中國網/中國發展門戶網訊 我國東北地區（遼寧省、吉林省、黑龍江省和內蒙古自治區東部，後文中東北地區凡沒特定指明均指此區域），是我國重要的森林、草地和濕地生態系統分佈區，總土地面積達 1.24×106 km2。東北地區在我國糧食安全和生態安全保障體系中佔有重要地位，2019 年東北地區糧食産量為 1.65×108 t，佔全國糧食總産量的 24.9%，是我國重要的糧食主産區；同時，東北地區也是《全國主體功能區規劃》中集水源涵養、水土保持、防風固沙和生物多樣性維護全部 4 種生態功能于一體的重點區域。東北地區土壤類型主要有黑土、黑鈣土、白漿土、暗棕壤、棕壤、草甸土和水稻土等，土壤有機質含量高，團粒結構好，水肥氣熱協調，這些擁有黑色或暗黑色腐殖質表土層的土地在農業生産中統稱為“黑土地”。因此，本文中東北地區也稱為東北黑土地區。20 世紀 50 年代大規模開墾以來，東北地區森林、草地和濕地等自然生態系統比例下降，而農田生態系統比例顯著上升。在長期高強度利用下，黑土地重用輕養，耕作、輪作、施肥不合理，加上風蝕、水蝕、溶蝕的影響，黑土地“變薄、變硬、變瘦、變酸”；同時，東北森林以木材生産為主的高強度採伐、濕地大面積開墾和地下水超採灌溉等導致水、土、氣候、生態環境失衡。因此，黑土地資源與環境的協調已經成為東北農業可持續發展的瓶頸。
習近平總書記在吉林考察時指出，要採取有效措施切實把黑土地這個“耕地中的大熊貓”保護好、利用好，使之永遠造福人民。農業農村部落實黨中央、國務院決策部署制定了《東北黑土地保護規劃綱要（2017—2030 年）》和《東北黑土地保護性耕作行動計劃（2020—2025年）》。黑土地保護和耕地品質提升問題不僅是耕地自身問題，還需要與山水林田湖草沙一體考慮。樹立“山水林田湖草沙生命共同體”理念，從原來以“耕地數量”為核心，轉向以“保護耕地整體生態環境條件”為核心，因地制宜地整合現有農業生産技術、裝備和産品，重視自然生態系統與農田生態系統的協調發展，充分發揮森林、草地、濕地等生態系統對農田的生態保護功能，切實保障黑土地不繼續退化，最終實現黑土地的持續利用。
東北黑土地區耕地土壤品質演變
耕地土壤類型與數量
根據 2019 年《全國耕地品質等級情況公報》，東北地區耕地總面積為 4.49 億畝（2.99×107 hm2），集中分佈在松嫩平原、三江平原、遼河平原、大小興安嶺山麓和長白山低山丘陵區；該區域耕地品質平均為 3.59 等，其中高等地（1—3 等）佔 52.01%，中等地（4—7 等）佔比 40.08%，低等地（8—10 等）佔比 7.90%。該區域耕地土壤類型面積最大的是草甸土，佔總耕地面積的 19.69%；其次為暗棕壤和黑土，分別佔耕地總面積的 16.76% 和 13.29%；再次為水稻土和黑鈣土，分別佔耕地面積的 11.63% 和 10.35%；其餘土壤類型中，白漿土、棕壤、潮土、褐土、栗鈣土分別佔 9.02%、6.15%、5.07%、4.28%、2.79%，鹽鹼土與沼澤土共佔 0.97%。
耕地土壤品質變化
近年來，由於自然因素制約和人為高強度利用，該區域水土流失日益嚴重。據調查，黑土區平均每年流失 0.3—1.0 cm 厚的黑土表層，黑土區原本較厚的黑土層現在只剩下 20—30 cm（圖 1），有的地方甚至已露出黃土狀母質，基本喪失了生産能力。據測算，黑土地區現有的部分耕地再經過 40—50 年的流失，黑土層將全部消失。根據第一次全國水利普查數據，目前東北地區水蝕面積達 2.16×105 km2，其中黑土和黑鈣土分佈區水蝕面積佔 35.5%。東北黑土有機質含量從原來開墾初期的 60—80 g·kg-1，耕種 20—30 年後下降到 20—30 g·kg-1，2014 年平均為 30.56 g·kg-1，這導致黑土有機碳儲量降低，成為“碳源”。多年來，東北地區普遍採用小四輪拖拉機進行農田耕作及運輸，反覆碾壓導致耕層土壤容重增加、土壤板結、孔隙減少、通透性變差、入滲能力下降。黑土理化性狀惡化導致保水、保肥性能減弱，抗禦旱澇能力降低，團粒結構減少，土壤日趨板結，黑土“變瘦、變硬”。2016 年對黑龍江嫩江至吉林公主嶺 46 個黑土耕地的調查表明，大多數耕地耕層厚度為 13—14 cm（佔 34.8%），而黑土耕地緊實層厚度大多為 10—17 cm（佔 30.4%）。
