我國北方秋種冬油菜防控冬春土壤風蝕。劉忠寬攝

 再生農(nong) 業(ye) 六大核心理念

“再生農(nong) 業(ye) 可以讓農(nong) 業(ye) 和土壤更加接近自然狀態。”中國農(nong) 業(ye) 大學土地科學與(yu) 技術學院院長李保國在接受《中國科學報》采訪時說，“再生”一詞本質上意味著“重新產(chan) 生的能力”。因此，如果一個(ge) 係統是再生的，它就有內(nei) 在的能力使自己不斷更新永存。

近日，《中國農(nong) 業(ye) 科學》在線發表了李保國等人的最新論文，係統探討了再生農(nong) 業(ye) 的內(nei) 涵、國內(nei) 外應用的生態和經濟效益，以及在我國的應用情景，為(wei) 我國引入和發展這一新型農(nong) 業(ye) 模式提供理論指導。

“熱”起來的“老”概念

“再生農(nong) 業(ye) 早在上世紀80年代由美國科學家Robert Rodale提出，但一直不溫不火。”李保國說，直到近幾年，再生農(nong) 業(ye) 頻繁出現在國際上的重要活動和重要文件中。

2020 年，榮獲世界糧食獎的國際土壤科學聯合會(hui) 主席Rattan Lal將再生農(nong) 業(ye) 當作重要研究課題，並認為(wei) 該模式能夠真正同時滿足日益增加的糧食需求和生態環境改善需求。

在過去40 年裏，人類麵臨(lin) 著前所未有的生態危機。由於(yu) 土壤退化和荒漠化，世界30%的農(nong) 田被遺棄，而52%的農(nong) 業(ye) 用地受到土壤退化的中度至嚴(yan) 重影響。土壤因人類活動，主要是農(nong) 業(ye) 活動而退化。

頻繁翻耕或整地、灌溉、不合理施用化肥和農(nong) 藥、過度放牧以及重型農(nong) 業(ye) 裝備使用，都會(hui) 造成土壤退化。開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(wei) 土壤由碳匯變為(wei) 碳源，更多土壤有機質分解釋放二氧化碳到大氣中，對全球變暖產(chan) 生重要影響。

東(dong) 北吉林省梨樹縣境內(nei) 采取梨樹模式後一典型黑土的土壤剖麵。現黑土層厚度20-30cm，科學研究推測此處黑土開墾前，黑土層厚度應為(wei) 60-70cm。李保國供圖

另一方麵，人類還麵臨(lin) 糧食安全的問題。預計2050 年要多生產(chan) 60%的糧食才能滿足人類的需求，這隻能通過不斷提高單位土地的生產(chan) 力來實現。

麵對雙重脅迫，全球科學家提出了有機農(nong) 業(ye) 、保護性農(nong) 業(ye) 、低碳農(nong) 業(ye) 、生態農(nong) 業(ye) 等以實現可持續農(nong) 業(ye) 為(wei) 目的的農(nong) 業(ye) 模式。

“但是全球農(nong) 業(ye) 可持續危機仍在加劇。一個(ge) 主要原因是這些模式沒有真正從(cong) 土地可持續利用或保護性利用出發實現農(nong) 業(ye) 自身可持續的發展。”李保國說。

Robert Rodale提出的再生農(nong) 業(ye) 概念就是以土地的可持續利用為(wei) 基礎，並進行了30多年的探索試驗。在北美，他們(men) 實現了二氧化碳排放量降低35.3%、利潤增加193.7%的顯著生態經濟效益。

李保國等通過梳理再生農(nong) 業(ye) 定義(yi) ，把再生農(nong) 業(ye) 概述為(wei) 是以實現農(nong) 業(ye) 可持續發展為(wei) 目的，基於(yu) 土地保護性利用，在減少機械作業(ye) 和化學品投入的基礎上，通過基於(yu) 自然的解決(jue) 方案提高作物產(chan) 出的同時，提升土壤有機質和氮元素、促進土壤固碳、改善土壤健康、實現最大化生物多樣性的農(nong) 業(ye) 模式。

兩(liang) 項“新”技術措施

“再生農(nong) 業(ye) 以土壤為(wei) 中心，而不是以種子為(wei) 中心，其前提是土壤、植物、動物和人類的健康是不可分割的。在當前的氣候變化和環境問題的背景下，適當地擴展這一理念，認為(wei) 土壤、植物、動物、人和環境的健康是一個(ge) 不可分割的整體(ti) 。”2020年，Rattan Lal撰文指出，再生農(nong) 業(ye) 協調了生產(chan) 充足的營養(yang) 食品和恢複環境的必要性兩(liang) 個(ge) 挑戰，使得農(nong) 業(ye) 成為(wei) 解決(jue) 環境問題的方法。

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

和此前的可持續發展農(nong) 業(ye) 的概念相比，“再生農(nong) 業(ye) 包括了基於(yu) 係統的保護性農(nong) 業(ye) 。”Rattan Lal說。

李保國向記者解釋道，再生農(nong) 業(ye) 深化與(yu) 拓寬了保護性農(nong) 業(ye) 的概念。在技術措施上，二者都包括免耕農(nong) 業(ye) 、秸稈覆蓋、病蟲害綜合治理和複雜輪作等。而再生農(nong) 業(ye) 又突出強調了覆蓋作物和整體(ti) 放牧兩(liang) 項技術措施。

