東北地區是我國重要的糧食生產基地，廣袤的黑土地肩負著中國糧食安全的重任。近幾十年來，高強度、高負荷的耕作使黑土地的肥力驟然下降，作物根系短淺、土壤板結硬化、表層水土流失嚴重，大自然贈予的寶貴黑土地“生病了”，而秸稈就是給黑土地治病的一劑天然又免費的“良方”。把滅茬粉碎后的秸稈撒在田地里，再翻至35厘米深的土層中，秸稈腐化前是透氣又儲水的土壤海綿，腐化后就是營養豐富的有機肥。
近日，記者跟隨中國科學院東北地理與農業生態研究所研究員韓曉增教授，來到位于黑龍江省海倫市的黑土地保護示范區，傾聽他深耕黑土地30年的故事，探察黑土地保護的成效，見證秸稈還田的神奇魔法。
重用輕養：黑土地遭遇“亞健康”
黑土是世界公認的最肥沃的土壤，我國東北黑土地作為世界三大黑土帶之一，一直被視為我國的大糧倉。東北典型黑土區耕地面積約2.78億畝，從上世紀50年代開始，由林草自然生態演變為人工農田生態。在過去很長一段時間，廣闊的東北黑土地被譽為“北大倉”，黑黝黝的土壤顏色和大型農業機械就是農作物高質量、高產量的形象代言。但就是這種刻板印象，讓農民忽視了黑土地的健康問題。
“東北黑土地經過近幾十年高負荷地開墾，現在已經出現了很多問題，最突出的就是土壤流失和黑土變黃，這背后反映出，我國東北黑土地已經進入了‘亞健康’狀態。”韓曉增從上世紀80年代進入中國科學院東北地理與農業生態研究所起，就和東北廣袤的黑土地打起了交道，這一打就是30年。“過去我們常講，一兩黑土二兩油，不用上糞，打糧也不愁。多年來，我們對黑土地一直是重用輕養，卻沒有意識到，黑土地土壤有機質特別是表層的有機質含量，發生了劇烈的變化。”在東北糧食滿倉的背后，黑土地理化性狀變差，耕層厚度降低，耕地肥力逐漸減弱，不論是大雨小雨、春天秋天，犁底層像一塊堅硬的石板，隔斷了空氣和水分。表層土壤留不住水，墑情變差、水土流失，北大倉有變回北大荒的危險。
據農業部監測數據顯示，近60年來，黑土地耕作層土壤有機質含量下降了1/3，部分地區更是下降了50%，遼河平原多數地區土壤有機質含量已經降到了20克/公斤以下。“黑土地之所以肥沃，是幾萬年的自然饋贈，但肥力消失在近些年卻是一件很容易的事情。國外的黑土地有很長時間的休耕期，但我國國情不一樣，東三省地區除玉米、大豆輪作之外，還有2~3個月的小氣候期，用來種植經濟作物，土地基本沒有休養生息的時間。”韓曉增向記者介紹道。當土壤肥力下降、作物產量跟不上時，農民首先選擇的就是增施化肥，不僅增加了生產成本、降低了農產品競爭力，還對土壤環境、水環境造成威脅，甚至危害國家糧食安全。
試驗示范：秸稈還田有利無害
1985年，韓曉增就開始了他在黑土地上的試驗，但是沒想到，這試驗竟做了30年。當年他在東北黑土地地區中部，選擇了典型黑土地中的中厚黑土平整地塊作為試驗地，通過一組長期的定位試驗，證明了自然黑土與農田土壤相互轉化過程中肥力的可逆性。“自然的黑土地被開墾為農田后，由于高強度的種植而肥力減弱。如果讓農田逐漸自然恢復，黑土地的主要肥力屬性也可以恢復。”
2005年，韓曉增開始研究秸稈還田對肥沃黑土地耕層的構建作用。通過長時間的試驗，他發現養分的再循環是恢復黑土有機碳的有效手段，這種循環并不是長期在0~20厘米的土壤表層施化肥所能達到的。東北地區以種植玉米和大豆為主，每年秋收都會產生大量的秸稈，而這類看似廢棄的秸稈卻正是補充黑土有機質的免費原料。“秋季玉米成熟以后，利用聯合收割機，一邊收獲玉米果穗，一邊將秸稈均勻拋撒在田地里。隨后用滅茬機將玉米的根茬和散落的秸稈進行深度破碎，并在粉碎的秸稈表層撒施一層有機肥，用犁壁犁將以上物質翻轉90度，埋進35厘米深的土層中，再進行深松、耙地和起壟等工序，這就是秸稈深混、碎混還田技術。”
