东北黑土地保护利用研究足迹与科技研发展望

中国东北黑土是世界上最肥沃、垦殖时间较短的土壤类型之一,在保障国家粮食安全中具有非常重要的地位。本文在总结东北黑土地概况(定义、分布、土壤类型和垦殖时间)的基础上,梳理了东北黑土地的研究足迹,并提出了未来东北黑土地科技研发的方向。东北黑土地包括黑土、黑钙土、草甸土、白浆土、暗棕壤和棕壤6种土壤类型,主要分布在辽河平原、松嫩平原和三江平原。自然黑土肥力较高,但是开垦后受生态系统改变和人类活动的双重驱动,土壤肥力发了巨大变化,土壤有机质含量在垦殖初期(约30a)迅速下降,开垦50a后下降速度趋于稳定;侵蚀区黑土层受风蚀和水蚀等影响出现了不同程度的流失。有机培肥、轮作、等高种植等技术措施已经被广泛应用于黑土培肥与水土流失防治。黑土层是黑土地的标志性土层,是黑土地肥力的核心。基于黑土层保护的东北黑土地保护利用建议从以下3方面开展科学研究:(1)解析人类活动下的黑土层厚度及颜色变化过程和驱动机制,探索现代农业管理方式下维持和增加黑土层厚度的技术途径;(2)针对东北黑土地6种土壤类型耕地限制粮食生产能力的主控因子,因地制宜建立以"肥沃耕层构建"、"障碍性土层消减"和"控蚀固土增肥"为核心的东北黑土...     

耕地数量、质量、生态“三位一体”视角下我国东北黑土地保护现状及其实现路径选择研究

保护东北黑土地对于构建我国耕地保护新格局和国家粮食安全意义重大。本研究在对耕地数量、质量、生态"三位一体"视角下我国东北黑土地保护内涵解析基础上,利用2017～2019年在省域、县域和村域三个层面获取到的东北黑土地典型区域调查数据,采用统计分析、对比分析和总结归纳等方法进行实证研究,结果表明:东北黑土地耕地数量减少趋势明显,建设占用是最大威胁。质量退化现象严重,有机质补充缺乏是主要表现。生态环境不容乐观,水蚀风蚀是主要风险;其现实障碍主要源于地方政府"心口不一"、农户"有心无力"和部门间"缺乏有效统筹协调"三大逻辑本体。基于以上的研究结果,本研究认为应该从设立黑土资源保护区、建立耕地保护区域间补偿机制、加强耕地保护执法执政与督察等方面激发地方政府转变用地方式的能动性,实现对东北黑土区耕地的数量管控。从探索对耕地保护的农户给予直接经济补偿、完善耕地保护性耕作和生态保育补贴政策、建立土壤碳汇"市场化"交易机制等方面调动农户转变土地利用方式的积极性,实现对东北黑土区耕地的质量管理。从统筹整合各项涉农资金、统筹协调各类建设项目和建立政府职能部门协作体系等方面提高部门间协调机制的有效性,实现对东...     

东北黑土区水土流失综合治理成效

东北黑土区严重的水土流失,直接影响着该区生态环境安全与农业生产的可持续性.为了解决这一难题,多年来东北黑土区实施了一系列水土流失治理工程,在黑土地保护和黑土资源持续利用方面做出了重要贡献.在梳理东北黑土区国家水土保持重点工程实施情况基础上,分别从土壤侵蚀强度、林草面积、粮食产量及群众满意度变化等方面阐述了黑土地综合治理...     

