在黑龍江哈爾濱北大荒閆家崗農(nóng)場(chǎng)—中國(guó)農(nóng)科院黑土地保護(hù)創(chuàng)新基地,一架田間自走式秸稈撿拾顆粒制作一體機(jī)發(fā)出巨大的轟鳴聲。地上的秸稈被它“暴風(fēng)”吸入,經(jīng)過一番粉碎性“咀嚼”后,它在身后“吐”出一個(gè)個(gè)圓柱狀的緊實(shí)的顆粒。
“這項(xiàng)技術(shù)攻克了黑土區(qū)秸稈還田難和腐解難的堵點(diǎn),通過變稈為粒,使秸稈體積縮小10-15倍,更易腐解,處理成本降低到每畝100元以內(nèi),為黑土地秸稈高效還田提供全新解決方案。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃研究所(以下簡(jiǎn)稱資劃所)研究員逄煥成說。
田間處理后的秸稈顆粒。李晨攝
近日,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院在此召開該院重大科技任務(wù)“黑土健康培育與增糧關(guān)鍵技術(shù)研究及示范”現(xiàn)場(chǎng)觀摩會(huì)。上述秸稈撿拾顆粒制作一體機(jī)是該任務(wù)開發(fā)的系列黑土健康增糧關(guān)鍵技術(shù)之一。
田間試驗(yàn)結(jié)果顯示,與當(dāng)?shù)爻R?guī)管理技術(shù)措施相比,黑土健康增糧關(guān)鍵技術(shù)可以提高土壤有機(jī)質(zhì)0.2~0.3個(gè)百分點(diǎn),化肥減量10%~20%,作物增產(chǎn)8%~15%。目前,該系列技術(shù)推廣面積300萬畝,輻射帶動(dòng)800萬畝,為黑土糧食穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
養(yǎng)好、用好黑土地是當(dāng)務(wù)之急
黑土地富含有機(jī)質(zhì),適宜農(nóng)耕,是世界公認(rèn)的少數(shù)高肥力土壤之一,被譽(yù)為“耕地中的大熊貓”。東北地區(qū)黑土地是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)區(qū)、最大的商品糧生產(chǎn)基地。然而,近年來因氣候變化、農(nóng)業(yè)開發(fā)利用強(qiáng)度上升等多種因素,肥沃的黑土出現(xiàn)變“瘦”、變“薄”、變“硬”的退化現(xiàn)象,區(qū)域糧食產(chǎn)量的穩(wěn)定受到影響。
沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)教授汪景寬在會(huì)上指出,遼河平原和松嫩平原的黑土層和耕層變薄比例較大,約有50%的黑土層變??;東北地區(qū)的東北部和西南部土壤變瘦,中部松嫩平原及周圍變瘦比例約占52%;東北地區(qū)黑土整體呈現(xiàn)變硬趨勢(shì),變硬約占46%。
自然休耕的黑土層。李晨攝
“黑土健康培育與增糧關(guān)鍵技術(shù)研究及示范”任務(wù)首席科學(xué)家王立剛說,探索如何養(yǎng)好、用好黑土地成為當(dāng)務(wù)之急。2022年,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院?jiǎn)?dòng)該項(xiàng)耕地領(lǐng)域重大任務(wù),該任務(wù)主要針對(duì)目前黑土在高強(qiáng)度利用下“變薄、變瘦、變硬”的問題,貫徹“用養(yǎng)結(jié)合、護(hù)理相濟(jì)、全域?qū)嵺`”的總體技術(shù)路線,以資劃所為牽頭單位,聯(lián)合多個(gè)優(yōu)勢(shì)科研力量實(shí)施協(xié)同攻堅(jiān)。
