推進黑土地保護與提升糧食產能的科技創新策略研究

陳海鷺

（吉林省農投集團，吉林 長春 130012）

倉廩實，天下安。糧食安全是國家安全和社會穩定的重要基礎。東北黑土區作為我國主要商品糧基地之一，糧食產量占全國的1/4，商品量占全國的1/4，是國家糧倉貨真價實的“壓艙石”。然而，隨著東北黑土地長期遭到高強度的利用，再加上大部分黑土耕作區位于平原地區，受自然地理環境影響，土壤侵蝕危害較嚴重。吉林省黑土地總面積為15.46萬km2，占吉林省土地總面積的83.3%。省內黑土地的土壤質量和養分含量較以往已經有了較明顯的降低，土壤生物含量、土壤理化性狀以及土壤的生態服務功能都有所退化，嚴重威脅了國家的糧食安全和區域的生態安全。

1.黑土地保護與糧食生產面臨的問題

1.1 黑土質量退化嚴重，糧食安全可持續隱患明顯

1.1.1 “變薄”

吉林省自黑土地開墾以來，在水蝕、風蝕和凍融侵蝕的作用下，黑土層厚度在逐漸變薄；初墾時黑土層平均厚度70 cm 左右，目前大部分在40 cm 以下，侵蝕嚴重的地方則不足20 cm，有的甚至出現了“破皮黃”。

1.1.2 “變瘦”

開墾前黑土耕層的有機質含量高達9%，開墾以后黑土耕作層的有機質含量在逐漸下降，2020年后降低了1/3。目前，黑龍江省、內蒙古東四盟市、吉林省和遼寧省黑土耕層有機質的平均含量分別為3.6%、3.4%、2.5%和1.7%。

1.1.3 “變硬”

容重是直觀反映土壤緊實度的指標。已有研究表明，自然黑土的容重范圍為0.80～1.00 g/cm3（平均0.90 g/cm3）；全國第二次土壤普查（1982年）時，黑土耕層的容重為1.00～1.10 g/cm3（平均1.05 g/cm3），而目前黑土耕層的容重已增加到1.25～1.30 g/cm3（平均1.28 g/cm3），有些地方甚至超過了1.40 g/cm3。

黑土地質量退化的直接后果就是耕地生產潛力下降。為了維持黑土地的生產能力，農民不得不加大化肥等生產資料的投入。化肥投入的增加與土壤的持續透支性利用，不僅降低了農民種糧的收益，也進一步加劇了黑土地退化。

1.2 糧食增產質量不高

從圖1可以看出，東北地區糧食產量的增加與糧食作物播種面積的增加高度相關，尤其是2003年以來，糧食增產的主要貢獻來源于糧食播種面積的增加，低產作物比重下降和高產作物比重上升的結構調整。糧食播種面積和作物結構主導了東北地區的糧食生產能力和糧食安全形勢。2001年，受加入WTO的影響，東北大豆受到嚴重沖擊，種植面積嚴重減少，直到2016年受大豆補貼政策的驅動才有所恢復。以吉林省為例，在糧食播種面積基本保持穩定的情況下，吉林省2016年玉米面積占比由2015年的64.8%下降為59.6%，大豆面積占比由10.6%上升為19.7%，導致同期的糧食產量下滑3.78%。此后2017—2019年，糧食播種面積顯著增加，才逐步抵消了結構調整帶來的產量下降。

圖1 1980-2019年我國東北地區糧食播種面積（a）和產量變化（b）

1.3 種植結構單一，管理粗放

2003年以來，吉林省糧食增產主要依靠糧食播種面積的大幅度增加和種植結構向高產的玉米與稻谷調整兩個方面。在目前的種植結構中，玉米與水稻的播種面積占到糧食播種面積的3/4以上；其中，玉米播種面積占比超過54%，形成了玉米在區域上絕對占優、水稻局部占優的種植格局。水稻是東北地區僅次于玉米的第二大作物，播種面積占糧食播種面積22%。過去40年間，水稻種植的80%擴張面積分布在年降水量500 mm 以下的松嫩平原東部和三江平原地區。其中，由于農業耗水大量增加，吉林省內的自然濕地面積大幅度縮小，僅為開發種稻前的一半，且出現碎片化。水稻大面積種植，造成生態用水緊張的同時，也導致地表水和淺層地下水污染，威脅糧食安全的可持續發展。

