韓曉增（右三）在東北三江平原寶泉嶺農場暗棕壤肥沃耕層構建現(xiàn)場。

　　黑土被譽為“耕地中的大熊貓”。中國東北黑土區(qū)是全球四大黑土區(qū)之一。長期以來，中國科學院在黑土地的數(shù)據(jù)監(jiān)測、科學研究和示范推廣方面開展了大量工作，在黑土肥力演變、黑土有機質提升、保護性耕作等方面取得了一系列重要成果，涌現(xiàn)出一批以科技支撐起黑土地保護與利用的科研人員。為此，本報推出系列報道，講述中科院人在“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)背后的故事。

　　13份文檔、1個視頻、4本文獻……這些是記者日前采訪韓曉增團隊時收獲的一小部分黑土研究資料。

　　韓曉增是中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所研究員，與黑土地打了一輩子的交道，用他的話說：“講黑土，幾個小時哪里夠？幾天都不夠！”

　　從黑土地的分布與類型，到黑土地土壤有機質的變化，再到黑土地的保護與利用，韓曉增對黑土地就像自己的孩子一樣了解與關注，他也因此被譽為“黑土地的營養(yǎng)搭配師”。

　　黑土地在變“瘦”

　　1982年，剛出大學校門的韓曉增開始關注黑土地。他回憶道：“我每年有半年時間駐扎在科研點?？蒲悬c有兩個觀測場，一個是自然土壤觀測場，一個是耕作土壤觀測場?！?/p>

　　談及為什么黑土地大多分布在東北，韓曉增告訴《中國科學報》：“東北地區(qū)由于氣候冷涼，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物質，民間俗稱‘黑土地’?！?/p>

　　《東北黑土地保護規(guī)劃綱要（2017—2030年）》規(guī)定，黑土地的土壤類型包括黑土、黑鈣土、草甸土、白漿土、暗棕壤和棕壤。東北典型黑土耕地面積約2.78億畝。

　　通過多年的定位觀測，韓曉增發(fā)現(xiàn)，原始黑土層有機質含量高，但黑土開墾后經歷了輪耕休耕期、人畜低強度利用和機械化高強度利用期，用養(yǎng)失調和土壤侵蝕導致黑土地表層土壤自然肥力逐年下降，黑土發(fā)生了退化。

　　幾十年光種不養(yǎng)，黑土地在變“瘦”。關于黑土退化的各種聲音也層出不窮：“50年將變成第二個黃土區(qū)”“‘北大倉’可變成‘北大荒’”“黑土層每年減少一厘米”……

　　流言止于智者。韓曉增決定用科學手段分析黑土地變“瘦”的原因。他發(fā)現(xiàn)黑土地由自然土壤向耕作土壤轉變過程中，一些土壤屬性的變化是由生態(tài)系統(tǒng)改變所驅動的，還有一些土壤屬性與農藝措施有關。

　　韓曉增認為，當前亟須解決黑土地的核心問題是，探索優(yōu)化的農藝措施，實現(xiàn)黑土保護性利用的目標。

　　秸稈還田是增加黑土土壤有機質最直接、最有效和最可行的辦法。韓曉增團隊也發(fā)現(xiàn)，秸稈還田存在著諸多瓶頸問題，比如影響播種質量、需要大型機械、秋季整地作業(yè)時間短、秸稈漚肥還田成本高等，這些限制了秸稈還田在黑土地保護和地力提升中的功能。

　　此外，長期的不合理耕作和機械碾壓導致土壤形成了10~15厘米的犁底層，它像一道墻隔斷了作物根系下扎和土壤中水、熱、氣交換。韓曉增解釋道：“降雨到達犁底層后就被擋住了，水分和養(yǎng)分都下不去?！?/p>

　　對癥下藥肥沃耕層

　　如何應對黑土地的退化？韓曉增團隊的研究思路是，根據(jù)黑土層平均厚度和作物根系生長的適宜空間，將秸稈和有機肥深混到0~30（± 5）厘米黑土層之中，構建一個深厚、肥沃的土層，滿足作物生長和黑土保護兩個需求。

　　為什么選30厘米這個黑土層？韓曉增解釋道，我們團隊發(fā)現(xiàn)黑土有機質變化發(fā)生在0~30（± 5）厘米土層內，于是提出“肥沃耕層構建”理念，并證明培肥0～30（±5）厘米土層對改良土壤屬性和創(chuàng)造作物根系生長環(huán)境的協(xié)同效益最高。

