黑土资源的可持续利用途径及配套农机技术

左明华

(农安县杨树林乡综合服务中心,吉林 农安 130229)

0 引言

黑土地是最宝贵的土地资源之一,其土壤形状和肥力能有效促进农作物的高产,东北地区是我国黑土资源的主要覆盖区,也是世界仅有的四大黑土资源区之一,黑土地的保护和利用一直备受国家和社会的关注。随着农业现代化发展,在粮食产能提升的同时,东北地区的黑土资源退化问题,在一定程度影响着农业的可持续发展。截至2023年,黑土地保护已经连续多年被写入中央一号文件,要求把黑土地的管理提上日程,加强综合治理。面对土壤肥力下降、耕层流失等一系列问题,探索一条行之有效的黑土地可持续利用途径,并将黑土地保护与现代化农业机械生产相整合,成为东北地区农业发展的关键问题和重要突破点。

1 黑土资源的退化情况

2010年以来，在我国东北地区农业机械化快速普及和高效率生产实施的影响下；受过度开垦、不合理使用、管理粗放、基础设施落后等一系列影响；尤其在大范围农业机械耕整地、化肥使用、农业密植、秸秆还田量不足等影响下。黑土资源面临着逐年流失、耕层减少、肥力降低、严重污染等问题，加之我国农业生产中长期应用粗放经营管理模式，农民在生产中受到认知度、知识程度等制约，对于耕地保护重视不足，造成了黑土资源的可持续利用量快速减少，对农业可持续发展造成不良影响[1-2]。

2 黑土资源利用要点

从现阶段农业生产的实施来看,黑土资源的保护和恢复是一项漫长的工作,需要农业管理部门和农业生产经营者的多方努力与协同才能实现,应从统筹治理的角度出发,以地区的实际情况为依托,建立行之有效的黑土资源保护方案和农业生产实施方案,保证黑土资源退化得到控制并逐步恢复原生地力。

2.1 生态化治理

生态环境的破坏是黑土资源流失的关键因素之一,导致该问题的原因主要是人为实施的农业生产栽培形式破坏了原有的土壤环境和周边的水气环境,尤其是不合理的农业生产实施方式,会直接造成黑土资源退化。因此,应重点从生态治理的角度出发,重视农作物品种选择、耕作方式调整、栽培技术应用,并通过合理的灌溉方式促进水肥平衡,使土壤逐渐恢复应有的水、气、植被环境,形成生态化的可持续条件[3]。

2.2 生产模式调整

应从黑土地保护的角度出发进行生产模式调整,结合地区生产实际情况建立综合利用方案,为避免单一作物长期种植产生土壤退化,应建立合理的轮作体系,将生产面积较大的玉米、水稻、大豆、马铃薯、甜菜等作物的生产进行合理规划,同时严格实施秸秆还田、有机肥施用等保护技术,促进耕地的碳氮平衡、水热协调,使有机质和微生物含量增加,促进黑土资源的质量提升。

2.3 重视技术推广

图1为黑土资源可持续利用的关键技术和发展目标,应从综合治理、综合利用、土壤保育、沙土防治等多个方向出发,积极构建现代化大农业产业体系,并将关键的生产技术、经营理念及时推广,实现成熟技术的快速普及,帮助农业生产人员转变生产模式和农艺技术的应用方式,进一步推动我国以东北为主体的黑土资源保护工作落实。

图1 黑土资源可持续利用关键技术和发展目标

3 黑土资源可持续利用关键技术

3.1 秸秆腐解还田

秸秆腐解还田是恢复地力的有效手段之一,主要是利用秸秆中的营养成分做为肥料,通过腐解处理后将其施于耕地中,实现培肥地力的效果,秸秆腐解还田具有提高黑土有机质、增加土层厚度、减少水土流失、缓解土壤盐碱化、缓解土壤沙化等作用。秸秆腐解还田主要技术路线为将秸秆集中堆放,每15～20 cm堆放的秸秆施加由腐秆剂、尿素、水混合而成的催化液,必要时可铺放一层薄土,逐层堆放达到理想高度后进行妥善遮盖、密封保存,直至秸秆腐烂成肥后可做为作物基肥施用[4]。

随着腐解堆肥技术的逐渐改良,现阶段的堆肥工艺可利用升温、促腐等多种技术实现秸秆快速腐解,若结合机械粉碎处理可进一步提高腐解率。以玉米秸秆腐解处理为例,采用新技术可实现在3～4个月的时间内秸秆腐解率达到55%～60%,秸秆粉碎率越好腐解率越高,腐解还田通过与深松、免耕覆盖等技术相结合可进一步提高肥料利用率。合理施用秸秆腐解肥可实现秸秆中的营养物质高效率释放到土壤中,约可实现秸秆中含N 48%、含P 80%、含K 90%的释放率,常年应用秸秆腐解还田,黑土中的有机质呈明显上升趋势,土壤中的速效养分含量稳定提升,同时黑土层中的微生物量含C量明显增加[5]。

