中國網/中國發展門戶網訊 我國東北平原行政區域涉及遼寧省、吉林省、黑龍江省和內蒙古自治區東部的赤峰市、通遼市、興安盟、呼倫貝爾市（以下簡稱“內蒙古東四盟市”）；該區域集中分佈著富饒的黑土類型土壤，是世界四大黑土區之一，非常適合於農耕。東北地區現有耕地3.59×107 ha，糧食産量佔全國糧食總産的近 1/4，輸出的商品糧佔全國商品糧總量的 1/3，是名副其實的“第一糧倉”；由於在國家糧食安全中起著舉足輕重的作用，東北地區被稱作我國糧食安全的“壓艙石”。近年來，東北地區糧食綜合生産能力不斷提高，國家糧食安全“壓艙石”的地位持續鞏固；但是，當前黑土地可持續利用中已凸顯和隱含的一系列科學問題受到越來越多的關注，特別是長期高強度利用下黑土地品質退化的問題日益嚴重。因此，如何保障未來黑土地糧倉在國家糧食安全中的地位，事關國家糧食安全，已成為國家發展戰略中的重大問題，挑戰性巨大。
改革開放以來黑土地糧倉農業發展狀況
糧食播種面積和産量持續上升，最大糧食生産基地和商品糧基地的地位穩固。1980 年以來，東北地區糧食播種面積由 1.55×107 ha 增加到 2019 年的 2.85×107 ha，糧食總産量由 1980 年的 3.70×107 t 提高到 2019 年的 16.54×107 t（圖 1）。1980 年，東北地區糧食總産量約為全國糧食總産量的 12%，到 2019 年已經提高到接近 25%；商品糧輸出率接近全國商品糧的 1/3，成為我國最大的糧食生産基地和商品糧基地。
糧食生産結構變化顯著，高産作物佔比突出。改革開放初期，東北地區糧食作物以玉米、大豆、小麥和水稻為主。其中，玉米播種面積佔糧食播種面積的 35%，是第一大糧食作物；大豆播種面積佔糧食播種面積的 19%，是傳統的優勢糧食作物；小麥播種面積佔糧食作物播種面積的 16%，在大興安嶺山麓平原及三江平原有較大規模的種植；水稻播種面積佔糧食播種面積的 6%，主要散佈在松嫩平原和遼河平原的低窪濕地。此外，高粱、穀子、蕎麥、燕麥和各種雜豆等雜糧也有較大比例的種植，佔當年糧食作物播種面積的 21%（圖 2）。改革開放後，隨著國家對東北地區糧食生産要求的不斷提高，該地區糧食作物種植結構經歷了較大調整：産量較低的小麥和雜糧面積逐步縮減，代之以單産水準更高的玉米和水稻；同時，新增播種面積中，也以玉米和水稻為主。2001 年中國加入世界貿易組織（WTO）後，東北大豆受到嚴重衝擊，種植面積下滑嚴重。在大豆補貼等政策支援下，大豆種植面積在 2016 年以後逐漸恢復。2019 年，玉米、水稻和大豆播種面積佔糧食作物播種面積的比例分別為 54%、22% 和 20%，小麥播種面積佔糧食播種面積的比例不到 0.3%（圖 2）。糧食播種面積在空間上形成了玉米比重最大、稻穀局部佔優、大豆恢復性增長、小麥和雜糧全面縮減的糧食種植結構。
各省份糧食生産能力分化明顯，黑龍江省和內蒙古東四盟市增産幅度大。東北地區各省份的糧食生産區域差異明顯。遼寧省糧食播種面積由 1980 年的 3.22×106 ha，提高到 2019 年的 3.49×106 ha；糧食産量由 1980 年的 1.22×107 t，提高到 2019 年的2.42×107 t。40年間播種面積和産量分別增加了 8.30%和 98.92%。黑龍江省糧食播種面積從 1980 年的7.32×106 ha 發展到 2019 年的 14.34×106 ha，糧食産量由 1.46×107 t 上升到 7.50×107 t，分別增長了 95.92% 和413.10%，是東北地區糧食産量提升最多的省份。吉林省糧食播種面積由 1980 年的 3.52×106 ha，提高到 2019 年的 5.64×106 ha，糧食産量由 0.86×107 t 上升到 3.88×107 t，産量增加了 351.10%。內蒙古東四盟市糧食播種面積由 1980 年的 1.39×106 ha 上升到 2019 年的 5.02×106 ha，糧食産量由 0.23×107 t 提高到 2.73×107 t，糧食産量提高了 1 096.70%，是東北地區糧食産量提升最快的區域（圖 1）。
