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黑土的保护性利用—中国农业大学土地科学与技术学院院长—李保国

【摘要】:
报告一共分三个部分,第一部分讲黑土的形成和退化,第二部分讲黑土地保护的科学原理,第三部分讲的是梨树模式。

大家晚上好,今天受联盟李老师的邀请,给大家伙分享一下我在8月23号的报告,报告一共分三个部分,第一部分讲黑土的形成和退化,第二部分讲黑土地保护的科学原理,第三部分讲的是梨树模式。

 

一、黑土的形成和退化

 

这一部分是大家为什么要进行黑土地保护的最基本的原理和基本科学认识。为什么能形成黑土?黑土是只有在我国东北才有的特殊肥沃的土壤。全世界也只有在这个温度带才可能有黑土的形成。即北纬43°~45°左右,才有黑土的形成。这地方的植被是草原或者是草甸草原,只有草甸草原或者草甸植被才能形成这样的黑土层。这还与这个地方的气候有密切的关系,气候应该是寒温带,比较冷。所以说黑土形成的自然条件一个是低温,再一个就是草原植被,还有一个主要的条件是东北降水量相对来说比较丰富。

 

低温、丰富的降水、草原植被,是我们黑土形成的最基本的条件。科学研究表明,形成一厘米的黑土大概需要400年左右,形成一米的土壤,需要经过上万年的漫长过程。

 

为什么黑土地开垦以后土壤就开始退化?这是大家伙所关心的。黑土地开垦以后,条件与自然条件相比,会有两个变化:

 

第一个变化是把草地植被变成农作物,使得作物终年做不到覆盖。

 

第二个变化是与自然条件相比,为了耕作种植,必须要进行一些耕种操作,如播种、锄草等。

 

对土壤频繁的操作以及地面缺少覆盖,使得与原有的土壤自然系统相比,就会土发生所谓的土壤退化。

 

第一个退化的问题就是土壤侵蚀。就是在外力的作用,在风的作用下形成风蚀,在水的作用下形成水蚀。这种退化在土壤学界称为土壤生病,这种病实际上是土壤的癌症,就像我们人得病一样,如果不注意的话,是无法治愈的。所以土壤侵蚀只能是预防为主。

 

国内外研究都表明,耕作以后由于缺少地表覆盖,土壤造成的侵蚀的速度是黑土形成的好几倍。一般来讲,形成一米的黑土大概需要上万年时间,一米的土层全部侵蚀完只需要200年左右的时间,这对于农业来讲是很致命的过程,黑土开垦完以后,假如不加保护,那么它的种植历史也就200多年,这样长期下去,那么黑土就会遭到彻底的退化。所以说开垦后的第一个退化要素是土壤侵蚀。

 
 

第二个退化过程是有机质的下降。假设土壤侵蚀不存在,开垦以后土壤的有机质也会剧烈的下降。为了除去草生植被,开始的耕翻对开垦土地是十分必要的。同时耕翻的作用是加速有机质的分解,使黑土的养分得到快速释放。

 

耕翻以后,土壤疏松,加剧水分的散失,地温升高。我们应该知道温度升高和水分保持是矛盾的。水分散失后,温度很快会升高,而温度升高更有更多的水分散失掉,特别是表层的土壤。这是黑土地开垦后释放养分最关键的过程,温度升高、水分散失,黑土地的有机质就开始转化,释放出我们农业作物需要的氮、磷、钾。再加上耕翻后温度升高,假如说水肥条件好的话也可以促进作物的生长,特别是开垦的初期,这也就是为什么一开始人们需要耕翻的最基本原因。但是这种情况不能永远持续下去。这就是我们现代的农业必须是用化肥来补充养分的最基本的科学原理。

 

假如黑土地开垦以后,既有因缺少地表覆盖造成的土壤侵蚀,又有因不断温度升高、水分散失,导致的养分大量释放过程,这两个过程结合起来,就加速了黑土的肥力退化。显而易见,这两个退化过程,对黑土地的可持续利用造成了致命的打击。如果没有化肥补充黑土地养分的话,黑土地的生产力早就下降到不能种植庄稼的地步了。这也是我们东北黑土地从建国开垦到现在为什么越往东北的南边这种退化的过程越来越快。新中国成立以来,我们已经感觉到黑土退化的已经十分的严重,特别是在丘陵地区,在水蚀严重的地区更是难以想象的退化后果。