3.2 除草剂降解技术

除草剂是黑土的主要污染源之一,主要影响后期的作物生长和食品健康,现阶段从农艺技术的角度考虑可通过多种技术手段改良黑土层中的除草剂影响,其核心技术为生物碳改良技术。一是采用酸化改良技术,利用机械化浅翻深松配合农作物轮作,实现土壤性状和养分状态的初步改良,通常可采用大豆-玉米-玉米的轮作方式配合生物碳和氮肥减量技术实现黑土酸化的改善;二是大豆作物的除草剂施用量控制技术,在作物栽培中,大豆的除草剂施用量大,可采用耕层深翻深松配合种子包衣及生物碳肥料技术,降低除草剂施用量,同时降解土壤中存留的除草剂;三是生物碳肥料增施技术,在秸秆和根茬深翻深松的基础上采用氮磷钾肥与生物碳肥料配合使用的方式,能有效改善土壤中除草剂影响[6]。

3.3 合理化耕作技术

传统的黑土地机械化耕作模式是造成耕层退化的重要原因之一,随着农业生产经营理念和配套技术的转变与升级,现阶段可通过多种耕作模式及配套栽培技术实现对耕地的保护和地力恢复。一是在东北地区广泛应用的黑土地保护性耕作技术,利用秸秆机械粉碎后覆盖于地表,结合免少耕机械播种的方式能有效减少传统耕作过程的土壤扰动,有效减少水土流失,并提高土壤的蓄水保墒能力,同时秸秆覆盖过程还能通过降解作用提高黑土层的有机质和养分含量,常年应用能有效提高黑土地力。二是垄作区田技术,针对水土流失严重不易控制的农田,实施垄作区田技术。在坡地耕地采用沿等高线翻耕的方式使垄沟更宽、更深,同时横向修筑土挡,使田块分区形成区田,进而有效提高土壤蓄水能力。

3.4 分区专项化治理技术

黑土资源的综合治理应当针对不同区域特征和地区耕地特点因地制宜开展,不应完全照搬套用技术模式,总体上可根据耕地的特征进行分区治理,对于耕层较厚的黑土区,应当采取浅翻深松+测土配方施肥的技术模式,同时结合气候特征和土壤条件,有机选择秸秆直接还田或施用有机肥的方式,也可尝试秸秆还田与有机肥同步应用方式;对于耕层较浅的黑土区应重点实施秸秆还田+深松+测土施肥的生产模式,全力预防水土流失,并利用适当施用有机肥培肥地力;对于地形不利的坡地,也应以秸秆还田+深松+测土施肥的生产模式为主,同时应用生物隔离带技术,预防水土流失。据统计,分区专项治理的方式能有效提高秸秆和肥料利用率,平均肥料利用率可提升11%～13%,合理应用配套技术5年以上,玉米、大豆等作物增产平均可达7%～11%[7-8]。

4 配套农机技术

从黑土地资源可持续利用的主要目标出发,农机的配套主要集中在保护性耕作方面,且逐渐形成了良好的农机农艺配套技术模式,其中重点应用的农机包括以下几类。

4.1 免耕播种及配套机械

免耕播种在我国东北地区普及推广速度较快,覆盖范围逐年增加,该技术应用需配套多种机械设备。首先,在作物收获的同时或收获以后,需要利用粉碎装置将秸秆切碎成为8～10 cm的小段,可实现秸秆切碎的装置包括带秸秆粉碎功能的收获机和专用秸秆捡拾收获机两类;其次,针对耕地特征选择耕整地模式,大部分耕地可应用免耕模式,少数地表不平或板结耕地可利用耕整机进行少耕作业;再次,利用免耕播种机进行作业,一次性完成播种和秸秆铺放,形成良好的作物萌发和生长环境;最后,可利用深松机械在不过多翻动土壤的情况下打破犁底层并调整耕层状态,实现耕层的优化调整[9]。

4.2 有机肥施用机械

有机肥施用是黑土地保护利用的关键技术,同时能更好保障农业的稳产高产。近年来我国应用的有机肥施用机械在防堵塞、排肥均匀性、稳定性等方面进步明显,同时机型种类也显著增加。目前可应用的机型包括离心式有机肥施肥机、螺旋式有机肥施肥机、槽轮式有机肥施肥机等,能够根据生产需求匹配肥料破碎、宽幅施肥、精量施肥等功能,且有机肥施用机械也正向着高度自动化和环保化方向发展。

4.3 条耕机

条耕机是农田治理的关键机型,既可以单独应用还可以与深松设备配套应用,能够实现旋耕碎土、丁齿细土、仿形起垄、推压整平等功能,能够形成上实下松的垄形田结构,保证农田更多积聚雨水,提高保墒能力,具有良好的稳定性,能有效减少水土流失发生率,并为作物提供良好的苗床、种床。

5 结语

黑土地质量是东北地区粮食产能的重要保障,保护黑土地、恢复地力是现阶段的重要工作。尤其在农业机械化生产的大环境下,如何利用农机农艺相配合的方式提高黑土地保护效率,促进黑土资源优化需要农业生产人员和农业管理部门的共同努力,对于黑土地保护,必须要多措并举,加强黑土地保护示范区建设,促进技术推广,切实保护黑土地这个“耕地中的大熊猫”,并为我国“千亿斤粮食工程”提供有力保障。