我國(guó)北方秋種冬油菜防控冬春土壤風(fēng)蝕。劉忠寬攝

?

?再生農(nóng)業(yè)六大核心理念

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

近日，《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)》在線發(fā)表了李保國(guó)等人的最新論文，系統(tǒng)探討了再生農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵、國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益，以及在我國(guó)的應(yīng)用情景，為我國(guó)引入和發(fā)展這一新型農(nóng)業(yè)模式提供理論指導(dǎo)。

?

“熱”起來(lái)的“老”概念

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

2020 年，榮獲世界糧食獎(jiǎng)的國(guó)際土壤科學(xué)聯(lián)合會(huì)主席Rattan Lal將再生農(nóng)業(yè)當(dāng)作重要研究課題，并認(rèn)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)面臨著前所未有的生態(tài)危機(jī)。由于土壤退化和荒漠化，世界30%的農(nóng)田被遺棄，而52%的農(nóng)業(yè)用地受到土壤退化的中度至嚴(yán)重影響。土壤因人類(lèi)活動(dòng)，主要是農(nóng)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(nóng)藥、過(guò)度放牧以及重型農(nóng)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(xiàn)為土壤由碳匯變?yōu)樘荚?，更多土壤有機(jī)質(zhì)分解釋放二氧化碳到大氣中，對(duì)全球變暖產(chǎn)生重要影響。

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

另一方面，人類(lèi)還面臨糧食安全的問(wèn)題。預(yù)計(jì)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(xiàn)。

面對(duì)雙重脅迫，全球科學(xué)家提出了有機(jī)農(nóng)業(yè)、保護(hù)性農(nóng)業(yè)、低碳農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)等以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)為目的的農(nóng)業(yè)模式。

“但是全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)危機(jī)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(xù)利用或保護(hù)性利用出發(fā)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自身可持續(xù)的發(fā)展。”李保國(guó)說(shuō)。

Robert Rodale提出的再生農(nóng)業(yè)概念就是以土地的可持續(xù)利用為基礎(chǔ)，并進(jìn)行了30多年的探索試驗(yàn)。在北美，他們實(shí)現(xiàn)了二氧化碳排放量降低35.3%、利潤(rùn)增加193.7%的顯著生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。

李保國(guó)等通過(guò)梳理再生農(nóng)業(yè)定義，把再生農(nóng)業(yè)概述為是以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展為目的，基于土地保護(hù)性利用，在減少機(jī)械作業(yè)和化學(xué)品投入的基礎(chǔ)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(jī)質(zhì)和氮元素、促進(jìn)土壤固碳、改善土壤健康、實(shí)現(xiàn)最大化生物多樣性的農(nóng)業(yè)模式。

?

兩項(xiàng)“新”技術(shù)措施

“再生農(nóng)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(dāng)前的氣候變化和環(huán)境問(wèn)題的背景下，適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)展這一理念，認(rèn)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(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)了生產(chǎn)充足的營(yíng)養(yǎng)食品和恢復(fù)環(huán)境的必要性?xún)蓚€(gè)挑戰(zhàn)，使得農(nóng)業(yè)成為解決環(huán)境問(wèn)題的方法。

Robert Rodale指出，利用再生農(nóng)業(yè)的措施，不僅可以大幅增加現(xiàn)有土壤有機(jī)碳和氮元素的含量，同時(shí)也可改善土壤結(jié)構(gòu)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(bǔ)給，從而提高應(yīng)對(duì)極端天氣的彈性。

和此前的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的概念相比，“再生農(nóng)業(yè)包括了基于系統(tǒng)的保護(hù)性農(nóng)業(yè)。”Rattan Lal說(shuō)。

李保國(guó)向記者解釋道，再生農(nóng)業(yè)深化與拓寬了保護(hù)性農(nóng)業(yè)的概念。在技術(shù)措施上，二者都包括免耕農(nóng)業(yè)、秸稈覆蓋、病蟲(chóng)害綜合治理和復(fù)雜輪作等。而再生農(nóng)業(yè)又突出強(qiáng)調(diào)了覆蓋作物和整體放牧兩項(xiàng)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(guó)供圖

