淺析吉林省黑土地保護及分區(qū)施策技術(shù)模式的構(gòu)想

曹笠珈王淼董環(huán)宇劉志江邸文靜

(1.吉林市鄉(xiāng)村振興研究院/吉林市鄉(xiāng)村振興服務(wù)中心，吉林 吉林 132013；2.吉林市豐滿區(qū)農(nóng)業(yè)蔬菜技術(shù)推廣中心，吉林 吉林 132013；3.吉林市畜牧總站，吉林 吉林 132013)

我國東北地區(qū)氣候冷涼，土地開墾時間較短，土壤表層普遍存在黑色或暗黑色的腐殖質(zhì)，民間俗稱“黑土地”，其主要分布在遼河平原、松嫩平原和三江平原，是世界3大黑土帶之一。東北黑土區(qū)是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地，耕地面積約占全國的1/4，糧食總量、商品糧和糧食調(diào)出量亦占全國的1/4。吉林省位于東北黑土區(qū)的中南部，黑土區(qū)耕地面積占全省耕地面積的65.5%，占東北黑土區(qū)耕地總面積的24.82%?！都质『谕恋乇Ｗo條例》中對黑土地的定義為，吉林省行政區(qū)域內(nèi)擁有黑色或暗色腐殖質(zhì)表土層、性狀好、肥力高的優(yōu)質(zhì)土地，具體包括黑土、黑鈣土、草甸土、暗棕壤、棕壤、白漿土、水稻土等7個土壤類型。上述廣義黑土的核心區(qū)耕地主要分布在吉林省中部平原糧食主產(chǎn)區(qū)[1]。吉林省土壤資源豐富，黑土面積占全國黑土覆蓋總面積的15%，為發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、高效農(nóng)業(yè)提供良好的條件與人地關(guān)系[2]，其中，暗棕壤面積約占41.4%、黑鈣土約占13.34%、白漿土約為10.5%。現(xiàn)階段，吉林省黑土區(qū)土壤有機質(zhì)下降趨勢明顯，西部黑土區(qū)中低產(chǎn)田以及東部黑土區(qū)的高產(chǎn)田面積有所增加[3]。吉林省有玉米和水稻2種主要作物，據(jù)2020年統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，玉米耕地面積420萬hm2，居全國首位，水稻耕地面積80萬hm2，受氣候、土壤、地形和地貌等自然生態(tài)條件以及人為因素的影響，吉林省各地主要作物產(chǎn)量差異較大，特別是吉林省黑土區(qū)因多年過量施氮、缺乏有機肥投入、農(nóng)藥使用不合理，致使土壤耕層變淺、肥力貧瘠、氮肥利用效率低下、作物抗性減弱、生育進程延后以及病蟲草害加重，嚴重威脅著黑土地的可持續(xù)利用以及糧食安全，其中中低產(chǎn)田面積約占65%，產(chǎn)量提升潛力巨大。因此，加強黑土地保護對于保障國家糧食安全具有重要意義。

中國農(nóng)大等國內(nèi)知名農(nóng)科院校系統(tǒng)分析國外免耕栽培技術(shù)基礎(chǔ)上，在梨樹縣研發(fā)并創(chuàng)建了適于我國東北黑土區(qū)玉米秸稈覆蓋全程機械化的栽培技術(shù)，經(jīng)過十余年的探索和實踐，逐漸摸索出一條適合我國國情的黑土地保護與利用的新路徑，并將其總結(jié)為“梨樹模式”，其核心是實施保護性耕作技術(shù)，減少對黑土地耕層的土壤擾動，增加地表覆蓋來降低侵蝕、蓄水保水，改善土壤生物性狀，在提高土壤有機質(zhì)、培肥地力、保護耕地、節(jié)能減排、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、節(jié)本增效等方面效果顯著。率先解決了東北黑土區(qū)玉米連作、秸稈焚燒致使土壤退化以及衍生的一系列農(nóng)業(yè)環(huán)境問題，是對耕地質(zhì)量保護最直接、最簡單、最經(jīng)濟、最有效，最易被農(nóng)民接受的栽培模式，對黑土地的保護與利用起到了積極作用，為實現(xiàn)糧食持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供了保障。吉林省人民政府辦公廳于2021年10月12日發(fā)布《吉林省黑土地保護工程實施方案(2021—2025年)》中提及分區(qū)施策，本文將從分區(qū)施策角度，按照區(qū)域農(nóng)耕特點，對相關(guān)技術(shù)模式進行展望和構(gòu)想，旨在為吉林省黑土地保護與利用工作提供技術(shù)參考。

