中國網(wǎng)/中國發(fā)展門(mén)戶(hù)網(wǎng)訊 我國東北平原黑土區總面積?1.09×106 km2，主要分布在呼倫貝爾草原、大小興安嶺地區、三江平原、松嫩平原、松遼平原和長(cháng)白山地區，是世界僅有的四大黑土區之一。東北地區年糧食產(chǎn)量占全國?1/4，糧食調出量占全國的?1/3，玉米、粳稻和大豆的產(chǎn)量分別占全國的?33%、43%?和?52%——東北地區的糧食生產(chǎn)對國家糧食安全至關(guān)重要。由于不合理的耕作及長(cháng)期秸稈離田，我國東北黑土區土壤侵蝕與退化嚴重。東北黑土“變薄、變瘦”，嚴重威脅到國家糧食安全和東北地區的生態(tài)環(huán)境，亟待開(kāi)展保護與利用相結合的技術(shù)研發(fā)與示范推廣。
東北平原是世界上退化防控形勢最為嚴峻的黑土區
黑土是大自然賦予人類(lèi)的寶貴財富，由于黑土肥力高、保肥保水能力強，特別適于糧食生產(chǎn)。烏克蘭平原、北美密西西比河流域、南美潘帕斯草原和我國東北平原是世界僅有的四大黑土區。由于只用不養等原因，四大黑土區均經(jīng)歷了不同程度的退化過(guò)程。
在土壤保護技術(shù)實(shí)施以前，土壤犁耕秸稈翻埋是烏克蘭平原、北美密西西比河流域、南美潘帕斯草原的常規耕作措施。犁耕翻埋措施加速了土壤有機質(zhì)的礦化分解，但秸稈入土腐爛后可形成新的有機質(zhì)，可以保障土壤有機質(zhì)達成一定的平衡。但是，犁耕秸稈翻埋導致表層土壤疏松，春季遇到干旱大風(fēng)，表層土壤風(fēng)蝕嚴重；夏季遇到大雨，表層土壤水蝕嚴重。因此，北美密西西比河流域黑土的退化主要是由于犁耕秸稈翻埋引起的風(fēng)蝕或水蝕而造成的黑土層“變薄”。
相對于北美黑土“變薄”的主要問(wèn)題，我國東北黑土“變薄、變瘦”的問(wèn)題都很?chē)乐兀嘶揽匦蝿莞鼮閲谰Ｔ谖覈鴸|北平原，秸稈離田或焚燒后進(jìn)行旋耕或犁耕是常規的耕作方式，這種耕作方式容易引起風(fēng)蝕和水蝕，從而使黑土層“變薄”；同時(shí)，土壤旋耕或犁耕加速土壤有機質(zhì)礦化，秸稈離田或焚燒等措施造成有機物質(zhì)歸還少，這導致土壤有機質(zhì)形成不足，加速土壤有機質(zhì)損失，造成土壤“變瘦”。中國科學(xué)院海倫黑土水土保持監測研究站觀(guān)測數據顯示，2007—2014?年研究站?5°?坡度土壤水土流失達到?2.42 mm。目前，我國吉林、遼寧、內蒙古黑土區的黑土層大多不到?30 cm，即使在開(kāi)墾只有?60—80?年的黑龍江北部黑土深厚區域，也需加強保護以阻止黑土“變薄”。黑土的形成需要漫長(cháng)的歷史，自然條件下?1 cm?黑土層的形成需要?300—400?年。近?60?年我國黑土耕層土壤有機質(zhì)含量下降了?1/3，部分地區甚至下降了?50%。推廣秸稈翻埋還田的各項技術(shù)能減緩或防止黑土“變瘦”，但風(fēng)蝕、水蝕所引發(fā)的水土流失不能得到有效控制。我國黑土急需同時(shí)解決“變薄、變瘦”的土壤保護技術(shù)，實(shí)現黑土保護與利用并舉。
保護性耕作的由來(lái)和定義
保護性耕作的由來(lái)
保護性耕作是農田遭遇嚴重水土流失和風(fēng)沙危害的慘痛教訓之后，人們逐漸研究和發(fā)展起來(lái)的一種新型土壤耕作模式。美國的免耕農業(yè)可追溯至?18?世紀初，人們認識到可以用作物及其殘留物來(lái)減少土壤侵蝕；19?世紀，有定期報告報道農民實(shí)行糧食和棉花輪作；20?世紀?20?年代，開(kāi)始通過(guò)田間試驗來(lái)評價(jià)水蝕、風(fēng)蝕對土壤生產(chǎn)力的影響，保護性耕作初具雛形。
20?世紀?20—30?年代，美國利用大型機械大面積、高頻次翻耕農田，加之持續氣候干旱，引發(fā)了震驚世界的“黑風(fēng)暴”；1931?年美國西部干旱地區的“黑風(fēng)暴”橫掃美國大平原，厚達?5—30 cm?的表土被吹走，超過(guò)?3×105 ha?的農田被毀；1935?年第二次“黑風(fēng)暴”橫掃美國?2/3?國土，3×108 t?表土被卷進(jìn)大西洋，毀掉耕地?3×106 ha。全美冬小麥減產(chǎn)?5.1×106 t，美國南部各州?1/4?以上人口遷移。同年，美國成立了土壤保護局（SCS），組織土壤、農學(xué)、農機等領(lǐng)域專(zhuān)家，研究改良傳統翻耕耕作方法，研制深松鏟、鑿式犁等不翻土的農機具，推廣少耕、免耕和種植覆蓋作物等保護性耕作技術(shù)。隨著(zhù)土壤保護局的建立，美國對免耕的評價(jià)更加組織化、系統化，這逐步掀開(kāi)了保護性耕作技術(shù)研發(fā)和推廣的序幕。
保護性耕作的定義
