我國北方秋種冬油菜防控冬春土壤風(fēng)蝕。劉忠寬攝

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?再生農業(yè)六大核心理念

“再生農業(yè)可以讓農業(yè)和土壤更加接近自然狀態(tài)?！敝袊r業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長(cháng)李保國在接受《中國科學(xué)報》采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)，“再生”一詞本質(zhì)上意味著(zhù)“重新產(chǎn)生的能力”。因此，如果一個(gè)系統是再生的，它就有內在的能力使自己不斷更新永存。

近日，《中國農業(yè)科學(xué)》在線(xiàn)發(fā)表了李保國等人的最新論文，系統探討了再生農業(yè)的內涵、國內外應用的生態(tài)和經(jīng)濟效益，以及在我國的應用情景，為我國引入和發(fā)展這一新型農業(yè)模式提供理論指導。

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“熱”起來(lái)的“老”概念

“再生農業(yè)早在上世紀80年代由美國科學(xué)家Robert Rodale提出，但一直不溫不火?！崩畋f(shuō)，直到近幾年，再生農業(yè)頻繁出現在國際上的重要活動(dòng)和重要文件中。

2020 年，榮獲世界糧食獎的國際土壤科學(xué)聯(lián)合會(huì )主席Rattan Lal將再生農業(yè)當作重要研究課題，并認為該模式能夠真正同時(shí)滿(mǎn)足日益增加的糧食需求和生態(tài)環(huán)境改善需求。

在過(guò)去40 年里，人類(lèi)面臨著(zhù)前所未有的生態(tài)危機。由于土壤退化和荒漠化，世界30%的農田被遺棄，而52%的農業(yè)用地受到土壤退化的中度至嚴重影響。土壤因人類(lèi)活動(dòng)，主要是農業(yè)活動(dòng)而退化。

頻繁翻耕或整地、灌溉、不合理施用化肥和農藥、過(guò)度放牧以及重型農業(yè)裝備使用，都會(huì )造成土壤退化。開(kāi)墾土地和毀林使得各種原始植被被次生植被所取代。土壤的退化直接表現為土壤由碳匯變?yōu)樘荚?，更多土壤有機質(zhì)分解釋放二氧化碳到大氣中，對全球變暖產(chǎn)生重要影響。

東北吉林省梨樹(shù)縣境內采取梨樹(shù)模式后一典型黑土的土壤剖面?，F黑土層厚度20-30cm，科學(xué)研究推測此處黑土開(kāi)墾前，黑土層厚度應為60-70cm。李保國供圖

另一方面，人類(lèi)還面臨糧食安全的問(wèn)題。預計2050 年要多生產(chǎn)60%的糧食才能滿(mǎn)足人類(lèi)的需求，這只能通過(guò)不斷提高單位土地的生產(chǎn)力來(lái)實(shí)現。

面對雙重脅迫，全球科學(xué)家提出了有機農業(yè)、保護性農業(yè)、低碳農業(yè)、生態(tài)農業(yè)等以實(shí)現可持續農業(yè)為目的的農業(yè)模式。

“但是全球農業(yè)可持續危機仍在加劇。一個(gè)主要原因是這些模式?jīng)]有真正從土地可持續利用或保護性利用出發(fā)實(shí)現農業(yè)自身可持續的發(fā)展?！崩畋f(shuō)。

Robert Rodale提出的再生農業(yè)概念就是以土地的可持續利用為基礎，并進(jìn)行了30多年的探索試驗。在北美，他們實(shí)現了二氧化碳排放量降低35.3%、利潤增加193.7%的顯著(zhù)生態(tài)經(jīng)濟效益。

李保國等通過(guò)梳理再生農業(yè)定義，把再生農業(yè)概述為是以實(shí)現農業(yè)可持續發(fā)展為目的，基于土地保護性利用，在減少機械作業(yè)和化學(xué)品投入的基礎上，通過(guò)基于自然的解決方案提高作物產(chǎn)出的同時(shí)，提升土壤有機質(zhì)和氮元素、促進(jìn)土壤固碳、改善土壤健康、實(shí)現最大化生物多樣性的農業(yè)模式。