1 “梨樹模式”的借鑒

在“梨樹模式”基礎(chǔ)上，按照分區(qū)施策原則，可充分探索以下5種模式：集成以土壤保育為核心的典型黑土區(qū)地力提升型創(chuàng)新技術(shù)模式；以土壤風蝕防控、土壤保水保肥能力提升和季節(jié)性干旱防治為核心的風沙土區(qū)高效用水型創(chuàng)新模式；以土壤水蝕防控為主的坡耕地水土保持型的創(chuàng)新模式；以增溫防漬為核心的控水增溫型低洼地梨樹模式創(chuàng)新及示范；探索以生產(chǎn)經(jīng)營單元為核心，集合金融和保險等部門，打造吉林品牌農(nóng)副產(chǎn)品，構(gòu)建梨樹模式推廣示范新載體。

2 分區(qū)施策的模式構(gòu)想

2.1 南部稻區(qū)秸稈翻混水肥精準調(diào)控構(gòu)建合理耕層集成技術(shù)創(chuàng)新與示范

吉林省南部地區(qū)包括通化、白山等地，水稻種植總面積12.33萬hm2。通化地區(qū)的梅河口、輝南、柳河組成大面積連片成熟稻作區(qū)，稻田面積約8萬hm2，“梅河大米”即產(chǎn)自于此。因水田開墾年代久遠，高強度種植，導致用養(yǎng)失調(diào)、土壤養(yǎng)分虧缺、土壤有機質(zhì)含量降低、土壤結(jié)構(gòu)劣化、土壤酸化等諸多問題。因此，需因地制宜借鑒“梨樹模式”，解決當前南部區(qū)域面臨的土壤退化、粳稻產(chǎn)量不高、品質(zhì)不佳的難題，可在4個方向進行探索與實踐：水稻秸稈機械化粉碎翻混耕層土壤肥力提升研究與示范；水稻節(jié)水控肥精準調(diào)控技術(shù)研發(fā)與示范；水稻病蟲草害精準防治優(yōu)質(zhì)食味稻米生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)示范；稻田合理耕層構(gòu)建指標體系集成與示范。