2016年翻譯出版了《覆蓋作物高效管理》一書(shū)的中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授王顯國(guó)告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，覆蓋作物是指主要用于管控農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)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(guó)的一項(xiàng)研究表明，某些覆蓋作物可以為后續(xù)馬鈴薯作物提供80%到100%的氮需求。另一項(xiàng)研究顯示，黑麥覆蓋能迅速吸收傳統(tǒng)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(duì)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(zhǎng)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?guó)說(shuō)，覆蓋作物和保護(hù)性耕作中提倡的秸稈覆蓋不同?！案采w作物是在農(nóng)田空閑期種植的活的覆蓋作物，不僅增加了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，還大大提升了土壤有機(jī)質(zhì)的數(shù)量與品質(zhì)?！?/p>

再生農(nóng)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(zhǎng)，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(guó)認(rèn)為，我國(guó)飼料糧供給總體不足，營(yíng)養(yǎng)缺乏、價(jià)格高成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)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(yàn)證明，采用整體放牧可以在3年內(nèi)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。

?

中國(guó)的前期實(shí)踐與未來(lái)發(fā)展

近十年來(lái)，李保國(guó)在東北黑土區(qū)吉林省梨樹(shù)縣實(shí)施保護(hù)性耕作技術(shù)取得了顯著的成效，他對(duì)以保護(hù)性農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)的再生農(nóng)業(yè)充滿(mǎn)了信心。

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

以覆蓋作物為例，王顯國(guó)介紹，我國(guó)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(nóng)田種植黑麥等作物以抑制冬春揚(yáng)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(nóng)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(jì)效益，現(xiàn)在越來(lái)越重視其核心作用，那就是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的作用?！蓖躏@國(guó)說(shuō)。

李保國(guó)分析了我國(guó)不同農(nóng)業(yè)區(qū)域未來(lái)實(shí)施再生農(nóng)業(yè)的可能性。

備受全國(guó)人民關(guān)注的東北黑土地是世界公認(rèn)最肥沃的土壤，是我國(guó)重要的商品糧基地。由于多年高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)利用，黑土層變淺的趨勢(shì)不可挽回，保護(hù)刻不容緩。李保國(guó)認(rèn)為，東北區(qū)應(yīng)該加快推廣如“梨樹(shù)模式”的保護(hù)性耕作等適宜的黑土地保護(hù)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)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(qū)因長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月的冬季地表嚴(yán)重裸露風(fēng)蝕造成的農(nóng)田土壤退化問(wèn)題。

此外，東北區(qū)（遼寧、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古東部）已發(fā)展出“玉米青貯—奶牛、肉牛生態(tài)養(yǎng)殖—糞污處理還田”的現(xiàn)代種養(yǎng)循環(huán)模式?！斑@些農(nóng)牧業(yè)結(jié)合的理念對(duì)再生農(nóng)業(yè)模式的推廣奠定了良好基礎(chǔ)?！崩畋?guó)說(shuō)。

不過(guò)，李保國(guó)強(qiáng)調(diào)，除了肉眼可見(jiàn)的黑土層變薄變黃，其實(shí)全國(guó)不同類(lèi)型的土壤都面臨著質(zhì)量退化問(wèn)題。

他建議，在黃淮海地區(qū)與中部平原區(qū)，秸稈還田相比覆蓋作物可能對(duì)該地區(qū)的農(nóng)戶(hù)更為適宜；在濱?；螯S河三角洲地區(qū)，應(yīng)借再生農(nóng)業(yè)的理念以農(nóng)牧結(jié)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(qū)，覆蓋作物的種植將有效緩解水土流失，但需探索節(jié)水保水控鹽下的綠洲再生農(nóng)業(yè)模式；在長(zhǎng)江中下游、華南和西南地區(qū)，各具特色的循環(huán)種養(yǎng)模式比整體放牧更為適合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)，應(yīng)考慮引入多種覆蓋作物，減少化肥施用，從而真正防治區(qū)域內(nèi)土壤退化。

李保國(guó)說(shuō)，對(duì)土地的過(guò)度利用必然會(huì)導(dǎo)致土地的退化，且越強(qiáng)化利用，退化就越強(qiáng)烈，這一趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)，但實(shí)施再生農(nóng)業(yè)能讓土壤更接近自然狀態(tài)，得到保護(hù)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(fù)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


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話(huà)框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書(shū)籍】，了解最新科普書(shū)籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥(niǎo)知識(shí)】，學(xué)習(xí)觀鳥(niǎo)相關(guān)科普知識(shí)
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情