河南安陽瓦店鄉(xiāng)王貴莊保護性耕作小麥長勢情況。受訪者供圖

美國明尼蘇達州，一場鄉(xiāng)村婚禮剛結束，馬薩諸塞大學阿默斯特分校教授艾薩克·拉森和妻子決定到附近走走。他們信步走到一片被玉米田包圍的墓地旁，一個司空見慣的景象引發(fā)了拉森出于職業(yè)敏感的思考。

“我震驚地發(fā)現(xiàn)，田地表面比未耕種的墓地表面低了幾英尺。”拉森說，“這不是個案，一定有很多類似的情況。”

此后的2017年至2019年，拉森帶領團隊發(fā)現(xiàn)，美國中西部地表土壤正以平均每年1.9毫米的速度流失。“換句話說，160年來，耕種導致中西部損失了約57.6萬億噸土壤。”最后，該團隊得出結論，導致土壤損失的罪魁禍首是耕作。

此前，在我國東北黑土地地區(qū)和黃土高原、華北平原，同樣面臨著傳統(tǒng)耕作方式導致土壤質(zhì)量下降的問題。所幸，有這樣一群科技工作者在不斷嘗試，以最新的農(nóng)業(yè)技術和保護性耕作方式，不斷升級“土壤保衛(wèi)戰(zhàn)”。

黑土保護成效明顯

近日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部召開2022年東北黑土地保護性耕作行動計劃工作部署會，以一系列具體措施持續(xù)“擴面提質(zhì)”，強調(diào)完成今春8000萬畝秸稈覆蓋免少耕播種目標任務。

“保護性耕作的本質(zhì)是‘保護水土的耕作方式’。”中國農(nóng)業(yè)大學土地科學與技術學院院長李保國對《中國科學報》說。

20世紀三四十年代，美國因過度開發(fā)西部，導致草原開始出現(xiàn)“黑風暴”。后來，歐洲一些糧食產(chǎn)區(qū)也陸續(xù)出現(xiàn)黑風暴或沙塵暴。在漫天沙塵中，人們逐漸意識到，沙塵源于人類耕作對土壤的擾動。尤其是集約化、機械化翻耕后，大面積、統(tǒng)一出現(xiàn)的松軟裸露土壤非常容易被風吹起，被雨水帶走。

“我國東北的地貌特征和土壤條件與美國情況類似。”中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)所研究員隋躍宇告訴《中國科學報》，“東北地區(qū)黑土富含腐殖質(zhì)，土壤孔隙度較好、表層土質(zhì)疏松，冬凍春融后土壤更疏松，表層黑土會隨著融冰(雪)水流失。再加上春季東北風很大，水蝕加上風蝕，造成黑土變薄、變硬，甚至一些地區(qū)下部黃土裸露出來，所以就有了‘黑土保衛(wèi)戰(zhàn)’、保護‘耕地中的大熊貓’。”

為改變黑土流失和退化的局面，中國科學院和中國農(nóng)業(yè)大學的研究人員在東北地區(qū)開展實驗保護性耕作，采取免耕或少耕措施，將秸稈覆蓋在田間保持水土。

“這一方面能防止黑土被吹走而引起沙塵暴，另一方面，秸稈在田地里腐解后又能變成有機肥，改善土壤結構，增進土壤養(yǎng)分，穩(wěn)定土壤碳含量。這樣做既保護了環(huán)境，又增強了土壤肥力，防止了黑土退化。”隋躍宇說。

“對東北黑土地的保護性耕作，從試驗到推廣用了20多年時間。”大自然保護協(xié)會(TNC)中國可持續(xù)農(nóng)業(yè)總監(jiān)李穎博士對《中國科學報》說，“近兩年有了國家層面的保護規(guī)劃，局面有了很大的改觀。”

目前保護性耕作在吉林、遼寧、黑龍江西部取得了很好的成效。隋躍宇說，東北偏北部區(qū)域因為熱量不夠，秸稈埋到耕層下仍腐解緩慢，如果免耕的根茬、秸稈覆蓋于地表，會阻礙土地吸收熱量，影響土壤水分蒸發(fā)，導致無法春播或難以出苗，所以還沒有大片推行免耕。“但總體來說效果非常好，這種措施也被實踐證明是有效的。”