王立剛介紹,通過2年半的研究,該科技任務(wù)已經(jīng)建立了以北大荒閆家崗農(nóng)場(chǎng)為核心的“一主四輔”黑土地保護(hù)研究網(wǎng)絡(luò),在秸稈顆?;€田、作物養(yǎng)分智能化推薦、新型專用緩控釋肥一次性施用、區(qū)塊化輪作障礙消減、健康土壤培育等黑土保護(hù)關(guān)鍵卡點(diǎn)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新突破,形成了以黑土保護(hù)性農(nóng)業(yè)增糧技術(shù)、秸稈牧草肥飼化綜合利用技術(shù)、有機(jī)無機(jī)配施定向培肥技術(shù)、黑土侵蝕與壓實(shí)生態(tài)阻控消減技術(shù)為主的黑土健康增糧關(guān)鍵技術(shù)體系。目前,該技術(shù)體系在耕層風(fēng)蝕水蝕有效消減、黑土有機(jī)質(zhì)快速恢復(fù)、土壤生物健康培育和耕地產(chǎn)能穩(wěn)步提升等方面收效顯著。
多措并舉改善土壤健康生態(tài)
逄煥成站在提前挖開的耕層剖面旁,手中握著一塊從剖面取出的土塊。土塊中可以看到去年還田的秸稈顆粒已經(jīng)腐解,和土壤顆粒幾乎融為一體。
“黑土區(qū)秸稈體量大、離田成本高,傳統(tǒng)秸稈覆蓋和淺旋還田技術(shù)存在還田難的問題?!卞虩ǔ烧f,秸稈還田是提升土壤有機(jī)質(zhì)的重要手段。但東北地區(qū)由于受溫度限制,分解秸稈的微生物活性弱、分解能力差,秸稈難以快速腐爛。
逄煥成展示秸稈顆粒腐解狀態(tài)。李晨攝
為解決這一問題,逄煥成研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了田間自走式秸稈撿拾顆粒制作一體機(jī),將秸稈由“長(zhǎng)粗硬”變成“短細(xì)軟”,壓實(shí)壓塊形成顆粒后還田。逄煥成介紹,相比于粉碎秸稈,顆?;斩捘茉黾幼蚜V械蔫F、錳、鎂以及氨基酸含量。目前秸稈顆?;€田量可實(shí)現(xiàn)5噸/畝,深埋還田可使0~40cm土壤有機(jī)質(zhì)含量由2.79%提升至3.60%,解決了秸稈“還不下、不讓燒、無處放”的生產(chǎn)難題,實(shí)現(xiàn)了秸稈資源還田利用與作物增產(chǎn)的“雙贏”。
此外,資劃所聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院地理所、黑龍江省農(nóng)科院等相關(guān)單位開展協(xié)同攻關(guān),研發(fā)了秸稈秋水切埋還田技術(shù)。該技術(shù)的核心在于有效利用休閑期的積溫,變春還田為秋還田,變旱整地為水整地,變打漿為切埋,定向營(yíng)造有利于秸稈腐解的環(huán)境,充分發(fā)揮微生物的分解和凍融交替的撕扯作用,實(shí)現(xiàn)秸稈在休閑期高效腐解,破解了秸稈腐解高峰與水稻分蘗期重疊的難題。
該團(tuán)隊(duì)連續(xù)兩年在齊齊哈爾舉行現(xiàn)場(chǎng)觀摩會(huì),獲當(dāng)?shù)剞r(nóng)技部門及種糧大戶充分認(rèn)可。今年測(cè)產(chǎn)表明,水稻畝產(chǎn)658.9公斤,比全量秸稈春旋還田、半量秸稈春旋還田分別增產(chǎn)10.2%和17.7%。
為防止侵蝕溝毀損耕地,資劃所和中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所(以下簡(jiǎn)稱環(huán)發(fā)所)集成了黑土區(qū)侵蝕阻控與壓實(shí)消減協(xié)同治理模式。
環(huán)發(fā)所研究員張晴雯介紹,其中一項(xiàng)技術(shù)——中坡耕地改壟截流減蝕技術(shù)結(jié)合秸稈還田,能夠減少15%~72%徑流流失量、12%~72%泥沙流失量;坡耕地壓實(shí)農(nóng)機(jī)作業(yè)預(yù)防技術(shù)能有效緩解大型機(jī)械引起的壓實(shí)問題,增加土壤水分和碳氮含量;免耕作物根系修復(fù)壓實(shí)技術(shù)通過增加農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性,可恢復(fù)土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和其生態(tài)功能。