韓曉增向記者介紹，秸稈深混、碎混還田關鍵技術具有很大的優勢。他研究的秸稈還田技術主要以3年為一個周期，當季秸稈還田能基本滿足土壤對有機質的平衡需求。在黑龍江省海倫市前進鄉雙泉村玉米秸稈全量還田技術示范區，玉米收獲后，秸稈通過粉碎和深混，被埋入到0~35厘米的土層中間，不但增加了土壤的通透性，還使土壤的蓄水能力提高了60.5%。當春雨來臨，秸稈遇水腐化，就能轉化為有機質，既能促進作物生長、提高作物產量，又能提高肥料利用效率，維護黑土地健康。在黑龍江省墾區，秸稈還田率目前已高達90%，實施秸稈深混還田技術，每3年能提高土壤有機質含量0.05個百分點，耕層土壤滲透系數提高5~6倍。“與有機肥不同，秸稈是完全清潔的產品，不會帶來重金屬和抗生素的風險，秸稈進入農田百利而無一害。”他說。
33年的埋頭研究，韓曉增對黑土地抱有極深的感情。“對于已經退化的黑土地，盡管我們采用各種技術手段，但在我的有生之年還是很難看到這種自然景觀的原初風貌和土壤屬性。摸索一項原創性、前瞻性、實用性的技術也需要很長的時間，33年前我們并不知道這項技術能不能有效地保護黑土地、能不能得到社會的認可、能不能大面積推廣，但我們一直在追求。”
保護模式：落地推廣還需補貼跟進
為加快黑土地保護，根據東北地區的種植業產業布局和氣候條件，從2015年起，東北4省區17個縣（市、區、旗）開展了黑土地保護利用試點項目，探索和總結了一批黑土地保護綜合技術模式和保護運行機制。
在黑龍江，韓曉增以肥沃耕層構建技術為核心，集成了翻耕、免耕、淺耕結合的玉米、大豆連作、輪作模式。“肥沃耕層構建技術的關鍵還在于將深耕、免耕和淺耕綜合利用，以3年為一個周期的玉米連作模式為例，第一年全量秸稈翻耕深混，第二年全量秸稈免耕覆蓋，第三年減量秸稈淺耕淺混，周期增產率能達到9.8%~12.3%。有條件地開展免耕，能讓秸稈對0~5厘米土層的水分發揮更多的保護作用，邊生產邊保護，就能獲得較好的產量和經濟效益。”他說。
海倫市前進鄉勝利村示范區通過秸稈的粉碎深混，黑土耕作層增加到35厘米，農作物增產10%~20%，水分利用效率能提高15%以上，肥料利用率提高5個百分點，土壤有機質含量提高1%以上。該示范區“玉米—大豆”“玉米—大豆—大豆”、“玉米—玉米—大豆”輪作方式下的黑土地保護利用模式適合大多數東北黑土區，但從試點向大面積推廣跨越的這一步，還有些難走。
示范區和試驗點大多因為財政支持，能夠不計成本、精耕細作，所以取得了很好的效果。但培肥地力是一項需要長期堅持的事情，在大面積的推廣中時間長、見效慢、成本高，吸引力就小。“推廣需要考慮到成本和條件。目前的推廣模式相對成本較高，看起來前期一次性投入較多，大型機械的購置、使用都需要財力、人力的支持，這恐怕是困擾技術和模式大面積推廣的最大難題。”
韓曉增給記者算了一筆賬，以黑龍江省3年為一個周期的黑土地生產為例，每公頃常規淺耕耕種的3年成本是1350元；常規的秸稈粉碎還田3年成本是2025元，去除秸稈還田國家補貼后3年實際成本為1125元；而采用“翻、免、淺”結合的黑土地保護利用模式，3年成本共1875元，去除翻地和秸稈還田國家補貼后，3年實際成本僅為975元。也就是說，應用秸稈深混還田技術，每個周期每公頃可以減少150元的投入。
“其實投入成本經過長期稀釋以后并不高，秸稈還田、翻地以及農機購置都有各方面的補貼，地方1212也都有支持黑土地保護的專項資金。但從長期角度來看，國家補貼還不穩定，時多時少、時有時無，不能給農民信心，農民也就沒有決心。”韓曉增認為，技術研究的落地、保護利用模式的推廣，還需要從國家補貼入手，堅持黑土地保護的公益性，保持并加大財政投入力度，同時也可以發揮市場機制的作用，鼓勵和引導社會資本的投入，為東北黑土地的健康發展貢獻力量。
從2015年開始，中央財政每年安排5億元專項資金，在東北4省區的17個縣（市、區、旗）實施黑土地保護利用試點，并總結出了黑土地質量提升的寶貴經驗。此外，秸稈除了直接留茬還田外，還可以與“糧改飼”和有機肥增施相結合，發展奶牛、肉牛等草食畜牧業，實現秸稈的“過腹還田”，這些技術模式和治理成效，將在更大范圍內推動黑土地的保護和利用。
