黑土是世界公认的最肥沃的土壤，是大自然给予人类得天独厚的宝藏。全世界仅有三块黑土地区域，我国东北平原就是其中之一。黑土的形成周期十分漫长，属于非常宝贵且不可再生的土壤资源，要形成约1cm厚的黑土层至少需要400年不断的积累沉淀。因此，在开发和利用的过程中，要循序渐进、保护好这一重要的土壤资源。
自然条件下黑土层的形成
土壤有机质是指土壤中有机物质的总和，其主要成分包括与土壤黏粒和细粉粒紧密结合的腐殖质、高度腐解和半分解的动植物残体、土壤微生物含有的有机物质等。自然界的土壤都或多或少含有有机质。我国西北地区风沙土的有机质含量最少，其自地表到30cm深度土层的土壤有机质含量平均不到5g/kg。而我国东北地区的黑土的有机质含量最高，其自地表到30cm深度土层的土壤有机质含量平均可达到30g～50g/kg。黑土之所以黑，就是因为有机质含量高。
土壤有机质含量取决于土壤中有机物输入与分解两种过程的动态平衡。当每年有机质的输入量小于有机质的分解矿化量时，土壤有机质含量和土壤肥力必然下降，反之亦然。直至每年输入量与矿化量相等、土壤有机质含量不再增加时，土壤有机质含量达到平衡点。
我国黑土主要分布在温带湿润、半湿润地区。黑土区的自然植被是草原化草甸、草甸。每年5～6月份春暖后，由于雨热同季，植物生长季水分和热量匹配好，特别有利于植物生长，草甸草原植物生长十分旺盛。黑土的草被覆盖度可以达到100%，草丛高度一般在50cm～120cm之间。草甸草多是禾本科，其地下根形成的生物量与地上茎叶的生物量大致相同，地上与地下加在一起的年生物量为每亩1t左右。但由于冬来早、春来晚，无霜期只有110～140天，而且土壤有季节性冻层，延续时间长达120～200天。因此，在温暖湿润季节生产巨大的生物量，而在漫长的寒冷冬季，温度低而微生物不活跃，则限制了对有机质的分解，故黑土的有机质积累强度大，表层土壤有机质含量可达50g～100g/kg。植物的根茎叶残体被微生物分解并合成的腐殖质，与土壤矿物质形成有机无机复合体的团粒，改善了原本河湖相沉积的黏质母质的土壤结构，使得黑土层的总孔度达到40%～60%，毛管孔度所占比例较大，可占20%～30%，通气孔度占20%左右。因此，深厚黑土层的透水性、持水性、通气性、保肥性均较好。此外，即使是黑土区的砂性成土母质、腐殖质的积累，也会将单粒砂团聚成团粒结构，提高土壤的抗风蚀能力和持水、保肥能力。
传统耕作条件下黑土层的破坏
黑土区的水热条件有利于禾草生长，也适合开垦种植农作物。土壤中大量有机质在温暖季节被土壤微生物分解，为作物生长提供了充足的养分。一年一季的农作物，在这里长势都很茂盛。
黑土区的大面积开垦始于清末，大量关内移民，包括日本移民组成的“开拓团”，陆续进入东北地区开垦黑土地。东北解放后，试办国营农场。1956年，国家成立农垦部，并在黑龙江垦区成立铁道兵农垦局。1958年，开垦“北大荒”。如今，昔日的“北大荒”已成为“北大仓”，黑土区的粮食产量占到全国的1/4，成为我国最大的商品粮生产基地，占到全国商品粮总产量的1/3。与此同时，由于利用管理不当，黑土层变薄、有机质含量下降、土壤板结等土地退化问题也日趋严重。黑土在自然状态下，原本有自然植被的保护，很难发生地表径流和水土流失，但开垦后便失去了植被保护。由于黑土的漫岗地形，虽然坡度比山区小，但坡长较长，在夏秋雨季，没有植被保护，土壤就会遭受水蚀。春季多风，耕翻的土壤还会发生风蚀，土壤侵蚀造成黑土层变薄。土壤侵蚀严重的地区，黑土层甚至被完全剥蚀掉，下层的黄土出露地表，成为“破皮黄”。黑土耕作层不仅变薄，有机质含量也在下降。据资料记载，黑土在开垦初的前20年中土壤有机质大约减少1/3，开垦40年后大约减少1/2，开垦70年后大约减少2/3。目前，黑土耕地有机质含量基本在1.5%～3%之间。土壤有机质含量的降低，不仅导致黑土供肥能力下降，还造成土壤结构破坏，孔隙急剧减少，土壤板结。
