中科院摄影联盟副理事长 谢震霖 摄
韩晓增（左二）正在介绍龙江模式保护黑土的机理。中科院摄影联盟副理事长 谢震霖 摄
随意用铁锨铲起黑土，都有粉红色的蚯蚓在蠕动。农民日报·中国农网记者 郑惊鸿 摄
中科院海伦所现保存的36年来东北黑土地的4000多份不同的土壤样本。农民日报·中国农网记者 郑惊鸿 摄
中科院海伦所现保存的36年来东北黑土地的4000多份不同的土壤样本。农民日报·中国农网记者 郑惊鸿 摄
农民日报·中国农网记者 郑惊鸿 摄
中科院摄影联盟副理事长 谢震霖 摄
中科院摄影联盟副理事长 谢震霖 摄
一年之计在于春。在我国东北大地春耕即将拉开帷幕之际，3月29日正是仲春时节，随着保护黑土地的集结号吹响，在长春，在沈阳，在哈尔滨，从最北的松嫩平原到南边的辽河平原，从东边的三江平原到西边的呼伦贝尔大草原，包括黑吉辽内蒙古在内的109万平方公里的我国辽阔的黑土大地，万物复甦，春潮涌动。
5月10日至14日，记者走进东北大地，深切地感受到了在我国“十四五”开局之年的春天里，从省市县到乡镇村屯，无论是政府官员、科技工作者、基层农技员，还是合作社、家庭农场、新型经营主体，上上下下洋溢着的是牢记总书记嘱托，切实保护好、利用好“耕地中的大熊猫”，协同保护黑土地的昂扬激情和提升黑土地力丰粮仓的满怀干劲。
黑土地保护之顶层设计——
用养结合，实施国家保护工程，保护好利用好耕地中的大熊猫
在全球仅有的四大黑土区中，我国东北黑土区虽然开垦最晚，但承载的使命最重。东北四省区耕地面积5.4亿亩，典型黑土地耕地面积2.78亿亩，户籍人口1.16亿。自1954年开始10万复退建设兵团大举进入亘古荒原挥锨开垦67年以来，这片黑黝黝的土地早已成为新中国最重要的粮食生产基地和商品粮输出基地，黑龙江、吉林、辽宁以及内蒙古东四盟所生产的玉米、水稻和大豆分别占全国产量的41％、19％和56％，全国排名前10个产粮县均在黑土区，年粮食产量占全国1/4、商品粮占全国1/4、粮食调出量占全国的1/3，因此东北黑土区被誉为我国粮食安全的“压舱石”。
我国第二次耕地普查表明：尽管全国各地耕地有机质都在上升，但东北黑土地的耕作层有机质含量却下降了1/3，部分地区下降一半，理化性状与生态功能退化，严重影响东北黑土地可持续发展。
为此党中央、国务院十分重视黑土地的保护和利用，近5年习近平总书记对黑土地保护利用作出多次重要指示。2016年5月23日至25日，习近平总书记在黑龙江考察时就曾深情叮嘱，要采取工程、农艺、生物等多种措施，调动农民积极性，共同把黑土地保护好、利用好。2018年9月25日，在东北三省考察时习近平总书记说，要加快农业绿色发展，坚持用养结合，综合施策，确保黑土地不减少、不退化。2020年7月22日，习近平总书记视察吉林时再次指出，要采取有效措施切实把黑土地这个“耕地中的大熊猫”保护好、利用好，使之永远造福人民。2020年12月16日，在中央经济工作会议上总书记指出，要建设国家粮食安全产业带，实施国家黑土地保护工程。时隔12天，在中央农村工作会议上总书记再次强调，要把黑土地保护作为一件大事来抓，把黑土地用好养好。
为保护好利用好这片“耕地中的大熊猫”，全国上下都在积极行动。
从2005年开始，国家相关部门相继出台多项措施，2015-2020年，中央一号文件连续6年关注东北黑土地保护问题。2017年7月，原农业部、国家发展改革委、财政部等6部门联合印发了《东北黑土地保护规划纲要（2017-2030年）》，进一步明确到2030年，典型黑土区耕地约2.78亿亩，其中内蒙古0.25亿亩，辽宁0.28亿亩，吉林0.69亿亩，黑龙江1.56亿亩，总目标：加快建成一批集中连片、土壤肥沃、生态良好、设施配套、产能稳定的商品粮基地。考核目标：耕地质量提高1个等级以上，土壤有机质含量平均提高2克/千克以上。