吉林省梨樹縣玉米-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(shu) 的中國農(nong) 業(ye) 大學草業(ye) 科學與(yu) 技術學院副教授王顯國告訴《中國科學報》，覆蓋作物是指主要用於(yu) 管控農(nong) 業(ye) 生態係統中土壤侵蝕、土壤肥力、土壤質量、水、雜草、害蟲、病害、生物多樣性和野生動物的一類栽培作物，主要由豆科、禾本科及十字花科草本植物組成，通過與(yu) 主栽作物間套作、輪作的方式種植，發揮覆蓋表土、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(wei) 後續馬鈴薯作物提供80%到100%的氮需求。另一項研究顯示，黑麥覆蓋能迅速吸收傳(chuan) 統玉米田和免耕玉米田中25%到100%的殘留氮，減少過量氮肥對周圍水體(ti) 的麵源汙染。

“理想的覆蓋作物是那些能在開花前終止其生長的作物，這樣他們(men) 就不會(hui) 產(chan) 出種子從(cong) 而變成雜草。在它們(men) 活著的時候，其光合作用是土壤碳的一個(ge) 重要來源，死後可作為(wei) 生物質被利用。”李保國說，覆蓋作物和保護性耕作中提倡的秸稈覆蓋不同。“覆蓋作物是在農(nong) 田空閑期種植的活的覆蓋作物，不僅(jin) 增加了農(nong) 田生態係統的生物多樣性，還大大提升了土壤有機質的數量與(yu) 品質。”

再生農(nong) 業(ye) 提倡的整體(ti) 放牧是模擬大自然本身的形態，良好的放牧措施促進了植物生長，增加了土壤碳沉積，提高了整個(ge) 牧場的生產(chan) 力，同時大大提高了土壤肥力、昆蟲和植物的生物多樣性，以及土壤的固碳能力。

李保國認為(wei) ，我國飼料糧供給總體(ti) 不足，營養(yang) 缺乏、價(jia) 格高成為(wei) 近年來國內(nei) 畜牧業(ye) 發展的製約因素。整體(ti) 放牧措施既考慮了動物福利，又提高了畜牧業(ye) 產(chan) 品的產(chan) 量和質量。

實驗證明，采用整體(ti) 放牧可以在3年內(nei) 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(ti) 。

中國的前期實踐與(yu) 未來發展

近十年來，李保國在東(dong) 北黑土區吉林省梨樹縣實施保護性耕作技術取得了顯著的成效，他對以保護性農(nong) 業(ye) 為(wei) 基礎的再生農(nong) 業(ye) 充滿了信心。

“從(cong) 這個(ge) 意義(yi) 上來說，我們(men) 國家雖然此前沒有應用再生農(nong) 業(ye) 這個(ge) 理念去管理農(nong) 業(ye) 生產(chan) 實踐，但確實有符合再生農(nong) 業(ye) 概念的農(nong) 業(ye) 生產(chan) 。”李保國說。

以覆蓋作物為(wei) 例，王顯國介紹，我國果樹栽培管理中常用的果園生草措施，實際上屬於(yu) 覆蓋作物的範疇；北京和河北等地秋季在裸露的農(nong) 田種植黑麥等作物以抑製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。

“沒有接觸再生農(nong) 業(ye) 和覆蓋作物的概念前，種植上述‘覆蓋作物’主要是為(wei) 了經濟效益，現在越來越重視其核心作用，那就是生態環境保護的作用。”王顯國說。

李保國分析了我國不同農(nong) 業(ye) 區域未來實施再生農(nong) 業(ye) 的可能性。

備受全國人民關(guan) 注的東(dong) 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。由於(yu) 多年高強度開發利用，黑土層變淺的趨勢不可挽回，保護刻不容緩。李保國認為(wei) ，東(dong) 北區應該加快推廣如“梨樹模式”的保護性耕作等適宜的黑土地保護技術，並在此基礎上進行覆蓋作物的種植探索，這才有望解決(jue) 馬鈴薯和花生及青貯玉米產(chan) 區因長達7個(ge) 月的冬季地表嚴(yan) 重裸露風蝕造成的農(nong) 田土壤退化問題。

此外，東(dong) 北區（遼寧、吉林、黑龍江、內(nei) 蒙古東(dong) 部）已發展出“玉米青貯—奶牛、肉牛生態養(yang) 殖—糞汙處理還田”的現代種養(yang) 循環模式。“這些農(nong) 牧業(ye) 結合的理念對再生農(nong) 業(ye) 模式的推廣奠定了良好基礎。”李保國說。

不過，李保國強調，除了肉眼可見的黑土層變薄變黃，其實全國不同類型的土壤都麵臨(lin) 著質量退化問題。

他建議，在黃淮海地區與(yu) 中部平原區，秸稈還田相比覆蓋作物可能對該地區的農(nong) 戶更為(wei) 適宜；在濱海或黃河三角洲地區，應借再生農(nong) 業(ye) 的理念以農(nong) 牧結合或整體(ti) 放牧的方式進行鹽漬化土地的開發利用；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(nong) 業(ye) 模式；在長江中下遊、華南和西南地區，各具特色的循環種養(yang) 模式比整體(ti) 放牧更為(wei) 適合當地農(nong) 業(ye) ，應考慮引入多種覆蓋作物，減少化肥施用，從(cong) 而真正防治區域內(nei) 土壤退化。

李保國說，對土地的過度利用必然會(hui) 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，但實施再生農(nong) 業(ye) 能讓土壤更接近自然狀態，得到保護性的高效利用，這就有望延緩甚至阻止退化過程，保持或恢複性提高耕地質量水平。

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


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