秸秆覆盖免耕是基于自然的
黑土层保护的有效措施
黑土开垦后种植庄稼，要保护好黑土层，需要向大自然学习，将庄稼的茎叶留在地表覆盖土壤，不要耕翻将土壤裸露，以免水土流失和风蚀沙化。作物的秸秆和根在土中腐烂分解后，不但形成矿化养分供给作物吸收利用，更重要的是形成腐殖质维持土壤的团粒结构，使土壤水气协调，不会板结。
过去，农民播种使用人畜力农机具——耧，必须耕翻土壤、铲除根茬、破碎土块。现在有了免耕播种机，可以在不清理秸秆、不耕翻土壤条件下播种和施肥一次性完成。“刀耕火种”时代，人类种地无须耕翻，只用尖锐的石头或木棍在地面戳一个洞，把籽种放进去。免耕播种机就是现代的“刀耕火种”，可以做到将一粒一粒种子注射式精准播种，并且不通过火烧灰烬给作物提供矿物质养分，而是通过土壤微生物分解作物残体释放矿物质养分，最大程度地将碳元素以腐殖质的形式保留在土壤中。
十年前，中国农业大学在吉林省梨树县推广秸秆覆盖免耕播种技术。有了秸秆覆盖，春天，即使刮大风，地表也很少起沙子；雨季，再大的雨，也很少产生水土流失。春天和秋天过后，有了秸秆覆盖，减少了土壤蒸发，提高了土壤水分含量。秸秆覆盖，给土壤归还了大量有机质，改善了土壤生态循环，腐殖质含量增加，土壤团粒结构得以维持甚至增加，蚯蚓数量和活动量大增，雨水就能渗入得很深，同时根系也下扎得更深，由此能抗旱、抗倒伏。
以种植青贮玉米为例，一亩玉米约产生秸秆4t～7.5t。种植收获籽粒的普通玉米，种植密度相对稀疏一些，但秸秆量一般也可达到每亩1.5t～2.5t左右。玉米是禾本科，其地上秸秆与地下根系的生物量大致相同。依此计算，种植收获籽粒的普通玉米年生物量是每亩3.5t左右。因此，施肥后玉米产生的生物量要比天然草地高很多。根据土壤有机质分解与合成原理及养分循环定律可以推演出，在施用化肥、秸秆还田情况下，黑土层的有机质含量不仅不会下降，而且还会有所提高。此外，德国的长期定位研究结果还表明，地表覆盖的秸秆分解速率要比翻入土壤中秸秆的分解慢。因为秸秆翻入土壤，与土壤中的微生物充分接触，有利于加速有机质的分解。
秸秆还田是实现碳中和的有效路径
土壤有机碳，指土壤中含碳有机物质的总和。土壤有机碳与土壤有机质两个概念涵义相同，前者以纯碳量计，后者以有机物质量计。通常，土壤有机碳量乘以换算系数1.724，即土壤有机质。在农业科学领域中，一般使用土壤有机质概念，而在环境和气候变化领域，通常采用土壤有机碳概念。土壤有机碳是大气碳的两倍，是地球植被总碳量的3倍。参与地球陆域碳循环的总碳量中，80%是土壤有机碳形式。过去，土壤有机碳作为土壤肥力指标，主要代表农业生产的意义。如今，又赋予了土壤有机碳的地球碳素循环的环境意义。
秸秆还田后，有机质分解矿化后为作物提供矿质养分，可以减少化肥的使用量，而且秸秆还田还延缓了自然土壤中储存的有机碳的分解。如果原来耕作土壤的有机碳含量很低，根据“土壤有机质含量决定于土壤中有机物输入与分解两种过程”的动态平衡原理，秸秆还田后土壤有机碳含量可能提高，成为碳汇。
习近平主席在2020年9月22日召开的联合国大会上表示：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和。”改革开放前，我国很少使用化肥，农业生产基本依靠自然肥力，使得我国耕地土壤有机质含量降到历史最低点。改革开放以来，随着工业化和经济的发展，化肥使用量大幅增加，全国大部分地区的耕地土壤有机碳有所增加，但距离峰值还有一定距离。将秸秆还田而不是焚烧，一方面，可以减少化肥使用量，减少碳排放；另一方面，作物秸秆腐殖质化封存部分碳于土壤中，还可以作为碳汇。因此，秸秆还田可以为实现中国对世界承诺的碳中和做出一定贡献。
来源：《中国土地》微信公众号 发表时间：2021年8月31日