美國農業(yè)部自然資源保護局（NRCS，原“美國土壤保護局”）和美國保護技術(shù)信息中心（CTIC）將保護性耕作定義為：當目標為減少水蝕時(shí)，任何可以保持播種后?30%?以上地面被作物殘茬覆蓋的耕作系統；當目標為減少風(fēng)蝕時(shí)，任何可以保持至少相當于?1?120 kg/ha?的小粒作物殘茬在地面的耕作系統。后來(lái)，美國農業(yè)部對目標為減少風(fēng)蝕的保護性耕作定義進(jìn)行了限定：在關(guān)鍵風(fēng)蝕期，任何可以保持至少相當于?1?120 kg/ha?的小粒作物殘茬在地面的耕作系統。加拿大農業(yè)及農業(yè)食品部將保護性耕作定義為：將大部分農作物殘留物（雜物）留在土壤表面的耕作方法。
國內對保護性耕作的定義認識不統一。有人認為保護性耕作技術(shù)就是秸稈還田，即只要能將秸稈還田的技術(shù)措施就是保護性耕作技術(shù)；有人提倡保護性耕作技術(shù)就是秸稈覆蓋還田和免耕，不能動(dòng)土或者動(dòng)土不能超過(guò)一定比例；還有人提出保護性耕作就是免耕播種，秸稈有無(wú)覆蓋意義不大。顯然，以上理解皆存在偏差，與世界公認的保護性耕作的定義和內涵不一致。比如，覆蓋耕作是美國目前應用面積最大的一種保護性耕作模式，但該技術(shù)全面動(dòng)土，且播種后?30%—70%?地面秸稈覆蓋。美國更注重秸稈覆蓋程度，地表有秸稈覆蓋，可有效控制風(fēng)蝕、水蝕，因此秸稈覆蓋率越大效果越好，而對動(dòng)土的限制并不重要。
保護性耕作在世界黑土保護與利用中的廣泛應用
土壤保護核心是防治風(fēng)蝕和水蝕引起的水土流失，減少因過(guò)度使用化肥、酸化、鹽堿化及其他化學(xué)污染等引起的土壤肥力下降。通過(guò)保護性措施防治土壤侵蝕或消耗，在保護和改善土壤的同時(shí)可長(cháng)期獲得較高的作物產(chǎn)量。
保護性耕作技術(shù)是土壤保護與利用相結合的技術(shù)，也是一種成本較低、推廣面積廣泛的重要土壤保護技術(shù)。作為減少土壤侵蝕、提高土壤肥力的首選技術(shù)，保護性耕作已經(jīng)在世界廣泛推廣。美國農業(yè)部數據表明，1963?年美國保護性耕作耕地比例為1%，1973?年、1983?年和?1986?年分別達到了?5%、20%?和?33%，2012?年?70%?的大豆地、2016?年?65%?的玉米地、2017?年?67%?的小麥地均使用了保護性耕作技術(shù)。從?20?世紀?60?年代開(kāi)始，蘇聯(lián)、加拿大、澳大利亞、巴西、阿根廷、墨西哥等國家紛紛學(xué)習美國的保護性耕作技術(shù)，并在半干旱地區廣泛推廣應用。其中，澳大利亞從?20?世紀?80?年代開(kāi)始大規模示范推廣覆蓋耕作、少耕、免耕等保護性耕作技術(shù)模式。目前，澳大利亞北部90%—95%、澳大利亞南部?80%、澳大利亞西部?60%—65%?的農田均實(shí)行了保護性耕作。加拿大從?20?世紀?60?年代引進(jìn)保護性耕作技術(shù)，20?世紀?80?年代大規模推廣，目前已有?80%?的農田采用了高留茬、少/免耕等保護性耕作技術(shù)模式。以巴西、阿根廷為代表的南美洲保護性耕作應用面積也超過(guò)了?70%。
我國人多地少且地塊分散，糧食安全壓力較大。分析國內外現有的技術(shù)及推廣形式發(fā)現，相對于其他土壤保護技術(shù)而言，推行保護性耕作技術(shù)是我國黑土保護與利用的關(guān)鍵和首選；同步結合防風(fēng)林帶、等高種植可有效防控我國東北黑土的侵蝕與退化，逐步提高土壤肥力。
保護性耕作技術(shù)在中國東北推廣面臨的問(wèn)題
國外主要保護性耕作技術(shù)模式
經(jīng)過(guò)?60?多年的探索，人們總結形成了以秸稈覆蓋少/免耕為主要特點(diǎn)的保護性耕作技術(shù)，包括免耕技術(shù)（no-till）、條耕技術(shù)（strip-till）、秸稈覆蓋壟作少耕技術(shù)（ridge-till），以及覆蓋耕作（mulch-till）與垂直耕作（vertical-till）等主要技術(shù)模式。
免耕技術(shù)。將作物殘茬均勻覆蓋地表，播種前不進(jìn)行任何土壤耕作，直接利用免耕播種機清理出?10—15 cm?的播種帶免耕播種。該技術(shù)可以最大程度減少風(fēng)蝕、水蝕，增加土壤水分入滲，減少地面水分蒸發(fā)，蓄水抗旱；另外，由于對土壤擾動(dòng)最少，可最大程度減少有機質(zhì)的礦化與分解。
條耕技術(shù)。在行間進(jìn)行?10—20 cm?寬度的耕作，一般可通過(guò)深松培土的方式進(jìn)行；作業(yè)后，行間形成一個(gè)?5—8 cm?高、10—20 cm?寬的小壟臺。條耕目的為提高播種帶地溫及播種質(zhì)量，減少低溫冷涼區或者澇洼黏濕區由于秸稈覆蓋地表導致的土壤溫度回升緩慢、秸稈量大控制難而影響播種質(zhì)量問(wèn)題。條耕技術(shù)下?70%?以上地表具備了秸稈覆蓋免耕的特點(diǎn)，剩余地表又具備傳統耕作的特點(diǎn)，兩者優(yōu)點(diǎn)相結合被認為是“最佳的耕作方法”。美國和加拿大?40?多年的實(shí)踐表明，相對于秸稈深翻深埋的傳統耕作，條耕可實(shí)現大概率增產(chǎn)。
