拿什么拯救我国东北地区的黑土资源?

2020-07-18 16:24金卫东
求学·理科版 2020年8期

金卫东

歌曲《东北我的黑土地》中唱道“东北,东北,我的黑土地,走到哪里我都想着你,抓把黑土能攥出油……”新中国成立后经过开垦的“北大荒”变成“北大仓”,东北黑土地每年为我国生产着大量的农副产品,然而在长期耕种过程中黑土层正在变薄,黑土肥力正在下降。那么,该如何拯救宝贵的黑土资源呢?

土壤是农业生产最基本的生产要素,为农作物提供养分、水分和扎根立足的基本条件。土壤类型多样,其中黑土一般发育于草原或草甸植被之下,是富含黑色腐殖质(利于植物生长的氮、磷、钾等营养元素)、土层深厚、通气透水性能好的珍贵土壤,也是世界上肥力最高、最适宜农垦的土壤,有着“一两土,二两油”“一把就能攥出油”的美誉。“黑土”这一统称其实包含土壤分类学中的黑土、黑钙土、暗棕壤、棕壤、白浆土、草甸土、水稻土等多种类型。

在人类进入农业文明后,开垦、施肥、灌溉等作业环节正在改造着土壤,例如我国北方的黑垆土、南方的水稻土,都是人类在自然土壤的基础上经过开垦和培育而形成的人工土壤;而不合理的开发利用,破坏了土壤结构和肥力,影响了粮食安全和人类的可持续发展。

一、 黑土资源的分布

世界上黑土集中连片分布的四大区域为乌克兰大平原、北美洲的密西西比河流域、我国东北黑土地和南美洲以潘帕斯草原为主的地区,其他地区也有零星分布。我国东北地区的黑土主要分布于黑龙江、吉林和辽宁三省和内蒙古自治区的呼伦贝尔、兴安、通辽、赤峰等地的低山、丘陵和平原地区,肥沃的黑土资源创造了我国著名的商品粮基地,盛产玉米、春小麦、大豆、水稻、马铃薯、甜菜、高粱等。

二、 黑土形成的条件和过程

黑土的形成与气候、地形、水文、植被类型等因素密切相关。黑土形成的条件和过程有三个关键词:“茂盛”“湿冷”“缓慢”。

1.茂盛

黑土分布区的一大共性是都形成于草类“茂盛”的草原或草甸区。以我国东北黑土区为例,其发育于温带季风气候区,夏季温热、降水多,但无霜期较短(积温低),草原和草甸生长茂盛,地表被草原、草甸覆盖,为黑土的形成提供了丰富的有机质。

2.湿冷

在世界黑土集中连片的四大区域中,除潘帕斯草原外,其他三大區域都分布于北半球的温带地区,其中主要分布于40°N~50°N的中温带地区。因纬度高,冬季寒冷漫长,气候“湿冷”,有利于有机质的积累,即土壤中的含水层被冻结,形成季节性的冻土层,抑制了微生物对有机残体的分解速度,使其转化为腐殖质,而土壤母质中的钙盐和部分黏粒随着淋溶而逐渐下移,经过数百甚至上万年的日积月累,逐渐形成了地表的黑土层。

3.缓慢

黑土层形成“缓慢”,1厘米厚的黑土层需要200~400年腐殖质的积累;黑土主要分布在缓坡地带,利于黑土积存,所以黑土层一旦遭到破坏,恢复起来很困难。

4.潘帕斯草原区黑土的特殊成因

潘帕斯草原又称南美草原或阿根廷草原,主要分布在拉普拉塔平原的南部,包括乌拉圭、阿根廷中东部、巴西南部等地区,为亚热带季风性湿热气候下发育的亚热带大草原。那里夏热冬温,最冷月均温在0℃以上,年均温14~19℃;降水自东北向西南递减,年降水量1000~ 250㎜。以500㎜年等降水量线为界,其东部为降水丰富、草类茂盛的“湿热潘帕”,因气候湿热,氧化(土壤中的铁、铝矿物被氧化)作用强,土壤出现了一定的红化现象,发育了肥沃的红化黑土;西部为降水较少、草类稀疏的“干燥潘帕”,主要发育了棕钙土和栗钙土。