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兩項“新”技術(shù)措施

“再生農業(yè)以土壤為中心，而不是以種子為中心，其前提是土壤、植物、動(dòng)物和人類(lèi)的健康是不可分割的。在當前的氣候變化和環(huán)境問(wèn)題的背景下，適當地擴展這一理念，認為土壤、植物、動(dòng)物、人和環(huán)境的健康是一個(gè)不可分割的整體?！?020年，Rattan Lal撰文指出，再生農業(yè)協(xié)調了生產(chǎn)充足的營(yíng)養食品和恢復環(huán)境的必要性?xún)蓚€(gè)挑戰，使得農業(yè)成為解決環(huán)境問(wèn)題的方法。

Robert Rodale指出，利用再生農業(yè)的措施，不僅可以大幅增加現有土壤有機碳和氮元素的含量，同時(shí)也可改善土壤結構和土壤健康，提高土壤肥力和作物產(chǎn)量，保持水分和蓄水層的補給，從而提高應對極端天氣的彈性。

和此前的可持續發(fā)展農業(yè)的概念相比，“再生農業(yè)包括了基于系統的保護性農業(yè)?！盧attan Lal說(shuō)。

李保國向記者解釋道，再生農業(yè)深化與拓寬了保護性農業(yè)的概念。在技術(shù)措施上，二者都包括免耕農業(yè)、秸稈覆蓋、病蟲(chóng)害綜合治理和復雜輪作等。而再生農業(yè)又突出強調了覆蓋作物和整體放牧兩項技術(shù)措施。

吉林省梨樹(shù)縣玉米-大豆秸稈全覆蓋免耕輪作的大田 ? ? 李保國供圖

2016年翻譯出版了《覆蓋作物高效管理》一書(shū)的中國農業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授王顯國告訴《中國科學(xué)報》，覆蓋作物是指主要用于管控農業(yè)生態(tài)系統中土壤侵蝕、土壤肥力、土壤質(zhì)量、水、雜草、害蟲(chóng)、病害、生物多樣性和野生動(dòng)物的一類(lèi)栽培作物，主要由豆科、禾本科及十字花科草本植物組成，通過(guò)與主栽作物間套作、輪作的方式種植，發(fā)揮覆蓋表土、保持水土的核心作用，植株常以綠肥、牧草或纖維原料等方式被利用。

美國的一項研究表明，某些覆蓋作物可以為后續馬鈴薯作物提供80%到100%的氮需求。另一項研究顯示，黑麥覆蓋能迅速吸收傳統玉米田和免耕玉米田中25%到100%的殘留氮，減少過(guò)量氮肥對周?chē)w的面源污染。

“理想的覆蓋作物是那些能在開(kāi)花前終止其生長(cháng)的作物，這樣他們就不會(huì )產(chǎn)出種子從而變成雜草。在它們活著(zhù)的時(shí)候，其光合作用是土壤碳的一個(gè)重要來(lái)源，死后可作為生物質(zhì)被利用?！崩畋f(shuō)，覆蓋作物和保護性耕作中提倡的秸稈覆蓋不同?！案采w作物是在農田空閑期種植的活的覆蓋作物，不僅增加了農田生態(tài)系統的生物多樣性，還大大提升了土壤有機質(zhì)的數量與品質(zhì)?！?/p>

再生農業(yè)提倡的整體放牧是模擬大自然本身的形態(tài)，良好的放牧措施促進(jìn)了植物生長(cháng)，增加了土壤碳沉積，提高了整個(gè)牧場(chǎng)的生產(chǎn)力，同時(shí)大大提高了土壤肥力、昆蟲(chóng)和植物的生物多樣性，以及土壤的固碳能力。

李保國認為，我國飼料糧供給總體不足，營(yíng)養缺乏、價(jià)格高成為近年來(lái)國內畜牧業(yè)發(fā)展的制約因素。整體放牧措施既考慮了動(dòng)物福利，又提高了畜牧業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