壟作技術(shù)。將秸稈或作物殘茬放在壟溝，壟臺簡(jiǎn)單掃茬平整處理后直接播種；在玉米等作物的拔節期前，深松中耕培土、整理壟型。該技術(shù)適于低溫、冷涼及澇洼地塊。
覆蓋耕作與垂直耕作。覆蓋耕作指通過(guò)鑿式犁、圓盤(pán)耙或者旋耕耙對土壤進(jìn)行耕作，使部分秸稈混入土壤?5—7.5 cm，有?30%—70%?土壤表面被秸稈覆蓋。垂直耕作是近幾年在美國興起的新技術(shù)，其主要特點(diǎn)是利用波紋刀、圓盤(pán)刀等耕作機具嚴格順著(zhù)拖拉機行進(jìn)的方向設置，使耕作部件垂直進(jìn)入土壤，不進(jìn)行水平方向的擾動(dòng)，從而減少機具作業(yè)壓實(shí)層的產(chǎn)生；垂直耕作使部分秸稈混入土壤?5—7.5 cm，有?30%—70%?土壤表面被秸稈覆蓋。覆蓋耕作與垂直耕作均可實(shí)現大量秸稈下提高播種質(zhì)量、一定程度提高地溫。
國外成熟的保護性耕作技術(shù)模式在我國應用存在的問(wèn)題
國外成熟的保護性耕作技術(shù)在中國示范推廣具有很大難度、面臨巨大挑戰，主要存在?3?個(gè)方面的問(wèn)題。
（1）我國玉米常年連作。在美國、巴西、阿根廷，種植制度以輪作為主，特別是玉米-大豆輪作。1996—2010?年美國玉米輪作占玉米播種面積?80%?以上，1997—2006?年大豆輪作面積占大豆總播種面積的?97%?以上。玉米播種在大豆茬口，秸稈量小，不影響播種質(zhì)量；大豆播種在玉米茬口，雖然玉米秸稈量大，但大豆一般播種較晚，因秸稈開(kāi)始腐爛而對大豆播種質(zhì)量影響較小。玉米是我國東北地區的第一大作物，農民常年連作，由于大豆經(jīng)濟效益較低，只有小部分地區存在大豆-玉米輪作。在連作條件下，玉米產(chǎn)生的大量秸稈，增加了保護性耕作技術(shù)的實(shí)施難度。
（2）我國玉米種植行距小且不統一。美國最常見(jiàn)的玉米種植行距為?30?英寸（76.2 cm），約占玉米種植面積的?95%?以上。然而，我國東北各地區的玉米種植行距并不相同：內蒙古東北地區、遼寧西部部分地區在?45 cm?左右，遼寧中北部地區一般為?55—60 cm，吉林西南部和中部部分地區多為?60 cm?左右，吉林北部地區和黑龍江大部分地區為?65 cm?左右。行距大便于在行間清理出一條沒(méi)有秸稈的播種帶，而行距小時(shí)則難以實(shí)現這個(gè)目的——秸稈沒(méi)有足夠的存放空間；而且，一個(gè)地區的種植行距是和該地區的農業(yè)機械（特別是農用拖拉機的軸距）對應的——當拖拉機軸距確定、普及并形成一定的保有量時(shí)，再改動(dòng)種植行距難度較大。因此，行距小且不統一是我國東北地區實(shí)施保護性耕作技術(shù)面臨的另一重大難題。
（3）我國缺乏高性能的免耕播種機及覆蓋耕作機具。免耕、條耕、壟作和覆蓋耕作等國外成熟的四大保護性耕作技術(shù)有一個(gè)共同特點(diǎn)：地表或者大部分地表覆蓋秸稈。因此，其播種機播種環(huán)境與常規種植不同，而我國傳統的播種機具難以高質(zhì)量完成播種。保護性耕作技術(shù)至今的最大突破就是免耕播種機的發(fā)明并不斷發(fā)展和成熟。最早的免耕播種機是?20?世紀?40—60?年代在美國設計、發(fā)明的。不斷完善的免耕播種機已經(jīng)完全適合美國的土地環(huán)境，可以很好地完成大面積的免耕播種任務(wù)。但進(jìn)口的免耕播種機成本太高，難以滿(mǎn)足大面積示范推廣需求，我國保護性耕作技術(shù)示范推廣必須突破高性能免耕播種機缺乏的障礙。
玉米連作、行距小且不統一、缺乏高性能免耕播種機，以上三大主要因素增加了我國東北黑土地保護性耕作技術(shù)推廣與應用的難度，也使得國外成熟的保護性耕作技術(shù)不能在我國被直接推廣應用。
我國東北保護性耕作技術(shù)的探索
我國保護性耕作的早期探索
我國少/免耕農藝試驗研究較早：20?世紀?60?年代，黑龍江國營(yíng)農場(chǎng)開(kāi)始試驗小麥免耕播種；20?世紀?80?年代，陜西省農業(yè)科學(xué)院研發(fā)了“旱地小麥高留茬少耕全程覆蓋技術(shù)”；20?世紀?90?年代，山西省農業(yè)科學(xué)院研發(fā)了“旱地玉米免耕整稈覆蓋技術(shù)”。機械化保護性耕作技術(shù)研究始于?20?世紀?90?年代：1991?年，中國農業(yè)大學(xué)、中國農業(yè)科學(xué)院、山西省農機局等單位合作，開(kāi)始機械化保護性耕作系統試驗，先后在山西、河北建立了一批試驗區和測試區，設計了?2BMF-4C?輪齒拔草型免耕播種機，并于?1999?年開(kāi)始在河北、遼寧、內蒙古、甘肅、陜西等一年一熟地區開(kāi)展機械化保護性耕作的試驗示范。2005?年，中央一號文件提出“改革傳統耕作方法，發(fā)展保護性耕作”，將發(fā)展保護性耕作上升為國家政策。
吉林省農業(yè)科學(xué)院對保護性耕作的早期探索
