习近平总书记2020年7月在吉林省考察时提出“要认真总结和推广‘梨树模式’，采取有效措施切实把黑土地这个‘耕地中的大熊猫’保护好、利用好”。东北黑土地主要分布在辽河平原、松嫩平原和三江平原，是世界三大黑土带之一，这里黑土地含碳量高、土壤质地疏松、适耕性好，是我国粮食安全的“压舱石”。然而，由于高强度开发利用和用养失衡，传统的翻耕技术破坏地表秸秆保护层，以及风蚀和水蚀严重等因素，黑土地的生态和生产功能均出现不同程度退化。中国农业大学和中国科学院等团队通过借鉴引进模仿自然的国际保护性耕作方式，研发并创建了“梨树模式”，解决了东北黑土区玉米秸秆移除导致耕地退化的关键问题，用秸秆覆盖还田的自然解决方案有效保护黑土地。
“梨树模式”流程
项目应对的社会挑战
基于自然理念，“梨树模式”增加耕地有机质和碳储量
东北黑土地由于长期用养失衡再加上遭受严重的风蚀和水蚀，导致黑土层变薄，平均厚度已由原来的五六十厘米下降到现在的二三十厘米左右，土壤有机质含量显著下降。吉林省梨树县采取“梨树模式”秸秆覆盖还田之后，耕作层有机质可提高2克/千克。据估算，如果在东北黑土区全面推广“梨树模式”，东北地区耕作层有机质可提高约1克/千克，土壤碳密度可增加2.4吨/公顷，大约可增加耕地碳储量0.4亿吨，将有效助力实现碳中和。
“梨树模式”以秸秆覆盖为核心，建立了秸秆覆盖、免耕播种、施肥、除草、防病及收获全程机械化技术体系。其中，覆盖了收获、休闲季、播种+施肥+镇压、除草、苗期、后期等流程，包括秸秆覆盖免耕、秸秆覆盖条带旋耕、秸秆覆盖垄作以及高留茬垄侧栽培等适合不同地域与土壤特点的种植模式。
秸秆覆盖免耕种植可以减少农机作业次数以保护黑土地，抗风蚀水蚀，保水抗旱效果好，适用于土壤疏松的地块，特别是风沙区和坡岗地。秋季机械收获后，将秸秆直接覆盖在地表，在秋季或春季用归行机进行秸秆归行处理，春季适时用免耕机直接在苗带播种。
秸秆覆盖条带旋耕种植可以解决土壤板结的问题，同时能提高地温和加速低洼地水分的散失，缺点是须对土壤进行部分动土，增加了作业成本。在秸秆覆盖的前提下，直接对苗带通过条带旋耕疏松土壤，或在秸秆归行后对苗带进行旋耕，作业宽度通常为60厘米~70厘米，深度为15厘米~20厘米，不宜过浅或过深。条带旋耕后必须镇压，待来年春天适时免耕播种。在不影响播种质量的情况下，秸秆量少的地块可以直接条带旋耕，秸秆量大的地块要先归行再条带旋耕；若春季条带旋耕作业，最好先进行归行处理，保证旋耕带没有或存少量秸秆，然后镇压等待播种；如果春季干旱，最好是边归行边条带旋耕边播种。采用条带旋耕能提高播种带的地温和促进水分的散失，有利于幼苗的生长，还可以避免土壤板结对播种的影响。
秸秆覆盖垄作种植可以实现垄上增温、垄下保墒，农民容易接受，适用于地势较洼，或一家一户分散种植的地块。秋季机械收获后，在起垄种植的地块将秸秆集中覆盖在垄沟，春季种地前进行垄上灭茬，然后适时用免耕机播种，6月末进行中耕培垄，行距60厘米左右。
与传统模式相比，高留茬垄侧栽培种植操作方法简单、省工省时、增产潜力大，适合地势低洼及山坡地。在秋季收获后，地上留有30厘米以上高度的秸秆，春耕时田间不进行翻地和机械灭茬，播种在原垄侧进行。
秸秆覆盖还田，粮食安全与缓解气候变化协同增效
传统的翻耕技术，破坏了地表秸秆的保护层，扰动了土壤中动物和微生物，使土壤的生态和生产功能退化。以秸秆覆盖还田少免耕为核心的“梨树模式”，具有蓄水保墒、培肥土壤、减少侵蚀、稳产高产、保护生物多样性、降本减排、绿色生产等多重功效，实现了粮食安全与气候变化缓解的协同增效。
