建成7個核心示范區(qū)，黑土耕作層厚度增加14厘米，產(chǎn)量提升10%以上；土壤侵蝕率降低80%，耕地質(zhì)量提升0.5個等級；示范面積達19.3萬畝，累計推廣應(yīng)用5.45億畝，82項技術(shù)入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部和吉林省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳等部門主推技術(shù)……這是“十四五”期間，一支科技“集團軍”圍繞黑土地保護與利用交出的亮眼“成績單”。
2021年，為解決東北黑土區(qū)耕地“變瘦、變薄、變硬”等退化問題，中國科學(xué)院主動“揭榜掛帥”，充分發(fā)揮體系化、建制化優(yōu)勢，聯(lián)合東北三省一區(qū)啟動實施“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)，并在同年7月啟動A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“黑土地保護與利用科技創(chuàng)新工程”（以下簡稱“黑土糧倉”先導(dǎo)專項）。
經(jīng)過近5年的科技攻關(guān)，這支“集團軍”通過理論突破和技術(shù)創(chuàng)新，摸清了黑土退化現(xiàn)狀，有效破解黑土退化難題，建成海倫、大安、沈陽等7個萬畝核心示范區(qū)，打造了“梨樹模式2.0”“龍江模式”“大安模式”“大河灣模式”等黑土地保護利用技術(shù)模式，為落實國家“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略貢獻了力量。
“黑土地的營養(yǎng)搭配師”
中國科學(xué)院發(fā)布的《東北黑土地白皮書（2020）》指出，東北黑土地是我國最重要的商品糧基地，已成為我國糧食生產(chǎn)的“穩(wěn)壓器”和“壓艙石”。然而，由于長期高強度農(nóng)業(yè)耕作和風(fēng)、水及凍融侵蝕，東北黑土區(qū)耕地土壤出現(xiàn)“變瘦、變薄、變硬”等退化問題，嚴重威脅國家糧食安全保障。
“黑土糧倉”先導(dǎo)專項組研究發(fā)現(xiàn)，1982至2022年，黑土地耕層平均厚度從22.99厘米降至22.03厘米；有機質(zhì)平均含量從30.31克/千克降至27.74克/千克；土壤平均容重（單位體積干土的重量）升高0.03克/立方厘米?！白儽 薄白兪荨薄白冇病钡膮^(qū)域分別占72%、68%和54%，三種變化類型面積占比最大的區(qū)域分別是三江平原、西部半干旱風(fēng)沙區(qū)和大小興安嶺沿麓。
“幾十年光種不養(yǎng)，黑土地肯定是會變‘瘦’的。”中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所（以下簡稱東北地理所）研究員韓曉增跟黑土地打了近40年交道。他告訴《中國科學(xué)報》，保護好黑土地，就是保護耕地中的“大熊貓”。
因為像了解自己的孩子一樣了解黑土地，韓曉增有個外號——“黑土地的營養(yǎng)搭配師”。他帶領(lǐng)團隊精心配制出一套營養(yǎng)搭配的“秘方”。
2021年，韓曉增率先提出以秸稈粉碎、有機肥深混還田、玉米-大豆輪作為核心的深耕培土“龍江模式”，破解了中厚層黑土玉米秸稈全量還田的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了黑土地保護與產(chǎn)能協(xié)同提升。
鄒文秀（左一）等人在田間查看播種情況。
這些年來，韓曉增已將“秘方”傳給了他的學(xué)生、東北地理所研究員鄒文秀。
每年春季播種時期，鄒文秀至少要在田間地頭跑上半個月，為農(nóng)民推薦最好的種子、最佳的播種方式和苗期管理方式，突破良種和良法對作物產(chǎn)量的限制。每年秋收后，她還會再去地里瞧一瞧，叮囑農(nóng)戶將收割后的玉米秸稈粉碎，并深翻埋進距離地面約30厘米的黑土層中，再耙地、起壟、鎮(zhèn)壓，準備來年播種。