實(shí)驗證明，采用整體放牧可以在3年內快速重建10厘米厚的土壤表層，而一般一層土壤可能需要200~1000 年才能形成，新建的土壤表層富含生物體。

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中國的前期實(shí)踐與未來(lái)發(fā)展

近十年來(lái)，李保國在東北黑土區吉林省梨樹(shù)縣實(shí)施保護性耕作技術(shù)取得了顯著(zhù)的成效，他對以保護性農業(yè)為基礎的再生農業(yè)充滿(mǎn)了信心。

“從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，我們國家雖然此前沒(méi)有應用再生農業(yè)這個(gè)理念去管理農業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，但確實(shí)有符合再生農業(yè)概念的農業(yè)生產(chǎn)?！崩畋f(shuō)。

以覆蓋作物為例，王顯國介紹，我國果樹(shù)栽培管理中常用的果園生草措施，實(shí)際上屬于覆蓋作物的范疇；北京和河北等地秋季在裸露的農田種植黑麥等作物以抑制冬春揚塵的措施也暗合了覆蓋作物的概念；南方冬閑田種植多花黑麥草等飼草或者光葉紫花苕等綠肥也起到了覆蓋作物的保持水土的作用。

“沒(méi)有接觸再生農業(yè)和覆蓋作物的概念前，種植上述‘覆蓋作物’主要是為了經(jīng)濟效益，現在越來(lái)越重視其核心作用，那就是生態(tài)環(huán)境保護的作用?！蓖躏@國說(shuō)。

李保國分析了我國不同農業(yè)區域未來(lái)實(shí)施再生農業(yè)的可能性。

備受全國人民關(guān)注的東北黑土地是世界公認最肥沃的土壤，是我國重要的商品糧基地。由于多年高強度開(kāi)發(fā)利用，黑土層變淺的趨勢不可挽回，保護刻不容緩。李保國認為，東北區應該加快推廣如“梨樹(shù)模式”的保護性耕作等適宜的黑土地保護技術(shù)，并在此基礎上進(jìn)行覆蓋作物的種植探索，這才有望解決馬鈴薯和花生及青貯玉米產(chǎn)區因長(cháng)達7個(gè)月的冬季地表嚴重裸露風(fēng)蝕造成的農田土壤退化問(wèn)題。

此外，東北區（遼寧、吉林、黑龍江、內蒙古東部）已發(fā)展出“玉米青貯—奶牛、肉牛生態(tài)養殖—糞污處理還田”的現代種養循環(huán)模式?！斑@些農牧業(yè)結合的理念對再生農業(yè)模式的推廣奠定了良好基礎?！崩畋f(shuō)。

不過(guò)，李保國強調，除了肉眼可見(jiàn)的黑土層變薄變黃，其實(shí)全國不同類(lèi)型的土壤都面臨著(zhù)質(zhì)量退化問(wèn)題。

他建議，在黃淮海地區與中部平原區，秸稈還田相比覆蓋作物可能對該地區的農戶(hù)更為適宜；在濱?；螯S河三角洲地區，應借再生農業(yè)的理念以農牧結合或整體放牧的方式進(jìn)行鹽漬化土地的開(kāi)發(fā)利用；在西北灌區，覆蓋作物的種植將有效緩解水土流失，但需探索節水保水控鹽下的綠洲再生農業(yè)模式；在長(cháng)江中下游、華南和西南地區，各具特色的循環(huán)種養模式比整體放牧更為適合當地農業(yè)，應考慮引入多種覆蓋作物，減少化肥施用，從而真正防治區域內土壤退化。

李保國說(shuō)，對土地的過(guò)度利用必然會(huì )導致土地的退化，且越強化利用，退化就越強烈，這一趨勢不可逆轉，但實(shí)施再生農業(yè)能讓土壤更接近自然狀態(tài)，得到保護性的高效利用，這就有望延緩甚至阻止退化過(guò)程，保持或恢復性提高耕地質(zhì)量水平。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2021.05.012


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