黑土資源的可持續利用途徑及配套農機技術

姜文達,劉羿廷,張秋萍,趙 峻

(通化市農業機械化技術推廣中心,吉林 通化 134000)

0 引言

黑土資源是我國寶貴的土壤資源,是陸地稀缺的肥沃土壤種類,在我國僅分布于東北三省及內蒙古自治區等少數地區,我國黑土資源總面積約35.9萬km2,約占全國耕地面積的26%～27%[1]。東北地區作為我國糧食安全的“壓艙石”,改革開放以來農業產業得到了快速的發展,農業機械化實現了率先普及應用。在農業產出不斷增加的同時,受人工開發、自然環境變化等多種因素影響,黑土資源的總量在不斷減少,現有黑土耕地出現水土流失、耕層變薄、土壤酸化、周邊污染等一系列問題。面對黑土資源退化的嚴峻問題,黑土資源保護與可持續利用成為國家對黑土耕作區農業生產的新要求,恢復黑土資源的自然活性,加強黑土資源治理,合理開展農機化生產成為現階段農業生產的重要工作。

1 黑土耕地資源損耗問題

黑土資源的損耗表現出多樣化特征,以吉林省為例,黑土資源的質量變化情況如圖1所示,可見,具有原始地力特征的黑土地占比僅為16.79%[2],耕層結構劣化、土壤酸化、土壤鹽堿化、耕層變薄等問題十分嚴峻,以上不利因素對耕地造成的影響包括水土流失、有機質含量降低、理化性質變化、土壤污染等。

圖1 吉林省黑土資源退化情況及占比

1.1 水土流失加劇

近年來,黑土耕作區水土流失問題十分嚴重,受耕地開墾機械化作業、不良氣候條件等因素影響,東北地區的黑土流失量可達1.3～1.9億m3/年[3]。同時,水土流失造成耕層中的氮、磷、鉀等養分不斷流失。在機械化生產的推廣實施下,輪式農業機械的頻繁作業導致耕地犁底層加劇,土壤蓄水保墑能力降低,強降水導致的地表沖刷、土壤水蝕等不利影響更加顯著,尤其對于坡地、山地等耕地環境,水土流失問題更為嚴峻。

1.2 有機質含量降低

有機質是黑土資源中最寶貴的組成成分,原始黑土資源中的有機質占比可達8%～11%,但隨著農業開墾、化肥施用、秸稈焚燒等因素影響,黑土資源的有機質含量呈現快速下降趨勢。以吉林省為例,通過對多地區土壤樣本測定,現階段黑土資源的有機質含量平均僅達到2.5%～3.5%,且仍處于緩慢下降趨勢[4]。與此同時,土壤中的有益微生物減少,有害微生物占比逐漸增加,農作物產生病害概率逐漸提升。

1.3 耕層理化性質變化

受到降水及灌溉沖刷、農機化作業等多重因素影響,黑土耕層變薄趨勢明顯,且土壤孔隙度縮減,土壤容重縮減,土壤團粒結構遭受嚴重破壞,保肥能力嚴重下降。導致土壤的碳氮比失恒,產生礦化變異問題,部分耕地轉換為鹽堿地,不利于作物生長,還有部分地區因鉀、鎂等礦物質析出,導致土壤酸性變化,逐漸不適宜開展農業生產[5]。

1.4 耕層土壤污染

與我國大部分耕地情況相對比,黑土資源的耕層污染問題相對不顯著,但是近年來在機械化植保、機械化作業的影響下,樂果葉面肥等農藥化肥噴施及農機油料泄漏導致土壤中的有害金屬逐漸增多。同時,受化肥過量應用的影響,土壤重金屬化趨勢明顯,耕層土壤污染問題成逐漸成為不容忽視的黑土資源破壞問題。

2 黑土資源的可持續利用

可持續發展是我國農業產業發展的基本原則,對于黑土資源的高質量利用具有積極的促進作用。黑土地的可持續利用需要統籌規劃,保證既不影響耕地生產力,又能實現土壤的綠色、保護性發展,準確評估農業生產特征、環境因素、地區地形等因素,分類針對性落實相關工作[6]。

2.1 強化政策性規劃

加強黑土資源保護與可持續利用的政策規劃,明確農業耕地的保護、利用、發展總規劃,制定相關法律法規,禁止不當利用黑土耕地行為造成土壤退化,建設黑土資源保護技術示范區,試驗驗證配套技術的合理性,持續優化政策方案[7]。通過政策制定黑土耕地農業生產利用與生態保護的關系,明確農業種植、退耕保護、秸稈利用等政策方案,保證黑土地保護、利用的監督管理工作有法可依。同時明確政策扶持主流方向,強化優勢農機作業補貼、保護性耕作補貼、秸稈利用補貼等有利于黑土資源保護的農業生產模式資金扶持,政策引領農民保護黑土資源的熱情。

