东北黑土地保护与利用报告（2021年）

东北黑土地保护与利用报告 (2021年) 中国科学院地理科学与资源研究所 中国科学院东北地理与农业生态研究所 中国科学院战略性先导科技专项（A类）“黑土地保护与利用科技创新工程”项目组 2022年9月 目录 概要1 —黑土地地表赋存环境现状6 （一）区域地形地貌6 （二）自然生态条件8 （三）农业水资源状况12 （四）区域环境质量13 二气候变化与水热条件15 （一）气温持续上升，增暖趋势明显15 （二）降水小幅增加，时空不均衡性加大18 （三）太阳总辐射强度下降，时空差异性明显20 （四）气候变化影响黑土地开发利用22 三作物种植与粮食生产25 （一）作物种植结构25 （二）农业生产要素投入27 （三）粮食产出与供给能力30 四农田设施与科技能力建设33 （一）农田基础设施33 （二）科技支撑条件35 （三）保护性耕作技术36 五黑土地土壤性质及退化状况39 （一）土壤有机质含量39 （二）土壤养分状况40 （三）土壤容重与土层厚度44 （四）土壤侵蚀状况及趋势特征46 六“黑土粮仓”科技会战进展50 （一）黑土地保护科技创新重要进展50 （二）黑土地保护技术重大应用示范52 主要参考资料63 《东北黑土地保护与利用报告》编写组65 概要 “把黑土地用好养好”是国家粮食安全与生态安全的重要保障，对于实现东北全面振兴全方位振兴和中华民族可持续发展具有重大战略意义。为贯彻落实习近平总书记“用好养好黑土地”的指示精神，2021年3月中国科学院启动“黑土粮仓”科技会战。科技会战面向国家粮食安全战略目标，针对东北黑土地保护与利用需要破解的关键科学技术难题，开展核心技术攻关和示范，致力于形成用好养好黑土地的系统解决方案。 为了让公众更加科学系统地认知黑土地，了解黑土地保护关键技术与创新模式，中国科学院总结“黑土粮仓”科技会战的主要成果，编制东北黑土地保护与利用年度报告，介绍东北黑土地基本情况，总结黑土地保护与利用重要科技进展与成效。 2021年度报告重点介绍东北黑土地的自然生态本底状况，分析黑土地开发利用水平及支撑能力变化，介绍黑土地土壤理化性质及退化特征，报告中国科学院“黑土粮仓”科技会战主要进展。主要内容如下： ◎黑土地自然生态本底特征 东北黑土区呈现中部平原、三面环山的盆地状地形，区内山地、平原、丘陵和台地分布面积相当，94.84%耕地分布在平原及坡度7°以下的区域。其中：9.81%的耕地分布在坡度低于0.25°的平原地区，21.16%的耕地分布在0.25～0.5°坡度带，22.13%的耕地分布在0.5～1° 坡度带，17.46%的耕地分布在1～2°坡度带，9.45%的耕地分布在2～3° 坡度带。坡度大于0.5°耕地存在土壤水力侵蚀风险。 东北黑土区生态条件优越。遥感监测数据显示，2020年底东北黑土区森林面积4526.41万公顷（67896.15万亩），湿地面积769.39万公顷（11540.85万亩），草地面积1879.49万公顷（28192.35万亩）。它们既是黑土地成土与演化的物质基础，又是黑土地可持续利用本底条件。但是，森林和草地面积仍呈减少趋势，其保育黑土地的功能有所降低。 长期气象观测数据显示，东北黑土区气候变暖趋势明显，过去 60年平均气温增速0.31℃/10年，≥10℃积温已由20世纪60年代的 2830℃增加到现在的3250℃。降水量小幅度增加，但降水时空分配的不均衡态势加剧，干旱与洪涝灾害风险增加。气温的升高使得农作物潜在生长季延长和适宜种植区边界北移，近60年作物潜在生长季平均延长速率为1.7天/10年，玉米种植适宜区北界向北移动了156千米。 ◎黑土地开发利用与保护情况 自20世纪初大规模移民和大范围土地垦殖以来，东北黑土区农业开发利用强度持续上升，突出表现为农作物播种面积扩大和农业生产资料投入强度加大。 东北黑土区农作物播种面积持续扩张，并形成了“粮食主导”的农业种植格局。