作者:沈春蕾 来源:中国科学报 发布时间:2022/1/24 16:42:07
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东北玉米保护性耕作“梨树模式”研发与应用团队
“懒人耕作”:保护土地 提高产量

 

 

张旭东在梨树试验示范基地讲解保护性耕作技术。 沈春蕾摄

张旭东在梨树试验示范基地介绍土壤有机质变化。 沈春蕾摄

不久前,中国科学院“黑土粮仓”科技会战梨树示范区保护性耕作高产增效技术现场测产会在吉林省梨树县举行,测得平均亩产达到1077.94公斤,2020年的平均亩产是1039.17公斤。“梨树模式”研发基地又一年迎来大丰收。

多年来,“梨树模式”研发与应用团队首席科学家,中国科学院沈阳应用生态研究所(以下简称沈阳生态所)研究员张旭东,带领团队推广保护性耕作。他把这种增加地表作物秸秆覆盖,减少土壤扰动的耕作模式称作“懒人耕作”。

“懒人耕作”一点没耽误农民致富。日前,张旭东团队因在“梨树模式”研发与应用中做出的重大贡献,获得2021年度中国科学院科技促进发展奖。

寻找合适的模式

梨树县是典型的雨养农业区,但“十年九旱”,特别是春旱一直是困扰当地农业生产的发展难题。

2006年,张旭东来到梨树考察,见到了时任梨树县农业技术推广总站站长王贵满,两人一拍即合,决定开始探索和研发适合当地气候特征和土壤特性的保护性耕作技术,并将梨树镇高家村的15公顷耕地作为试验示范基地。

如今,试验示范基地里土壤腐殖质层明显比别处厚,黑土下藏着很多又肥又大的蚯蚓。这里也成为我国东北玉米保护性耕作“梨树模式”的发源地。

保护性耕作技术在20世纪60年代发源于美国,地表秸秆覆盖及少耕、免耕是其主要模式。作为防止土壤侵蚀、提高土壤肥力的首选技术,已经在世界广泛推广。

张旭东等人一边借鉴国外的保护性耕作技术,一边寻找适合东北黑土地的耕作模式。经过多年试验,团队最终确定玉米秸秆覆盖免耕全程机械化种植模式。

“传统耕作讲究松土,其实这种措施有很大的误区。”张旭东告诉《中国科学报》,“如果土壤太疏松,尤其是地表没有覆盖,春天的一场大风就能把整个垄台都给吹掉,一场大雨也会造成水土流失,因此过度疏松是没有好处的。”

在张旭东的指导下,保护性耕作试验示范基地的农田没有采用传统耕作的秸秆清理、旋耕起垄,而是在玉米秋收后,将秸秆原地均匀覆盖,春播时直接在秸秆覆盖的农田上实施免耕播种施肥一体化作业,从而实现秸秆还田、免耕播种施肥、化学除草、机械收割的全程机械化作业。

这种看似“懒人耕作”的模式在当地的推广之初就遇到了困难。一方面,农户不接受,因为传统耕作都讲究“勤劳致富”;另一方面,需要免耕播种机播种,当时国内没有这样的机器。研发团队成员之一、中国科学院东北地理与农业生态研究所研究员关义新提议:“机器我们自己搞。”

2008年,关义新带领团队研发的第一台国产免耕播种机问世。免耕播种机不仅满足了秸秆覆盖还田和不整地作业要求,还可以完成清理秸秆、开沟、施肥、播种、覆土、镇压等一体化作业。

如何让农民相信

一切准备就绪,下一步就是如何让农民相信“懒人耕作”也能致富。

梨树县试验示范基地的数据显示,2013年6月,在连续实施秸秆全部还田六年的地块测定,每平方米蚯蚓的数量达到118条,常规耕作下仅有7条。秸秆连续全覆盖免耕10年后,0~20厘米耕层土壤有机质含量提高了17%,减少化肥使用量20%。

“连年秸秆覆盖还田,土壤有机质含量呈明显递增趋势,土壤中的氮磷钾及微量元素含量均有所增加。”张旭东表示,“大量蚯蚓等生物活动对疏松土壤、加快秸秆转化、促进土壤熟化起到了积极的作用。”

关于前文提到梨树县的春旱,秸秆覆盖也给出了解决方案。秸秆覆盖不仅提高了水分入渗能力,同时也能阻止径流发生,可以把更多的雨水留在耕层,还能够减少土壤水分蒸发。

“该模式下土壤养分库容增加10%~20%,养分利用效率提高15%~20%。”另外,张旭东还指出,覆盖在地表的秸秆就好像一层被子,不仅可以减少风对土壤的侵蚀60%以上,还可以减少水对土壤的侵蚀80%以上。

沈阳生态所研究员何红波在导师张旭东指导下,根据土壤氮素固持的微生物学过程和机制,提出了“土壤有效氮过渡库”的理论。她将“土壤有效氮过渡库”比喻成“骆驼的驼峰”,即同时具有储存和释放养分的功能。“秸秆和肥料氮素在土壤微生物的转化下,储存进入这个“驼峰”中,按需释放和补充。”

经过10年试验后,梨树县林海乡向阳村三社农民付国兴惊喜地发现:“一边是旋耕土地出现板结风化;一边是采用了秸秆全覆盖模式的土地呈现良好的土壤结构,产量明显增加。”

“采用保护性耕作技术的土地,和常规种植相比每公顷可节约成本1200元至1500元。”梨树县高家村康达农机合作社理事长杨青魁说,“常规种法是每年都需要旋地和压地,现在我们什么都不需要干,都交给免耕播种机来搞定。”

“梨树模式”可复制推广

农业农村部、财政部联合印发的《东北黑土地保护性耕作行动计划(2020—2025年)》提出,力争到2025年,保护性耕作实施面积达到1.4亿亩,占东北地区玉米种植适宜区域耕地总面积的70%左右,形成较为完善的保护性耕作政策支持体系、技术装备体系和推广应用体系。

在采访中,张旭东多次提到,“梨树模式”诞生于梨树,但他希望让“梨树模式”造福更多地区。梨树县地处东北黑土区的中部,南部有辽宁省,北部有黑龙江省,从梨树县向外推广相对容易。

近年来,为了推广保护性耕作,张旭东团队已经走过东北玉米带的61个示范基地,行程近3000公里。如今,保护性耕作技术已在3000余万亩土地上成功应用。其中,在辽宁已建成6个核心示范区、20个保护性耕作示范点,直接推广和辐射面积600余万亩,覆盖整个辽宁玉米种植区。

2021年7月,沈阳生态所与辽宁省昌图县人民政府签署“黑土粮仓”科技会战框架协议。其实早在2012年,张旭东团队就开始在昌图县与盛泰农机专业合作社开展合作,进行全秸秆覆盖保护性耕作示范。

“在没引进保护性耕作技术前,秸秆处理对我们是一个大问题,不敢多包地。引进保护性耕作技术后,我们不仅有能力大规模包地,而且出苗效果很好,产量也明显增加。”盛泰农机专业合作社理事长盛铁雍告诉《中国科学报》,“一台四行免耕播种机让我们一季能作业3000亩,当年就能收回成本。”

张旭东笑称:“未来应该不会只有‘梨树模式’,可能还会有‘昌图模式’。”

 
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