为落实中央决策，2015年中央财政每年安排5亿元资金，在东北四省区19个县市区启动东北黑土地保护利用试点。2018年农业农村部启动了第二批黑土地保护利用试点，涵盖东北四省区31个县市区。2020年，农业农村部、财政部印发了《东北黑土地保护性耕作行动计划（2020-2025年）》，将黑土地保护利用工作推向新台阶。
中央农村工作会议刚刚结束，2020年12月30日，中科院就召开了贯彻落实总书记保护黑土地讲话精神座谈会，并就如何发挥中科院多学科、建制化、体系化优势，有效保护好利用好我国东北黑土地揭榜解题，决定聚焦关键问题开展科技会战，组织院内外科研和农技人员开展协同攻关和成果应用示范，为黑土地保护与利用提供系统解决方案，保障国家粮食安全和生态安全。
在接下来的5年内，科技会战将重点通过黑土地退化过程与机理研究，从科学原理上解决“为什么”的问题；通过保护利用技术创新和种质创新资源研究，从技术体系上解决“怎么做”的问题；通过构建感知与监测体系，从轮作区域上解决“在哪做”的问题；通过智能农机研发与推广，从实施载体上解决“谁来做”的问题。“用最好的技术种出最好的粮食，把耕地中的大熊猫保护好、利用好。”
黑土地保护之龙江模式——
构建肥沃耕层，因地制宜全域定制，探索出6个子模式
“国家粮食安全的压舱石和稳压器在东北，东北的压舱石和稳压器在黑龙江。”5月13日，中科院东北地理与农业生态研究所二级研究员、农业农村部耕地质量建设专家指导组副组长韩晓增告诉记者，黑龙江耕地面积2.39亿亩，是吉林辽宁两省之和的1.48倍，而作为典型黑土的核心区，黑龙江省承担了国家黑土地保护总面积的60％，即1.56亿亩。
鱼和熊掌能否兼而得之？
年过六旬的韩晓增诙谐地打了个比方：“其实我们东北黑土地只是瘦了、薄了，处于亚健康状态，就像一个精干小伙子，四五天没吃饭，走路已经晃悠了，但只要猪肉粉条大米白面吃上，3天后他就可以干重体力活了。”亚健康，调理好了就是一个健康人，调理不好，就有可能患重病。土地也是一样，只要给足营养，黑土地就还是一个“精神小伙”。
韩晓增形象地说，黑土地最关键的是黑土层，是“大熊猫”的“脑黄金”，如果这“脑黄金”没了，大熊猫就变成乡野四处可见的俚猫了。中科院海伦农业生态实验站35年观测对比的各种数据表明，黑土地退化的实质是黑土层发生退化。黑土层中的有机质含量在4.5％以上时，有机质再提升对作物产量影响不大，当土壤有机质从4.5％降低到3.5％时，粮食产量就会显著下降，目前黑龙江全省耕地平均在3.6％，通过提升土壤有机质来满足黑土地保护和提升粮食产量还有很大空间。在东北黑土地行走观察40年的韩晓增自信地回答。
中科院海伦农业生态实验站是目前我国唯一从事典型黑土农田生态系统长期监测、研究、示范与服务的国家级野外台站，大学毕业就一头扎根海伦站的韩晓增，始终执着于东北黑土保护与利用关键技术研究，1985年海伦站开始建立东北黑土养分标本。4000多份各时期各地各类型的土壤记载着36年来中科院科学研究者的足迹。韩晓增根据21年的观测数据、试验示范，于2009年首次提出了东北黑土地退化的实质是黑土层退化，并在国内外率先提出了黑土地肥沃耕层构建理念，建立了黑土地培育的指标体系，率先开展了以秸秆全量深混还田为核心的黑土层保育模式、黑土层培育模式和障碍土层改良快速培肥模式的研发及示范推广工作。
在研究过程中韩晓增发现，黑土层在减少时，其有机质中的腐殖化物质和非腐殖化物质同时减少，但在恢复过程中，非腐殖化物质增加的多，而腐殖化物质增加的少。“所以给黑土地加餐要多加腐殖化物质，而秸秆等农业生产中的废弃物就是最好的原汤化原食的材料。”连续进行21年玉米秸秆还田，35厘米黑土耕层土壤有机质含量由36.72克/千克增加到44.26克/千克，前14年平均每3年土壤有机质含量增加1.41克/千克，后6年平均每3年土壤有机质含量增加0.48克/千克。21年土壤有机质增加了0.75个百分点，由3.67％增加到4.42％，粮食产量增加9.8％以上。“在湿润、半湿润、黑土层薄的地区，采用秸秆粉、耙碎混还田的优势在于向0至20厘米土层输入有机物料，同时打破了犁底层，起到了耕作层梯次加深，厚沃增肥的效果。”