秸秆覆盖免耕保持了土壤孔隙度，孔径分布均匀、连续且稳定，有较高的入渗能力和保水能力，可让更多的雨水和灌溉水保持在有效土层之中。而覆盖在地表的秸秆又可以减少土壤水分蒸发，在干旱时，土壤的深层水容易因毛细管作用而向上输送，所以秸秆覆盖和免耕增强了土壤的蓄水功能并提高了农作物对土壤水分的利用率。据测定，秸秆覆盖免耕地块保水能力相当于每年增加了40毫米~50毫米降水。
实践表明，在连续多年秸秆覆盖还田之后，表层土壤有机质呈递增趋势，土壤中的氮、磷、钾等养分增加，可以培肥土壤。据测定，秸秆全覆盖免耕5年后，表层0~20 厘米土壤有机质可以增加10%~20%，同时可以减少20%左右的化肥使用量。
风蚀和水蚀不仅破坏环境，还带走了大量肥沃的表土，是黑土地退化的主要原因之一。尤其夏季，短时强降雨让丘陵和缓坡地易形成径流，冲刷表层土壤，加剧侵蚀沟的形成，导致耕地被侵蚀沟切割破碎，生态系统遭到严重破坏。为地表覆盖秸秆，可防止水蚀、减少径流，有效减少田间侵蚀沟发育和演变，有助于黑土地侵蚀沟的治理。与传统耕作模式相比，实施保护性耕作平均可减少径流量60%、减少土壤流失80%左右，具有明显的防止水土流失和减少风蚀作用。
秸秆腐烂后可使土壤有机质含量提高，有益生物增多，让土壤结构得到改善，肥料利用率提高，有助于黑土地持续稳产高产。特别是在干旱年份基本不受旱灾影响，且表现出明显的增产作用。在吉林省梨树镇高家村十余年的定位试验结果表明，秸秆覆盖还田的土地一般平均产量比对照土地高出5%~10%。
秸秆覆盖还田能够保护生物多样性，特别是蚯蚓数量增加使土壤的生物性状得到了改善。据统计，秸秆覆盖还田地块每平方米蚯蚓数量可达114条，是常规垄作地块的6倍。秸秆覆盖还为猎鸟和小动物等野生动植物提供掩蔽和食物，增加了生物多样性。
此外，秸秆覆盖还田在节约成本、减少碳排放、绿色生产、提升农产品质量方面也能发挥巨大作用。“梨树模式”作业环节少、费用低，除了每公顷可节约成本1000元~1400元外，还能减少农机动力15%~20%，降低能耗25%~30%，有效降低了碳排放。“梨树模式”还能通过降低作物受旱等胁迫程度降低玉米籽粒中由于抗胁迫而产生的相关影响品质的成分，基地生产的玉米比普通玉米市场价高10元/吨~20 元/吨。
多方参与合作，全面推广和完善“梨树模式”
2020年《东北黑土地保护性耕作行动计划（2020—2025年）》正式发布，提出到2025年保护性耕作实施面积达到1.4亿亩，占东北地区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。为了推进和完善“梨树模式”，地方政府、科研院校、农机企业、基层技术推广组织和农民合作社建立了一个协作平台，各方按照技术功能各司其职。各乡镇组织召开现场会、培训会，让农民亲眼见、亲耳听、亲身感受，真正认识并接受“梨树模式”。
目前，“梨树模式”已在吉林省梨树、榆树、农安、德惠、双辽、公主岭、长岭、大安等8个县市开展了全面推广。在东北四省区已建立保护性耕作研发基地100个，累计推广“梨树模式”或保护性耕作面积5000万亩以上。自2015年起，协作平台连续举办了6届“梨树黑土地论坛”，每年都有500多位国内外专家到会并做专题报告，各领域专家学者们平时还可通过技术交流互动平台建言献策。
经过10余年探索尝试，黑土地保护已产生显著成效。在未来，面对粮食安全、气候变化、温室气体排放和生态系统健康问题越来越严峻的形势，应进一步加强监测，积累相关科学数据，定量描述黑土地质量改善情况，尤其要加强其对固碳的研究与测量，更好地发挥“梨树模式”多重效应。
作者：李保国 王祥 王影 罗明 （作者单位：中国农业大学，自然资源部土地整治重点实验室）
来源：i自然全媒体（2021年5月18日）