用養(yǎng)結(jié)合促進(jìn)作物增產(chǎn)
當(dāng)前,東北黑土區(qū)還面臨微生物群落組成簡(jiǎn)化、功能下降以及傳統(tǒng)有機(jī)肥施用下養(yǎng)分失衡、磷素過剩等困境。“為此,我們研發(fā)了有機(jī)無機(jī)生物配施黑土健康生物定向培育技術(shù),能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和有益生物功能、維持土壤養(yǎng)分平衡?!?a target="_blank">資劃所研究員范分良介紹,在閆家崗示范田塊中,該技術(shù)使玉米平均產(chǎn)量達(dá)到822.8公斤/畝,相比常規(guī)措施的田塊產(chǎn)量提高了5.4%。
“與免耕相比,條帶耕作下的作物產(chǎn)量顯著增加4.8%。作物輪作、有機(jī)無機(jī)肥料配施與秸稈還田顯著增加作物產(chǎn)量9.9%、8.1%和3.5%?!?a target="_blank">作物科學(xué)研究所研究員宋振偉說。圍繞重大科技任務(wù),宋振偉團(tuán)隊(duì)聯(lián)合其他團(tuán)隊(duì)集成了玉米—大豆輪作豐產(chǎn)高效技術(shù)模式,2023年大面積示范結(jié)果表明,新模式下玉米和大豆產(chǎn)量比當(dāng)?shù)爻R?guī)模式增產(chǎn)8%~15%。
針對(duì)保護(hù)性耕作條件下作物產(chǎn)量不穩(wěn)與肥料利用率低的問題,該科技任務(wù)團(tuán)隊(duì)篩選了與當(dāng)?shù)厮疅豳Y源匹配的玉米、大豆豐產(chǎn)抗逆品種3個(gè),研發(fā)了適用于黑土的水稻、玉米、大豆和馬鈴薯養(yǎng)分專家系統(tǒng),配套制定養(yǎng)分配方和專用控釋肥料。該技術(shù)相對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民常規(guī)栽培措施,實(shí)現(xiàn)了減肥20%,作物增產(chǎn)5-10%。
針對(duì)黑土區(qū)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝脫節(jié)問題,他們研制了精準(zhǔn)排種排肥農(nóng)機(jī)具,集成“玉豆區(qū)塊化輪作+密植+種肥精量同播+秸稈覆蓋”農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合技術(shù),創(chuàng)建了東北薄層黑土全程機(jī)械化保護(hù)性耕作技術(shù)模式,比當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)模式增產(chǎn)10-15%,肥料利用率提高約14%。
同時(shí),針對(duì)黑土變薄的問題,構(gòu)建了薄層黑土“秸稈原位粉碎深還田+隔年土壤深松+旋耕起壟+減氮播種”合理耕層技術(shù)模式,相對(duì)于農(nóng)民常規(guī)技術(shù),耕作層增加5-7 cm,在減施氮肥20%的情況下提高產(chǎn)量5-10%。依托北大荒集團(tuán)累計(jì)推廣面積超過800萬畝,為當(dāng)?shù)貏?chuàng)造了良好的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
“我們每年都有30多名專家到基地開展工作,常年駐扎基地的研究生有20多人,關(guān)鍵時(shí)期來基地開展工作的研究生有200多人次。我們的基地既是技術(shù)研發(fā)的平臺(tái),也是人才培養(yǎng)的孵化器。這為我們的工作提供了堅(jiān)實(shí)的保障。”王立剛說,該科技任務(wù)的實(shí)施將為黑土保護(hù)與利用并舉提供可復(fù)制推廣的解決方案。