讓土壤“活”起來

“侵蝕使土壤退化，降低了糧食產(chǎn)量，再加上全球人口和氣候壓力增加，給我們帶來了切實的挑戰(zhàn)。”拉森建議說，我們需要可持續(xù)的農(nóng)田管理，如免耕等措施，將美國中西部的土壤侵蝕率降到能維持土壤生產(chǎn)力、生態(tài)系統(tǒng)長期繁榮的水平。

“如果沒有人類干涉，土壤的透氣性是非常好的。”李穎說，“土壤微生物、小昆蟲在地下活動，會讓土壤像海綿一樣透氣、透水。而蚯蚓等能將動物糞便、爛樹葉甚至泥土當食物，將有機物分解為無機物，讓土壤真正‘活’起來。翻耕對土壤微生物及地下生態(tài)系統(tǒng)來說，就像地震、火山、龍卷風一樣破壞力巨大。”

微生物減少，土壤活性和肥力就會下降。為了提高產(chǎn)量，人們不得不施加更多化肥，這就形成惡性循環(huán)。而翻耕不但破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)，還破壞了土壤結構。

“翻耕在墾荒時有其必要性，主要是為了清除原生的草地植被。變成耕地后，進行翻耕就像吃止疼藥一樣，會形成依賴。”李保國說，“這導致土壤生態(tài)系統(tǒng)服務功能越來越弱。”

以前，中國和東南亞地區(qū)主要是小農(nóng)戶耕作，所種莊稼不同，收割、翻耕時間也不同，風蝕、水蝕問題并不突出。但現(xiàn)在我國逐漸開始集約化耕作，收、種節(jié)奏統(tǒng)一，土地也同時裸露，問題就凸顯出來。

此外，常規(guī)翻耕涉及收割、秸稈粉碎、深耕、平整、播種、鎮(zhèn)壓等環(huán)節(jié)，需要農(nóng)機進入田間作業(yè)。而保護性耕作收、種同時進行，一次就能解決全部問題。

“再回”黃土區(qū)

“華北地區(qū)的保護性耕作最早從上世紀80年代末就開始了。”李保國說，“初衷是為了應對黃土高原區(qū)的水土流失和華北地區(qū)嚴重的沙塵暴，但當時農(nóng)機水平、農(nóng)業(yè)技術水平都很低，所以并沒推廣開。”

華北地區(qū)作物是一年兩季。李保國補充說，小麥收割后免耕種玉米沒什么問題，但玉米收獲后，玉米秸稈或根茬量比較大，如果免耕播種小麥需要較高的農(nóng)業(yè)技術水平支持，同時對播種機的要求也非常高。當時因為播種機不甚過關，導致種下小麥后出苗率無法保障。

15年來，李保國等人除科研外，很大一部分精力都用在推廣保護性耕作上，在一年一季的東北黑土流失嚴重地區(qū)，取得了很大進展和成效。“通過這些年在東北的實踐，不斷改進技術，現(xiàn)在農(nóng)機和農(nóng)藝技術水平都有了很大提高。”李保國說，“目前我們在黃土高原、華北平原進行了初步實驗，效果很好，達到了預期的目的。”

“我們主張科技先行。”李保國說，“但推廣保護性耕作涉及種植制度改革，農(nóng)業(yè)技術進步和農(nóng)戶觀念改變也需要一個過程。”

他解釋說，很多農(nóng)業(yè)科技人員認為免耕種小麥很難保證小麥出苗，也有人擔心免耕會帶來病蟲害問題。其實技術問題都不難解決，反而是規(guī)?；?jīng)營、土地耕作制度、耕地保護觀念、淘汰部分農(nóng)業(yè)機械等問題需要逐步解決。

3月中旬，大自然保護協(xié)會和中國農(nóng)業(yè)大學等機構在河南省安陽市安陽縣瓦店鄉(xiāng)王貴莊考察保護性耕作的小麥長勢。評估結果顯示，小麥出苗和生長良好，預估產(chǎn)量同常年持平。

“現(xiàn)在國家非常重視生態(tài)文明建設，鼓勵這種土地可持續(xù)利用的耕作方式。”李保國說，“所以，推廣保護性耕作是遲早的事。”