保护东北黑土,守好中国“饭碗”!
发布时间:2022-06-25
出品:科普中国
作者:朱雪峰(中国科学院沈阳应用生态研究所)
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  俗话说,民以食为天,国以粮为安。粮食是人类赖以生存的关键。那么粮食从何处来?另一句话给出了答案——万物土中生,有土斯有粮,粮食作物就长自我们脚下的土壤。

  土壤不仅为植物种子提供了安家之处,也通过土壤里的有机物质为植物生长提供了养分。土壤中的有机物质越多,土壤颜色越黑,所以发育良好的黑土养分充足,是非常适合粮食作物生长的土壤类型。

 

  黑土中萌发的小芽(解宏图供图)

  世界上有四大片这样肥沃的黑土地,其中一片就位于我国的东北三省以及内蒙古的东四蒙地区,是极负盛誉的国家粮仓[1]。现如今,我国平均每三碗饭里就有一碗来自东北黑土地。

一、黑土“肥”在哪里?

  黑土肥沃靠的是土壤有机质,那土壤有机质是怎么形成的呢?平日里看似“静悄悄”的土壤,其实时时刻刻都在涌动着生命的活力。除了待萌发的种子、植物的根系、觅食的土壤动物以外,土壤中还居住着一群土壤有机质的生产小能手,就是那些肉眼看不见却无处不在的“土著居民”——土壤微生物,比如细菌、真菌等等。

  当有枯枝落叶等落到地面后,土壤微生物们就会边吃边分解这些植物残体,植物的残渣碎片就会融入到土壤有机质中形成新的有机质,而被微生物吃到体内的有机质会成为微生物自身的一部分,在微生物死亡以后以身献土,也成为了新的土壤有机质[2]


  土壤微生物在枯枝落叶/植物残体的分解与土壤有机质形成过程中起着重要作用(作者供图)

  就这样,经过一代又一代微生物的取食分解,外来的植物组分就逐渐被转变成了富含营养的土壤有机质。所以说,落叶枯枝不是无情物,在土壤微生物的加工下可以化作春泥助力植物生长。

  我国东北地处温带季风气候区,春天温暖明媚,夏天高温多雨,植物生长旺盛,向土壤输送大量的新鲜有机质供给微生物加工生产有机质;冬天气温低,在干燥寒冷的情况下微生物们不得不“冬休”,尚未来得及分解和加工的植物残体就堆积在了土壤里。鉴于东北得天独厚的地理位置和气候条件,历经冬去春来,植物残体的输入与微生物加工形成的有机质在土壤中越积越多,土壤就越来越肥、越来越黑了。

二、黑土面临着“不黑不肥”的窘境

  由上文可知,良好的土壤环境和充足的外来食物供应是微生物生产土壤有机质的关键。然而传统的“精耕细作”对土壤的翻搅较大,长期的翻耕土壤逐渐破坏了黑土的结构,微生物流离失所。


  传统耕作对土壤的翻搅较大(解宏图供图)

  此外,地表枯枝落叶被收走或者就地焚烧的情况,导致土壤表面裸露,地表缺少了保护和遮盖,变得不禁风雨,风吹漫天沙,水土流失频发;与此同时,没有了枯枝落叶和作物残体的供给,微生物食物短缺,不得不去四处“啃食”土壤已有的有机质,导致土壤有机质含量降低。

  长此以往,原本肥沃强壮的黑土地变得瘦弱不堪,营养不良,逐渐退化,作物的产量和品质就会逐渐受到威胁。



  秸秆焚烧 土地裸露 (解宏图供图)

三、梨树模式——拯救黑土大作战

  面对严峻的黑土退化问题,科学家们坚守黑土田间,历经10余年探索,终于找到了治疗和修复黑土的良方,即保护性耕作技术—梨树模式。

  “梨树模式”是保护性耕作模式的一种,是具备我国特色的一种耕地保护性利用方式,其诞生之初主要是以修复吉林省梨树县的退化黑土为研究对象,在该地区逐渐研发出来的免耕秸秆覆盖保护性耕作技术体系,2016年被《农民日报》命名为“梨树模式”


  秸秆覆盖后的玉米田间(解宏图供图)

  简单来说,就是减少对土壤的翻耕,不去破坏黑土结构,同时将作物的秸秆全部铺在地表,为土壤遮风挡雨,也为土壤微生物提供了充足的食物。

  这样一来,土壤原本因为过度翻耕导致的伤口逐渐愈合,微生物们的生存环境得以改善,吃得香、住得好,重新恢复营业,参与土壤有机质的生产。土壤结构好了,有机质增多,土壤营养充足,黑土颜色更加油亮,粮食质量自然也就更高!

  如今,这项保护性耕作技术已经在东北黑土地上得到了大面积的应用和推广,收获了理想效果。黑土逐渐恢复了往日的黝黑,作物生长日渐茁壮,粮食产量稳步提升。


  实施保护性耕作后的东北黑土地作物茁壮生长,粮食产量稳步提升(解宏图供图)

  所以,利用和保护好黑土地,是一项任重而道远的工程。中国人的饭碗,靠的是脚下这片土壤,更需要中国人自己端!为了我们碗中的稻米越来越足,越来越香,让我们一起心系黑土健康,珍惜碗中米粮,为黑土地保护贡献力量!

参考文献:

  【1】 汪景宽, 徐香茹, 裴久渤, 李双异. (2021). 东北黑土地区耕地质量现状与面临的机遇和挑战. 土壤通报, 52(3), 695-701.

  【2】 梁超, 朱雪峰. (2021). 土壤微生物碳泵储碳机制概论. 中国科学: 地球科学, 51(5), 680-695.

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