吉林省保護性耕作研究工作始于?20?世紀?70?年代末。1983?年吉林省農業(yè)科學(xué)院耕作課題組建立了不同耕法長(cháng)期定位試驗田，設置高茬免耕、連年翻耕、滅茬打壟等處理，監測不同耕作措施下土壤環(huán)境變化及作物生長(cháng)發(fā)育規律；在此基礎上，1997—1998?年該團隊提出了玉米寬窄行留高茬交替休閑種植模式，包含立茬還田、免耕播種、行間深松等技術(shù)；新技術(shù)整合了留高茬增加有機物料還田，行間深松構建土壤水庫和良好耕層，并在吉林省公主嶺市及范家屯鎮建立了技術(shù)試驗示范基地。
中國科學(xué)院在東北保護性耕作的研究探索
理論探索與長(cháng)期實(shí)施效果監測
2001?年，中國科學(xué)院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所楊學(xué)明和張曉平研究團隊在德惠市米沙子鄉晨光村試驗基地開(kāi)展玉米秸稈覆蓋還田保護性耕作技術(shù)實(shí)施效果的理論探索，在東北黑土區建立第一個(gè)全量秸稈覆蓋還田的保護性耕作試驗基地。
2004?年至今，中國科學(xué)院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所張興義在中國科學(xué)院黑龍江海倫農田生態(tài)系統國家野外科學(xué)觀(guān)測研究站開(kāi)始了全量秸稈覆蓋還田免耕的長(cháng)期定位試驗。
2007?年，中國科學(xué)院沈陽(yáng)應用生態(tài)研究所張旭東研究團隊在梨樹(shù)縣高家村建立了保護性耕作技術(shù)研究示范基地，重點(diǎn)對保護性耕作實(shí)施后土壤物理、化學(xué)、生物性質(zhì)等進(jìn)行長(cháng)期監控。該基地不同于原有小區試驗監測，集大面積示范監測與大區試驗于一體，研究更接近生產(chǎn)實(shí)際。該研究為我國東北地區黑土保護與利用、保護性耕作技術(shù)推廣提供理論數據支撐。
保護性耕作重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)
（1）免耕播種機的研制與產(chǎn)業(yè)化。我國高性能免耕播種機研制由中國科學(xué)院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所關(guān)義新攻克：2008?年免耕播種機樣機研制成功，2009?年通過(guò)吉林省農業(yè)委員會(huì )組織的專(zhuān)家鑒定。該播種機吸取了國外先進(jìn)免耕機的設計，性能達到國內領(lǐng)先水平，在吉林省人民政府推動(dòng)下快速完善并實(shí)現產(chǎn)業(yè)化。目前，除吉林康達農業(yè)機械有限公司和北京德邦大為科技股份有限公司外，還有?20?多家企業(yè)生產(chǎn)類(lèi)似產(chǎn)品。該類(lèi)型免耕播種機市場(chǎng)保有量約?7.5?萬(wàn)臺，年完成播種面積達?5×106 ha?以上，已成為東北地區的主流播種機。高性能免耕播種機的快速產(chǎn)業(yè)化使保護性耕作技術(shù)在我國東北落地生根。
（2）寬窄行秸稈覆蓋免耕技術(shù)模式的提出。秸稈覆蓋還田免耕技術(shù)示范推廣過(guò)程中發(fā)現，免耕技術(shù)在吉林西部實(shí)施面積較大。但在梨樹(shù)縣等吉林中部地區，玉米產(chǎn)量高、秸稈量大，技術(shù)推廣緩慢。在借鑒吉林省農業(yè)科學(xué)院寬窄行高留茬少耕技術(shù)基礎上，2014?年春，關(guān)義新向梨樹(shù)縣農業(yè)技術(shù)推廣總站提出了寬窄行秸稈覆蓋免耕技術(shù)模式，該技術(shù)解決了高產(chǎn)量情況下秸稈放置難的問(wèn)題。2015—2016?年，秸稈歸行機和前置歸行機的出現，進(jìn)一步解決了寬窄行免耕技術(shù)播種質(zhì)量問(wèn)題。寬窄行秸稈覆蓋免耕技術(shù)的出現使得保護性耕作在梨樹(shù)縣、榆樹(shù)市等玉米高產(chǎn)區推廣面積擴大，保護性耕作技術(shù)示范推廣進(jìn)入新階段。
（3）條帶耕作技術(shù)模式的提出。寬窄行秸稈覆蓋免耕技術(shù)存在地溫回升緩慢、不發(fā)苗，風(fēng)大容易引起秸稈歸行效果差，影響出苗率和苗整齊度，以及玉米增產(chǎn)效果不穩定等問(wèn)題。因此，一些合作社、種田大戶(hù)特別是代管農戶(hù)難以接受，高產(chǎn)區保護性耕作推廣仍很艱難。關(guān)義新于?2010?年在梨樹(shù)縣保護性耕作學(xué)術(shù)研討會(huì )上提出了引進(jìn)國際成功經(jīng)驗、示范國外條耕技術(shù)的建議。2012?年中國農業(yè)大學(xué)米國華進(jìn)口了一套美國條耕機，積極開(kāi)展國外條耕技術(shù)試驗示范，但示范時(shí)發(fā)現機具作業(yè)效果不理想——我國種植行距小仍然是技術(shù)實(shí)施面臨的首要難題。