作者:秦志伟 来源: 中国科学报 发布时间:2019/12/26 10:38:13
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抚去黑土地的“伤痕”

秸秆填埋复垦技术应用现场

侵蚀沟修复效果图

■本报记者 秦志伟

在东北黑土区,有一个由约60万条侵蚀沟形成的巨大鸿沟。那是水土流失留下的伤痕,直接带来耕地破碎化以及粮食产量下降。

“东北黑土区旱作农田86%为坡耕地,其中60%的坡耕地存在侵蚀沟,损毁耕地达到500万亩以上。”中国科学院东北地理与农业生态研究所(以下简称东北地理所)研究员张兴义在接受《中国科学报》采访时说。在他看来,研究沟道侵蚀机理及复垦填埋技术,进行相关生态修复技术、生态产品的研发与集成示范已迫在眉睫。

2017年7月,由东北地理所承担的国家重点研发计划项目“东北黑土区侵蚀沟生态修复关键技术与集成示范”启动,张兴义担任首席科学家,来自10家单位的140余名科研人员协同攻关。一场保护黑土地、恢复侵蚀沟的行动拉开帷幕。

可怕的“沟壑”

简单地说,水土流失是侵蚀沟形成的“罪魁祸首”。

张兴义介绍,水土流失虽然在全国区域都有发生,但东北黑土区的情况更为严峻。由于自然地理条件、气候因素及采取的耕作方式等,这里成为了全国唯一面积增加、侵蚀沟强度加剧的区域,被列为国家急需治理的三大区域之一。

例如,东北农作的显著特征是垄作。垄作多顺坡或斜坡,且夏季雨水相对集中,只要坡度大于0.5度就存在水土流失。其总体表现为坡面侵蚀和沟道侵蚀,而后者尤为严重。

东北黑土区侵蚀沟专项普查(2013)结果显示,东北黑土区侵蚀沟长度超过100米的有29.6万条,仅沟道本身就损毁土地4000平方公里。

最令张兴义担忧的是,沟道侵蚀整体仍处于加剧发展的态势。

课题负责人之一、东北地理所研究员刘晓冰表示,侵蚀沟不仅带来耕地碎片化,严重阻碍大机械作业,还加剧了黑土层流失。

项目组长期定位监测数据表明,黑土层变薄速率为2~3毫米/年,黑土层厚度已由开垦前的50~60厘米变为现在的30厘米左右,约10%的坡耕地黑土层流失殆尽,变为“破皮黄”。同时,项目组田间试验结果显示,黑土层消失导致玉米、大豆分别减产60%和30%,坡耕地粮食生产能力严重下降。

“作为人类最宝贵的自然资源,黑土形成要经过一万年,而东北黑土区开发利用只有百余年历史啊!”张兴义对此非常着急。

中央一再强调,要把饭碗牢牢端在自己手里,而且要装自己的粮食。作为我国粮食主产区和重要商品粮基地的东北黑土区,保护黑土层、加快侵蚀沟修复工作刻不容缓。

治理效益可观

此前,各地相继探索出各具特色的侵蚀沟治理技术和模式,但其效果如何、哪些成功、哪些需要完善尚无系统调查总结。对此,项目组第一次对东北近50年侵蚀沟治理经验进行了全面梳理,对实施效果进行了评价。

张兴义介绍,项目总结提出当前在东北黑土区实施的侵蚀沟治理模式总体可划分为工程措施为主、植物为辅,植物为主、工程为辅,植物和复垦四大类,并编制了治理技术应用指南,作为工程指导文件下发到东北黑、吉、辽和内蒙古东四盟市及工程项目县市(旗)。

如今,水土流失治理的需求和途径均发生了改变,科技进步已成为实现侵蚀沟治理成效的重要保证。

侵蚀沟的修复和治理看似简单,其实不然。最关键的问题是,填埋后如何保证不再重新生成?“增设渗井实现水流垂直入渗,布设暗管实现地下导排水系统,是消减地表汇流冲刷力、阻止再次成沟的关键技术。”张兴义说。

以秸秆填埋为主体的侵蚀沟复垦技术为例,张兴义介绍,基于沟道整形和沟底铺设暗管后,秸秆压实打捆填埋,上层覆盖半米土,再沿沟线横向修筑拦水土埂,埂前铺设渗井至地面。当暴雨来临时,水流会被土埂截住,并沿渗井垂直入渗,以此变侵蚀沟道地表径流为地下暗流,削减水流冲力。

那么,填埋后的秸秆是否会因腐烂导致沟道塌陷?项目组系统调查测定,初步发现填埋10年以上的秸秆仍在土底部保存完好,未出现明显塌陷。上述问题解决后,一套包括沟底整形、暗管铺设、秸秆(煤矸石)填埋、表层覆土、渗井铺设等在内的技术体系就此形成。

2017年9月起,张兴义团队分别在黑龙江海伦市、宁安市、宾县,吉林长春市双阳区建立了秸秆填埋核心示范区,在黑龙江新华农场建立了煤矸石填埋核心示范区。两年的观测结果显示,初步达到了预期设计要求。

用这项效果好、深受欢迎的技术治理后的侵蚀沟到底啥样?用张兴义的话说,远看一片带或一片林,近看林草全覆盖。最关键的是看不到沟了。

据统计,2017年至2018年项目共推广治理侵蚀沟3165条,可产生直接经济效益990.45万元。张兴义计算,东北黑土区长度小于100米的侵蚀沟有30万条左右,其中约有一半可采用复垦技术治理。以20万条侵蚀沟为、每条复垦面积10亩计算,可复垦再造耕地200万亩。按亩产600斤粮食计算,每年可增收粮食12亿斤。

生态和经济协调发展

在黑龙江拜泉县、海伦市及吉林长春市双阳区的侵蚀沟修复地区,养鹅示范基地、林草(药)间作示范区、大榛子示范基地等成了农民又一增收渠道,也唤起了当地人的极大热情。

张兴义表示,项目首次尝试实现生态治理与经济收益的协调发展,构建了侵蚀沟种—养生态产品综合开发模式。

以高效养鹅核心示范基地为例,该基地建在拜泉县新生乡自建村。课题负责人之一、吉林农业大学资源环境学院教授窦森介绍,他们通过选取谷稗、苦麦菜、菊苣、黑麦草4种牧草和普通玉米进行饲喂研究,探索出一种非常高效的饲喂模式。目前两个核心示范基地鹅存栏量过万,预计户均年收益达10万元以上。

有了科技的保驾护航,无论是侵蚀沟修复还是生态产品开发,目前都有了不错的成绩。

然而,相对于东北黑土区近60万条侵蚀沟来说,这些还只是冰山一角。而项目研发的技术和构建的模式不仅适用于东北黑土区全区域,对于我国其他区域也有借鉴意义。

张兴义坚信,虽然项目在实施过程中还存在诸多挑战和困难,但这项研究对保障粮食安全和促进农民增收的作用非常明显,未来必将有更广阔的应用空间。

《中国科学报》 (2019-12-26 第1版 要闻)
 
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