作者:张凤荣 张天柱 来源:中国科学报 发布时间:2021/5/10 9:29:40
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秸秆还田兼顾粮食生产与生态保护

 

黑土以其高有机质含量、疏松、通气、透水性好等优点,成为自然界肥沃的优质土壤资源,也是高产玉米生产带。今天,东北黑土带已成为中国粮食安全的“北大仓”,但黑土在经历多年开垦后也面临着黑土层变薄、有机质含量下降、土壤板结等土地退化问题。

自然界的土壤都或多或少含有有机质。东北地区冬来早,春来晚,无霜期只有110~140天,而且土壤有季节性冻层,冻层延续时间长达120~200天,限制了有机质的分解,故黑土的有机质积累强度大,自然黑土表层土壤有机质含量50g/kg~100g/kg,非常肥沃。

民间有这样一句顺口溜来形容东北的黑土:“一两黑土二两油,插根筷子能发芽”。每年5、6月份后,东北地区由于雨热同季,特别有利于植物生长。黑土的草被覆盖度可以达到100%,草丛高度一般在50~120cm之间,产草量在500公斤/亩以上。

黑土区的水热条件既然有利于禾草生长,那自然也适合于开垦种植农作物,一年一季的农作物在这里长势都很茂盛。如今,我国东北黑土区的粮食产量占到全国的1/4,是中国最大的商品粮生产基地,占到全国商品粮的1/3。

在自然状态下,黑土有自然植被的保护,即使大雨产生地表径流,也基本没有土壤侵蚀;但黑土在开垦后,受漫岗地形影响,虽然坡度比山区小,但坡长较长,在夏秋雨节没有植被保护,土壤就会遭受水蚀。东北冬春为多风季节,特别是春季,耕翻的土壤还会发生风蚀,土壤侵蚀造成黑土层变薄。土壤侵蚀严重的地区,黑土层甚至被完全剥蚀掉,黑土层下面的黄土出露地表,成为“破皮黄”。

据资料记载,黑土在开垦初的前二十年中土壤有机质大约减少1/3,开垦四十年后大约减少1/2,开垦七八十年后大约减少2/3,目前黑土耕地有机质含量基本在1.5%~3%之间。土壤有机质含量的降低,不仅导致黑土供肥能力下降,而且还造成土壤结构破坏,孔隙急剧减少,土壤板结,透水性变差,这又进一步促进了土壤侵蚀。

黑土开垦后种植庄稼,要保护好黑土层,就得向大自然学习,即将庄稼秸秆留在地表覆盖土壤,而不是耕翻将土壤裸露。这样,土壤有秸秆覆盖可以防止水土流失和风蚀沙化。作物的秸秆和根系在土里腐烂分解不但释放矿化养分供给作物吸收利用,更重要的是形成腐殖质维持土壤的团粒结构,使土壤不板结,水气协调。

十多年前,中国农业大学就在吉林省梨树县推广秸秆覆盖免耕播种技术。过去,农民播种用的是人畜力的农机具—耧,不耕翻土壤是不能播种的。但现在有了免耕播种机,可以在不清理秸秆、不耕翻土壤条件下,实现播种和施肥一次性完成。

实践证明,有了秸秆覆盖,春天即使刮大风,地表却很少起沙子,雨季再大的雨,也很少产生水土流失。而且有了秸秆覆盖,春天和秋天减少了土壤蒸发,提高土壤水分含量。秸秆覆盖归还给土壤大量有机质,改善了土壤生态循环,农田腐殖质含量在增加,土壤团粒结构得以维持甚至增加,蚯蚓量和活动大量增加,雨水就能渗入得很深,同时根系也下扎得很深,作物的抗旱抗倒伏能力更强。

德国的长期定位研究结果还表明,地表覆盖的秸秆分解速率要比翻入土壤中秸秆的分解慢。因为秸秆翻入土壤,与土壤中的微生物充分接触,有利于加速有机质的分解。

秸秆还田后,有机质分解矿化后为作物提供矿质养分,可以减少化肥的使用量。秸秆还田还延缓了自然土壤中储存的有机碳的分解。如果是原来耕作土壤的有机碳含量已经很低,根据土壤有机质含量决定于土壤中有机物输入与分解两种过程的动态平衡这个基本规律,土壤有机碳含量还可能提高,成为碳汇。

举例来说,施用有机肥、秸秆还田给予土壤的是营养性有机碳,是土壤有机碳库中最活跃的、易于转化的组分。但日积月累后营养性有机碳也会逐步转化稳定性有机碳,成为土壤碳库的一部分。因为营养性有机碳与稳定性有机碳之间转化过程可逆。当每年输入的有机质量大于有机质的分解矿化量,土壤营养性有机碳就会向稳定性有机碳方向转化,最终提高土壤有机碳库存量。

改革开放以来,随着工业化和经济的发展,化肥使用量大幅度增加,全国大部分地区的耕地土壤有机碳有所增加,但距离自然土壤的峰值还有一定距离。我们让秸秆还田,而不是焚烧,一方面可以减少化肥使用量,也即减少碳排放;另一方面,作物秸秆腐殖质化封存部分碳于土壤中成为碳汇。因此,秸秆还田可以为实现中国对世界承诺的碳中和做出一定贡献。

中国人口众多,保证粮食安全是头等大事。采取这种基于自然的保护黑土层的耕种方式,可以兼顾粮食生产与生态环境保护。

(作者单位:中国农业大学)

 
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