出品：科普中國

　　制作: 朱雪峰（中國科學院沈陽生態研究所）

　　監制：中國科學院計算機網絡信息中心

　　今年的東北黑土地上，少了大量"臉朝黃土背朝天"的人工勞作，卻多了機械化的"免耕播種"，還有"秸稈歸還"的省時高效。

　　免耕播種和秸稈歸還又被人們戲稱為"懶人耕作"，而另一個名字叫"保護性耕作"，如今它是越來越流行了。

　　截至2019年底，中國東北超過1500萬畝土地實行保護性耕作。

　　2020年2月，農業農村部、財政部聯合印發的《東北黑土地保護性耕作行動計劃（2020-2025）》明確提出：

　　要加快推進保護性耕作的推廣和應用，力爭在2025年時能將保護性耕作技術推廣到1.4億畝的土地上。

　　問題來了，免耕、秸稈歸還，都是什么操作？為什么要這樣操作呢？

　　

　　

　　免耕播種機在全量秸稈覆蓋下播種（解宏圖供圖）

　　盛產東北大米的黑土地正在退化

　　說到東北黑土地，您肯定對香噴噴的東北大米和金燦燦的玉米不會陌生，那軟糯的口感，扎實的養分，絕對是糧食中的戰斗糧，而這都得益于東北肥沃黑土的滋養。

　　然而，長期的傳統耕作對土壤的過度開墾和強烈擾動加上地表秸稈的過度清理和焚燒，嚴重破壞了有益于作物生長的土壤結構，降低了土壤養分的輸入，加上裸露的土壤極易遭受風蝕水蝕，原本肥沃的黑土有機質含量連年下降，原來那個肥得流油的黑土地變得越來越貧瘠疏松，土壤的退化嚴重制約了東北地區的糧食產量和農業的可持續發展。

　　

　　

　　東北大米和玉米（朱雪峰供圖）

　　扎根黑土地 十余年鉆研探索出保護性耕作技術

　　日益嚴峻的土壤退化問引起了科學家的注意。2007年，中科院沈陽應用生態研究所的張旭東研究員帶領團隊成員火速趕往黑土退化一線，在吉林省梨樹縣梨樹鎮高家村的一片黑土地上，開始了長達十余年的鉆研和摸索，最終成功開創了一整套農藝農機融合、玉米秸稈覆蓋、免（少）耕機械化技術模式，對解決東北黑土退化問題提供了良方。

　　實施保護性耕作的農田上不需要傳統耕作的秸稈清理、旋耕起壟，主要是秋天玉米收獲后，將秸稈原地均勻覆蓋，春播時，免耕播種機出場，直接在秸稈覆蓋的農田上實施免耕播種施肥一體化作業，從而實現秸稈還田、免耕播種。保護性耕作減少了土壤擾動，有利于黑土地保護，同時實現了節本增效、農民增收，是一項利國利民的好技術。

　　為什么"懶人耕作"反倒對土地更好？其實是科學的力量

　　我們常常講"勤勞致富"，怎么這次反倒鼓勵大家"懶人耕作"了呢？

　　其實，這背后是科學的力量。這項保護性耕作技術的核心就是減少土壤擾動和增加地表作物秸稈覆蓋。

　　土地與我們人類一樣，需要用心呵護，免耕或者少耕保護了土壤的原生態特性，為土壤生物提供了良好的生存空間，不僅可以促進土壤動物對土壤結構的改良，還能提高土壤微生物的多樣性，促進土壤養分的循環和積累，讓黑土重新煥發生機和活力。

　　另一方面，春季的大風會吹走裸露土壤中寶貴的有機質，實施保護性耕作后，作物秸稈的覆蓋還田就像給土壤蓋上了一層 "被子"，可以降低土壤的風蝕和水蝕，又能夠增加土壤蓄水保墑的能力。

　　同時，這層秸稈又像滋養大地皮膚的"面膜"，將大量的水分和養分補給至土壤，提高土壤的碳儲量和肥力，既緩解了大氣碳濃度升高造成的氣候變化問題，又減少了化肥的使用，促進了農業發展的節本增效。

　　

　　

　　玉米秸稈還田（解宏圖供圖）

　　秸稈還田之所以能夠較好地提升土壤碳儲量和養分含量，主要歸功于土壤微生物這個地下龐大勞動隊伍的助攻，建立起了外源有機質向土壤有機質轉化和貢獻的橋梁。

　　圍繞這一點，經過對微生物代謝在土壤物質循環中發揮作用的長期研究，張旭東研究員的團隊從碳和氮兩方面分別提出了原創性的機理概念，闡明土壤微生物對于外源有機質轉化的調控機制。

　　其中，從碳的角度來說，該團隊的梁超研究員形象地將土壤微生物對植物碳轉化至土壤碳庫中的過程抽象成了"土壤微生物碳泵"的概念，重點描繪了土壤微生物通過同化作用，將"吃"進來的植物碳合成為自身生物量，經過生長和死亡的迭代周轉，不斷以微生物源有機碳的形式貢獻給土壤穩定碳庫的過程。

　　對于保護性耕作來說，作物秸稈碳就相當于微生物要吃的"食物"，經過土壤微生物碳泵不斷地合成代謝，將外源碳持續地轉化為土壤碳庫的一部分。

　　

　　

　　土壤微生物碳泵概念框架示意圖（翻譯修改自Liang et al.2017 Nature Microbiology）

　　從氮的角度來說，這些微生物代謝調控鏈條在土壤氮素保持和供給過程中同樣具有重要作用。

　　當富含養分的秸稈加入到土壤中后，微生物群落被迅速激活，使得微生物在代謝周轉秸稈養分的過程中產生大量的微生物源有機氮貢獻給土壤；同時，秸稈作為有效碳源也是促進微生物對外源無機肥料氮固持和轉化的神助攻，微生物對這部分有機氮的礦化過程為作物和微生物持續提供可利用氮素，這種具有可高度循環性的氮素被張旭東研究員凝練成了"土壤有效氮過渡庫"的概念。

　　團隊的何紅波研究員將"土壤有效氮過渡庫"更加形象地比喻成"駱駝的駝峰"，同時具有儲存和釋放養分的功能，秸稈和肥料氮素在土壤微生物的轉化下，儲存進入這個"駝峰"中，按需釋放，然后再補充，周而復始。

　　由此可見，秸稈的添加不僅可以促進微生物對秸稈養分的轉化來提高土壤肥力，還可以有效提高肥料的利用效率，減少肥料損失和淋溶風險，有效的節約肥料成本并保護地下水源。

　　

　　

　　土壤有效氮過渡庫示意圖（圖片來自張旭東研究團隊網站）

　　農業發展離不開勤勞的人們 更離不開科技

　　總得來說，免耕和秸稈還田不僅有利于土壤理化性質的改善，同時有利于促進微生物對秸稈碳和養分的分解轉化，進而使得土壤的水、肥、氣、熱等條件有利于作物的生長發育，最終促進作物產量的提高，看似"懶人耕作"，其實這種新型耕作模式比傳統耕作更能涵養土地，省時省力，節約成本。

　　寫到這里，筆者不禁想作"詩"一首：秸稈不是無情物，千萬別把它來燒。免耕少耕加秸稈，化作春泥更護苗。促進微生物發力，春種秋收可持續。國家情牽黑土地，農業發展靠科技。糧食安全有保障，技術推廣向前進！