2018?年，關(guān)義新與其團隊成員敖曼提出了條帶耕作技術(shù)；該技術(shù)在寬窄行秸稈覆蓋免耕及國外條耕技術(shù)的基礎上，對窄行播種帶進(jìn)行秸稈清理、深松淺旋作業(yè)，對歸行在寬行的秸稈進(jìn)行淺壓覆土；同年，團隊研制出條帶耕作機，農機農藝結合后技術(shù)試驗成功。試驗田播種質(zhì)量超過(guò)常規種植，苗齊、苗勻、苗壯，專(zhuān)家測產(chǎn)結果?2018?年?1.6×104 kg/ha、2019?年?1.7×104 kg/ha，達到了該地區歷史最高產(chǎn)量。2019?年開(kāi)始，該團隊在黑土地聯(lián)盟及黑土地保護利用國際論壇上宣傳培訓條帶耕作技術(shù)，制作并發(fā)放技術(shù)規程宣傳手冊，廣泛開(kāi)展田間展示現場(chǎng)會(huì )；2020?年，與遼寧、吉林、黑龍江?3?省的農業(yè)農村廳聯(lián)合進(jìn)行技術(shù)示范推廣。目前，該配套條帶耕作機已完成了一代、二代?2?種機型的研制與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
（4）秸稈覆蓋壟作少耕技術(shù)的總結提升。壟作保護性耕作技術(shù)有利于早春散墑提溫、如期播種，是美國應用于澇洼低溫區域的保護性耕作技術(shù)。由于該技術(shù)不改變行距，保留了傳統壟作習慣，方法簡(jiǎn)單易行，深得農民認可。雙遼市最早將秸稈覆蓋壟作少耕技術(shù)在吉林西部風(fēng)沙干旱及低洼鹽堿區大面積推廣。目前，在吉林西部、內蒙古東部，該技術(shù)均有很大的示范推廣面積。但在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現，秸稈覆蓋壟作少耕在風(fēng)沙干旱區存在保水抗旱效果不足、原茬播種出苗質(zhì)量差的問(wèn)題。2020?年，關(guān)義新團隊與吉林省農業(yè)機械化管理中心鄭鐵志總結該技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)際應用過(guò)程中的問(wèn)題，優(yōu)化、完善了其技術(shù)體系，通過(guò)作業(yè)環(huán)節及機具的改進(jìn)提升壟作少耕的播種質(zhì)量。同時(shí)，秸稈覆蓋壟作少耕技術(shù)也在低溫冷涼的佳木斯地區（2015?年至今），吉林中部高產(chǎn)區、東部山區低洼區（2020?年至今）進(jìn)行了試驗示范。
2015?年至今，梨樹(shù)縣人民政府、中國農業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院成立黑土地聯(lián)盟，在聯(lián)盟合作社進(jìn)行技術(shù)的培訓和示范推廣工作。2020—2021?年，結合“黑土糧倉”科技會(huì )戰，中國科學(xué)院與東北四省（區）相關(guān)單位結合，進(jìn)行保護性耕作技術(shù)的研究監測及示范推廣。
農業(yè)農村部和吉林省人民政府通過(guò)示范項目全面推動(dòng)保護性耕作推廣落地
2002?年農業(yè)部（現“農業(yè)農村部”）在西北、華北和東北?8?個(gè)省份啟動(dòng)實(shí)施了保護性耕作技術(shù)示范推廣項目；2006?年吉林省獲得了保護性耕作技術(shù)的立項支持，同時(shí)省財政設立了農機化新技術(shù)推廣專(zhuān)項資金（1?000?萬(wàn)/年）。2009—2014?年，吉林省玉米免耕播種機從研發(fā)試驗到完善，從幾臺樣機飛速增長(cháng)至?5?465?臺——保護性耕作成為改變傳統耕作理念，實(shí)現短期、快速、巨大突破的農機化新技術(shù)推廣典型“案例”。
吉林省推進(jìn)工作思路上采取了優(yōu)先西部、照顧中部、重點(diǎn)平原、探索山區的原則，有計劃、有布局地建立保護性耕作技術(shù)示范縣；同時(shí)，通過(guò)設定示范戶(hù)、示范面積、示范機具數量等最低標準條件，確保示范技術(shù)和示范機具數量能夠形成有價(jià)值的結果。在資金使用上，也本著(zhù)務(wù)求實(shí)效的原則，安排了示范戶(hù)購置機具項目經(jīng)費給予累加補貼，示范作業(yè)給予面積補貼，以及推廣單位開(kāi)展的宣傳培訓與指導服務(wù)等工作同樣給予項目資助，使得原本?6?萬(wàn)多元的“康達牌”兩行玉米免耕播種機示范農戶(hù)到手價(jià)格降至?1.8萬(wàn)—2.2?萬(wàn)元，有效解決了農民買(mǎi)不起、用不上的問(wèn)題。省級和農業(yè)部項目連續?10?年的有效扶持，拉動(dòng)累計超?2?億元的項目資金投入，積極調動(dòng)了各縣保護性耕作積極性，提升了推廣執行效果。2021?年吉林省保護性耕作示范推廣面積達?2?875?萬(wàn)畝。