黑土地耕層土壤 pH 值下降，土壤酸化趨勢明顯。從東北黑土地區土壤情況來看，pH 值在< 4.5 的極強酸性耕地佔 12.8%，4.5—5.5 的強酸性耕地佔 13.7%，5.5—6.5 的弱酸性耕地佔 43.6%。從耕地的土壤類型看，黑土 pH 值均值為 5.98，暗棕壤為 5.91，棕壤為 6.26，草甸土為 6.7，白漿土為 5.84，水稻土為 6.32。雖然水稻土 pH 值接近中性，但由於稻田施肥量高，1979—2017 年，強酸性（pH 值 點5.5）水稻土面積增加了約 2.9×104 hm2，水稻 pH 值下降（土酸化）速率達 0.016/年；目前，該區域強酸性和弱酸性水稻土分別 6.1% 和 46.7%，中性水稻土僅佔 35.7%。
在東北黑土地保護行動中，目前已建立了以玉米秸稈覆蓋免耕為核心的“梨樹模式”，包括秸稈全覆蓋均勻行、秸稈覆蓋原壟壟作、秸稈集行全量覆蓋還田苗帶淺旋 3 種技術模式，實行收穫與秸稈覆蓋、土壤疏鬆、免耕播種與施肥、病蟲草害防治的全程機械化生産，綜合提升黑土的生産和生態功能。針對黑土耕層變淺、犁底層增厚問題，建立了以有機物料深混還田為核心的肥沃耕層構建技術體系，在黑龍江構建了黑土玉米-大豆輪作與翻免淺耕作組合的“龍江模式”，協同解決打破黑土犁底層，提高黑土有機質和養分庫的問題。
總體上，東北高強度墾殖利用和水土流失導致黑土“變薄、變硬、變瘦、變酸”，土壤有機質、耕層厚度和排灌能力已成為制約黑土地力提升的關鍵因子（圖 2）。在黑土地高標準農田建設中，緩坡耕地的細溝侵蝕及侵蝕溝切割嚴重影響了黑土地的機械化耕作培肥，亟待發展侵蝕溝治理模式；同時，黑土區冷涼氣候影響了秸稈等有機物料的分解和碳、氮、磷養分的迴圈利用，制約了土壤有機質的提升和化肥的有機替代，亟待發展農田生態系統有機物和養分高效迴圈利用模式。
東北黑土地區森林資源演變
森林面積和品質變化
東北地區森林是孕育、保護黑土地的關鍵生態系統之一，與黑土有“唇亡齒寒”的關係。東北地區現有森林 5.86×104 hm2（圖 3a），佔全國森林總面積的 27%；其中，天然林 4.55×107 hm2，人工林 1.31×107 hm2。東北地區森林覆蓋率為 47.2%，明顯高於全國水準（23.0%），其中喬木林面積為 4.87×107 hm2。40 年來，東北森林面積總體呈增加趨勢，增幅達 53.3%（圖 3b）。20 世紀 90 年代，由於實施退耕還林、防護林、速生豐産林工程等重大生態工程建設，東北地區森林面積呈快速增長趨勢，1995—2015 年東北森林面積增加幅度達到 35.2%。
東北地區森林蓄積量達 4.6×108 m3，佔全國的 26%，天然林蓄積為 40.5×108 m3（87.7%），人工林為 5.7×108 m3（12.3%）。東北森林品質總體呈上升趨勢，蓄積量從 1980 年的 3.0×109 m3 增加至 2015 年的 4.6×109 m3，增幅達 53.7%（圖 3b）。儘管東北森林蓄積量總體呈增加趨勢，但黑龍江省、吉林省和內蒙古自治區的單位面積森林蓄積量在 2000 年前呈現了波動或短期下降趨勢，顯示東北森林在遭受到長期強烈干擾後的恢復狀態。目前，東北地區原始林佔比不足 7%，約 70% 為次生林且多處於次生演替的初、中階段，以中齡林（34.8%）和幼齡林（21.9%）為主，森林品質總體不高，提升空間巨大。
農田防護林變化