肥沃耕层构建技术，韩晓增团队在43个试点县培训了90余次，其中农业农村部邀请培训7次，东北黑土区采用该技术后，作物产量显著增加，土壤质量得到改善提升。2017年9月1日，种植业管理司邀请韩晓增到原农业部作专题报告。2020年韩晓增作为第一起草人联合起草的农业行业标准《东北黑土区旱地肥沃耕层构建技术规程（NY/T3694-2020）》正式发布，为东北黑土地保护利用提供了技术标准。
东北黑土地区域，地形多样、土壤类型多样、气候多样，因此种植制度也多样，而黑龙江辽阔的地域造就了6个积温带，复杂多变的地形、热量和降水条件造就了15种耕作土壤类型。在采访中，韩晓增一再表示，“保护黑土地一定要因地制宜、辨证施治、对症下药”。20多年来，经过反复定位试验，根据黑土地保护利用和退化阻控的国家重大需求以及黑土区域内不同地形特点、不同生态类型存在的不同问题，韩晓增团队探索总结形成了黑土地保护的“龙江模式”：中厚层黑土保育、浅薄黑土层培育、障碍土壤消减快速培肥、半干旱地区保护性耕作、坡耕地控蚀增肥及水田秸秆还田增碳培肥的6个系统配套方案，为黑土地保护提供精准高效的原创性技术模式。从2003年开始，龙江模式在不同地域示范推广，并根据田间示范结果，不断对技术进行改进和完善，真正实现耕地保护与耕地产能提升的双重目标，成为广大农区可复制、好推广的样板。
走进松嫩平原腹地的海伦市，一望无际的黑土似乎与蓝天连在了一起。这里是中国大豆之乡，从2015年开始开展了5种龙江黑土保护模式。踩着松软的中厚层黑土保育示范田，拿起铁锨翻起黑黝黝的土壤，松软中还有粉红色蚯蚓在蠕动。中科院东北地理所副研究员邹文秀介绍，这是中厚层黑土典型代表地区，这类土壤主要问题是土壤有机质积累和分解失去平衡，针对问题，我们团队给出的方案是以秸秆翻混还田、粉耙还田和松混还田为核心，以黑土层扩容增碳为目的，组合了玉米-大豆和玉米-玉米-大豆轮作技术，建立了黑土层保育模式，这片土壤已经开展了3年的轮作实验。海伦市农业农村局科长刘向波告诉记者，在海伦市连续6年试验示范表明，在本来不低的产量基础上，玉米平均增产10.2％以上，大豆平均增产12.3％以上，土壤有机质含量提高3.2克/千克以上，黑土层保护深度在30至35厘米，各项指标都达到或超过国家保护纲要要求，今年示范面积达60万亩。
黑土地的治理保护，正按照总书记5个讲话精神脚踏实地研究探索推广总结，中科院东北地理所探索出用养结合保护黑土地的龙江模式，涵盖了东北黑土地所有土壤类型和解决问题的方案，实现了全域定制，指导着黑土地保护，并取得了瞩目的成绩。中科院东北地理所副所长王宗明介绍，2006年开始大面积推广应用以来，在东北三省和内蒙古东四盟及其周边地区累计推广面积1.63亿亩，增加粮豆83.3亿千克，新增纯收入118.6亿元。同时还建立了一支保护黑土地管理、技术队伍，这支技术管理的中流砥柱，让黑土地能得以整建制地持续发展，并为粮食产量的提升奠定了基础和支撑。
2016年以来，黑龙江省加大黑土地保护力度，已见成效，试点县核心区域黑土层下降趋势已经遏制住了，既保护了黑土地又确保了国家粮食的安全。黑龙江省农业农村厅提供的2020年公布的数据表明：1.56亿亩黑土地耕地质量为3.46等，比全国高0.13个百分点，耕层有机质36.2克/千克，旱地耕层平均达到了24厘米，其中应用龙江模式的7827万亩，达到了30厘米以上，20个试点县（市、农场）项目采用龙江模式的面积522万亩，耕层土壤有机质提高了3.6％，耕层达到了30.7厘米，耕地质量标准提升了0.54个等级。2020年粮食产量1508亿斤，连续17年丰收，连续10年全国第一。