　　當時，國內外秸稈還田主要有三種方式，分別是覆蓋、淺混、秸稈離田漚制有機肥再還田。韓曉增團隊發(fā)現(xiàn)這三種方式各有優(yōu)缺點，其中覆蓋優(yōu)點是保水、保土、節(jié)約成本，缺點是春季地溫回升慢、影響播種質量、秸稈轉化為土壤有機質效率低，導致缺苗和弱苗，病蟲害加重。

　　最后，韓曉增團隊在研究上述三種秸稈還田方式基礎上，創(chuàng)制了秸稈全量深混還田。新的問題也隨之產生：現(xiàn)有的農機具達不到秸稈深混還田的效果。

　　為此，韓曉增團隊自籌經費購買農機設備，首先從黑龍江省海倫市開始，先后在東北三省一區(qū)建立了15個示范區(qū)，以“場”帶“縣”培訓農機手，推廣秸稈深混還田技術。

　　韓曉增告訴《中國科學報》，在黑土帶中心地區(qū)海倫市，團隊連續(xù)13年開展玉米秸稈還田后，土壤有機質由44.5g/kg增加到49.5g/kg。如果在東北黑土地全域實現(xiàn)秸稈還田，預計到2030年，東北黑土區(qū)耕地質量平均提高1個等級以上；土壤有機質含量可以提高2g/kg以上。

　　除了秸稈全量深混還田，韓曉增團隊創(chuàng)新研發(fā)的黑土地保護與利用技術還有很多，比如針對黑土層薄、熟土層和心土層混合后肥力降低的問題，團隊提出“秸稈”“有機肥”二元補虧增肥技術；針對白漿土的白漿化障礙層，團隊在“心土混層”技術基礎上，增加了“秸稈”“有機肥”“土壤調理劑”三元補虧調盈技術。

　　韓曉增告訴記者，每項技術在生產上都有自己的局限性。“我們希望因地制宜，綜合施策，對黑土地保護與利用打出‘組合拳’?！?/p>

　　推廣示范“龍江模式”

　　按照“邊研究、邊示范、邊推廣應用”的思路，韓曉增團隊從2003年開始將研究技術逐步在農戶中推廣示范，并根據(jù)田間示范結果，不斷地對技術進行改進和完善。

　　2004年，黑龍江省海倫市祥福鎮(zhèn)富源村種植戶武立彬在海倫市農業(yè)技術推廣中心推介下，引進韓曉增團隊研制的肥沃耕層構建技術和玉米—大豆高效輪作模式，進行保護性耕作、精準施肥、秸稈一次性全還田，搭配翻、免、淺耕作技術后，其種植的300畝玉米地每畝增產81.6公斤，增收44000元；300畝大豆每畝增收18公斤。

　　如今，黑土地的保護與利用已經初見成效。以黑龍江省為例，全省有機質每年下降速度為0.1%~0.3%，下降速度已經減小了50%左右，土壤有機質下降已經得到有效遏制。

　　據(jù)悉，黑龍江省耕地面積2.39億畝，承擔了國家黑土地保護面積的60%。韓曉增告訴《中國科學報》，團隊在黑龍江省海倫市連續(xù)開展了6年試驗示范，玉米平均增產10.2%，大豆平均增產12.3%，土壤有機質含量提高3.2g/kg，黑土層保護深度在30～35厘米，已經達到了《東北黑土地保護規(guī)劃綱要（2017—2030年）》的要求。

　　這些年來，韓曉增團隊針對黑土退化的問題，采用秸稈翻混還田等技術，配合玉米—大豆、玉米—玉米—大豆輪作模式，不僅遏制了黑土表層土壤退化，還取得了良好的增產增收效果。韓曉增稱其為“龍江模式”。

　　他解釋道，該模式包括松嫩平原中東部的中厚層黑土和三江平原草甸土區(qū)的“黑土層保育模式”、松嫩平原中部和三江平原以及遼河平原淺薄層黑土區(qū)的“黑土層培育模式”、松嫩平原西部的“四免一松保護性耕作模式”、障礙型土壤消減快速培肥模式、環(huán)大小興安嶺和張廣才嶺的“坡耕地控蝕增肥模式”和“稻田土壤的秸稈還田增碳保肥模式”。

　　“保護是為了可持續(xù)利用，利用才是黑土保護的最終目標?！表n曉增表示，保護好黑土地，就是保護耕地中的“大熊貓”，而黑土層相當于“大熊貓”的心臟，土壤有機質就是“大熊貓”的血液，守護著黑土的健康，實現(xiàn)增產增收是黑土研究人員追求的終極目標。（本報記者 沈春蕾）