農業機械化水準提高顯著，有力支撐了糧食生産的現代化。從 1980 年到 2019 年，東北地區農業機械總動力由 1.79×107 kW 上升到 14.61×107 kW，增加了約 7 倍；尤其是 2003 年以後，農業機械總動力增加速度明顯加快，這與我國 2003 年以後糧食播種面積企穩回升及農業現代化水準穩固提高的趨勢一致（圖 3）。與糧食播種面積變化不同，農業機械總動力年際波動小，總體平穩上升。區域內，黑龍江省的農業機械總動力增速最快，遼寧省和內蒙古東四盟市增加較為平穩。以遼寧省為例，1980—2019年糧食播種面積變化不大，但其農業機械總動力持續上升，這顯示東北地區農業機械化水準顯著提高，有力地促進了糧食生産現代化進程。
黑土地糧倉糧食生産可持續發展面臨的問題
黑土品質退化嚴重，糧食安全可持續性隱患明顯
黑土地經過多年的高強度利用以後，面臨著不同程度的退化。由於氣候、區位、開發年限、資源稟賦和利用方式的不同，東北黑土地退化的程度和表現不盡相同，但共同特徵是黑土層在“變薄、變瘦、變硬”。黑土層厚度每年下降 2—10 mm，耕層有機質含量比開墾初期下降了 40% 以上，50% 的農田存在緊實的犁底層、鹼化層、白漿層等障礙層次。
“變薄”。東北自黑土區開墾以來，在水蝕、風蝕和凍融侵蝕的作用下，黑土層厚度在逐漸變薄；初墾時黑土層平均厚度 70 cm 左右，目前大部分在 40 cm 以下，侵蝕嚴重的地方則不足 20 cm，有的甚至出現了“破皮黃”。
“變瘦”。開墾前黑土耕層的有機質含量高達9%，開墾以後黑土耕作層的有機質含量在逐漸下降，20 年後降低了 1/3。目前，黑龍江省、內蒙古東四盟市、吉林省和遼寧省黑土耕層有機質的平均含量分別為 3.6%、3.4%、2.5% 和 1.7%。
“變硬”。容重是直觀反映土壤緊實度的指標。已有研究表明，自然黑土的容重範圍為 0.80—1.00 g/cm3（平均 0.90 g/cm3）；全國第二次土壤普查（1982年）時，黑土耕層的容重為 1.00—1.10 g/cm3（平均1.05 g/cm3），而目前黑土耕層的容重已增加到 1.25—1.30 g/cm3（平均 1.28 g/cm3），有些地方甚至超過了1.40 g/cm3。
黑土地品質退化的直接後果就是耕地生産潛力下降。為了維持黑土地的生産能力，農民不得不加大化肥等生産資料的投入。1980—2019年，東北黑土區的化肥施用量由 4.57×106 t 上升到 7.38×106 t。化肥投入的增加與土壤的持續透支性利用，不僅降低了農民種糧的收益，也進一步加劇了黑土地退化。
糧食總産的增加是以作物結構調整為主，增産品質不高
從圖 1 可以看出，東北地區糧食産量的增加與糧食作物播種面積的增加高度相關。尤其是 2003 年以來，糧食增産的主要貢獻來源於糧食播種面積的增加、低産作物比重下降和高産作物比重上升的結構調整。
糧食播種面積和作物結構主導了東北地區的糧食生産能力和糧食安全形勢。以黑龍江省為例，2016 年黑龍江省重點調減了玉米種植面積，增加大豆種植面積。在糧食播種面積基本保持穩定的情況下，黑龍江省 2016 年玉米麵積佔比由 2015 年的 52% 下降為 46%，大豆面積佔比由 19% 上升為 23%，導致同期的糧食産量下滑 2.62%。此後 2017—2019 年，糧食播種面積顯著增加，才逐步抵消了結構調整帶來的産量下降。