龙江模式在保护黑土的同时实现了粮食生产稳定发展。“但耕地治理是一个漫长的过程，龙江模式还需各方合力，并在保护黑土地应用中不断升级提档。”韩晓增表示，一定要实事求是因地制宜。对于技术关键点操作方法，在初步推广地区，特别需要技术人员能在细节上以更多的关注。在采访中，韩晓增表示，黑土地保护需要系统性和大国“农业工匠”精神，从头年秋收后整地、第二年播种、生产、病虫害防治到收获，需要应用一整套系统科学的技术，如果因为某个看似小小的环节不按规程来做，那么就可能影响产量5％、甚至10％。“应大张旗鼓地提倡大国农业工匠精神，急需兢兢业业的工匠来对每一个地区农业生产的技术进行精准的试验示范，根据每一个地区不同的需求去升级技术版本，在为农民解决实际问题中形成、写下的论文才有意义。”
黑土地保护之梨树模式——
实行保护性耕作，探索玉米少免耕模式，实现种肥一体全程机械化
学习并从事作物栽培育种以及植物营养学近20年的中科院东北地理所研究员关义新，怎么也没有想到这辈子会去开发农业机械。他告诉记者，2007年还在铁岭先锋公司工作，机缘巧合与中科院沈阳生态所长期研究黑土地保护的张旭东研究员相识，才有了筹划组建玉米保护性耕作的研究与试验基地的想法。
在东北黑土退化中，习惯性的翻耕导致土地裸露，进而引起风灾、水蚀是黑土变薄变瘦的主因，我国长期的玉米连作生产、秸秆离田以及过量化肥等生产方式导致的用养失衡，地力过度透支也是土壤变瘦的重要原因。关义新坦言，其实如果仅仅是解决黑土地保护，最简单直接的办法就是休耕，但鉴于人口众多的国情根本不可行。怎么能够既保生态又保产量？对照世界各国对于黑土保护的成功经验，以秸秆覆盖少免耕为主要内容的保护性耕作方法比较适合我国国情，因此我们将研究目标方向确定为研究示范推广玉米保护性耕作技术，并研发配套免耕播种机，使保护性耕作技术能够示范推广，变成生产力。
2007年对于张旭东、关义新、王贵满来说，绝对是难以忘怀的年份，这一年关义新加入了张旭东团队工作，也就在这一年国庆节，三人聚在一起，畅谈“有生之年让保护性耕作技术在全国推广”。为实现这个梦想，三人分工明确，分头行动：王贵满负责基地选址、建设、推广等事宜，张旭东负责保护性耕作玉米种植技术和配套方案研究，关义新除了对保护性耕作农艺的研究，前期还重点负责免耕机械的研发。三项工作齐头并进，很快占地15公顷的梨树县高家村保护性耕作研发基地开始运营，我国玉米保护性少免耕全程机械化发展之路由此起步。
2010年由中科院沈阳应用生态研究所牵头发起，吉林梨树县农业技术推广总站、中科院东北地理与农业生态研究所、吉林省土壤肥料工作总站4个单位组成的中科院东北黑土地保护性耕作试验示范基地，在吉林梨树县梨树镇高家村正式挂牌。这一年中国农业大学李保国团队加盟一起研究示范，在梨树县泉眼沟村建立保护性耕作技术研发基地。
针对东北南部薄层黑土区黑土退化、春季风蚀较重、播种期土壤墒情较差等生产功能下降以及黑土资源安全问题，张旭东团队在国际上首次提出了“土壤微生物碳泵”，2007年开始在已有的研究基础上，主攻耕作制度改革与保护性耕作研发集成，从理论上研究不同秸秆覆盖量及覆盖模式对土壤有机质截获和积累、养分循环以及水热调控等过程。以长期定位实验方案，与东北地理所关义新、吉林省农机推广站王贵满一起研究推出了均匀行、宽窄行、带状休闲3种土壤生态功能，调控玉米种植模式，和直立高茬、均匀覆盖、间隔覆盖3种玉米秸秆覆盖免耕技术体系和模式，为东北黑土地干旱地区保护玉米种植提供了系统解决方案。
让关义新这个“门外汉”去研发农机，看似天方夜谭，但实际上与专业者相比，关义新有其独特优势：精通玉米生产农艺、洞悉我国玉米产业以及生产者的痛点，了解世界各国不同地域的保护性耕作策略以及不同的农业机械化应用现状。关义新表示，要我们自己研发而非“拿来主义”，除了国外机械价位高，更重要的是我国玉米生产的行距远远小于国际通行的行距，这个瓶颈不解决，开展保护性免耕玉米种植那就是奢谈。
很快，关义新找到合适的人一起组织研发适合我国地域特性的高性能免耕播种机：“以生产为核心，以问题为导向研发，到地里跟农民交流，就实验过程中遇到的问题跟技术人员交流，边研究、边改进，只要农民说还不够理想，就随时改进。”就这样8个月后，2008年4月我国第一台玉米免耕播种机诞生，解决了秸秆归行难、播种难，使玉米播种施肥一次性精量完成作业。2009年专家鉴定评价：“国内性能领先，基本达到了国外同期先进水平，填补了东北地区高性能免耕播种机的空白。”样机出来后，在吉林省农委、农机局的支持下，快速产业化，并根据田间生产的技术要求不断改进完善，连续多年居东北播种机销售榜首，累计销售5万多台，为东北地区开展保护性耕作作出贡献。
