溫度[13].秸稈淺混還田是將秸稈淺翻至0-15cm表層土壤中，還田深度過淺，秸稈與土壤不能充分混勻，導(dǎo)致土壤漏風(fēng)跑墑，影響春季出苗.目前，由于黑龍江省北部氣溫低，上凍早，有的地方玉米機(jī)械收獲秸稈粉碎后來不及翻壓，第二年春天實(shí)施秸稈淺混的面積較大.土壤中施入有機(jī)肥，能夠提高土壤養(yǎng)分含量，改善土壤肥力特性[14].目前有機(jī)肥還田方式主要有兩種，一種是養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的畜禽糞污以及生產(chǎn)中廢棄的有機(jī)物等經(jīng)過無害化處理，制成有機(jī)肥，施入農(nóng)田中，形成種養(yǎng)加生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式.東北黑土區(qū)普遍推廣應(yīng)用這種模式.另一種是秸稈碳化還田循環(huán)利用模式，屬于新型技術(shù)生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)模式[15].以秸稈和畜禽糞便結(jié)合為核心，生產(chǎn)應(yīng)用緩釋炭基肥，提高土壤有機(jī)質(zhì)，提高土壤生產(chǎn)性能.3.3實(shí)施作物合理輪作技術(shù)效果在種植制度為一年一熟的地區(qū)，輪作指的是同一田塊不同年度間輪換種植不同作物的種植方式，如玉米―大豆―小麥三年輪作.應(yīng)用輪作技術(shù)不僅有利于均衡利用土壤養(yǎng)分和防治病蟲害，還能有效地改善土壤的理化性狀，調(diào)節(jié)土壤肥力.長期定位試驗(yàn)證明，大豆-玉米輪作比連作玉米土壤有機(jī)質(zhì)含量提高了15.6%.如果以連作玉米產(chǎn)量為100%，大豆和玉米兩區(qū)輪作使玉米增產(chǎn)8.8%；玉米-大豆-小麥三區(qū)種植，玉米增產(chǎn)14.1%[16].2016年，黑土地保護(hù)項(xiàng)目區(qū)農(nóng)民進(jìn)行糧豆輪作調(diào)產(chǎn)，大豆獲得了突破性的增產(chǎn)[17].4黑土地保護(hù)的問題及對策建議4.1加大黑土地保護(hù)的科研推廣工作，確保技術(shù)實(shí)施效果黑龍江省北部高緯寒區(qū)由于氣候特點(diǎn)和種植制度影響，黑土地保護(hù)技術(shù)措施實(shí)施效果受到很大制約.例如秸稈粉碎深混還田技術(shù)由于天氣上凍早，還田深度不夠；秸稈離田成本高，免耕機(jī)械力量不足，播種質(zhì)量差，而且春季氣溫低，加之秸稈覆蓋，地溫上升更慢，影響作物春季出苗.作物合理輪作措施要結(jié)合玉米早熟品種的快速推廣應(yīng)用，以及小麥種植意識的提高等.因此，建議各地政府部門從當(dāng)?shù)貙?shí)際出發(fā)，以各大農(nóng)業(yè)科研院所和高校為依托，加強(qiáng)黑土質(zhì)量退化問題及保護(hù)利用調(diào)控機(jī)制的研究及應(yīng)用，開展高緯寒區(qū)黑土地保護(hù)技術(shù)攻關(guān)，強(qiáng)化相關(guān)職能部門與科研院所的合作，聯(lián)合推廣攻關(guān)成果；農(nóng)業(yè)機(jī)械部門加強(qiáng)技術(shù)配套機(jī)械研制推廣，農(nóng)藝農(nóng)機(jī)更好地結(jié)合，從而保證黑土地保護(hù)利用技術(shù)高效應(yīng)用.4.2高度重視土壤投入品風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測工作，確保健康安全可持續(xù)黑土地保護(hù)工作中，施入秸稈和畜禽糞污等有機(jī)物料的作用被廣泛認(rèn)可，但是添加不同有機(jī)物料以及有機(jī)物料添加量是否對土壤環(huán)境及作物帶來潛在的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)尚未知.因此，必須高度重視土壤投入品潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，建立健全投入品準(zhǔn)入機(jī)制，加強(qiáng)投入品安全等級風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測，確保土壤培肥技術(shù)有利于土壤環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品健康的可持續(xù)發(fā)展.4.3強(qiáng)化資源整合，推動黑土地保護(hù)工作永續(xù)發(fā)展耕地保養(yǎng)技術(shù)推廣難，既需要技物結(jié)合，更需要配套資金的長期支持.2018年黑龍江省提出《黑土耕地保護(hù)三年行動計(jì)劃（2018-2020年）》，統(tǒng)籌使用有關(guān)耕地保護(hù)的項(xiàng)目資金，將資源及管理整合，多部門聯(lián)合，加大公共財(cái)政對于黑土地保護(hù)工作投入力度.出臺政策法規(guī)，有效合理推進(jìn)土地流轉(zhuǎn)，進(jìn)行土地規(guī)?；?jīng)營和集約化管理，加強(qiáng)農(nóng)機(jī)配套建設(shè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)地資源的有效配置，形成現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，從而推動黑土地保護(hù)工作永續(xù)發(fā)展.4.4加強(qiáng)宣傳和培訓(xùn)工作，提高黑土地保護(hù)意識黑土