2.推黑土地保護與提升糧食產能提升的科技創新策略

2.1 加強土地保護和作物穩產高產技術及裝備研發

研究以及攻關目前黑土地保護的關鍵技術，將黑土地土壤環境保護、地力提高作為攻關的核心技術和關鍵科技，深入研究黑土退化過程與阻控、土地健康保護和可持續開發利用等理論、農機裝備研發技術。將優良選苗栽培、保護性耕作技術、肥沃的耕層營造技術、地下水土流失管理、農產品種植制度布局調整、種-養殖一體化循環農業科技轉化等方面作為農業科學技術投入的重點。進一步加速農業技術集成的技術創新步伐，逐步建立出與不同自然地理特點相適應的、符合不同農作物種類產量需要的農業區域綜合防護利用技術模型，借鑒黑土地保護試點和黑土地土壤侵蝕治理的試點經驗，將其與循環農業、生態農業、觀光農業等相結合，制定出可行性強、效用好、可推廣的發展機制，保障吉林省乃至整個東北地區黑土地，保障糧食的穩產和增產。

2.2 針對各種土壤障礙提出抗逆措施

首先，根據目前黑土地中存在的白漿土土壤障礙，可以開發出能實現淺翻深松的耕層結構技術，以及滿足工程技術實施需要的有關裝置；促進秸稈還田，借助功能性微生物菌劑在冬季寒冷氣候下，土壤內腐殖質無法很好發揮熱效率的問題；根據目前黑土地中存在的鹽堿地水土障礙，還可以使用中國科學院東北地理與農村生態研究所聯合研制的“脫堿3號”的土壤改良劑，該土壤改良劑理論上還具有使鹽堿地水稻增產3倍的效能。其次，針對黑土區緯度高，位于寒區，作物經常遭受洪澇、干旱、低溫凍害、冰雪冰雹等氣象災害的影響，需要完善氣象災害預警機制，增強抵御自然氣象災害的能力，提高作物對逆境威脅的抵御能力。最后，篩選和培育出抵御逆境能力強的作物品種，優化作物種植模塊，提高東北黑土區的作物整體產量。

2.3 加大政策扶持力度，推進土地集約化和機械化

由于黑土地集中程度低，土地流轉水平低下，農民生產集約化和規模化程度不足。再者，又因為沒有總體規劃和資金保障機制，黑土地保護和新科技政策無法得以真正實施，使得農戶、農業合作社和新型農產品經營等主要生產主體的投資積極性都不高，地方政府支持的效應也無法充分發揮起來。因此提議出臺黑土地保護獎勵政策和補貼機制，由各地政府出臺政策引導國有資本及其他社會資本對黑土地保護和新科技的投資支持，從而充分調動農戶和各主要生產主體的投入積極性。同時，國家財政在耕地全程托管、歸農戶經營方面的補助資金投入和扶持力度也要加大，為規范化運營的農戶、農場和合作社等單位提供農村綜合改革直補資金，以及農機購置補助和農機報廢更換補助，在保證農戶的耕作收益的同時，降低農業生產資料的購買成本。通過采取各種經濟惠農手段，鼓勵農戶把自己手里的耕地參與市場流轉，以提升黑土地的市場流轉管理水平和經營集約化程度。

2.4 加強新型技術的應用，促進糧食生產向精準化、智慧化轉型

針對當前的黑土地，施肥噴藥形式粗放、在耗費生產資料造成土地生產效益降低的同時，還會帶來對生態環境的污染的現狀。運用“3S”技術、現代自動化、人工智能技術、物聯網、信息化等技術開展“精準農業”，是現代農業技術發展的新趨勢。開展精準農業，對耕地實行精準化管理，通過把農田分成大小不同的若干個田塊，對作物在各個生長發育階段的長勢情況、土質、水分、光熱條件、植物病蟲害情況等因素加以分析，做出最科學的決定，對農藥和肥料的噴施數量和時機做出正確判斷，從而取得智能噴施農藥和肥料的有效性。除了農作物本身，農機器械作為農業生產活動中必不可少的要素，也需要向精準化和智慧化轉變。例如，通過人工智能精準操控的機械作業；運用大數據分析建立農業產品追溯信息系統，讓消費者可以查看到產品的生長源頭。