2008年关义新同步创建成立了东北第一个合作社——康达农机合作社。杨青魁兄弟在15公顷的基地领头示范秸秆覆盖玉米保护性耕作技术。杨青魁告诉记者，头一年用免耕机播种，来了好多看热闹的老把式。看着头年收获后的玉米秆竟然还七零八落留在地里，有的留1/3，有的覆盖一半，还有的是留高茬，与往年播种前早已翻耕齐整的耕地比，大家都戏称这是“二流子种地，成不了气候”。没想到当年还遇到了低温天气，播种比周边晚了1周，大家都在等着看笑话哩，根据经验晚一周播种，至少影响5％收成，但出苗时，大伙儿惊了：出的苗居然比正常播种高齐壮。老把式们都知道，这样的出苗率，秋天收成至少增加8％-10％。果不其然，2008年秋天收获时节，杨青魁兄弟笑了，就这人称“破皮黄”的地，15垧玉米，实验了三种少免耕方式，平均增收10％-12％，由于是秸秆全量还田，化肥用量减少20％，种子用量减少60％，种田成本大大降低。
第二年杨青魁接手康达农机合作社理事长，眼见为实的60多户农民120垧地加入合作社托管种植，兄弟二人轻轻松松管理了100多垧地。如今13年过去了，曾经的15垧“破皮黄”平均产量徘徊在6000至7500公斤/公顷间，经过十多年养分积累，平均1.1万至1.2万公斤/公顷，最高年景达到1.6万多公斤/公顷，全县最高。杨青魁说，算下来每公顷可节省肥料、人工等成本1650元，玉米产量每公顷增加1000公斤以上，可增加收入1400元左右，两项合计每公顷玉米节本增效可达3050元左右。
针对秸秆处理难、免耕后的低温问题、低洼地以及大风引起的秸秆分布不均匀而导致的大小苗等问题，2018年关义新提出秸秆覆盖条耕技术、秸秆覆盖垄作少耕技术，并同步研制了配套机具条耕机，适应东北湿润、半湿润地区、低温冷凉、土壤黏重区域示范推广。因其适应性强，简单易行，在推广中备受欢迎。2020年与沈阳生态所张旭东团队一起在东北31个县市级示范推广。
梨树县以合作社为抓手，引领免耕机械作业，迅速提升了组织化、推进规模化，全县涌现出的3000多个合作社和1000多家庭农场引领着小农户走向现代化，这是“梨树模式”技术创新引发的生产方式转变、创新。而600个百亩示范户、60个千亩核心区和20个万亩示范片，累计32万亩示范田，示范带动梨树全县实施保护性耕作土地200万亩，占玉米种植面积的70％。
梨树县委副书记闫鹤在基地现场告诉记者，梨树探索的玉米保护性耕作模式要感谢《农民日报》2016年3月2日总结了在梨树县开展的“保护性耕作”模式，并称之为“梨树模式”，后来被总书记认可为“梨树模式”。闫鹤坦言，搞保护性耕作，其实是有风险的，但梨树县坚持下来了，这考验的是我们党委政府的定力、政治担当。梨树县一年财政4亿元，人工开支都不一定够，但是每年拿出2000万元来鼓励保护性耕作，不包括国家给的政策性补贴，就县里这块这14年支出了将近10亿元。
实践证明，“梨树模式”在黑土地保护性利用上的生态经济成效显著：连续免耕覆盖5年后测定，秸秆覆盖免耕地块保水能力相当于增加40至50毫米降水，土壤有机质增加20％左右，减少化肥施用量20％左右，实施保护性耕作平均减少土壤流失80％左右，干旱年份产量比对照组高出5％至10％，加上机械化减少人工，每公顷可以节约成本1000元至1400元。
2018年全国首个秸秆全覆盖保护性耕作技术地方标准《玉米秸秆条带覆盖免耕生产技术规程》发布，今年吉林“梨树模式”要在去年2000亩的基础上，在长春、农安、松原、长岭、四平、双辽等8个县市开展整县推进，实施面积均在100万亩以上。
“梨树模式”以问题为导向，应用和研发同步，构建了基于跨学科、跨部门的一体化技术推广平台，所产生的技术裂变带来了生产方式的根本改变，为保护黑土地干旱地区提供了一种方案。