“耕地保护与粮食安全”专题导读

2020年新冠肺炎在全球蔓延、自然灾害频发、国际形势复杂多变,全球粮食安全面临诸多风险。“仓廪实,天下安”,确保国家粮食安全,把中国饭碗牢牢端在自己手中是事关国家长治久安的重大战略。保障国家粮食安全的根本在耕地,耕地是粮食生产的命根子。因此,开展耕地质量保护与提升行动具有战略性、重要性和紧迫性。 为更好地宣传报道“藏粮于地、藏粮于技”战略,提高农业生产能力,保障国家粮食安全方面的研究成果,本刊特策划“耕地保护与粮食安全”专题。东北黑土区是我国重要的粮食生产优势区,保护黑土地是保障国家粮食安全、促进农业绿色发展的迫切需要。本专题刊发的5篇文章中有3篇是分别关于东北黑土区种植业生产结构调整、保护性耕作技术和农田土壤养分平衡的研究。其中,宋戈等在国家出台的一系列关于统筹调整种植业生产结构政策背景下,研究种植结构调整政策实施期间东北粮食主产区典型地域种植主要粮食作物的耕地利用分化特征,研究结果对于松嫩平原粮食主产区粮食种植结构调整具有一定的参考借鉴意义;邹文秀等通过6年的田间定位试验,较为系统地研究了黑土区耕翻深度和秸秆混合还田深度对土壤物理性质的影响,以及改善黑土物理性质效果最优的农艺措施,研究可为东北黑土区建立以“土壤质量提升、秸秆高效利用”为核心的秸秆还田模式提供理论依据;楚天舒等采用农田土壤养分平衡法从宏观角度对黑龙江垦区2000－2018年农田土壤氮、磷、钾养分资源收支平衡情况进行分析,研究结果对指导当地农田养分管理和面源污染的控制具有重要意义。此外,另外2篇是关于陕西地区耕地细碎化整治和土壤性质空间变异研究。张蚌蚌等系统剖析了陕北榆林市榆阳区的“一户一田”和“一组一田”两种耕地细碎化整治创新模式,通过整合农户土地,对改善农地细碎化问题、提升农地经营效率、推动小农户和现代农业有机衔接具有重要的理论意义和实践价值;王捷等研究了不同田块表层土壤养分的空间变异特征及其原因,结合生产实践进一步明确了表征土壤养分变异度的合理采样方法,研究结果可为田间养分监测设施布设以及农业生产精细化提供重要的科学理论依据。 本专题集中刊发的5篇系列文章,分别来自东北大学、中国科学院东北地理与农业生态研究所、中国农业大学、西北农林科技大学等机构,源于国家重点研发计划专项、国家自然科学基金项目、国家社会科学基金重大项目等的研究成果,研究具有创新性、系统性、实用性等特点,对统筹调整农业生产结构、提升土壤质量、优化土壤养分管理、破解耕地细碎化难题等具有重要参考价值,对促进农业现代化发展、提高农业生产能力,农业绿色发展、保障国家粮食安全等具有重要的理论意义和现实意义。     

基于土壤类型区的冀西北间山盆地生态服务价值研究——以怀来县为例

为研究不同土壤类型区的土地生产力,对生态服务价值产生一定的影响。根据怀来县3期土地利用现状图、土壤类型图以及野外调查结果为基本数据,以土壤类型区为评价单元,利用怀来县2012年各土壤类型区的粮食基准单产对谢高地等提出的生态系统服务价值当量因子表进行了区位修正,定量分析了怀来县1992—2012年各土壤类型区的土地利用类型的数量变化,同时重点开展了不同区位的土地生产力差异分析以及各地类在土壤类型区上的生态服务价值和土地生态服务功能结构信息熵指标的分析。结果表明:各区位土地利用变化主要以林地、建设用地、园地缓慢增加,耕地、未利用地缓慢减少为总体特征;粮食产量分布由西北向东南呈递减趋势,各区位土地生产力大小依次为灌淤土潮土水稻土褐土粗骨土风沙土棕壤;生态服务价值总体上由南北山地丘陵区向中间盆地依次递减,褐土区最大为126 013.93万元/a,水稻土区最小56.15万元/a,主要由林地和园地支撑;棕壤区、粗骨土区、灌淤土区、风沙土区、水稻土区的土地生态服务功能结构信息熵指标Hf分别为0.32,0.65,0.34,0.82,0.86,说明此区域的土地利用程度较为有序,结构性较强,有利于生产活动的开展;褐土区、潮土区的Hf分别为1.04,1.68,说明此区域的土地利用程度有序性较差,结构稳定性较弱,土地生态系统的健康程度低,不利于生产活动的展开。该区域整体上土地利用程度保持稳定状态。     

耕地健康产能内涵及评价指标体系研究进展

耕地健康产能是保障国家粮食安全和农业可持续发展的基础。目前大多数研究只针对于土壤健康、土壤质量和耕地产能的某一方面展开,将耕地健康和耕地产能结合起来的研究较少,对耕地健康产能的认识也不够全面。本文采用文献回顾法,综述了国内外有关耕地产能和耕地健康相关的概念和指标,界定了耕地健康产能的内涵,并从气候、土壤、技术水平、生产环境、作物安全性、生产弹性6个方面构建了耕地健康产能评价指标体系,提出了评价思路。本文建议今后应进一步研究指标定量分析和获取方法,探索不同尺度、不同区域耕地健康产能评价指标体系和方法,加强对耕地健康产能的监测,识别限制健康产能的因子,为耕地保护和农业可持续利用提供支持。     

