【科學(xué)網(wǎng)】撫去黑土地的“傷痕”
秸稈填埋復(fù)墾技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)場
侵蝕溝修復(fù)效果圖
■本報記者 秦志偉
在東北黑土區(qū)，有一個由約60萬條侵蝕溝形成的巨大鴻溝。那是水土流失留下的傷痕，直接帶來耕地破碎化以及糧食產(chǎn)量下降。
“東北黑土區(qū)旱作農(nóng)田86%為坡耕地，其中60%的坡耕地存在侵蝕溝，損毀耕地達到500萬畝以上。”中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所（以下簡稱東北地理所）研究員張興義在接受《中國科學(xué)報》采訪時說。在他看來，研究溝道侵蝕機理及復(fù)墾填埋技術(shù)，進行相關(guān)生態(tài)修復(fù)技術(shù)、生態(tài)產(chǎn)品的研發(fā)與集成示范已迫在眉睫。
2017年7月，由東北地理所承擔(dān)的國家重點研發(fā)計劃項目“東北黑土區(qū)侵蝕溝生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)與集成示范”啟動，張興義擔(dān)任首席科學(xué)家，來自10家單位的140余名科研人員協(xié)同攻關(guān)。一場保護黑土地、恢復(fù)侵蝕溝的行動拉開帷幕。
可怕的“溝壑”
簡單地說，水土流失是侵蝕溝形成的“罪魁禍?zhǔn)住薄?/p>
張興義介紹，水土流失雖然在全國區(qū)域都有發(fā)生，但東北黑土區(qū)的情況更為嚴峻。由于自然地理條件、氣候因素及采取的耕作方式等，這里成為了全國唯一面積增加、侵蝕溝強度加劇的區(qū)域，被列為國家急需治理的三大區(qū)域之一。
例如，東北農(nóng)作的顯著特征是壟作。壟作多順坡或斜坡，且夏季雨水相對集中，只要坡度大于0.5度就存在水土流失。其總體表現(xiàn)為坡面侵蝕和溝道侵蝕，而后者尤為嚴重。
東北黑土區(qū)侵蝕溝專項普查（2013）結(jié)果顯示，東北黑土區(qū)侵蝕溝長度超過100米的有29.6萬條，僅溝道本身就損毀土地4000平方公里。
最令張興義擔(dān)憂的是，溝道侵蝕整體仍處于加劇發(fā)展的態(tài)勢。
課題負責(zé)人之一、東北地理所研究員劉曉冰表示，侵蝕溝不僅帶來耕地碎片化，嚴重阻礙大機械作業(yè)，還加劇了黑土層流失。
項目組長期定位監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，黑土層變薄速率為2~3毫米/年，黑土層厚度已由開墾前的50~60厘米變?yōu)楝F(xiàn)在的30厘米左右，約10%的坡耕地黑土層流失殆盡，變?yōu)椤捌破S”。同時，項目組田間試驗結(jié)果顯示，黑土層消失導(dǎo)致玉米、大豆分別減產(chǎn)60%和30%，坡耕地糧食生產(chǎn)能力嚴重下降。
“作為人類最寶貴的自然資源，黑土形成要經(jīng)過一萬年，而東北黑土區(qū)開發(fā)利用只有百余年歷史啊！”張興義對此非常著急。
中央一再強調(diào)，要把飯碗牢牢端在自己手里，而且要裝自己的糧食。作為我國糧食主產(chǎn)區(qū)和重要商品糧基地的東北黑土區(qū)，保護黑土層、加快侵蝕溝修復(fù)工作刻不容緩。
治理效益可觀
此前，各地相繼探索出各具特色的侵蝕溝治理技術(shù)和模式，但其效果如何、哪些成功、哪些需要完善尚無系統(tǒng)調(diào)查總結(jié)。對此，項目組第一次對東北近50年侵蝕溝治理經(jīng)驗進行了全面梳理，對實施效果進行了評價。
張興義介紹，項目總結(jié)提出當(dāng)前在東北黑土區(qū)實施的侵蝕溝治理模式總體可劃分為工程措施為主、植物為輔，植物為主、工程為輔，植物和復(fù)墾四大類，并編制了治理技術(shù)應(yīng)用指南，作為工程指導(dǎo)文件下發(fā)到東北黑、吉、遼和內(nèi)蒙古東四盟市及工程項目縣市（旗）。
如今，水土流失治理的需求和途徑均發(fā)生了改變，科技進步已成為實現(xiàn)侵蝕溝治理成效的重要保證。