到2020年，东北地区粮食播种面积2865.5万公顷 （42982.5万亩），粮食作物占农作物播种面积的93.3%，水稻、玉米和大豆播种面积占粮食作物播种面积98.9%。 东北黑土区农业要素投入进入结构调整期。2015年以来，化肥施用量持续下降，农药施用量已下降到国际警戒线以下。农业机械化水平持续提升，2020年黑龙江省、吉林省、辽宁省、内蒙古自治区的农业综合机械化率分别达到98%、91%、80%、85%。土地流转与规模化 经营水平不断提高，2020年黑龙江省农村家庭承包土地流转率已经达到56.6%，吉林省为40.2%，辽宁省为31.7%。 粮食产出与供给能力逐步增强。近20年来，东北地区粮食产量快速增长，对全国粮食增产稳产的贡献不断增强。2000-2021年，东北地区粮食产量增长了近2倍，粮食产量占全国粮食总产量的比例由12.74%上升到25.36%，粮食增加量占全国粮食产量增量的50.71%，全国一半的粮食增产来自东北地区。同时，粮食对外供给能力不断提高，按照人均400公斤粮食需求量计算，2020年区域粮食可剩余量达到 1.29亿吨（2580亿斤），输出的商品粮占全国商品粮总量的1/3。 农田基础设施建设和科技投入力度不断加大，东北地区高标准农田建设有力推进，农田有效灌溉面积稳步扩大，农田基础设施逐步完善，农业科技创新能力显著增强。但是东北地区有效灌溉面积占比低于全国平均水平，已建成高标准农田占耕地面积比例约三分之一，部分高标准农田项目因投入水平偏低，存在设施不配套、老化或损毁问题，农田基础设施建设仍需加强。 ◎“黑土粮仓”科技会战进展 中国科学院启动“黑土粮仓”科技会战，联合黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古三省一区开展科技攻关与关键技术示范推广，共同打造了7个万亩级示范区，核心示范区面积11万亩，形成主推技术22项， 2021年度累计示范推广面积7700万亩。初步构建了“梨树模式2.0”、“龙江模式”等黑土地保护利用模式样板。“梨树模式”在吉林省推广应用2800万亩；“龙江模式”、“三江模式”已纳入国家黑土地保护工程实施 方案，在黑龙江省分别推广应用1620万亩和1910万亩，立体监测农 业科技服务黑土耕地7500万亩。 厚层黑土保育与产能高效提升海伦示范区（海伦示范区），2021年主推有机物料深混还田肥沃耕层构建技术。通过技术示范，实现了土 壤耕作层厚度增加12厘米、耕层土壤有机质保持稳定、作物产量提高 10.20%的效果。2021年该技术在黑龙江省累计推广应用1620万亩。薄层退化黑土保育与粮食产能提升长春示范区（长春示范区）， 2021年主推“梨树模式”保护性耕作技术体系，包括秸秆覆盖宽窄行免耕技术、秸秆覆盖垄作少免耕技术、秸秆覆盖宽窄行条耕技术、秸秆覆盖少免耕滴灌技术。通过技术应用示范，土壤抗旱保水能力增强，耕层厚度和土壤有机质保持稳定，梨树县高家村多年秸秆全量覆盖还田地块创造了连续4年超吨粮的记录。2021年该技术模式在吉林省推广面积达到2800万亩。 智能化农机关键技术集成与产业化应用大河湾示范区（大河湾示范区），2021年将信息技术、智能装备技术与传统种植技术融合，初步构建了“种植前地块级精准体检—种植中全程数字化信息采集—专家系统实时处方分析—机械化智能化精准执行”的现代农业新范式，在大河湾农场示范应用。2021年改造农场传统柴油动力农机1000余台，改造后的农机整体作业效率提升5%以上，全年完成作业面积140余万亩。同时，开展了无人智能农机条耕和免耕播种保护性耕作示范，示范区内亩均人工减少60%以上。 盐碱地生态治理与高效利用大安示范区（大安示范区），2021年综合集成土壤改良剂、覆沙压碱、有机物料还田等关键技术，消减土壤盐碱障碍因素。通过技术应用示范，轻度盐碱地水田水稻产量达到 625.6公斤/亩，重度盐碱地旱田玉米产量可达到338～428公斤/亩，土壤pH值平均下降0.5个单位。该技术模式在吉林省西部推广应用300余万亩。 