種植結構單一化和粗放管理，加劇黑土地退化與環境污染的風險
2003 年以來，東北地區糧食增産主要依靠糧食播種面積的大幅度增加和種植結構向高産的玉米與稻穀調整兩個方面。目前的種植結構中，玉米與水稻的播種面積佔到糧食播種面積的 3/4 以上；其中，玉米播種面積佔比超過 54%，形成了玉米在區域上絕對佔優、水稻局部佔優的種植格局。
水稻是東北地區僅次於玉米的第二大作物，播種面積佔糧食播種面積 22%。1980 年水稻種植主要分佈于遼河平原南部，以及少量分佈于松嫩平原東部地區和三江平原。水稻種植區年降水量在 400—550 mm。2019 年，松嫩平原東部和三江平原水稻種植面積快速增長，目前已成為東北水稻主産區。過去 40 年間，水稻種植的 80% 擴張面積分佈在年降水量 500 mm 以下的松嫩平原東部和三江平原地區。其中，松嫩平原在年降水量小于 350 mm 的區域內水稻種植面積也出現了顯著增長，增長面積佔比達到 22%。東北水稻面積遷移特性與區域降水變化的時空響應關係並不密切。水稻的大面積種植帶來了生産用水與生態用水的矛盾。目前，由於農業耗水大量增加，東北地區的自然濕地面積大幅度縮小，僅為開發種稻前的一半，且出現碎片化。水稻大面積種植，造成生態用水緊張的同時，也導致地表水和淺層地下水污染，威脅糧食安全的可持續發展。由於松嫩平原稻田多分佈于鹽鹼地，為保障秧苗正常生長，除泡田排水、曬田排水外，在插秧前還要進行大規模的洗鹽排水。因此，松嫩平原水稻區的水陸交換更為頻繁，單位面積水田的面源污染輸出負荷可達旱地的 521 倍。
另外，單一作物連作且比重增大，加劇了土壤養分的不平衡吸收和土壤結構惡化，進而加速黑土地土水資源品質的退化。
局部地區水資源過度開發，危及區域生態安全
全球變化背景下，近 30 年黑土區降水量減少且降水年際間和年內波動性大，降水量和水資源量的極其不穩定直接影響糧食安全用水的保障程度。遼寧省地表水資源和水資源總量的年際差異最大，其次是黑龍江省和吉林省。近 20 年來，與全國農業用水佔比明顯下降的趨勢相反，黑土區農業用水佔比大幅上升，這直接反映了該區域農業生産比重的明顯上升，其中最為明顯的是黑龍江省和內蒙古東四盟市。農田灌溉面積發展迅速是該區域農業用水增加的主因，但節水灌溉技術推廣應用嚴重滯後，造成水資源大量浪費。全區灌溉農田佔耕地比例增幅 57%，節水灌溉面積佔灌溉面積的增幅僅 28%。在用水效率方面，糧食用水效率進步明顯，但仍有較大的提升空間。
近 20 年來，黑土區糧食作物水分生産力有了巨大提升，提高幅度均在 50% 以上。總體上，遼寧省和吉林省的糧食作物的水分生産力較高，噸糧耗水均在 600—700 m3；黑龍江省的噸糧耗水也將有望降低到 1 000 m3。從不同作物來看，黑土區玉米水分生産力在過去 20 年有顯著提高，提升幅度為 40%—70%。黑土區曾是我國大豆主産區，但隨著近 20 年來大豆面積和産量大幅度縮減，其水分生産力提高的幅度不甚明顯。大豆屬高耗水作物，在當前“雙迴圈”新發展格局要求下，黑土區大豆種植重新擴張。但是，如要維持較高的産量水準，需要有相應的灌溉水資源支援，同時需要大力提高其水分生産力。內蒙古東四盟市降水和作物需求不匹配，近年來農田灌溉擴張過快，造成對地下水的大量開採。由此導致了一系列生態環境問題，需要引起高度重視，並採取堅決措施壓減該區域的農田面積。
全球氣候變化，導致東北地區農業生産不確定性增加
