黑土地是世界上最肥沃的土壤，被誉为耕地中的“大熊猫”。中科院发布的《东北黑土地白皮书（2020）》指出，东北黑土地总面积109万平方公里，其中典型黑土地耕地面积1853.3万公顷，是我国最重要的商品粮基地。
“如果说黑土地是耕地中的‘大熊猫’，那么黑土层就相当于‘大熊猫’的心脏，土壤有机质就是‘大熊猫’的血液。”中国科学院东北地理与农业生态研究所研究员韩小增告诉《中国科学报》，“多年来，东北黑土地由于重复利用和疏于管理，处于‘亚健康’状态，急需调养好身体。”
韩小增带领团队扎根黑土地30多年，通过定位观测实验，终于找到了保护和利用黑土地的“药方”。日前，以韩晓增为首的东北黑土地退化机制、保护与利用关键技术与应用团队获得中国科学院2021年度科技进步奖。
面黄肌瘦亚健康
“挤黑土，放一双筷子发芽。”这曾经是中国北大荒生态环境的写照，描述了这片黑土地的肥沃富饶，非常适合农作物生长。
北大荒是指黑龙江省北部三江平原、黑龙江平原、嫩江流域的广大贫瘠地区。上世纪50年代，中国在这里进行大规模的开荒和农场经营，使得北大荒成为现在的北大仓。
黑土的形成对气候和地理环境要求很高。世界上只有四个黑土区，分布在纬度相近的乌克兰平原、北美的密西西比河流域、南美的潘帕斯草原和中国的东北平原。
这些地区四季分明，春夏雨水充沛，植物生长迅速，积累了大量的有机物；秋季气温骤降，有机物中所含的养分和能量被冰雪覆盖，还没来得及被微生物分解。含有养分和能量的黑土不断积累，形成30 ~ 100厘米的黑土层。
目前，我国黑土区主要分布在呼伦贝尔草原、大兴安岭地区、三江平原、松嫩平原、松辽平原和长白山地区。这些地区也是中国重要的大豆和玉米基地。
由于多年的开垦、再利用和忽视，东北的黑土地正在变黄变薄。根据中科院海伦黑土水土保持监测研究站的观测数据，我国吉林、辽宁、内蒙古的黑土层大多小于30厘米。即使是在仅开垦60-80年的黑龙江北部深层黑土层，也要加强保护，防止黑土层退化。
黑土的形成需要漫长的历史。目前黑土的自然属性形成仅用了11000年左右的时间，是第四纪全新世末次冰期结束后土壤蓬勃发展过程中形成的属性。从土壤剖面的下层，已经发现了8000年前固定在土壤中的有机碳。
韩晓增介绍，经过近60年的农业耕作，我国黑土耕层有机质含量减少了1/3，部分地区甚至更多。
他把黑土地比作一个年轻人：“年轻人干了很多活，消耗了很多体力，但几天没吃饭，身体有点吃不消。他面黄肌瘦，处于亚健康状态。”
对症下药开良方
既然黑土地病了，就要找准病灶，对症下药。1982年，大学毕业刚参加工作的韩小增开始关注这片黑土地，寻找它变薄的原因。
通过多年的定位观测实验，他带领团队找到了原因：东北平原水土流失区黑土层的迁移是黑土层“变薄”的主要原因；土壤旋耕或翻耕加速土壤有机质的矿化，秸秆还田等措施
因此，韩晓增团队探索出一套控制黑土有机质退化的“药方”——肥沃耕层建造技术。团队根据黑土层的平均厚度和作物根系生长的适宜空间，将秸秆和有机肥深度拌入0 ~ 35cm土层，再构筑深厚肥沃的土层，满足作物生长和黑土保护的双重需求。
在实践中，在黑土层已经变薄的地区，他们用粉碎机将玉米秸秆粉碎，然后用螺旋犁深度混合后还田。“在打破犁底层的同时，起到了逐步加深耕层，增肥育肥的作用。”韩晓增解释道。
那么，这个“药方”有效吗？
黑龙江省海伦市位于黑土带的中心，韩晓增的团队在这里进行了长达35年的养分循环实验。他介绍：“单位面积农田生产的产品，全部经过畜禽肠胃后还田，黑土表层土壤有机质增加了1.1 ~ 5.31克/公斤；极度退化的黑土母质暴露后，用秸秆和有机肥固化表土15年，有机质可达中等肥力黑土的85%，粮食产量可达95%以上。”
如今，黑土地的保护和利用已初见成效。以黑龙江省为例，该省有机质年下降率为0.1%~0.3%，此前已降至50%左右。
韩晓增预测，到2030年，整个东北黑土区如果秸秆还田，畜禽粪便无害化后还田，东北黑土区耕地质量平均可以提高一个档次以上，土壤有机质含量可以提高2 g/kg以上。
增产增收获认可
海伦的实验结果表明，玉米平均增产10.2%，大豆平均增产12.3%。但是，要想得到农民的认同，还需要在田间进行论证。
按照“研究、示范、推广、应用”的思路，韩晓增团队从2003年开始向农民介绍和推广黑土保护利用技术。
起初，一些农民认为17cm以下的土壤是生土，如果翻起的土壤不“旺盛”，就会减产。韩小增的承诺是：“如果
减产，我们赔钱。”最终农户试验了10亩地，效果很好。2004年，海伦前进乡胜利村种植业大户杨海军在海伦市农业技术推广中心推介下，引进韩晓增团队研制的肥沃耕层构建技术和玉米―大豆高效轮作模式，种植的300亩玉米每亩增产81.6公斤，300亩大豆每亩增产18公斤。
连续10年的小范围推广也让黑土地保护利用技术在海伦当地和周边小有名气。
2013年，韩晓增团队与农业推广部门签署“关于开展肥沃耕层构建关键技术的技术服务协议”，开始在东北黑土区20个市县建立了肥沃耕层构建关键技术和模式示范点，面向不同经营主体相关人员开展面对面的指导。
这些年来，韩晓增团队尝试了多种黑土地保护利用技术或模式，如秸秆翻混还田、浅混还田、条耕条盖、玉米大豆轮作等。他指出：“这些技术在实际生产上还存在一定局限性，所以还需要因地制宜，对黑土地保护利用实施组合式的秸秆还田与耕作措施。”
如今已经退休的韩晓增每年近一半的时间仍然奔波在田间地头，他希望让更多的农户用上自己团队研究的黑土地保护利用技术。他表示：“黑土地是大自然给予我们的馈赠，我们不仅要合理用地，还要科学养地，只有这样才能造福子孙后代。”（沈春蕾）
来源： 中国科学报