通過營造農田防護林保護黑土地資源是國家生態安全建設的主要目標之一，也是保護黑土地最直接、最有效的手段。農田防護林可減輕自然災害，保育土壤，改善小氣候和水文條件，創造有利於農作物和牲畜生長繁育的環境，保證農牧業穩産、高産。1980—2017 年東北地區的農田防護林面積整體呈現先增加後減少的趨勢，具體表現為：從 1980 年的 6.11×105 hm2，到 1990 的 8.52×105 hm2 和 2000 年的 9.65×105 hm2；2000—2010 年呈現微弱的增長趨勢，僅僅增長了 4.7×103 hm2；然而，2010—2017 年則減少了 1.57×104 hm2（圖 4）。
1990—2017 年東北農田防護林品質整體下降，其中 2010—2017 年下降迅速，低品質防護林從 2010 年的 2.9×105 hm2 增到 2017年4.7×105 hm2（表 1），2017 年 53% 的防護林林齡大約 30 年。
森林/農田防護林生態功能的變化
東北林區森林提供豐富多樣的生態服務功能；其中，水源涵養、固碳和土壤保持與黑土保育息息相關。東北林區涵養的水源，灌溉著我國重要的商品糧、畜牧業生産基地——以黑土為主要的松嫩平原、三江平原和呼倫貝爾的農田和牧場。1992—2000 年東北地區水源涵養功能呈現下降趨勢，從 1992 年的 3.63×1010 m3 降至 2000 年的 2.40×1010 m3；隨後增至 2015 年的 3.61×1010 m3。森林可以減少地表徑流的侵蝕作用從而保育土壤。東北地區土壤保持功能從 1992 年 2.39×108 t 降至 2.17×108 t，隨後增至 2015 年的 3.18×108 t。森林碳匯能力影響著森林碳儲量的變化。清查數據顯示，東北地區森林生物量是顯著的碳匯 ；衛星數據顯示，近 10 年東北地區森林的碳匯能力在增強。森林提供的生態服務受森林品質、空間分佈、環境氣候等多方面因素影響；受限于森林品質，東北地區森林對高效保育黑土資源、綜合發揮多種生態服務功能的總體目標仍有一定差距。
農田防護林對黑土地的保護作用包括減緩土壤侵蝕和改善農田微環境。農田防護林帶能夠降低風速，減弱亂流交換，在一定程度上提高土壤含水量，從而防止或者減輕土壤風蝕。農田防護林對黑土地的改良作用主要包括增加土壤有機質、碳匯功能。由於農田防護林改善微氣候環境，形成有利於農業生産的微環境，促進土壤有機質積累及氮、磷養分庫容增加，減輕土壤鹽漬化。隨著農田防護效應程度的增加，其防護功能逐步增強。2010 年，東北地區農田防護效應程度僅為 18.3%，到 2017 年迅速減少到 15.3%，其生態保護功能呈現減少趨勢，亟待提升到 50% 以上的防護效應程度，實現良好的區域防護功能。
東北黑土地區草地資源演變
草地面積變化
東北地區的呼倫貝爾草地、松嫩草地、科爾沁草地構成我國北方重要的防風固沙帶的主體，對保障我國東北和華北糧食主産區的農、牧業生産，以及京津冀城市群和東北老工業基地的環境安全至關重要。
東北地區自然降水條件相對較好，草地植被生物多樣性非常豐富、生産潛力巨大。該地區的草甸和草甸草原總面積 4×107 hm2，佔我國北方溫帶草地面積的 25%；該地區土壤以黑鈣土、暗栗鈣土和草甸土為主，土壤腐殖質含量遠高於其他草地類型，土壤碳密度是典型草原的 2—3 倍、荒漠草原的 6—10 倍，家畜承載力佔整個北方草原的 58%。
在長期開發或不合理利用下，東北地區草地生態系統結構和服務功能的退化加劇，草地沙化退化面積的增長速度要遠高於其他草原地區。根據遙感監測，東北地區草地面積由 1990 年的 1.77×107 hm2 縮減至 2015 年的 1.67×107 hm2，佔東北地區面積的比重由 14.2% 下降至 13.4%。在這 25 年間，東北地區草地平均每年減少 3.9×104 hm2，主要集中于內蒙古東南部、吉林西部和黑龍江西南部。
草地生産力變化