三、 黑土垦殖过程中产生的地理问题

我国东北地区多风、多雨的特性以及多坡耕地的方式决定了黑土的脆弱性。我国东北黑土区主要分布在山脉前的波状台地上,所以我国东北的黑土资源遭受着风蚀和水蚀的双重破坏。例如,目前我国东北黑土区坡耕地的黑土层厚度已由开垦初期的平均80~100㎝下降到了20~ 40㎝,正以每年0.3~1㎝的侵蚀速率在流失,如不及时治理,40~50年后大部分黑土层将流失殆尽。

与我国东北黑土地不同的是,乌克兰大平原和美国密西西比河流域地势平坦,坡地较少,黑土主要受风力侵蚀。由于过度毁草开荒、破坏地表植被和大规模机械化“创造”了“黑风暴”。在春季和春夏之交,因为降水少,气温回升快,所以耕地裸露,表层干燥;在强风作用下,大量的黑土被风暴卷走,产生了“黑风暴”。“黑风暴”使土壤中的养分大量流失,土层变薄;加之,长期耕种翻犁和使用化肥使黑土层的稳定结构遭到破坏;以及农作物吸收黑土中的养分,久而久之,黑土肥力下降。

四、 “免耕法”是如何修复和保护黑土资源的

1.传统农耕方式的不足之处

无论是传统的农耕方式,还是现代机械化、产业化的耕作方式,作物每个生长季都要从土壤中汲取养分。在收割后,秸秆等作物残茬也被运走,年复一年,土壤中的氮、磷、钾等营养元素就会减少;加之风蚀、水蚀会导致土壤肥力下降甚至枯竭,把可再生资源变成非可再生资源。

传统的铧式犁翻耕的缺点:①易造成土壤水分蒸发,失墒大;②土层裸露,易被风蚀、水蚀;③易形成犁底层,影响土壤蓄水能力和作物根系生长发育;④翻耕使富含腐殖质的土层外露,与大气接触,日晒雨淋,加速腐殖质的分解,土壤肥力下降;⑤土壤团粒结构遭到破坏;⑥翻耕后黏土上移,表层有机质含量下降,导致土壤板结;⑦翻耕后,表土裸露,在风力作用下,易产生浮尘、扬尘和沙尘暴天气,污染大气,危害人体健康;⑧干旱、半干旱地区易造成土地沙化(荒漠化)。

2.“免耕法”

人类在总结得失和反复实践的基础上,总结出了保护性耕作技术,即对农田实行免耕、少耕,并用作物秸秆、残茬覆盖地表来减轻农田土壤侵蚀,保护农田生态系统,提高抗旱能力和土壤肥力,以达到增产、增收、增效(生态、经济和社会效益)的农业技术,其中一种代表性的方法就是“免耕法”,也叫最少耕作法,是指作物播种前不翻动或少翻动表层土壤,并全年在土壤表层留下可用来覆盖保护土壤的作物残茬,也就是在收割农作物的种子(果实)之后,留下作物的根、茎、叶,在土壤表层形成一定的覆盖。“免耕法”一般由四个环节组成,即地面覆盖残茬、秸秆、砂石或其他覆盖物;以松动代替翻耕;免耕播种;使用化学除草剂清除杂草。

3.“免耕法”是如何保护和修复土壤的?

“落红不是无情物,化作春泥更护花”,秸秆腐化,提高土壤肥力;保护土壤原本的分层结构和改善土壤结构的劳作者——蚯蚓,即改善土壤结构;受秸秆、残茬保护,增加地表粗糙度、减弱风速、降低地表水流速度,减轻风蚀和水蚀,减少养分流失;增加地表水下渗量,减少雨水形成的地表径流和水分蒸发,提高土壤保墒和抗旱性能;减弱风速,抑制土地沙化和沙尘暴的形成;秸秆还田,减少秸秆燃烧量,减轻雾霾天气;降低作业成本和减少农业投入(省工、省力、省能)等。

由于自然环境的差异,并非每个地区都适合使用免耕法,免耕法在我国东北更适合相对温暖的中南部黑土区,而在哈尔滨以北,因纬度高,积温(热量)不足;降水量大,土壤水分过多;受秸秆覆盖,地温较低,升温缓慢,影响冻土层的解冻和作物生长,故不适合免耕,更适合垄作和条耕技术。免耕法也适合于积温充足、土壤肥力低、风蚀严重的半干旱地区(我国的西北和华北等地区)。