黑牛河流域土地资源承载力初探

从黑牛河流域地理特征、水土流失状况出发,应用资源与资源生态科学理论和系统分析方法分析土地利用现状、土地生产力等问题,并从气候、土壤和水土保持方面着手,应用农业生产潜力法估算黑牛河流域土地生产潜力。通过对土地资源承载力的分析和评价,提出了合理利用土地、加快水土保持步伐,挖掘潜力,提高土地生产力的建议。     

长岭县水土保持区划研究

长岭县是吉林省西部重要的生态屏障,在综合考虑土地利用总体规划、林地保护利用规划和行政区划完整性的基础上,采用系统聚类与GIS空间叠置分析相结合的方法进行水土保持区划,将长岭县划分为东部台地土壤保持区、中部平原农田防护区、西部沙丘防风固沙区3个水土保持类型区。通过合理的区划,可优化该地区水土保持工作,为提升长岭县水土保持监测能力奠定基础。     

试论东北黑土区坡耕地治理政策和办法

对坡耕地的治理、预防和保护是东北黑土地的治理、预防和保护项目中最重要的内容之一。面对目前的农村政策,投工投劳及土地矛盾的激化,使黑土地的治理与保护出现了前所未有的难题。其解决对策是出台《生态农业耕作规范》,以法律的形式规范农业耕作制度,确保农业健康发展;适当提高坡耕地治理费补助标准;落实工程占地与调地政策,鼓励农民进行坡耕地治理;制定和提出坡耕地治理计划并公告,组织农民参与坡耕地治理。     

全球黑土区土壤有机质变化态势及其管理技术

黑土富含有机质,适宜耕种,具有极高作物生产潜力。黑土耕地是重要农业自然资源与主要的粮食生产基地。随着我国黑土大规模开发、高强度利用、不合理的田间管理措施以及水土流失导致其耕地地力呈现不断下降的态势,突出表现就是土壤有机质含量的降低,给东北黑土区农业可持续发展带来隐患,直接影响粮食安全和生态安全。因此,深入了解全球黑土有机质变化态势,采取科学、有效的田间管理措施,建立黑土生态保护机制,遏制黑土耕地土壤有机质含量不断下降的趋势,既是农业生产实际的客观需求,也是农田生态学需要解决的科学问题。本文根据近年来国内外黑土有机质的文献资料,参考了国外黑土有机质研究前沿进展,对黑土耕地有机质的利用现状、演变过程和发展趋势进行了深入剖析,总结了黑土区耕地土壤有机质保持与提升技术措施,并提出未来我国黑土耕地农业生产与生态保护兼顾的技术路线。     

基于空间平滑法的旱作区粮食产量时空变化与影响因素研究

在中国北方水资源约束愈发严峻的情境下,旱作区粮食产量格局及其驱动因素研究具有重要的现实意义。以1995—2015年县域粮食统计数据为基础,结合土地利用栅格数据等资料,应用空间平滑法,对东北及华北平原旱作区粮食产量的空间格局与演化过程进行了研究。在此基础上,分析了不同农业区影响粮食产量的自然及社会经济驱动因素。结果发现:1)近20a东北-华北平原旱作区粮食产量整体稳步提高,高产区范围逐渐扩大,具有明显的空间集聚特征,且华北平原旱作区粮食总产高于东北平原旱作区;2)粮食产量增速以中速增产为主,其次依次为慢速增产、高速增产、绝对减产,且东北平原旱作区粮食增产速率高于华北平原旱作区;3)东北平原旱作区粮食单产整体高于华北平原旱作区,且经过空间平滑处理后粮食单产栅格像元频率分布基本呈高斯分布,与客观规律相契合;而随着时间演替,直方图像元的峰值逐渐右移,且单产栅格呈逐渐分散的趋势,表明耕地生产力水平整体提升的同时差距也随之扩大;4)自然因素中的年均气温与燕山-太行山山麓平原农业区的粮食单产的相关性最高,年降水量及汇流能力与冀鲁豫低洼平原农业区的粮食单产的相关性最高,土壤类型与松嫩-三江平原农业区的粮食单产的相关性最高;5)粮食单产与社会经济因素的分析结果表明,粮食生产由劳动密集型逐渐向技术密集型方向转变,农业机械化的投入对研究区特别是东北平原旱作区的贡献尤为明显,化肥投入对研究区粮食增产始终发挥着巨大作用,而灌溉条件对于华北平原旱作区粮食生产的保障起到重要作用。研究结果可为粮食产量时空格局研究的方法创新方面有所裨益,并对不同农业区保持高产、稳产及耕地保育等方面提供参考。     