2.2 中東部坡耕地玉米秸稈覆蓋少(免)耕與水蝕防控模式創(chuàng)新與示范

吉林省中東部坡耕地玉米區(qū)不適于大型農(nóng)機作業(yè)，玉米生產(chǎn)上以小型農(nóng)機旋耕滅茬起壟最為普遍，持續(xù)的淺耕作業(yè)及重用輕養(yǎng)的掠奪性生產(chǎn)方式，造成土壤耕層變淺、犁底層上移、養(yǎng)分失調(diào)、緩沖能力減弱、土壤質(zhì)量持續(xù)惡化。坡耕地的地形地貌、生態(tài)環(huán)境、種植方式等容易出現(xiàn)耕地水蝕現(xiàn)象。中東部半山區(qū)耕地地形復雜，存在崗地、坡地、洼地等多種類型。坡上崗地耕層較淺，春季風蝕嚴重，土壤含水量低，影響出苗率；坡地雨季徑流速度快，導致耕層水蝕現(xiàn)象的發(fā)生，導致水土流失，土壤有機質(zhì)含量逐年降低；坡下洼地排水不暢，導致春季播種延遲，影響秋季機械化收獲。針對上述問題，可通過坡耕地秸稈覆蓋還田、蓄水保墑，抑制雨水徑流對坡耕地表層土壤的水蝕，減少水土流失；通過寬窄行種植模式的調(diào)整，構(gòu)建合理的冠層結(jié)構(gòu)，通風透光，充分發(fā)揮密植群體的產(chǎn)量潛能，寬行為休耕帶秸稈粉碎歸行，窄行為種植帶深松旋耕，種植帶與休耕帶間隔年交替種植；通過秸稈歸行，將種植帶秸稈集中到休耕帶，提高種植帶播種期地溫，提高出苗率；通過種植帶深松旋耕，提高土壤蓄水保墑能力，抑制坡耕地土壤水蝕，構(gòu)建土壤虛實并存的耕層結(jié)構(gòu)，促進根系下扎，降低倒伏風險；針對不同坡耕地類型研制相應(yīng)的秸稈覆蓋和少免耕技術(shù)模式，提高水分利用效率，蓄水保墑，抑制坡耕地耕層土壤水蝕；利用秸稈覆蓋還田與條帶輪耕休耕模式，秸稈就地腐解還田，提高土壤有機質(zhì)含量；結(jié)合上述模式集成，充分創(chuàng)建吉林省中東部地區(qū)坡耕地適應(yīng)性廣、可操作性強的黑土保護路徑，對于創(chuàng)新“梨樹模式”、推進全省黑土保護進程具有重要的意義。

2.3 南部玉米產(chǎn)區(qū)坡耕地保育及產(chǎn)能提升協(xié)同土壤侵蝕防控的模式創(chuàng)新與示范

吉林省南部地區(qū)地處低山丘陵區(qū)，北溫帶大陸性季風氣候，具有山地農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的先天條件，但南部地區(qū)高標準農(nóng)田面積少，農(nóng)作物“三品”認證率低，人均耕地0.149～0.199hm2，土地資源的有限性加重了農(nóng)業(yè)用地與城鎮(zhèn)建設(shè)用地之間的矛盾，土地資源保護難度大。此外，受地形影響，局部地區(qū)水土流失嚴重，加之土地利用強度大、化肥農(nóng)藥施用不合理，導致土層變薄、地力衰退。耕地后備資源不足，適宜開發(fā)的灘涂、荒草地等后備耕地資源分布零散且大部分位于生態(tài)脆弱區(qū)域，開發(fā)利用難度較大、潛力有限。

在此區(qū)域需要加大坡耕地玉米秸稈粉碎直接還田的研究力度，對食用菌廢棄菌糠等農(nóng)業(yè)廢棄物進行資源化利用，廣泛開辟有機肥源，加大有機肥的還田力度，基于土壤侵蝕防控技術(shù)，創(chuàng)建適于吉林省南部玉米坡耕地地力提升、產(chǎn)量提高的有機培肥模式，科研院所也應(yīng)積極探索玉米秸稈厭氧裂解制備生物質(zhì)炭等土壤改良劑來培肥土壤。