在全球氣候變化的背景下，近 30 年東北地區氣溫整體呈升高趨勢，年平均氣溫每 10 年升高 0.38℃，顯著高於全球及全國平均水準。作物生長季內 點10℃ 的積溫呈增加趨勢，每 10 年增加 46.7℃·d，而降水量總體呈減少趨勢且年際波動增大；太陽總輻射量呈增加趨勢，每 10 年增加 29.5 MJ ∙ m−2。乾旱、洪澇、高低溫和大風等極端天氣氣候事件發生的頻率和強度增加，特別是每年 7—8 月颱風頻繁登陸往往導致農作物大量倒伏，嚴重威脅農業生産。
氣候變化對東北地區農業的影響利弊共存；但若不採取相應措施，氣候變化對東北地區農業的影響總體是不利的。分析表明，氣候變化背景下，東北地區春玉米、單季稻和大豆潛在産量每 10 年降低 0.33、0.26 和 0.06 t·ha−1。同時，受極端天氣氣候事件增加和氣候變化影響，單産波動性和不確定性加大，生産風險增加。如果針對性地採取適應措施，氣候變化對東北地區農業的影響總體是有利的。例如，熱量資源增加使作物可能生長季延長，玉米和水稻等作物可種植區域向北、向高海拔地區推移，其可能種植區域擴大；尤其是生育期更長的中晚熟玉米品種可種植區域向北推移，為作物種植佈局調整帶來了新機遇。
協調糧食安全和生態安全、增強糧食生産可持續性的對策
2020 年 7 月，習近平總書記在吉林考察時，要求“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”。習近平總書記還多次強調：“確保國家糧食安全，把中國人的飯碗牢牢端在自己手中。”根據《全國農業可持續發展規劃（2015—2030 年）》，東北地區屬於農業優化發展區，須在確保糧食等主要農産品綜合生産能力穩步提高的前提下，保護好農業資源和生態環境，實現生産穩定發展、資源永續利用、生態環境友好。
從資源利用潛力上來講，若保住優質的黑土地資源，並保證水資源的有效供給，東北地區糧食生産還有較大的潛力。經測算：近 30 年春玉米全區平均潛在産量為 22.4 t·hm−2，地區間差異明顯，變化範圍為 16.1—26.7 t·hm−2；按玉米實際産量 8.4 t·hm−2 計算，全區仍有 62.5% 的提升空間。東北寒地水稻近 30 年全區光溫潛在産量為 20.4 t · hm−2，變化範圍 15.8—25.1 t·hm−2；按水稻實際産量 10.5 t · hm−2 計算，全區仍有 48.5% 的提升空間。大豆近 30 年全區平均潛在産量為 5.5 t·hm−2，變化範圍為 3.3—6.9 t·hm−2；按實際産量 1.9 t·hm−2 計算，全區仍有 65.5% 的提升空間。
然而，比較各作物全生育期降水量對作物需水量的匹配程度可以發現：玉米全生育期需水量 383—633 mm，雖然東北地區年均降水量 337—871 mm，但地區間差異較大；總體而言，玉米全生育期降水量 540 mm 以下的地區不能滿足玉米需水量。大豆全生育期需水量全區平均為 510 mm，大豆全生育期降水量全區平均為 464 mm，生長季內水分虧缺 46 mm；總體而言，在東北地區的西部和北部地區大豆生長季降水量低於 500 mm 的區域降水量不能滿足大豆需水量。水稻全生育期全區降水量平均為 432 mm，在全生長季有淹水層管理條件下，需補充灌溉 740—1020 mm；如採取乾濕交替管理模式，全區平均需補充灌溉 274 mm。因此，在保證黑土地品質的基礎上，農業水資源的有效供給和水分生産力的提高程度決定了黑土地糧倉糧食增産的潛力，需要對該區域糧食增産計劃的水資源匹配條件和支撐能力進行權衡。