保護性耕作技術(shù)在梨樹(shù)縣的長(cháng)期實(shí)施效果
2007?年，由中國科學(xué)院沈陽(yáng)應用生態(tài)研究所張旭東牽頭，聯(lián)合吉林省梨樹(shù)縣農業(yè)技術(shù)推廣總站、中國科學(xué)院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所和吉林省土壤肥料工作總站，在吉林省梨樹(shù)縣高家村建立了“中國科學(xué)院保護性耕作研發(fā)基地”。通過(guò)將科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和示范應用相結合，建立了一整套玉米秸稈覆蓋少/免耕全程機械化技術(shù)模式，開(kāi)創(chuàng )了農藝-農機融合的現代玉米耕作模式，促進(jìn)了東北黑土地玉米耕作制度的改革，為東北黑土的可持續利用奠定了理論和技術(shù)基礎。
應用效果至今研究監控?15?年，進(jìn)一步驗證了保護性耕作除有效控制土壤侵蝕外，在土壤培肥及蓄水抗逆上也有積極的效果。梨樹(shù)縣高家村連續?15?年秸稈覆蓋還田的主要結果如下。
秸稈覆蓋免耕能夠促進(jìn)土壤有機質(zhì)積累
2007—2018?年，11?年來(lái)耕層（0—20 cm）土壤有機質(zhì)由?22.5 g/kg?增加至?24.0 g/kg，年均增加幅度為?0.5%—0.7%。土壤有機質(zhì)積累的效果隨著(zhù)秸稈還田量增大而增大，秸稈全量還田在短時(shí)間就顯現出促進(jìn)有機質(zhì)積累的效果。通過(guò)對土壤有機質(zhì)積累的動(dòng)態(tài)模擬發(fā)現，秸稈全量覆蓋后，表層土壤有機質(zhì)經(jīng)?8—12?年即接近平衡點(diǎn)閾值。因而，在秸稈覆蓋免耕技術(shù)的實(shí)踐中，適時(shí)進(jìn)行深翻可提高有機質(zhì)在土體中的固存容量。
秸稈覆蓋免耕增加土壤養分庫容量和養分供應能力
秸稈覆蓋歸還增加了氮、磷、鉀養分在耕層的積累。秸稈全量歸還每年向土壤輸入的氮、磷、鉀數量分別為?60、40、150 kg，分別相當于當地化肥施用量的?25%、30%、200%。秸稈中的養分具有較高的穩定性、不易損失，秸稈歸還顯著(zhù)提高了氮、磷、鉀養分在耕層的積累。在全量秸稈覆蓋條件下，耕層土壤全氮含量由?2007?年的?1.21 g/kg?增加到?2018?年的?1.37 g/kg，年均增幅為?1.1%；土壤全磷含量從實(shí)驗前的?0.38?g/kg?增加到?0.46?g/kg，年平均增幅為?1.8%；土壤全鉀含量由?20.9 g/kg?增加到?23.8 g/kg，年平均增幅為?1.2%。氮、磷、鉀養分在耕層的顯著(zhù)積累表明，秸稈覆蓋歸還可增加土壤各養分庫容量和養分供應潛力。
秸稈覆蓋歸還提高了氮、磷、鉀養分的活性。土壤堿解氮、有效磷、速效鉀可反映氮、磷、鉀養分的活性和當季有效性。研究結果表明，從?2007?年到?2018?年，耕層土壤堿解氮含量由?104 mg/kg?增至?112 mg/kg，耕層土壤有效磷從?8.5 mg/kg?增加到?20.9 mg/kg，土壤耕層速效鉀從?149 mg/kg?增加到?191 mg/kg。秸稈覆蓋歸還不僅增加了各養分庫容量，同時(shí)也提高了養分活性，增加了土壤養分供應能力。
秸稈覆蓋免耕改善了土壤結構，提升了土壤生物功能
秸稈覆蓋免耕增加土壤團聚化程度，消除犁底層。經(jīng)?5?年處理后，秸稈覆蓋免耕對土壤團聚體的組成和分布已產(chǎn)生了顯著(zhù)影響，秸稈覆蓋促進(jìn)了土壤大顆粒大團聚體（>2000 μm）的形成，增加了團聚體的穩定性，改善了土壤結構。與常規壟作處理相比，秸稈覆蓋免耕處理?5?年后犁底層消失，有利于改善土壤下層結構和孔隙分布，使土壤穿透阻力迅速降低。穿透阻力的下降可顯著(zhù)促進(jìn)作物生長(cháng)和根系的穿透、水分下滲和保持，以及養分運移和供應。
秸稈覆蓋免耕提高土壤生物多樣性。相對于常規耕作，秸稈覆蓋免耕增加了大型土壤動(dòng)物群落個(gè)體密度、類(lèi)群數量和多樣性指數，以線(xiàn)蚓、正蚓科和雙翅目幼蟲(chóng)為主體的腐食性類(lèi)群個(gè)體數量隨秸稈覆蓋頻率增加而增多。尤其是秸稈覆蓋免耕顯著(zhù)增加了土壤蚯蚓的數量和生物量，全量秸稈覆蓋每平方米蚯蚓數量為?40—60?條，而常規壟作僅有?3—5?條。蚯蚓能夠增加土壤團聚體的穩定性、改善土壤結構，對土壤通氣和透水性能具有重要的作用。土壤生物多樣性提高、生物功能增強表明秸稈覆蓋免耕后土壤生態(tài)功能得到顯著(zhù)的恢復和提高。
秸稈覆蓋免耕增加土壤蓄水抗旱保墑能力
和常規耕作相比，秸稈在地表覆蓋降雨的滲透率平均增加?30%?以上，地表蒸發(fā)降低?40%?以上。通過(guò)對整個(gè)玉米生育期的土壤水分變化監測發(fā)現，秸稈覆蓋免耕處理下的土壤含水量均高于常規壟作。夏季降雨后差異變小，而春季、秋季差異顯著(zhù)增加，這說(shuō)明干旱條件下秸稈覆蓋具有很強的水分保蓄和調節能力，更有利于保證作物的水分需求，具有抗旱節水的作用。