2.4 中部優(yōu)質(zhì)稻區(qū)保土增碳與精準防治規(guī)模化豐產(chǎn)高效技術(shù)創(chuàng)新與示范

吉林省中部地區(qū)是優(yōu)質(zhì)粳稻主產(chǎn)地，相比于其它省份有著得天獨厚的氣候和環(huán)境條件。盡管如此，因持續(xù)過量施氮、缺乏有機肥投入、農(nóng)藥施用不合理，導致土壤耕層變淺、肥力貧瘠、氮肥利用效率低、水稻抗性減弱、生育進程延后以及病蟲草害加重，嚴重威脅黑土地資源的可持續(xù)生產(chǎn)能力；保土增碳是通過秸稈科學還田、有機肥部分替代化肥等技術(shù)提升土壤有機質(zhì)含量，優(yōu)化土壤生物及物理特性，結(jié)合氮素后移、自行配置摻混肥來減少化肥投入；病蟲草害精準防控是優(yōu)質(zhì)粳稻安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在病蟲害有效預(yù)測預(yù)報基礎(chǔ)前提下，綜合采用不同防治策略，通過生態(tài)調(diào)控模式，實現(xiàn)農(nóng)田不同有害生物針對化防治。此外，優(yōu)化水稻栽培管理模式，增密減氮、全程機械化，使粳稻生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)、節(jié)本增效。在此區(qū)域應(yīng)加大吉林省優(yōu)質(zhì)食味粳稻品種的篩選，通過秸稈還田、有機肥部分替代化肥等技術(shù)實現(xiàn)優(yōu)良食味的同時培肥沃土。充分探索結(jié)合分蘗動態(tài)追施肥技術(shù)，前促后控、氮肥后移，有效控制無效分蘗，此外，要結(jié)合病蟲害精準防治體系，力求建立起一套適于吉林省中部地區(qū)氣候環(huán)境及水稻品種特點，保證水稻優(yōu)質(zhì)食味，并實現(xiàn)水田土壤地力提升、綠色可持續(xù)種植的栽培技術(shù)體系。

2.5 中西部玉米產(chǎn)區(qū)秸稈還田及減肥增效技術(shù)創(chuàng)新與示范

吉林省中西部地區(qū)是國家重要的商品糧基地和農(nóng)牧交錯區(qū)，為保障我國糧食安全和畜牧業(yè)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。當前存在2個突出問題：施肥量過大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對化肥過度依賴；種植結(jié)構(gòu)單一，長期單一種植玉米，造成農(nóng)田生物多樣性降低、病蟲草害加重，降低了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，制約了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。此外，該區(qū)域植被覆蓋度低，尤其是秋收后到春播前土地長時間裸露，風蝕比較嚴重，該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境保護和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。通過測土配方施肥、秸稈還田、綠色安全除草劑使用、米豆間作等技術(shù)增加地表覆蓋，使玉米等作物生產(chǎn)提質(zhì)增效，通過秸稈還田、減肥增效來培肥土壤、創(chuàng)建良好生產(chǎn)環(huán)境。在此區(qū)域，應(yīng)加大精準養(yǎng)分管理結(jié)合米豆間作技術(shù)的研究提升玉米產(chǎn)能的同時兼顧土壤培肥，要充分探索秸稈粉碎深還的全程機械化措施，利用深土層富含的鐵錳膠核氧化秸稈促進腐解，結(jié)合動力選型及優(yōu)化、設(shè)計機械化的各個環(huán)節(jié)，配合化肥農(nóng)藥雙減技術(shù)，優(yōu)化秸稈還田模式，更好培肥沃土。此外，還要結(jié)合生物防治技術(shù)篩選有益菌群，加強秸稈微生物菌劑研究，更好地克服秸稈低溫腐解的障礙性難題。

3 分區(qū)施策構(gòu)想的技術(shù)模式

在南部稻區(qū)，通過水稻秸稈機械化粉碎翻混，構(gòu)建提升土壤肥力質(zhì)量的稻田合理耕層；通過節(jié)水控肥精準調(diào)控，集成豐產(chǎn)高效的水稻栽培技術(shù)體系；采用病蟲草害精準防治等農(nóng)藝工程措施，促進環(huán)境友好優(yōu)質(zhì)食味稻米生產(chǎn)技術(shù)集成與示范。