為什么是30厘米？“由于長期不合理耕作和機械碾壓導(dǎo)致土壤形成了10至15厘米的犁底層，它就像一道墻，隔斷了作物根系和土壤中水、熱、氣的交換。降雨到達犁底層后就被擋住了，水分和養(yǎng)分都下不去?！编u文秀解釋道，“在約30厘米深的黑土層，粉碎的秸稈像楔子一樣，使土壤不再結(jié)塊，并且起到蓄水作用?！?/p>
“十四五”期間，鄒文秀帶領(lǐng)海倫示范區(qū)青年突擊隊圍繞松嫩平原北部低溫冷涼、土壤質(zhì)地黏重等關(guān)鍵問題進行科技攻關(guān)，使海倫示范區(qū)水土流失減少91%、土壤有機質(zhì)增加3.5%到5.5%。
從“地塊畫像”到“海綿農(nóng)田”
“跟企業(yè)打交道，我們開始并不擅長，最終用技術(shù)贏得了認可?！睎|北地理所研究員劉煥軍告訴《中國科學(xué)報》，“‘十四五’期間，我們和北大荒集團密切合作，加快了農(nóng)業(yè)科技推廣與應(yīng)用，推動了三江平原黑土地保護利用、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展。”
劉煥軍（左一）講解變量施肥技術(shù)。
北大荒集團紅興隆分公司是三江示范區(qū)的核心區(qū)。作為三江示范區(qū)青年突擊隊隊長的劉煥軍至今記得在“黑土糧倉”先導(dǎo)專項立項之初，為了設(shè)計出科學(xué)合理的實施方案，他在辦公室連續(xù)住了7天，收集了解企業(yè)的相關(guān)需求。
2022至2023年，東北地理所聯(lián)合中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院等28家單位、144名科研人員，在北大荒集團黑龍江友誼農(nóng)場先后組織了3次百人規(guī)模的天空地立體監(jiān)測實驗。
“我們協(xié)調(diào)國產(chǎn)衛(wèi)星同步開機觀測，涵蓋空基系列和高分系列衛(wèi)星20顆，過境達120次，對黑土地耕地產(chǎn)能與質(zhì)量監(jiān)測能力開展了多頻次的‘體檢’，為每一塊地建立了‘地塊畫像’檔案?！眲ㄜ娊榻B，“我們還發(fā)現(xiàn)黑土地上大多數(shù)坡耕地的壟向是直的，導(dǎo)致水土流失問題嚴重，威脅黑土地可持續(xù)利用?！?/p>
由于不同類型土壤面臨不同障礙問題，劉煥軍帶領(lǐng)團隊根據(jù)“地塊畫像”結(jié)果生成施肥“處方圖”，對耕地白漿化程度進行快速、量化診斷，為三江平原低產(chǎn)白漿土大面積改良、培肥提供精確指導(dǎo)。他們通過推廣變量施肥技術(shù)體系，解決了旱田受地形、土壤質(zhì)地、人為耕作措施等影響，導(dǎo)致長勢與產(chǎn)量差異顯著的問題。
針對東北漫川漫崗地形造成的黑土“變薄”問題，劉煥軍團隊與北大荒集團合作通過構(gòu)建小流域尺度耕地全要素米級時空大數(shù)據(jù)，闡明了田塊內(nèi)與田塊間水、土、肥的運移規(guī)律，生成了針對不同微地形的壟向、寬埂、暗管、草水道、條耕等精準保土控水“處方圖”，構(gòu)建了坡耕地水蝕智能化防控綜合技術(shù)體系，打造出“海綿農(nóng)田”。
所謂“海綿農(nóng)田”即農(nóng)田像海綿一樣不僅可以在缺水的時候把水鎖住，還可以讓多余的水按設(shè)計方向、速度流走，以減少土壤侵蝕。這一技術(shù)已獲批2026年黑龍江省農(nóng)業(yè)主推技術(shù)，獲評北大荒農(nóng)業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展優(yōu)秀成果。