漫川漫岗黑土区水土流失综合治理范式

漫川漫岗黑土区是我国东北商品粮主产区和黑土坡耕地最集中的地方,也是坡耕地水土流失最严重的地区。根据漫川漫岗黑土区水土流失规律和特点,在已有水土流失治理模式的基础上,通过总结该区水土流失综合调控机制,凝练基于粮食安全的黑土区长坡缓坡水土流失综合治理范式,并对形成的水土流失综合治理范式体系的结构进行解析,对其推广应用效益进行分析,以补充和完善黑土区水土流失综合调控理论。结果表明:1)漫川漫岗黑土区水土流失治理应以坡耕地水土流失控制为主,水土流失综合治理调控主要由地表径流调控、沟道侵蚀调控和土地生产力调控3部分构成;2)基于粮食安全的黑土区长坡缓坡水土流失综合治理范式,以生态安全保障和粮食安全保障2大体系为支撑,系统结构主要包括水土流失立体防护体系结构和生态农业技术体系结构及二者之间的耦合;3)该范式可为促进东北漫川漫岗黑土区生态、社会和经济更协调发展提供科学参考和实践样板。     

东北黑土地区耕地质量现状与面临的机遇和挑战

东北黑土地区是世界四大黑土区之一,耕地总面积3584万hm2,粮食产量占全国粮食总产量的1/4、商品粮的1/3,为保障国家粮食安全做出了重要贡献.由于土壤侵蚀和长期高强度重用轻养等原因,黑土地区土壤耕层变薄、有机质含量降低、土壤酸化、结构变差、功能退化,导致黑土"变薄、变瘦、变硬".通过分析明确了该地区耕地后备资源较少...     

基于土壤碳平衡的黑土区县域种养规模优化

东北黑土区是中国商品粮的主产区，近年来存在耕地“变薄、变瘦、变硬”等土壤质量下降问题。农业废弃物作为碳源高效还田是提升土壤质量的重要途径，但目前缺少基于农业-牧业碳素循环调控的区域农业生产系统模式，以促进碳素高效还田和黑土地地力提升。为了探讨基于土壤碳收支平衡来调整农牧规模的方法，该研究选取位于松嫩平原腹地的齐齐哈尔市作为研究对象，核算齐齐哈尔市各县域土壤碳收支状况，以土壤碳排放和碳输入相平衡为目标，通过多目标线性规划方法构建齐齐哈尔市的农牧业碳平衡农业模式。结果表明，各县域主要调整方案为种植业需要减少水稻种植面积，增加玉米的种植面积，养殖业需要增加奶牛养殖规模。调整后种植业和养殖业的废弃物得到全量化利用后，农田土壤碳库不再下降。县域尺度农牧规模需因地制宜的调整，以土壤碳亏损较大的讷河县为例，在保证碳输入及农业经济收益的基础上，增加46%的玉米种植面积，减少63%的黄牛养殖规模，增加85%的奶牛，54%的生猪，76%的羊及71%的家禽养殖规模，可保持土壤碳平衡。种植业和养殖业规模调整后的有机物料还田可替代33%～49%的化肥氮投入，除克东县和克山县的玉米种植外，3种主栽作物的土壤氮承载...     

黑土农田生态系统的保育与发展

东北黑土区是我国的重要商品粮基地,其利用现状不容乐观.在黑土农田生态系统的水、肥和信息资源的研究方面取得了大量的成果,为保护利用提供了科学依据.     