2.2 強化政府統籌管理

管理工作是規范實施黑土資源保護的有效手段,結合推行的法規、政策方案,做好政策落實與管理,根據政策方案監管黑土農田、黑土保護區等用地情況,避免濫用、違規開發問題產生,結合地區實際情況執行下列監管方案:1)對于已規劃為黑土基本農田的區域,應嚴格用于糧食生產,并對貧瘠、退化的黑土耕地應用保護性耕作技術,嚴防耕地非農業使用;2)做好黑土資源的統籌,保證黑土地不繼續退化減少,并通過管理監督逐步改善耕地質量,促進土壤肥力恢復;3)對于已規劃定型使用的黑土地,若需臨時占用或規劃他用,須嚴格執行審批手續,并做到耕地面積的平衡與及時補充;4)監管落實有規劃的農業生產耕作模式,需開展輪作、保護性耕作、深松作業的耕地,必須嚴格執行規劃農藝和生產方案,確保耕地資源保護與農業生產實施并行[8]。

2.3 重視生態綠色建設

在開展農業機械化生產作業的過程中,還要兼顧黑土資源的生態保護,將農業生產的實施與黑土資源恢復及周邊森林草原保護作為同等重要工作開展,重視綠色生態環保設施建設,嚴格控制農田開墾力度,禁止可能影響農田生態環境的惡劣行為。對于符合政策要求的耕地,全面實現退耕還田、還草、還濕,避免盲目開墾實施農業生產產生的黑土資源破壞。

2.4 改變傳統生產模式

加強黑土地保護理念宣傳和技術推廣,提高農業生產經營者的黑土資源保護意識,遏制不合理農業生產方式造成耕地破壞,盡量減少粗放型生產的應用,并著重改善農業機械化生產及化肥使用等不合理生產模式。首先,盡量控制普通機械化耕作及傳統的小型農機田間行駛對土壤造成的不利影響,避免大范圍翻耕土壤造成黑土地水分散失、土壤沙化等嚴重問題,避免輪式農機反復進地作業造成土壤壓實、孔隙度下降等不良問題;其次,提高對農業生產過程應用的有害物質監管,如高殘留農藥、有害化肥等,鼓勵農民應用符合耕地保護的農藥化肥,并強化應用生物殺蟲劑、有機肥等替代傳統生產模式;最后,農業機械化生產的模式和機型選擇逐漸成為影響黑土地保護的關鍵因素[9]。

3 黑土資源保護配套農機技術

3.1 應用精確農機產品

應用先進的具有精確農業特征的農機產品,能夠有效改善傳統粗放型農機化生產造成的破壞耕地問題,利用先進的精確定位、作業監控、精確實施、精確控制等技術,能有效保證農業生產實施的精確性,避免生產過程產生過度翻耕、過量噴施農藥、過量施用化肥等影響農田環境的問題。同時,利用先進精確作業技術,能夠有效提高農業生產效率,減少農機田間作業時間,以及造成的農田壓實等不利問題。

3.2 優選土壤耕作機械

土壤的過度翻耕是造成黑土耕地資源退化的關鍵因素之一,因此在開展機械化生產作業的過程中,應當結合耕作機械的發展趨勢與新機型特征進行優化選型,結合地區生產特點,盡量減少機械翻耕對土壤造成的不利影響,為避免機具反復多次進地翻耕、整地等作業,可考慮引進聯合整地機開展一次性作業。同時,合理應用深松技術改善土壤耕層結構,提高深層土壤蓄水透氣能力,以此改善土壤中的微生物活性,逐漸提高土壤活力。應用機械深松技術在改善土壤透水、儲水能力的同時還能有效減少水土流失,避免土壤侵蝕,有效減少土壤退化、沙化等問題[10]。

3.3 保護性耕作生產模式

保護性耕作是黑土資源保護的一個典型措施,近年來在東北地區得到廣泛應用,不僅形成了系列化的農業生產新模式,也創新應用了符合保護性耕作作業特點的大量農業新機型。保護性耕作的特征是利用農作物秸稈粉碎后覆蓋耕地表面,并直接開展機械化免耕播種作業,利用秸稈粉碎設備或聯合收割機能夠高效率、高質量的粉碎秸稈并拋撒于地表,利用免耕播種機能夠實現在地表有秸稈及殘茬的情況下直接進行機械播種作業。該模式利用秸稈覆蓋層有效減少耕地水分蒸發,并提高對降水的積蓄能力,在一定程度提高抗旱能力,并減少水土流失。利用秸稈覆蓋層的降解作用,能持續提高耕層中的有機質含量,免耕作業模式避免了土壤頻繁的翻動,有利于土壤中的微生物和有益菌類增加,逐漸恢復黑土耕地地力,并實現長時間保護,具有良好的生態價值和農業生產可持續發展價值[11]。

4 結語

綜上所述,黑土資源的可持續利用是我國東北地區、內蒙古地區等黑土耕作區的重要工作目標,需要政府管理部門與農業生產經營者和相關從業者的共同努力。面對黑土資源退化的不利形勢,應加強頂層設計,統籌規劃化黑土保護的工作方案,結合農業機械化生產特征,持續改善農業生產作業方式,應用如保護性耕作等新生產模式,結合新型農業機械裝備改善耕地破壞問題,促進黑土地地力恢復,為東北農業可持續發展和環境長期綠色發展而不懈努力。