【科學網】韓曉增：黑土地的營養搭配師
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場。
黑土被譽為“耕地中的大熊貓”。中國東北黑土區是全球四大黑土區之一。長期以來，中國科學院在黑土地的數據監測、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生態研究所研究員，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。科研點有兩個觀測場，一個是自然土壤觀測場，一個是耕作土壤觀測場。”
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’。”
《東北黑土地保護規劃綱要（2017—2030年）》規定，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，韓曉增發現，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，黑土發生了退化。
幾十年光種不養，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”“‘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。他發現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系統改變所驅動的，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，探索優化的農藝措施，實現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。韓曉增團隊也發現，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，水分和養分都下不去。”
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，我們團隊發現黑土有機質變化發生在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造作物根系生長環境的協同效益最高。
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。韓曉增團隊發現這三種方式各有優缺點，其中覆蓋優點是保水、保土、節約成本，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，創制了秸稈全量深混還田。新的問題也隨之產生：現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建立了15個示范區，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》，在黑土帶中心地區海倫市，團隊連續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秸稈還田，預計到2030年，東北黑土區耕地質量平均提高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，韓曉增團隊創新研發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’。”
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富源村種植戶武立彬在海倫市農業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”。
“保護是為了可持續利用，利用才是黑土保護的最終目標。”韓曉增表示，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）
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