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中国网/中国发展门户网站(中国东北平原行政区域为辽宁、吉林、黑龙江和内蒙古自治区东部赤峰市、通辽市、兴安盟、呼伦贝尔市(以下简称“内蒙古东四盟市”)； 该区黑土类型丰富土壤集中分布，是世界四大黑土区之一，非常适合农耕。 东北地区耕地3.59107 ha，粮食产量约占全国粮食总产量的1/4，出口商品粮占全国商品粮总量的1/3，是名副其实的“第一粮仓”。 由于在国家粮食安全中起着重要的作用，东北地区被誉为我国粮食安全的“压舱石”。 近年来，东北地区粮食综合生产能力不断提高，国家粮食安全“压舱石”地位持续巩固； 但目前在黑土地可持续利用中已经凸显和抑制的一系列科学问题越来越受到人们的关注特别是在长期高强度利用下黑土地质量退化的问题越来越严重。 因此，如何保障未来黑土地粮仓在国家粮食安全中的地位，关系到国家粮食安全，是国家发展战略的重大问题，挑战性很大。
改革开放以来黑土地粮仓农业发展状况
粮食播种面积和产量持续上升，最大的粮食生产基地和商品粮基地地位稳定。 1980年以来，东北地区粮食播种面积由1.55107 ha增加到2019年的2.85107 ha，粮食总产量由1980年的3.70107 t增加到2019年的16.54107 t。 1980年，东北地区粮食总产量约为全国粮食总产量的12%，到2019年上升到近25%的商品粮出口率接近全国商品粮的1/3，成为我国最大的粮食生产基地和商品粮基地。
粮食生产结构变化明显，高产作物占比突出。 改革开放初期，东北地区粮食作物以玉米、大豆、小麦、水稻为主。 其中，玉米播种面积占粮食播种面积的35%，是第一粮食作物； 大豆播种面积占粮食播种面积的19%，是传统优势粮食作物； 小麦播种面积占粮食作物播种面积的16%，大兴安岭山麓平原和三江平原有较大规模的种植； 水稻播种面积占粮食播种面积的6%，主要分散在松嫩平原和辽河平原低洼湿地。 高粱、谷子、荞麦、燕麦、各种杂豆等杂粮种植比例较大，占当年粮食作物播种面积的21%。 改革开放后，随着国家对东北地区粮食生产要求的提高，该地区粮食作物种植结构进行了重大调整。 产量低的小麦和杂粮面积逐渐缩小，取而代之的是单产水平更高的玉米和水稻。 另外，在新播种的面积中，玉米和水稻也以为主。 2001年中国加入世界贸易组织后，东北大豆受到严重冲击，种植面积下降严重。 在大豆补贴等政策支持下，大豆种植面积自2016年以来逐步恢复。 2019年，玉米、水稻、大豆播种面积占粮食作物播种面积的比例分别为54%、22%、20%，小麦播种面积占粮食播种面积的比例不足0.3%。 粮食播种面积空间上玉米比重最大，稻谷局部优势，大豆恢复性增强，形成小麦和杂粮全面缩小的粮食种植格局。
各省粮食生产能力分化明显，黑龙江省和内蒙古东四盟市增产幅度较大。 东北地区各省粮食生产区域差异明显。 辽宁省粮食播种面积由1980年的3.22106 ha提高到2019年的3.49106 ha； 粮食产量从1980年的1.22107 t上升到2019年的2.42107 t。 40年间播种面积和产量分别增长8.30%和98.92%。 黑龙江省粮食播种面积由1980年的7.32106 ha发展到2019年的14.34106 ha，粮食产量由1.46107 t上升到7.50107 t，分别增长95.92%和413.10%，东北地区粮食产量最高吉林省粮食播种面积由1980年的3.52106 ha上升到2019年的5.64106 ha，粮食产量由0.86107 t上升到3.88107 t，产量增长351.10%。 内蒙古东四盟市粮食播种面积由1980年的1.39106 ha上升到2019年的5.02106 ha，粮食产量由0.23107 t上升到2.73107 t，粮食产量上升1，096.70 %，东北地区粮食产量最高
