出品：科普中国
制作: 朱雪峰（中国科学院沈阳生态研究所）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
今年的东北黑土地上，少了大量"脸朝黄土背朝天"的人工劳作，却多了机械化的"免耕播种"，还有"秸秆归还"的省时高效。
免耕播种和秸秆归还又被人们戏称为"懒人耕作"，而另一个名字叫"保护性耕作"，如今它是越来越流行了。
截至2019年底，中国东北超过1500万亩土地实行保护性耕作。
2020年2月，农业农村部、财政部联合印发的《东北黑土地保护性耕作行动计划（2020-2025）》明确提出：
要加快推进保护性耕作的推广和应用，力争在2025年时能将保护性耕作技术推广到1.4亿亩的土地上。
问题来了，免耕、秸秆归还，都是什么操作？为什么要这样操作呢？
免耕播种机在全量秸秆覆盖下播种（解宏图供图）
盛产东北大米的黑土地正在退化
说到东北黑土地，您肯定对香喷喷的东北大米和金灿灿的玉米不会陌生，那软糯的口感，扎实的养分，绝对是粮食中的战斗粮，而这都得益于东北肥沃黑土的滋养。
然而，长期的传统耕作对土壤的过度开垦和强烈扰动加上地表秸秆的过度清理和焚烧，严重破坏了有益于作物生长的土壤结构，降低了土壤养分的输入，加上裸露的土壤极易遭受风蚀水蚀，原本肥沃的黑土有机质含量连年下降，原来那个肥得流油的黑土地变得越来越贫瘠疏松，土壤的退化严重制约了东北地区的粮食产量和农业的可持续发展。
东北大米和玉米（朱雪峰供图）
扎根黑土地 十余年钻研探索出保护性耕作技术
日益严峻的土壤退化问引起了科学家的注意。2007年，中科院沈阳应用生态研究所的张旭东研究员带领团队成员火速赶往黑土退化一线，在吉林省梨树县梨树镇高家村的一片黑土地上，开始了长达十余年的钻研和摸索，最终成功开创了一整套农艺农机融合、玉米秸秆覆盖、免（少）耕机械化技术模式，对解决东北黑土退化问题提供了良方。
实施保护性耕作的农田上不需要传统耕作的秸秆清理、旋耕起垄，主要是秋天玉米收获后，将秸秆原地均匀覆盖，春播时，免耕播种机出场，直接在秸秆覆盖的农田上实施免耕播种施肥一体化作业，从而实现秸秆还田、免耕播种。保护性耕作减少了土壤扰动，有利于黑土地保护，同时实现了节本增效、农民增收，是一项利国利民的好技术。
为什么"懒人耕作"反倒对土地更好？其实是科学的力量
我们常常讲"勤劳致富"，怎么这次反倒鼓励大家"懒人耕作"了呢？
其实，这背后是科学的力量。这项保护性耕作技术的核心就是减少土壤扰动和增加地表作物秸秆覆盖。
土地与我们人类一样，需要用心呵护，免耕或者少耕保护了土壤的原生态特性，为土壤生物提供了良好的生存空间，不仅可以促进土壤动物对土壤结构的改良，还能提高土壤微生物的多样性，促进土壤养分的循环和积累，让黑土重新焕发生机和活力。
另一方面，春季的大风会吹走裸露土壤中宝贵的有机质，实施保护性耕作后，作物秸秆的覆盖还田就像给土壤盖上了一层 "被子"，可以降低土壤的风蚀和水蚀，又能够增加土壤蓄水保墒的能力。
同时，这层秸秆又像滋养大地皮肤的"面膜"，将大量的水分和养分补给至土壤，提高土壤的碳储量和肥力，既缓解了大气碳浓度升高造成的气候变化问题，又减少了化肥的使用，促进了农业发展的节本增效。
玉米秸秆还田（解宏图供图）
秸秆还田之所以能够较好地提升土壤碳储量和养分含量，主要归功于土壤微生物这个地下庞大劳动队伍的助攻，建立起了外源有机质向土壤有机质转化和贡献的桥梁。
围绕这一点，经过对微生物代谢在土壤物质循环中发挥作用的长期研究，张旭东研究员的团队从碳和氮两方面分别提出了原创性的机理概念，阐明土壤微生物对于外源有机质转化的调控机制。
其中，从碳的角度来说，该团队的梁超研究员形象地将土壤微生物对植物碳转化至土壤碳库中的过程抽象成了"土壤微生物碳泵"的概念，重点描绘了土壤微生物通过同化作用，将"吃"进来的植物碳合成为自身生物量，经过生长和死亡的迭代周转，不断以微生物源有机碳的形式贡献给土壤稳定碳库的过程。
对于保护性耕作来说，作物秸秆碳就相当于微生物要吃的"食物"，经过土壤微生物碳泵不断地合成代谢，将外源碳持续地转化为土壤碳库的一部分。
土壤微生物碳泵概念框架示意图（翻译修改自Liang et al.2017 Nature Microbiology）
从氮的角度来说，这些微生物代谢调控链条在土壤氮素保持和供给过程中同样具有重要作用。
当富含养分的秸秆加入到土壤中后，微生物群落被迅速激活，使得微生物在代谢周转秸秆养分的过程中产生大量的微生物源有机氮贡献给土壤；同时，秸秆作为有效碳源也是促进微生物对外源无机肥料氮固持和转化的神助攻，微生物对这部分有机氮的矿化过程为作物和微生物持续提供可利用氮素，这种具有可高度循环性的氮素被张旭东研究员凝练成了"土壤有效氮过渡库"的概念。
团队的何红波研究员将"土壤有效氮过渡库"更加形象地比喻成"骆驼的驼峰"，同时具有储存和释放养分的功能，秸秆和肥料氮素在土壤微生物的转化下，储存进入这个"驼峰"中，按需释放，然后再补充，周而复始。
由此可见，秸秆的添加不仅可以促进微生物对秸秆养分的转化来提高土壤肥力，还可以有效提高肥料的利用效率，减少肥料损失和淋溶风险，有效的节约肥料成本并保护地下水源。
土壤有效氮过渡库示意图（图片来自张旭东研究团队网站）
农业发展离不开勤劳的人们 更离不开科技
总得来说，免耕和秸秆还田不仅有利于土壤理化性质的改善，同时有利于促进微生物对秸秆碳和养分的分解转化，进而使得土壤的水、肥、气、热等条件有利于作物的生长发育，最终促进作物产量的提高，看似"懒人耕作"，其实这种新型耕作模式比传统耕作更能涵养土地，省时省力，节约成本。
写到这里，笔者不禁想作"诗"一首：秸秆不是无情物，千万别把它来烧。免耕少耕加秸秆，化作春泥更护苗。促进微生物发力，春种秋收可持续。国家情牵黑土地，农业发展靠科技。粮食安全有保障，技术推广向前进！
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