2.5 構建多種生態系統協同發展安全模式

濕地、森林和草地等生態系統是農田生態系統的保護傘，打造山水林田湖草生命共同體，促進多種生態系統共同發展，是保障糧食安全的重要基礎。尤其是水資源供需矛盾日益加劇的問題，需要制定區域水資源監測預警機制，研發黑土區“水-濕地-糧食”協同發展的安全保障體系。一方水土養一方人，水資源的質量在一定程度上決定了當地農作物的質量，然而由于低溫和鹽堿的影響，我國東北黑土區域內的生態自然凈化效果并不太理想，因此，需要進一步加強對水質污染的水資源的治理。

3.推動科技創新技術落地的政策建議

3.1 集中科學院全院力量，為黑土地糧食產能提高提供科技支撐

中科院為貫徹并落實國家黑土地資源保護性開發利用的重大決策精神，發動“黑土糧倉”科學會戰，為黑土地農業現代化發展奠定了重要的科學技術基礎。中國科學院制定了國家戰略性先導技術專項（A類）“黑土地保護與利用科技創新工程”（以下簡稱“黑土糧倉”先導專項），建立了黑土地保護與利用國家重點實驗室，并成立了專門的人才隊伍，組織院內外的先進科學技術力量，聯合進行科技攻關與成果應用示范，為促進黑土地保護，提高國家糧食安全提供了重要的科技基礎。中科院還組重點針對東北黑土地糧食生產中的黑土退化、優質糧食作物品種選擇、農機生產技術裝備研制、農業生物綠色技術開發等問題，提出解決方案。

3.2 地方政府主導建立核心示范區

黑土地區域覆蓋面大，但土地類型與氣候條件各地區差別較大。中科院所屬研究院所等國內優勢的科研機構，和中國東部“三省一區”的各地政府形成了協同聯動機制，在全國不同的典型地區實施了黑國土保護性開發利用管理模式與經典做法。家園農場、村民合作社組織、特色專業大戶，以及農業產業化的龍頭企業等新型農村土地生產經營市場主體都可成為黑土地可持續使用建設工作的主要落實主體。創新生產經營服務模式的建設要綜合協調水-土-種-肥-藥和栽培等各種農村土地生產要素，并綜合利用農機、農藝、農業生態管理和基礎工程建設等政策措施，以形成黑土地有效保護和使用的一體系解決方案。

3.3 建立技術攻關團隊與農業推廣部門示范推廣聯合團隊

依托中科院等相關國家優勢研究組織和中國東部“三省一區”的合作機制，積極將黑農村土地保護成熟的科技研究成果列入吉林省政府主推農業技術。進一步加強工程技術研究隊伍和農業科學技術研究成果引進部門之間的互動，形成黑土地保護與利用技術示范推廣合作團隊，有效促進黑農村土地保護與新科技、新模式利用的成功落地。以核心示范區基地建設為核心，引導建立多個國家輻射產業基地，通過示范輻射服務鄰近縣市。引導與農村科學社會文化傳播組織、研究高校和專業合作組織等單位形成協調互動管理機制，提高農業技術服務到位率，促進先進農業科學技術成果的轉化和新技術的裝備應用。通過示范工作的帶動，逐步達到將退化的黑土地從地方分散整改到集中連片整改，從示范基地擴大到整鎮推廣、整縣推廣，再到向全省推廣的遠景目標。

4.結語

水-土-肥-藥等農業生產要素的綜合管理是黑土地糧食產能提升的主要途徑，只有提高土壤質量和地力、保證農業水資源的供給、能夠獲取優質種質資源、精準使用化肥農藥、維持生態屏障功能，才能實現黑土區域的生態平衡以及糧食的穩產和增產。尤其要依托中國科學院等優勢科研機構的集體智慧，保障國家的糧食安全和生態可持續發展。