农业机械化水平显著提高，有力支撑了粮食生产现代化。 1980年至2019年，东北地区农机总动力由1.79107 kW上升到14.61107 kW，增长约7倍； 特别是2003年以后，农机总动力增长速度明显加快，这与我国2003年以后粮食播种面积企稳回升和农业现代化水平稳提高的趋势相一致。 与粮食播种面积变化不同，农机总动力年际变化较小，总体平稳上升。 区域内，黑龙江省农机总动力增速最快，辽宁省和内蒙古东四盟市增长相对平稳。 以辽宁省为例，1980年至2019年粮食播种面积变化不大，但农机总动力持续上升，这表明东北地区农业机械化水平显著提高，有力地促进了粮食生产现代化。
黑土地粮仓粮食生产可持续发展面临的问题
黑土质量退化严重，粮食安全可持续发展危险性明显
黑色土地经过多年的高强度利用，面临不同程度的退化。 根据气候、区位、开发年限、资源存量和利用方式的不同，东北黑土地退化程度和表现也不同，但共同的特点是“变薄、变瘦、变硬”。 土层厚度每年降低2—10 mm，耕层有机质含量比开垦初期降低40%以上，50%的农田存在坚实的耕层、碱化层、白浆层等障碍层。
变薄。 东北黑土区开垦以来，在水蚀、风蚀、冻融侵蚀的作用下，黑土层厚度逐渐变薄； 开垦时表土层平均厚度70 cm左右，现在大部分在40 cm以下，侵蚀严重的地方不足20 cm，有的出现“破皮黄”。
“瘦下来”。 开垦前黑土耕作层有机质含量高达9%，开垦后黑土耕作层有机质含量逐渐下降，20年后下降1/3。 目前黑龙江省、内蒙古东四盟市、吉林省和辽宁省黑土耕层有机质平均含量分别为3.6%、3.4%、2.5%、1.7%。
“变硬”。 容重是直观反映土壤紧实程度的指标。 研究表明，自然黑土容重为0.80—1.00 g/cm3 (平均0.90 g/cm3 )； 全国第二次土壤普查( 1982年)，黑土耕层容积为1.00—1.10 g/cm3 (平均1.05 g/cm3 )，目前黑土耕层容积增加到1.25—1.30 g/cm3 (平均1.28 g/cm3 )
黑土地质量退化的直接后果是耕地生产潜力下降。 为了保持黑土地生产能力，农民必须加大化肥等生产资料的投入。 1980年至2019年，东北黑土区化肥施用量从4.57106 t上升到7.38106 t。 化肥投入的增加和土壤的可持续通透性利用，不仅降低了农民种粮收益，而且进一步加剧了黑土地退化。
粮食生产总值增长以作物结构调整为主，增产质量不高
东北地区粮食产量的增加与粮食作物播种面积的增加高度相关。 特别是2003年以来粮食增产的主要贡献来自粮食播种面积增加、低产作物比重下降、高产作物比重上升的结构调整。
粮食播种面积和作物结构主导了东北地区粮食生产能力和粮食安全形势。 以黑龙江省为例，2016年黑龙江省重点减少玉米种植面积，增加大豆种植面积。 在粮食播种面积基本稳定的情况下，黑龙江省2016年玉米面积占有率从2015年的52%下降到46%，大豆面积占有率从19%上升到23%，同期粮食产量下降2.62%。 此后2017年至2019年，粮食播种面积显著增加，逐步抵消了结构调整带来的产量下降。
种植结构单一化和粗放管理，加剧黑土地退化和环境污染风险
2003年以来，东北地区粮食增产主要依靠粮食播种面积大幅增加和种植结构对高产玉米和稻谷的调整两个方面。 在现有种植结构下，玉米和水稻播种面积占粮食播种面积的3/4以上； 其中，玉米播种面积超过54%，玉米占绝大多数，水稻局部形成优良种植格局。
