讓黑土地產更多糧食，中科院有“黑科技”

9月29日，中國科學院在北京召開新聞釋出會，釋出“黑土糧倉”科技會戰階段性成果和《東北黑土地保護與利用報告（2021年）》。新京報記者獲悉，科技會戰鞏固和強化了我國在國際黑土研究上的領先地位，中科院黑土退化阻控的理論研究已躋身國際第一方陣。

黑土地退化“變薄、變瘦、變硬”，中科院啟動科技會戰

據中科院東北地理與農業生態研究所所長姜明介紹，黑土地是地球珍貴的土壤資源，是指擁有黑色或暗黑色腐殖質表層的土壤，是一種性狀好、肥力高、適宜農耕的優質土地。“全球有四大片黑土地，包括北美中部密西西比河流域、烏克蘭-俄羅斯平原、中國東北和南美潘帕斯草原。”

9月18日，遼寧康平，黑土地上即將收穫的玉米與蔬菜，呈現出一幅鄉村豐收美景圖。圖/IC photo

黑土地是我國“耕地中的大熊貓”。東北黑土地區域面積達109萬平方公里，包括黑龍江和吉林兩省全部、遼寧省北部和內蒙古東部。黑土地區域總面積位列全球第三位。黑土地也是我國糧食安全“壓艙石”，商品糧基地糧食產量佔全國1/4，商品量佔全國的1/4，糧食調出量佔全國的1/3。2021年，東北三省及內蒙古地區合計增產達188億斤，對全國糧食增產貢獻率達70。3%。

然而，黑土地面臨退化問題，主要表現為“變薄、變瘦、變硬”。

姜明說，黑土有機質衰減“變瘦”。東北黑土地土壤有機質降幅高達21%。中科院海倫農業生態試驗站監測表明，在長期施用化肥條件下，土壤有機質顯著下降。土壤侵蝕導致黑土層“變薄”。在水蝕、風蝕和凍融侵蝕作用下，黑土可由初墾時的70釐米降至40釐米以下；60%以上的旱田發生水土流失。機械化作業導致土壤壓實變硬，作物難以破土出苗，導致農業減產。

“把黑土地用好養好”是國家糧食安全與生態安全的重要保障。2021年3月，中國科學院啟動“黑土糧倉”科技會戰。科技會戰針對東北黑土地保護與利用需要破解的關鍵科學技術難題，開展核心技術攻關和示範，致力於設計出用好養好黑土地的系統解決方案。

建立空天地一體化監測與感知系統

“黑土糧倉”科技會戰針對黑土地“變薄、變瘦、變硬”問題，解析了黑土區主要侵蝕過程的臨界地貌特徵，闡明瞭黑土有機質演變特徵及積累機制。研究透過實測和高解析度遙感調查，首次得出黑土區侵蝕溝有49。6萬條的資料，高於普通遙感監測資料的1倍以上，摸清了黑土侵蝕溝的空間分佈，被水利部採納。

2019年4月15日，內蒙古興安盟，春天來了，東北地區開始翻地，遍地都是肥沃的黑土地。圖/IC photo

姜明說，2021年至今，針對黑土變瘦、變薄、變硬等退化的主題檢索表明，中國研究處於領先地位，佔全球所有論文的52%。“機構發文量顯示，中科院排名第一，佔全球30%，在變薄、變瘦和變硬研究領域遙遙領先於其它研究機構。”

針對不同區域的農業資源稟賦與氣候特徵，科技會戰構建了“梨樹模式2。0”“龍江模式”“大安模式”和“大河灣模式”等具備區域適宜性的黑土地保護與利用技術模式。

“黑土糧倉”科技會戰建立了空天地一體化監測與感知系統，建立了“地理學+大資料+現代農業”的“黑土糧倉”全域定製模式。

據姜明介紹，未來，“黑土糧倉”科技會戰將圍繞黑土地力提升、肥沃耕層構建開展科技攻關，發展土壤健康與產能協同提升理論，強化生物、資訊、空天遙感等多學科技術與農業的有機融合。