秸稈覆蓋免耕的抗旱保墑能力對緩解該地區春季旱情尤為明顯。2017?年梨樹(shù)縣經(jīng)歷了?50?多天的春旱，常規壟作處理的表層土壤含水量?jì)H約為?4%，這嚴重影響了玉米春播。而秸稈覆蓋免耕處理下的土壤含水量約為?18%，保持了良好的墑情，可以實(shí)現無(wú)補水條件下的免耕播種，同時(shí)也保證了后期良好的出苗率。
保性耕作技術(shù)實(shí)現了秸稈資源有效循環(huán)利用，提高了肥料利用率，節本節肥、增產(chǎn)增效
與常規壟作相比，秸稈覆蓋免耕在培肥地力的同時(shí)，仍能夠維持較高的作物產(chǎn)量。2017?年梨樹(shù)縣高家村試驗基地實(shí)現增產(chǎn)約?1?000 kg/ha，氮肥利用率提高?4.7%。秸稈覆蓋免耕技術(shù)一次進(jìn)地能夠完成側深施化肥、切斷和清理種床秸稈、種床整理、單粒播種、覆土鎮壓等工序，實(shí)現了玉米播種和施肥的精準化、智能化全程機械作業(yè)。因此，該技術(shù)可以減少農機進(jìn)地次數，以及減少燃油消耗和勞動(dòng)力成本。根據本研究的歷年平均數據估算，每公頃可節省成本?1?650?元（表?1）。在產(chǎn)量方面，按照免耕作業(yè)比常規耕作玉米產(chǎn)量每公頃增加?1?000 kg?計算，預計可增加收入?1?400?元，因此節本增效可達?3?050?元。
保護性耕作在東北推廣亟待解決的問(wèn)題
2019?年，中共中央政治局委員、國務(wù)院副總理胡春華二次實(shí)地考察了中國科學(xué)院在鐵嶺市及梨樹(shù)縣的保護性耕作試驗示范基地。2020?年農業(yè)農村部、財政部聯(lián)合印發(fā)《東北黑土地保護性耕作行動(dòng)計劃（2020—2025?年）》，計劃提出力爭到?2025?年保護性耕作實(shí)施面積達到?1.4?億畝，占東北地區適宜區域耕地總面積的?70%?左右，形成較為完善的保護性耕作政策支持體系、技術(shù)裝備體系和推廣應用體系。2020?年?7?月?22?日，習近平總書(shū)記在吉林省考察時(shí)指出，要認真總結和推廣梨樹(shù)模式，采取有效措施切實(shí)把黑土地這個(gè)“耕地中的大熊貓”保護好、利用好，使之永遠造福人民。其中，梨樹(shù)模式的主要特點(diǎn)是秸稈覆蓋、少耕免耕。自此保護性耕作技術(shù)示范推廣進(jìn)入快車(chē)道，2020?年?yáng)|北黑土保護性耕作實(shí)施面積?2.69×106 ha。但推廣中仍存在觀(guān)念沖突、推廣體系效率不高、技術(shù)區域化創(chuàng )新不足等問(wèn)題。
觀(guān)念沖突
觀(guān)念沖突體現在學(xué)術(shù)、政策及實(shí)施部門(mén)上。保護性耕作技術(shù)在國內學(xué)術(shù)界存在爭議。有觀(guān)點(diǎn)認為，東北地區低溫冷涼，秸稈覆蓋地表后播種質(zhì)量下降；免耕播種后地溫回升緩慢、不發(fā)苗，常導致減產(chǎn)，因此保護性耕作技術(shù)不是最佳的黑土地保護與利用技術(shù)。也有專(zhuān)家認為，保護性耕作只適合于風(fēng)蝕較為嚴重的干旱區域，而在東北中部高產(chǎn)區和東部山區，并不適合應用。以上爭議，使得相關(guān)農業(yè)技術(shù)示范推廣部門(mén)、地方政府單位在制定相關(guān)政策上存在一定困惑。一個(gè)縣農機部門(mén)在大力推廣示范保護性耕作技術(shù)，而農業(yè)技術(shù)推廣部門(mén)示范推廣秸稈深翻深埋技術(shù)、秸稈碎混還田技術(shù)。不同的黑土保護技術(shù)有不同的補貼，沒(méi)有統一的規劃，這導致部分基層干部、推廣人員、合作社及農民只能跟著(zhù)補貼金額選擇相關(guān)技術(shù)模式。
保護性耕作技術(shù)是在世界其他黑土區被廣泛應用和證明了的行之有效的土壤保護與利用技術(shù)。亟待相關(guān)部門(mén)統一思想和口徑，堅定理念、因地制宜。在風(fēng)蝕、水蝕嚴重區域，積極研究示范推廣保護性耕作技術(shù)，保護黑土不再流失。
技術(shù)實(shí)施到位率低
對近?2?年吉林省中部、西部各縣市保護性耕作技術(shù)推廣情況調查發(fā)現，不同縣市推廣情況差異較大，但總體上西部各縣市好于中部縣市，東部山區延邊州各縣好于其他東部山區。推廣好的縣市，如西部雙遼市，保護性耕作技術(shù)旱田普及率達到?95%?以上。東部山區的安圖、汪清保護耕作技術(shù)普及率達到玉米播種面積的?1/3?以上。推廣較好縣市的共同特點(diǎn)：①推廣人員技術(shù)水平高、推廣示范技術(shù)到位率高、示范效果顯著(zhù)；②推廣人員的熱情高——他們把保護性耕作示范推廣當作信仰和理念；③領(lǐng)導重視——只有領(lǐng)導重視，技術(shù)推廣人才和資金才能有保障，推廣人員有動(dòng)力學(xué)習掌握技術(shù)，技術(shù)專(zhuān)家能有用武之地。建議把保護性耕作技術(shù)示范推廣作為縣、鄉鎮及村三級黨政領(lǐng)導“三個(gè)一把手工程”。