粮食安全背景下东北典型黑土区耕地压力动态变化及趋势分析

东北黑土区耕地肩负国家粮食安全的重任,目前其耕层变浅、质量下降等耕地压力问题逐渐显现。为了掌握区域尺度上黑土耕地压力分布及其动态变化,保护黑土资源,该研究选取21个典型黑土县区,采用修正的耕地压力指数模型、灰色-BP组合预测模型分析测算耕地压力指数及耕地压力变化趋势,并依此对现有黑土地保护政策提出细化建议。结果表明：1）耕地压力指数受到耕地质量（负向影响）、实际人均耕地面积（负向影响）、粮食安全保障范围（正向影响）、社会经济发展水平（负向影响）等综合影响,得出典型黑土区域耕地压力的时空变化特征。2）耕地压力可表征粮食安全压力,但粮食安全压力无法准确反映耕地压力状况。3）耕地压力变化趋势为整体向好,局部堪忧。2004-2019年21个研究单元中除拜泉县以外耕地压力均下降至安全范围,2020-2024年有15个县区处于无压力平稳区或压力下降区,其余县区处于不同程度的压力状态。最后,对于不同压力区域提出因地制宜的黑土地保护政策建议。研究结果可为缓解黑土耕地压力、实现国家粮食安全提供科学依据。     

东北农田黑土N2O排放研究进展

农田是温室气体氧化亚氮（N2O）的重要排放源,位于东北地区的黑土地是我国重要的粮食生产基地。目前我国农田N2O排放增速正在放缓,但是东北黑土区仍在加快。针对我国东北黑土区的自身特点和N2O排放研究现状,本文综合分析了黑土N2O排放特征、产生过程与影响因素。结果表明,东北农田黑土N2O-N背景排放量平均为0.56±0.29 kg·hm?2,施用化肥黑土N2O-N平均排放量为1.49±1.09 kg·hm?2,化肥氮诱导的N2O排放系数（EF）为0.45%±0.42%。与中国旱地和世界其他黑土区相比,东北农田黑土的背景排放量和EF均处于较低水平。这是因为在正常降雨条件下,东北黑土N2O主要是由硝化作用产生,反硝化作用受到活性碳缺乏的限制。冻融过程则可能促进反硝化作用进行,诱导春融期N2O出现爆发式排放。与我国其他农田相比,东北黑土N2O排放研究明显不足,今后应加强对不同区域黑土N2O排放的原位观测,阐明冻融过程N2O的产生机制,评估黑土N2O排放对气候变化的响应;同时应加强研究秸秆还田、有机肥施用等措施对N2O排放的影响效应,从而制定出黑土地质量提升和N2O减排的双赢措施。     

黑土地保护中不容忽视的一个问题:地膜残留及其污染

"黑土地保护"作为一项国家战略,已经写进我国"十四五"规划和"2035年远景目标纲要",中国科学院与东北三省政府签署了"黑土粮仓"科技会战框架协议,全力开展"黑土地保护"科技会战.当前"黑土地保护"科技攻关主要关注提升土壤有机质、降低土壤侵蚀、减少化肥和农药面源污染、推广保护性耕作等热点问题,而黑土地地膜残留与污染已经...     

东北典型黑土区小流域水土流失综合防治体系

针对东北黑土区土地资源不断流失和退化问题,总结东北黑土区小流域综合防治经验,对保护黑土资源和保障国家粮食生产安全是非常必要的。基于典型黑土区具有代表性的通双小流域近50a水土流失治理实践和数据,探讨和分析小流域水土流失防治措施体系结构及其综合效益。在此基础上,系统分析了小流域从坡顶到沟道的三道防线立体防护体系的原理和效益:岗顶第一道防线减少溅蚀,削弱并拦截上坡来水来沙,涵养水源,改善土壤质量;坡耕地第二道防线截短坡长,减缓径流流速和侵蚀动能;坡底第三道防线主要采用植物跌水固沟保土,抑制侵蚀发展,恢复土地资源。该三道防线是适合典型漫川漫岗水力侵蚀区水土保持综合治理的模式体系。通过水土流失治理,通双小流域森林覆盖度显著增加,生态环境得到有效改善,小流域由强侵蚀区改善为微侵蚀区,侵蚀模数由6 600t/(km2.a)降低为300t/(km2.a),且土壤质量得到明显改善,粮食产量由1979年的1 200kg/hm2增加至1995年的3 465kg/hm2,年人均收入由1985年的1 100元上升至2005年的2 700元。最后对黑土区和黄土区典型小流域综合治理模式进行了对比分析,为典型黑土漫川漫岗水力侵蚀区小流域水土流失综合防治和流域可持续发展提供借鉴和样板。