黑土區糧食生産穩定性或可持續性面臨著 2 個主要的矛盾。利用和保護的矛盾。未來如何權衡利用和保護的關係，在多大範圍、什麼樣的量級上、以什麼樣的時間節奏把握好利用與保護的矛盾，需要科學謹慎決策。國家目標和農戶需求的矛盾。國家目標關注的不僅僅是糧食安全，也兼顧生態安全，更需要把糧食安全和生態安全作為一項長期目標。在農業生産經營活動中，農戶關注的焦點是短期的經濟效益，糧食安全和生態安全及其可持續性只是其經濟活動的外部效應。顯然，國家目標和農戶目標只有很小的重疊，而大部分是矛盾的，甚至是對立的。這種矛盾，給東北黑土地糧倉可持續發展戰略的順利實施帶來一定挑戰。
針對國家發展對黑土地糧倉的需求，在世界百年未有之大變局，以及“雙迴圈”新發展格局下，如何通過體制和機制創新，支撐東北黑土區糧食産能和農業農村現代化建設，實現“藏糧于地、藏糧于技”的國家戰略目標，夯實糧食安全這一國家安全的重要基礎，提出 5 個方面的對策建議。
政策、市場、技術三位一體，促進土地規模化經營，發展黑土地糧倉大農業
當前黑土地糧倉發展的主要問題在於保護和利用之間的矛盾。對於黑土地保護的重要性和緊迫性，無論是政府、科研人員還是生産經營者，都在一定程度上達成了共識；當前限制黑土地保護行動實施的主要因素在於土地的零散經營。一家一戶的土地經營模式，不僅不利於協調黑土地利用和保護技術模式的形成和推廣，而且不利於糧食生産的穩定性和抗風險能力的提升，進而會影響黑土地糧倉的可持續發展。因此，政策、市場和技術體系三位一體，建立黑土地糧食生産的長效機制，共同加快土地流轉，促進土地規模化經營，發展糧食生産大農業是黑土地糧倉農業發展的必由之路。
目前，東北黑土區的土地流轉已經取得了一定的成效，也涌現了一批專業合作社和其他形式的合作組織，展示了規模化經營的良好前景，但是在土地流轉方面依然遇到了諸多困難。制約土地流轉和規模化經營的最大限制因素是農戶在土地流轉以後的社會保障和就業機會不配套。在我國傳統的農村社會體系中，土地不僅是最重要的生産資料，同時也是最基本的農村社會保障，農戶對於土地有很強的依賴心理。鼓勵農戶土地流轉，就需要在政策上給予流轉土地的農戶一定形式的社會保障，解決農戶的後顧之憂。同時，在産業佈局上，須依託黑土地糧食生産的地域優勢，延長農業産業鏈，給農戶創造更多的就業機會，穩定土地流轉的成效。
促進黑土地糧食可持續發展長效機制的建立，須充分發揮政策的引導作用、市場的資源配置作用和科技的提質增效作用。在科技研發方面，應鼓勵科研機構與專業合作社合作，使科研成果更接地氣。在市場方面，創新黑土地糧食生産的金融保險體系和資訊化體系，穩定和促進黑土地糧食生産的可持續發展。在政策方面，須強化和細化現有的農業補貼和最低價收購政策，從而為土地流轉、種植結構調整和保護性耕作的具體落實起到引導作用；同時，應在政府主導下，建立多部門多目標的協調機制，進而實現國家和農戶雙贏，生産和生態兼顧的多重目標。
協同政策、研發、市場和經營要素，加快黑土地保護性耕作模式推廣
2017 年，農業部、國家發展和改革委員會、財政部、國土資源部、環境保護部和水利部聯合製定了《東北黑土地保護規劃綱要（2017—2030 年）》，提出到 2030 年，集中連片、整體推進，實施黑土地保護面積 2.5 億畝，基本覆蓋主要黑土區耕地。2020 年2 月，農業農村部會同財政部制定了《東北黑土地保護性耕作行動計劃（2020—2025 年）》，進一步明確了將東北地區玉米生産作為保護性耕作推廣應用的重點，兼顧大豆、小麥等作物生産；力爭到 2025 年，保護性耕作實施面積達到 1.4 億畝，佔東北地區適宜區域耕地總面積的 70% 左右。為實現上述行動計劃和綱要，需要制定更為詳細和有針對性的黑土地保護與利用的配套補貼、獎勵、金融、産業和組織政策措施，鼓勵農戶、農民合作社、家庭農場等新型農業經營主體採取“梨樹模式”等保護性耕作技術實現國家和農戶雙贏的目標。
促進生産與生態的協調發展，優化“三生”用水規劃