 

 

二、黑土地保护的科学原理

 

我们国家的粮食安全是最主要的问题,如何才能做到很好的保护,那就是必须树立尊重自然、适应自然的新理念。要防止黑土地退化,首先要进行土壤侵蚀的防治。仿造黑土地自然的形成过程,那就是要实施地表覆盖,或者生长作物,或者是将作物的残体回归到农田的表面,这和自然过程基本上一样。秸秆还田方式最好是覆盖在地表,这和自然过程一样。

 

无论哪种秸秆还田方式都应该得到鼓励,混埋还田也是一样,但混埋以后有机质增加情况如何呢?在科学上我们是做了大量的工作,在自然条件下,黑土地形成过程中,有机质的积累是通过地表覆盖下,草地发达的根系在低温、水分充沛条件下不断累积形成的。人为种植玉米后,玉米的根系十分发达,在非扰动情况下,如果根系在土壤中进行有机质的积累,土壤的有机质也不会下降。意思是只要扰动土壤,即使把好多有机质埋入土壤中,也会因为温度升高、水分散失而加速秸秆的分解。只要扰动土壤就会造成有机质的快速分解,无法与免耕不动土秸秆覆盖相比。

 

所以要想提高土壤的有机质,必须再要找到一个平衡点,即采用什么措施才能适合于土壤有机质的增加。只有在温度低、水分条件好的情况下才会有有机质的累积,比如实际上玉米的根系已经很发达了,但是为什么养分还能那么快速的分解到大气里散失掉呢?所以,土壤水分保持好,再者,东北的冬天比较漫长 在这种情况下有利于土壤有机质的积累。

 

风大是草原植被地区的一个主要特征。春季的耕作是造成土壤风蚀的重要季节,我们的经验是通过秸秆地表覆盖既能防止风蚀,也能防治暴雨对土壤的冲击,减轻土壤的水蚀。成功的做法是秸秆尽量不要粉碎,直立还田或者折断后还田,只有这种情况下的秸秆覆盖才能达到防止风蚀的效果,也可以防止水蚀,土壤也能得以保持。大量的研究的表明,只要秸秆覆盖到地表的1/3以上,就可以防止土壤的侵蚀,降低80%的土壤侵蚀量,2/3以上秸秆覆盖或全覆盖,会防止90-99%的土壤侵蚀量。秸秆覆盖,再加上尽量少动土或者免耕,就可以很好地保护土壤。这也是秸秆覆盖和免耕或少耕的科学原理。

 
 

三、梨树模式

 

梨树模式成功地实施了一些保护性耕作措施——覆盖加免耕,秸秆直立覆盖或秸秆折断以后覆盖,而不是粉碎覆盖,这几年我们推广的梨树模式,包括科学院的13年实验、农大近10年的实验,充分证明了这是一种很好的保护黑土地的模式,或者是在东北地区保护水土资源的一种很好的模式。

 

在实施当中存在一些问题也是很正常的。怎么提高播种的质量是保护性工作里边最为关键的环节。大家都有一些改进,但都得把这两个理念实施好。但是无论怎么改进,都是通过秸秆覆盖防止土壤风蚀、水蚀,然后少动土,减少土壤有机质的分解,我们一定要树立起这个理念。保护性耕作这种模式在土壤学界或者是农业界甚至在国际上都认为是一个耕作上的革命。无论是美国、加拿大还是巴西、阿根廷,这些国家都在推广这种农业可持续发展模式,或农业绿色发展模式。

 

国家也鼓励这样做,实际上对于我们种植户来讲,都有自己的一些看法,至于会出现播种质量问题,或者病虫害问题,但我们总会找到相应的办法来解决这些问题。因为好多这种问题并不是保护性耕作引起的,传统的耕作方式也可能出现这些问题,国家极力推广这种保护性耕作的模式是为了保证国家的粮食安全,这个粮食安全是在水土资源可持续利用下的安全,而不是一时的安全。

 

 
 

实际上我这讲的仅仅是理论上的,或者是说我在国际上或者咱们东北或者其他地方看到的一切。咱们农民朋友都是一线的实践者,我想你们会慢慢的对覆盖、免耕、少耕有更加深刻的体会。我今天就讲到这里,看看大家会有什么问题,咱们可以讨论一下。

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