水稻土和白浆土质量与产能提升三江示范区（三江示范区），2021年主推高效节水灌溉、白浆土心土培肥、白浆土改良剂、微生物菌剂、变量施肥、坡耕地等高线种植等10余项关键技术。通过技术应用示范，实现了水田灌溉节约用水10%，白浆土耕层扩容至40厘米，微生物菌剂提高秸秆腐解率15%，变量施肥减肥增产5%～15%、坡耕地等高 种植减少水土流失50%。该技术累计推广200多万亩。 退化黑土地地力恢复与产能提升沈阳示范区（沈阳示范区），2021年主推玉米秸秆覆盖保护性耕作技术。通过技术应用示范，昌图核心试验区土壤耕层有机质提升5.9%，蓄水量增加10%，肥料减施16%，作业成本降低8%，玉米平均增产50公斤/亩，秸秆覆盖遏制了40%土壤风蚀量。该技术在辽宁省已经推广应用305万亩。 黑土粮仓全域定制齐齐哈尔示范区（齐齐哈尔示范区），2021年集成示范了次表土层保护性快速增碳、绿色农业种植管理、两免一深松、种养循环、秸秆还田、减肥减药及粮饲间作等技术。其中，“次表土层保护性快速增碳技术”可快速提升冷凉区风沙薄层黑土次表土层有机质0.3克/千克，产量提升30～50公斤/亩，土壤含水量提升20%。该技术2021年推广应用面积390万亩。示范区按照“地理学+大数据+现代农业”新范式，创新提出“分区施策、依村定策、一地一策”黑土粮仓全域定制模式，为实现土地高效保护、农产品优质生产和区域经济社会持续发展提供系统解决方案。 一 黑土地地表赋存环境现状 黑土地是地球珍贵的土壤资源，是指拥有黑色或暗黑色腐殖质表层的土壤，是一种性状好、肥力高、适宜农耕的优质土地。拥有丰富黑土地资源的区域被称为黑土区，其范围包括东北地区的黑龙江省和吉林省全部、辽宁省东北部及内蒙古自治区“东四盟”（赤峰市、通辽市、呼伦贝尔市、兴安盟），共246个县（市、旗），分布在呼伦贝尔草原、大小兴安岭地区、三江平原、松嫩平原、松辽平原部分地区和长白山地区，总面积达109万平方千米，约占全球黑土区总面积的12%（全国水土保持规划编制工作领导小组，2016）。根据2017年原农业部、国家发展改革委、财政部、原国土资源部、原环境保护部、水利部印发的《东北黑土地保护规划纲要（2017—2030年）》，东北典型黑土区耕地面积约2.78亿亩；到2030年，集中连片、整体推进，实施黑土地 保护面积2.5亿亩。东北黑土区土壤类型主要有黑土、黑钙土、白浆土、草甸土、暗棕壤、棕壤、水稻土等类型。 （一）区域地形地貌 东北黑土区地形呈现三面环山、中间平地的大致盆地轮廓，整体地势相对低平，起伏不大，适宜规模化耕种的土地面积广大。西部大兴安岭山脉与北部小兴安岭、东部长白山脉构成了典型的周边山地、中间平地的格局，区内海拔高差约2700米。中部由松嫩平原、三江平原与辽河平原共同构成了我国面积最大的东北平原，平均海拔 50～200米，是优质黑土地的集中分布区。平原周边为山麓洪积冲积 平原和台地，平均海拔200米以上。北部小兴安岭多为低山丘陵，平 均海拔400～600米；西部的大兴安岭平均海拔600～1000米，东 南部的长白山山地丘陵区平均海拔500米左右。区内山地、平原、丘陵和台地主要地貌类型的面积大致相当，分别占比为25.5%、29.1%、23.5%、21.8%（图1-1）。 0 150300km 高程 (米) 2667 1500 1000 800 600 500 300 200 100 0 50°N 120°E125°E130°E135°E 40°N 115°E 120°E 40°N 125°E130°E 45°N 50°N 45°N 图1-1东北黑土区地形地貌图 根据坡耕地水土保持坡度分级方案，将东北黑土区地形坡度划分为9个等级（图1-2）。低于7°的平原和斜坡的面积占黑土区土地总面积74.38%。其中，0.25～0.5°、0.5～1°和1～2°坡度带面积最大，分别占土地面积的13.01%、13.16%和12.58%；其次为2～3°、5～7° 坡度带，面积占比分别为8.29%、8.70%