劉煥軍透露，“海綿農(nóng)田”已經(jīng)推廣至北大荒集團友誼農(nóng)場、曙光農(nóng)場、北興農(nóng)場等9個農(nóng)場，使水分利用效率提高30%、糧食增產(chǎn)5%至22%、水土流失減少70%以上。
“2021年正式開啟示范區(qū)建設(shè)時，當?shù)剞r(nóng)戶并不理解我們?yōu)槭裁匆谝粔K‘平時不掙錢，小旱小澇更賠錢’的地塊上開展試驗示范工作?！眲ㄜ姼嬖V《中國科學(xué)報》，“經(jīng)過近5年的技術(shù)攻關(guān)與示范工作，低產(chǎn)田年年都豐收。我們的工作打消了農(nóng)戶的疑慮，他們還主動聯(lián)系，尋求技術(shù)支持?！?/p>
每到秋收時，劉煥軍都會接到農(nóng)民朋友“打糧了”的電話，向他報告糧食豐收。他感嘆道：“這是對我們努力和付出的最大肯定。”
“重度鹽堿地，改土必先行”
“重度鹽堿地，改土必先行?！睎|北地理所研究員梁正偉告訴《中國科學(xué)報》，土壤“生病治療”和“康復(fù)”往往需要一定的時間和過程，不是一蹴而就的。鹽堿地改造是個世界難題，技術(shù)手段的缺乏限制了蘇打鹽堿地改造利用進程。
梁正偉推廣以稻治堿改土增糧技術(shù)。
多年來，梁正偉團隊以中國科學(xué)院大安堿地生態(tài)試驗站暨吉林大安農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站為依托，針對東北重度蘇打鹽堿地堿性強、質(zhì)地黏重、養(yǎng)分貧瘠、作物難以正常生長等重大科技問題，創(chuàng)建了鹽堿地以稻治堿改土增糧關(guān)鍵技術(shù)。其中“三良一體化”豐產(chǎn)改良技術(shù)連續(xù)3年（2023—2025）入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部主推技術(shù)。
“良田是基礎(chǔ)，良種是關(guān)鍵，良法是手段，三者缺一不可?！苯陙?，梁正偉團隊通過實踐凝練出以緩釋長效酸性磷石膏等化學(xué)改土治堿為核心的“三良一體化”大安模式，并在鹽堿地里結(jié)出了豐收“碩果”。
“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)大安鹽堿地萬畝核心示范區(qū)位于吉林省大安市紅崗子鄉(xiāng)萬發(fā)村，該區(qū)域以中重度鹽堿地為主，重者顆粒無收。梁正偉團隊在萬畝示范區(qū)酸堿值為10.3的重度鹽堿地連續(xù)5年（2021—2025年）示范推廣“三良一體化”大安模式。
改良田實測產(chǎn)量顯示，第1年417公斤/畝、第2年517公斤/畝、第3年552.8公斤/畝、第4年559.2公斤/畝、第5年690.2公斤/畝。而未改良的對照田前3年均不足100公斤/畝，第5年也僅有321.4公斤/畝。
在“三良一體化”大安模式指導(dǎo)下，鹽堿旱田改造成效顯著。吉林省松原市長嶺縣的一片鹽堿地經(jīng)過兩年改土后迎來了豐收——玉米畝產(chǎn)459.37公斤。
黃迎新（中）在指導(dǎo)學(xué)生。東北地理所供圖
2025年是東北地理所研究員黃迎新帶隊在鹽堿地采用預(yù)埋秸稈沃土增碳技術(shù)種植玉米的第二年。2023年6月，他們將秸稈埋進重度鹽堿地，經(jīng)過半年時間，改土效果明顯。在2024年秋季測產(chǎn)中，該技術(shù)讓玉米畝產(chǎn)達到368.86公斤?！懊慨€地秸稈成本400元、機械成本30元，預(yù)計兩年就能收回本。”黃迎新補充道。
“黑土糧倉”先導(dǎo)專項總指揮、東北地理所所長姜明表示：“未來5年，我們將以重大科技成果產(chǎn)出為牽引，聚焦農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、智能化、生物技術(shù)應(yīng)用的科技需求，將‘黑土糧倉’科技會戰(zhàn)的攻關(guān)工作堅持下去?！保ㄓ浾撸荷虼豪伲?/p>