在中東部坡耕地玉米產(chǎn)區(qū)，通過地表秸稈覆蓋，降低坡地水分徑流速度，減少水土流失。通過條帶局部深松，提高土壤蓄水保墑能力，減少坡地水分徑流量，通過降低徑流速度和徑流量，有效防控坡耕地土壤水蝕；通過地表秸稈粉碎歸行，將種植帶秸稈集中到休耕帶，提高種植帶播期地溫和含水量，解決秸稈覆蓋出苗率差的問題，種植帶與休耕帶年際間交替種植，促進秸稈腐解，提高土壤有機質(zhì)含量；通過玉米寬窄行種植，構(gòu)建合理的冠層結(jié)構(gòu)，通風透光，充分發(fā)揮密植群體的產(chǎn)量潛能，窄行局部深松淺旋，構(gòu)建虛實并存的土壤結(jié)構(gòu)，促進根系下扎，穩(wěn)根防倒。

在南部玉米產(chǎn)區(qū)，針對化肥農(nóng)藥施用量不合理導致土層變薄、地力衰退等問題，通過有機培肥，實現(xiàn)吉林省南部玉米產(chǎn)區(qū)土質(zhì)改善、地力提升和作物增產(chǎn)的目標；針對受地形影響，局部地區(qū)水土流失嚴重等問題，通過有機培肥與“梨樹模式”免耕少耕、秸稈覆蓋等防侵蝕措施相結(jié)合的方式，實現(xiàn)吉林南部玉米產(chǎn)區(qū)土壤侵蝕防控和土壤保育目標；針對固體廢棄物造成環(huán)境污染問題，大力發(fā)展田間積造和工廠化生產(chǎn)有機肥，特別是利用畜禽糞便、農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)有機肥；實現(xiàn)秸稈可控轉(zhuǎn)化，開展秸稈生物質(zhì)成套設(shè)備的設(shè)計和研發(fā)、加工和利用生物質(zhì)炭；通過吉林省南部玉米產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物資源再利用，提升耕地地力，達到作物增產(chǎn)，保護環(huán)境且提高經(jīng)濟效益的目的。

在中部優(yōu)質(zhì)稻區(qū)，針對中部優(yōu)質(zhì)稻區(qū)氮肥過量、有機質(zhì)降低、用藥不合理等問題，通過優(yōu)質(zhì)粳稻增碳培肥高效技術(shù)，實現(xiàn)中部粳稻區(qū)增碳節(jié)肥與優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的目標；針對生產(chǎn)成本高，農(nóng)藥過量且使用期不合理，導致米質(zhì)差、食品安全保證難、效益低等問題，通過水稻病蟲草害精準防控技術(shù)，實現(xiàn)安全生產(chǎn)、減少藥量、提升食味的目標；針對中部粳稻區(qū)土壤及生產(chǎn)過程中不同環(huán)節(jié)對應(yīng)機具的特點，通過全程機械化耕作選型優(yōu)化技術(shù)，達到水田耕作低耗、高效的效果；針對育秧成本高、生產(chǎn)效益低的現(xiàn)實和過分耕作破壞土壤結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，通過水稻免耕旱直播栽培技術(shù)，達到節(jié)本增效，保護耕土的目的。

在中西部玉米產(chǎn)區(qū)，針對氮肥施用過量的問題，通過測土配方施肥技術(shù)和米豆間作技術(shù)實現(xiàn)吉林省中西部玉米種植區(qū)氮肥減量施用的目標；針對土壤退化的問題，通過秸稈還田和生物質(zhì)炭施用技術(shù)實現(xiàn)吉林省中西部玉米種植區(qū)改善土壤肥力的目標；針對米豆間作機械化操作困難的問題，通過全程機械化技術(shù)實現(xiàn)吉林省中西部玉米種植區(qū)米豆間作全程機械化的目標；針對米豆間作除草劑農(nóng)藥選擇困難的問題，通過綠色安全除草劑篩選技術(shù)實現(xiàn)吉林省中西部玉米種植區(qū)米豆間作有光譜除草劑的目標；針對土壤地面裸露時間長的問題，通過地面豆科作物覆蓋技術(shù)實現(xiàn)吉林省中西部玉米種植區(qū)土壤保水保肥和改善土壤理化性質(zhì)的目標。