在草地面積大幅減少的同時，東北地區草地生産力呈現持續降低。根據文獻資料統計，東北天然羊草草地生産力總體上呈現下降趨勢，平均乾草産量由 20 世紀 80 年代的 1 500—2 000 kg·hm-2 下降至目前的 450—600 kg·hm-2。人口、資源、環境與經濟發展之間産生惡性迴圈，導致草地退化與生態服務功能下降。因此，加強我國東北部沙化草地植被重建與退化草地植被的恢復及生態功能提升的技術研究與推廣示範，全面提升草地植被覆蓋度、生産力及其穩定性，可以充分挖掘併發揮草地植被的生態屏障作用，保障東北黑土地資源安全和生態安全。
東北黑土地區水資源和濕地資源演變
水資源和濕地資源特徵
東北黑土地區水資源緊缺且不穩定。據統計，東北地區水資源總量為 1.6×1011 m3，只佔全國水資源總量的 5.8 %；每人平均水資源量為 1 599 m3，為全國平均水準的 77.6 %。大氣降水是東北黑土地區地表水和地下水的主要補給源，但時空分佈極不均勻。空間分佈上，自東南而西北，年降水量自 1 000 mm 降至 300 mm 以下，從濕潤區、半濕潤區過渡到半乾旱區。時間分佈上，降雨高度集中于汛期（每年 7—9月），約佔全年降雨量的 70%，汛期徑流量佔全年徑流量的 80% 以上。受降水量年際變化的影響，東北黑土地區水資源總量、徑流量年際變化也較大，影響農業生産的穩定性。
水資源的可持續開發利用對東北黑土地區農業發展和濕地生態環境至關重要。據統計，2016 年東北地區農業用水量為 5.51×1010 m3，約佔全區可利用水資源量的 78%，高於全國平均水準（65%），地下水開採量為 3.22×1010 m3，約佔全區用水量的 46%，其中 82% 用於農田灌溉。此外，東北地區濕地面積廣闊，主要分散在大興安嶺、小興安嶺、長白山、三江平原、松嫩平原、遼河三角洲等地區，總計面積 7.5×104 km2，佔全國濕地總面積的 14.1%。濕地具有水源涵養、生物多樣性、洪水調蓄、局地氣候調節等重要的生態功能，而大面濕地開墾及地下水不合理開採會導致濕地萎縮或消失，生態環境失衡。東北地區是我國內陸沼澤濕地分佈面積最大的區域，沼澤濕地佔全國濕地面積的 48.3%。
水資源數量變化
過去近 50 年東北黑土地區平均氣溫呈線性增加，相應的蒸發量有明顯增加，而降水量整體上呈減小趨勢，但變化不顯著。從水量平衡角度看，東北黑土地區水資源補給量變化不顯著，而水資源短缺有加劇之勢。
東北黑土地區糧食作物灌溉需水量總體呈增加態勢。隨著耕地結構的變化方向由旱地向水田轉化，水稻需水變化控制著農田灌溉需水量。據統計，1990—2017 年，黑龍江、吉林和遼寧的水稻播種面積增加了 3.63×106 hm2，增加了 2.2 倍；其中，吉林和黑龍江面積分別增加了 4.0×105 hm2 和 3.27×106 hm2，分別增加了 0.96 倍和 4.86 倍，但遼寧水稻播種面積減少了約5×104 hm2 。
灌溉用水量的增加直接導致了地下水開採量的增加，一定程度上造成了地下水水位下降趨勢明顯。據統計，相比 2001 年用於農業的地下水開採量，東北地區 2016 年增加了 16%，達到了 2.65×1010 m3，而地下水埋深增加的區域主要集中于松嫩平原中部和東北部、三江平原東部，以及遼河平原西部等地區。近年來，東北四省（區）採取了一系列治理措施，部分超採區得到有效治理，但農業生産使得局部地下水超採有加劇趨勢。因此，如何有計劃地調整糧食種植結構和提高灌溉用水生産率成為在緩解缺水與保持農業高産、穩産之間取得平衡的關鍵因素。
濕地面積和生態功能變化