水稻是东北地区仅次于玉米的第二大作物，播种面积占粮食播种面积的22%。 1980年稻作主要分布在辽河平原南部，松嫩平原东部地区和三江平原少量分布。 稻作区年降水量为400—550 mm。 2019年松嫩平原东部和三江平原水稻种植面积快速增长，现已成为东北水稻主产区。 40年来，水稻种植扩展面积的80%分布在年降水量500 mm以下的松嫩平原东部和三江平原地区。 其中，松嫩平原年降水量低于350 mm的地区水稻种植面积也显著增加，增加面积所占比例达到22%。 东北水稻面积迁移特征与区域降水变化的时空响应关系不密切。 水稻大面积种植带来了生产用水和生态用水的矛盾。 目前，由于农业耗水量大幅度增加，东北地区自然湿地面积大幅缩小，仅为水稻种植开发前的一半，呈现碎片化。 大面积种植水稻，既造成生态用水紧张，又造成地表水和浅层地下水污染，是威胁粮食安全的可持续发展。 由于松嫩平原稻田多分布于盐碱土壤中，为保障秧苗正常生长，除泡沫田排水、晒田排水外，还在插秧前进行大规模洗盐排水。 因此松嫩平原水稻区水陆更换更为频繁，单位面积稻田面源污染输出负荷可达旱地的521倍。
另外，单一作物连作比重增大，会加剧土壤养分的不平衡吸收和土壤结构的恶化，进而加速黑土水资源质量的退化。
区域水资源过度开发，威胁区域生态安全
在全球变化的背景下，近30年黑土区降水量减少，降水量年际波动性较大，降水量和水资源量的极不稳定直接影响粮食安全用水的保障程度。 辽宁省地表水资源和水资源总量年际差异最大，其次是黑龙江省和吉林省。 近20年来，与全国农业用水占有率明显下降的趋势相反，黑土区农业用水占有率大幅上升，这直接反映了该区农业生产比重的明显上升，其中最明显的是黑龙江省和内蒙古东四盟市。 农田灌溉面积的快速发展是该地区农业用水增长的主要因素，但节水灌溉技术推广严重滞后，造成水资源的大量浪费。 灌溉农田占耕地的比例全区增长57%，节水灌溉面积只增长灌溉面积的28%。 在用水效率方面，粮食用水效率进步明显，但仍有很大提高空间。
近20年来，黑土区粮食作物水分生产力大幅上升，涨幅均在50%以上。 总体而言，辽宁和吉林粮食作物水分生产力较高，吨粮消费量均在600—700 m3； 黑龙江省吨粮消费量预计也将下降到1,000m3。 分作物看，黑土区玉米水分生产力近20年显著提高，涨幅40%—70%。 黑土区曾是我国大豆主产区，但近20年来随着大豆面积和产量的大幅减少，水分生产力提高幅度不明显。 大豆是高耗水作物，在当前“双循环”新发展格局要求下，黑土区大豆种植再度扩大。 但要维持较高的产量水平，需要相应的灌溉水资源支持，同时还要大幅提高水分生产力。 内蒙古东四盟市降水量与作物需求不匹配，近年来农田灌溉扩展过快，造成地下水大量开采。 因此，引起了一系列的生态环境问题，需要引起高度重视，采取坚决措施减少该地区的农田面积。
由于全球气候变化，东北地区农业生产的不确定性增加了
在全球变暖背景下，近30年东北地区气温总体呈上升趋势，年均气温每10年上升0.38，明显高于世界及全国平均水平。 作物生长季内10积温呈增加趋势，每10年增加46.7d，降水量总体呈减少趋势，年际变化增大； 太阳总辐射量呈增加趋势，每10年增加29.5 MJ m2。 干旱、洪水、高低温和大风等极端天气事件发生频率和强度增加，尤其是每年7-8月台风频繁登陆往往导致农作物大量倾倒，严重威胁农业生产。
气候变化对东北地区农业的影响与利弊共存； 但如果不采取相应措施，气候变化对东北地区农业的影响总体上是不利的。 分析表明，在气候变化背景下，东北地区春玉米、单季稻、大豆潜在产量每10年下降0.33、0.26、0.06 tha1。 同时，受极端天气事件增多和气候变化影响，单产波动性和不确定性加大，生产风险增加。 有针对性地采取适应措施，气候变化对东北地区农业的影响总体上是有利的。 例如，热资源增加使作物生长季节延长，玉米、水稻等作物可种植区域向北、高海拔地区推移，可种植区域扩大； 特别是生育期更长的中晚熟玉米品种可种植区域向北推移，给作物种植布局调整带来了新的机遇。
)作者：李保国、刘忠、黄峰、万炜、李子忠、任图生，中国农业大学土地科技学院； 杨晓光刘志娟，中国农业大学资源与环境学院； 汪景宽徐英德，沈阳农业大学土地与环境学院； 《中国科学院院刊》进料)
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