侵蝕溝的修復(fù)和治理看似簡單，其實不然。最關(guān)鍵的問題是，填埋后如何保證不再重新生成？“增設(shè)滲井實現(xiàn)水流垂直入滲，布設(shè)暗管實現(xiàn)地下導(dǎo)排水系統(tǒng)，是消減地表匯流沖刷力、阻止再次成溝的關(guān)鍵技術(shù)。”張興義說。
以秸稈填埋為主體的侵蝕溝復(fù)墾技術(shù)為例，張興義介紹，基于溝道整形和溝底鋪設(shè)暗管后，秸稈壓實打捆填埋，上層覆蓋半米土，再沿溝線橫向修筑攔水土埂，埂前鋪設(shè)滲井至地面。當(dāng)暴雨來臨時，水流會被土埂截住，并沿滲井垂直入滲，以此變侵蝕溝道地表徑流為地下暗流，削減水流沖力。
那么，填埋后的秸稈是否會因腐爛導(dǎo)致溝道塌陷？項目組系統(tǒng)調(diào)查測定，初步發(fā)現(xiàn)填埋10年以上的秸稈仍在土底部保存完好，未出現(xiàn)明顯塌陷。上述問題解決后，一套包括溝底整形、暗管鋪設(shè)、秸稈（煤矸石）填埋、表層覆土、滲井鋪設(shè)等在內(nèi)的技術(shù)體系就此形成。
2017年9月起，張興義團隊分別在黑龍江海倫市、寧安市、賓縣，吉林長春市雙陽區(qū)建立了秸稈填埋核心示范區(qū)，在黑龍江新華農(nóng)場建立了煤矸石填埋核心示范區(qū)。兩年的觀測結(jié)果顯示，初步達到了預(yù)期設(shè)計要求。
用這項效果好、深受歡迎的技術(shù)治理后的侵蝕溝到底啥樣？用張興義的話說，遠看一片帶或一片林，近看林草全覆蓋。最關(guān)鍵的是看不到溝了。
據(jù)統(tǒng)計，2017年至2018年項目共推廣治理侵蝕溝3165條，可產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益990.45萬元。張興義計算，東北黑土區(qū)長度小于100米的侵蝕溝有30萬條左右，其中約有一半可采用復(fù)墾技術(shù)治理。以20萬條侵蝕溝為、每條復(fù)墾面積10畝計算，可復(fù)墾再造耕地200萬畝。按畝產(chǎn)600斤糧食計算，每年可增收糧食12億斤。
生態(tài)和經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展
在黑龍江拜泉縣、海倫市及吉林長春市雙陽區(qū)的侵蝕溝修復(fù)地區(qū)，養(yǎng)鵝示范基地、林草（藥）間作示范區(qū)、大榛子示范基地等成了農(nóng)民又一增收渠道，也喚起了當(dāng)?shù)厝说臉O大熱情。
張興義表示，項目首次嘗試實現(xiàn)生態(tài)治理與經(jīng)濟收益的協(xié)調(diào)發(fā)展，構(gòu)建了侵蝕溝種—養(yǎng)生態(tài)產(chǎn)品綜合開發(fā)模式。
以高效養(yǎng)鵝核心示范基地為例，該基地建在拜泉縣新生鄉(xiāng)自建村。課題負責(zé)人之一、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院教授竇森介紹，他們通過選取谷稗、苦麥菜、菊苣、黑麥草4種牧草和普通玉米進行飼喂研究，探索出一種非常高效的飼喂模式。目前兩個核心示范基地鵝存欄量過萬，預(yù)計戶均年收益達10萬元以上。
有了科技的保駕護航，無論是侵蝕溝修復(fù)還是生態(tài)產(chǎn)品開發(fā)，目前都有了不錯的成績。
然而，相對于東北黑土區(qū)近60萬條侵蝕溝來說，這些還只是冰山一角。而項目研發(fā)的技術(shù)和構(gòu)建的模式不僅適用于東北黑土區(qū)全區(qū)域，對于我國其他區(qū)域也有借鑒意義。
張興義堅信，雖然項目在實施過程中還存在諸多挑戰(zhàn)和困難，但這項研究對保障糧食安全和促進農(nóng)民增收的作用非常明顯，未來必將有更廣闊的應(yīng)用空間。
《中國科學(xué)報》 (2019-12-26 第1版 要聞)
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