2019 年，黑土區糧食總産 16.54×107 t，2019 年黑土糧食噸糧耗水量 830 m3，因此糧食總耗水量 13.73×1010 m3。其中，來源於灌溉的耗水量 3.14×1010 m3，除以灌溉水有效利用系數 0.598，得出灌溉毛取水量 5.25×1010 m3，這與黑土區 5.20×1010 m3 的農業用水量基本持平。未來（至 2035 年）黑土區在保障國家糧食安全的商品糧基地的地位還要加強的要求下，水資源能否保障是關鍵問題。本文根據 2019 年糧食産量的105%（即 17.37×107 t）為上限糧食産量，同時考慮到灌溉水有效利用系數和水分生産力提高的情景，黑土區糧食生産需要灌溉水量範圍為 4.74×1010—2.92×1010 m3，而這 2 個值均未超出 2035 年國家制定的黑土區用水紅線。因此，在未來不發生極端氣候變化情景下，黑土區水資源完全能夠滿足糧食增産用水需求。在此大背景下，仍需著力協同生産（工農業）、生態（生態文明）、生活（城市化）用水需求，優化“三生”用水規劃，實現糧食安全、生態和諧、經濟社會發展的多贏目標。內蒙古東四盟市要堅決落實“以水四定”和“適水種植”的原則，嚴格按照本區域承載能力、可持續生態和糧食安全的原則調減糧食種植面積，尤其是灌溉糧田的面積。
制定並實施東北地區作物生産應對氣候變化的策略，建立災害預警及防控技術體系
東北地區未來氣候變化總體表現為熱量資源增加、太陽總輻射和降水量減少，且極端天氣和氣候事件不確定性增加。未來氣候變化熱量條件改善對東北地區糧食生産有利，但與氣候變暖相伴發生的極端氣候變率增大則會明顯增加乾旱和低溫冷害等災害的發生頻率，直接影響作物生産。因此，需充分考慮土壤條件、作物品種和生産水準等多方面因素，制定作物生産應對氣候變化的策略。
針對氣候變化背景下農業氣象災害加劇的趨勢，建立健全氣象災害的預警及防控技術體系具有重要的現實意義。進一步提高天氣預報和氣候預測的準確性，可有效避免氣候變化對農業生産帶來的新變化而造成的損失。完善農業氣象災害監測評估的指標體系，準確掌握災害的發生規律和影響程度，提升氣象災害的監測預警準確性，提前對災害的發生強度和發生範圍進行判斷；並建立應急預案，以有效減少極端事件帶來的産量和經濟損失。今後黑土地糧倉區高標準農田建設，無論是水田還是旱田，一定要把農田排水系統建設放在首位且建設好、維護好，這是防治漬澇災害和土壤水蝕的最有效措施；同時，做好氣候變化介導的病蟲害發生潛勢預測和預警，構建病蟲害發生發展趨勢的準確預測和預警體系，也是未來應對氣候變化的重要內容。
科技研發保駕護航，實現黑土地糧倉可持續發展
在基礎理論研究方面，應集中聚焦于創建黑土地“保、育、用”互作與協同的重大基礎理論；在關鍵技術方面，著力攻克黑土退化阻控、地力培育和作物持續豐産高效的農藝、農機與水利相配套的關鍵核心技術，建立“天-空-地”一體的黑土地利用與保護監測網路，持續創新黑土地保護性利用的整合技術體系。
通過上述措施，以及全社會的共同努力，預期近 5 年內使黑土地糧倉的土壤退化得到有效遏制，土壤侵蝕率顯著降低，土壤有機質含量適當提高。黑土區地力提升 0.5 個等級，糧食産能提高 2.50×107 t，經濟效益提高 5%—10%。到 2030 年，黑土地糧倉的水土資源退化得到全面遏制，糧食産能比 2025 年再提高 5% 以上，屆時將黑土區建成“豐産、穩産、高效、生態”的“第一糧倉”，切實保障國家糧食安全和生態安全。
（作者：李保國、劉忠、黃峰、萬煒、李子忠、任圖生，中國農業大學 土地科學與技術學院；楊曉光 劉志娟，中國農業大學 資源與環境學院；汪景寬 徐英德，瀋陽農業大學 土地與環境學院 ；《中國科學院院刊》供稿）