受糧食生産壓力和對濕地功能認識的不足，東北黑土地區濕地面積明顯退化。以三江平原為例，經過近 60 年大規模墾荒，濕地面積已降到 1949 年前的 20%，不足 1.0×106 hm2。據最新遙感解譯，2020 年底東北濕地為 7.66×106 hm2，相比 1975 年減少了11%。此外，由於濕地面積的變化受氣候和人類活動的影響程度不同，不同時期濕地類型轉化規模不同，但耕墾是當前最主要的變化模式。對比東北 1990—2000 年和 2000—2013 年天然濕地和人工濕地與其他類型間的轉化，發現在 1990—2000 年有 1.15×106 hm2天然濕地轉化為耕地，人工濕地轉化為耕地的面積僅 2.5×104 hm2，而 2000—2013 年僅有 5.35×105 hm2天然濕地轉化為耕地，人工濕地轉化為耕地的面積僅 2.0×104 hm2。
濕地生態系統通常在調節水文徑流、補給地下水和維持流域水準衡發揮著重要作用。然而，東北濕地受到氣候變化和人類活動的影響而大面積減少，導致這些功能顯著降低，使東北地區在乾旱或洪水災害面前緩衝能力降低。較為典型的例子為 1998 年松嫩流域特大洪水。在中西部半乾旱地區，水利工程建設導致地表水補給減少、地下水過度開採等加劇該地區由氣候變化導致的濕地萎縮，使土地進一步沙化。與半乾旱區相比，水資源豐富的三江平原沼澤濕地大面積減少而人工濕地增加，這導致沼澤濕地景觀破碎化、生物多樣性減少。而光、熱資源豐富的遼河平原，水稻種植無序發展加劇了當地水資源供需矛盾，並造成了地下水污染等環境問題。
東北黑土地保護利用建議
針對東北地區黑土地保護問題，國家已出臺相關科技專項和工程治理專項，但在水土資源和環境的協調方面依然存在一些不足。上述東北黑土地區森林、草地、濕地和水資源演變的調查分析表明，只有把黑土地保護需要放到山水林田湖草沙大系統中進行保護，才能阻控和修復黑土地退化，實現黑土地可持續利用目標。在今後國家相關政策及發展規劃制定中應加強 5 個方面的行動。
阻控黑土地退化與障礙因子消減。東北黑土地區應加強水土流失綜合治理：針對黑土漫川漫崗區，實行等高種植、地埂植物帶等固土保墑的技術措施；針對低山丘陵區，以小流域為單元，實施坡改梯、盲溝鼠洞排水等坡面治理措施，加強溝頭防護、谷坊、塘壩、切溝填埋整治等侵蝕溝治理，大力推行保護性耕作，確保黑土地耕層不“變薄”。加強秸稈直接還田和秸稈堆漚還田，發展綠色種養迴圈産業，合理使用畜禽糞便，保障有機物料的迴圈利用，確保黑土地有機質穩中有升。加強高標準農田建設力度，開展平衡施肥和酸化土壤改良，遏制土壤酸化。在中低産田地區，特別是風沙鹽鹼區，開展土地生態整治和土壤生物學改良，提高土壤品質。
恢復森林植被與新型農田林網體系重構。黑土地保護的根本是生態屏障，特別是孕育黑土的林草系統及保護農田的農防林。應在水源地和河岸帶等黑土保護關鍵帶加大林草植被恢復力度。對於極易發生土壤侵蝕的黑土區陡坡耕地，須優先保護並恢復森林植被；對於坡度範圍 8°—15° 的黑土耕地，應考慮林草植被恢復。規劃以生態保護為主的農田防護林帶/網方案，優化“林-田”景觀格局，根據不同土壤侵蝕程度，構建不同網格的防護林網，減少黑土侵蝕（圖 5）。建立農田防護林生態補償機制，提升農田防護林建設積極性。
加強水土資源監控和優化配置。在堅守國務院 2013 年頒布的水資源管理“三條紅線”和濕地保護紅線的基礎上，遵循以水定地的原則，協調東北農田-濕地的水資源平衡管理：在中西部半乾旱區，應控制水田比例，並適當地開展濕地生態補水；在三江平原區應合理規划水稻田分佈，保護濕地生物多樣性；在遼河平原區應調整水稻佈局，控制氮、磷輸出，遏制生態環境惡化的趨勢。
優化流域尺度生態系統配置。把具有生物多樣性維護等生態功能極重要區域和生態極脆弱區域劃入生態保護紅線，實施山水林田湖草沙一體化發展戰略，開展黑土地生態保護（屏障）模式建設。
加強“山水林田湖草沙系統”功能協調發揮機制研究。綜合評價山水林田湖草沙系統對黑土地保護的作用及貢獻率，研究東北黑土區生態屏障建設的基礎理論與技術。
（作者：張佳寶、孫波、潘喜才，中國科學院南京土壤研究所；朱教君、高添，中國科學院瀋陽應用生態研究所；汪景寬 瀋陽農業大學土地與環境學院；《中國科學院院刊》供稿）