技術(shù)區域化創(chuàng )新化不足
東北保護性耕作歷經(jīng)15年研究與示范同步互動(dòng)，先后總結研發(fā)了四大主體技術(shù)體系，即秸稈覆蓋免耕技術(shù)、秸稈覆蓋寬窄行免耕技術(shù)、秸稈覆蓋壟作少耕技術(shù)和秸稈覆蓋條帶耕作技術(shù)，研制出高性能免耕播種機、秸稈覆蓋條帶耕作機等配套機具。針對不同生態(tài)區域特點(diǎn)推廣適宜的技術(shù)模式，完全可以達到黑土保護與高產(chǎn)增效協(xié)同的目標。但具體到縣市，甚至?1?個(gè)鄉鎮就存在差異較大的?2—3?種生態(tài)環(huán)境，因此盲目硬推一種技術(shù)模式就可能造成減產(chǎn)。需要將技術(shù)模式的適宜應用區域細致化，為每個(gè)縣確定?2—3?種技術(shù)模式，每個(gè)鄉鎮確定?1—2?種技術(shù)模式的細化規程，并制定技術(shù)模式的適宜推廣區劃。在縣域典型生態(tài)區建立?2—3?種技術(shù)模式的高標準示范田，從而推進(jìn)保護性耕作技術(shù)的快速、正確推廣。
農機、農藝技術(shù)需同步配套升級
保護性耕作技術(shù)雖然是一種土壤耕作方法，但也需要從品種選擇、種植密度、施肥方式、病蟲(chóng)草害防治、收獲方式，以及配套機具的綜合研究與配套，提出綜合生產(chǎn)技術(shù)體系，才能保證示范效果。因此，需要集合農機、農藝、土肥、植保等多學(xué)科專(zhuān)家人才，研究保護性耕作綜合生產(chǎn)技術(shù)體系，為推廣部門(mén)提供系統解決方案。
此外，保護性耕作技術(shù)需要配套的免耕播種機、條帶耕作機、專(zhuān)用的收割機；而這些機具均需要進(jìn)一步升級完善——提高機具性能，降低機具成本。農機、農藝結合，以農機為實(shí)施載體、以農藝為技術(shù)依托，才能保證做好保護性耕作技術(shù)的示范推廣。
保護性耕作應用前景及效果展望
保護性耕作技術(shù)是世界土壤保護與利用最為重要的成功經(jīng)驗，該技術(shù)與作物輪作、等高種植、防風(fēng)林帶等技術(shù)結合，已在北美、南美洲、澳大利亞等國家廣泛推廣應用，為世界糧食生產(chǎn)安全及環(huán)境質(zhì)量改善作出了重要貢獻。經(jīng)過(guò)近?20?年的研究探索，我國保護性耕作的技術(shù)模式及配套機具基本成熟，具備了大面積示范推廣的條件。中國科學(xué)院等單位自?2007?年以來(lái)在吉林省研究并形成的保護性耕作技術(shù)及配套機具（被稱(chēng)之為“梨樹(shù)模式”），為保護性耕作技術(shù)在東北黑土區的示范推廣提供了重要技術(shù)支撐。
保護性耕作技術(shù)在我國東北黑土地的廣泛應用，將對我國東北糧食生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境及國民經(jīng)濟產(chǎn)生深遠的影響。①可以有效遏制東北土壤退化，提高土壤產(chǎn)量。一方面，保護性耕作可以有效控制土壤的風(fēng)蝕、水蝕，讓土壤不再“變薄”；另一方面，可改善土壤結構，提高土壤的生物多樣性，逐漸恢復土壤肥力，提高糧食生產(chǎn)水平。②增強東北地區糧食生產(chǎn)的穩定性。保護性耕作的連續實(shí)施，可以消除犁底層，增強土壤降雨入滲能力，從而實(shí)現蓄水防澇抗旱、抗倒伏的能力，增強東北地區糧食生產(chǎn)抗逆減災的能力，穩固國家糧倉。③改善區域生態(tài)環(huán)境。保護性耕作連續大面積實(shí)施后，沙塵暴、水土流失和面源污染基本得到控制或改善，秸稈焚燒造成的環(huán)境污染大幅下降，區域水資源緊缺狀況可有效改善，同時(shí)節約大量的政府管理資源。④有助于實(shí)現碳固定。保護性耕作條件下，土壤擾動(dòng)減少可降低土壤有機質(zhì)礦化量，同時(shí)秸稈還田可增加土壤中有機物質(zhì)的歸還，有助于農田土壤增碳減排。
中國科學(xué)院作為國家科技戰略力量，長(cháng)期以來(lái)重視東北黑土的保護與利用問(wèn)題。2021?年?4?月，中國科學(xué)院舉全院之力，聯(lián)合東北四省（區），開(kāi)啟了“黑土糧倉”科技會(huì )戰，率先打響了黑土保護與利用的科技戰，勢必推動(dòng)保護性耕作技術(shù)的升級，推動(dòng)保護性耕作技術(shù)的快速普及和應用。
（作者：敖曼 關(guān)義新，中國科學(xué)院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所；張旭東 中國科學(xué)院沈陽(yáng)應用生態(tài)研究所；《中國科學(xué)院院刊》供稿）