案例1：

脂肪含量高、早熟、抗鹽鹼，東北地理所培育“東生”大豆新品種

大豆是最重要的糧油飼料作物，提供了我國約1/3的脂肪、3/5的植物蛋白。然而，我國大豆進口量超過總需求量的85%，大豆的穩定供應面臨嚴峻考驗。2021年，我國大豆種植產量1640萬噸，同比減少320萬噸，下降16。4%；進口量為9652萬噸，進口額同比增長35。4%。

“大豆具有根瘤固氮、培肥地力的作用，而東北黑土地是國家大豆主產區。因此，擴種大豆、開發和應用優質大豆種質資源不僅對推動我國大豆振興、提升種業國際競爭力具有重要的戰略意義，對於黑土地退化阻控和健康保育也具有重要作用。”中科院東北地理與農業生態研究所（簡稱“東北地理所”）正高階工程師李豔華說。

2019年10月13日，黑龍江廣袤的黑土地上，大豆即將成熟。圖/IC photo

東北地理所透過長期研究，先後培育“東生”系列大豆新品種31個。她舉例說，“東生79”脂肪含量達24。16%，創黑龍江省近50年來高脂品種脂肪含量新高，同時兼具有早熟、高產、多抗的特點。極早熟新品種“東生202”解決了高緯度地區極早熟品種匱乏的問題，滿足了進一步擴大大豆種植區域的需求。

在常規育種基礎上，東北地理所還在國內率先創立大豆分子設計育種技術體系，實現了大豆品種“定製化”生產。2018年，東北地理所在吉林西部建立耐鹽鹼大豆篩選和示範基地，成功選育抗鹽鹼大豆新品種“東生118”。2021年，“東生118”實現了600畝中重度蘇打鹽鹼地示範田畝產149公斤的突破，被列為“國家大豆科技自強行動”吉林省主推耐鹽鹼品種。目前，“東生118”已推廣種植5萬畝。

據不完全統計，“東生”系列大豆品種目前的種植面積約為1400萬畝/年，累計推廣5000萬畝，增產20億斤，增加效益40億元。

案例2：

智慧農機實現全程無人化“耕種管收”作業

在科技的加持下，農機也越來越智慧化。

“目前東北地區小馬力的農機作業幅寬窄、土壤反覆被碾壓，導致黑土地變硬。”中科院計算技術研究所正高階工程師張玉成說，該所研製的“鴻鵠”T300智慧農機是面向黑土地定製開發的大馬力電動智慧農機。其突破大馬力電驅技術，主驅電機功率達到300千瓦（407。88馬力），透過大馬力帶動更寬幅機具，減少對土壤的壓實作用。

黑龍江黑河，農機正在黑土地上開展耕地作業。圖/IC photo

同時，它採用智慧技術，能夠在耕作過程中完成土壤、作物、農藝的資料採集，從而讓人更瞭解黑土地變薄、變瘦、變硬的情況。“它集成了50餘種感測資訊，能夠針對黑土地開展土壤、作物等作業環境和本體狀態的資料採集，使之成為黑土地上的資料‘爬蟲’，為黑土地保護提供準確的資料。”東北地區無霜期短、作業時間緊，透過智慧化提升，減少或替代人力進行無人作業，可以延長作業時長、提高日作業效率。

“保護黑土地的同時也要保護生態環境。”他說，“鴻鵠”T300突破清潔能源管理技術，開發了滿足農機作業環境要求的“模組化”電池組，使電池組可在不同馬力段農機之間互換共享，提高開發效率，並透過電源管理系統的演算法最佳化，精準排程能源分配策略。

張玉成說，中國科學院2021年啟動“黑土糧倉”科技會戰以來，中科院計算所牽頭組織10餘家科研單位組建青年突擊隊伍，探索構建智慧化黑土地保護“大河灣模式”。“用好養好黑土地”的核心是“產量不減少，土地多休息”，“大河灣模式”在農業智慧技術的助力下，透過提高畝均單產實現總產量不減少，增加“休養生息”的土地數量。

“保護耕地本質上是保護產能。”中國工程院院士、中科院南京土壤所研究員張佳寶說，中國人口眾多，可種植的耕地資源相對匱乏。“由於人均耕地數量少，所以利用強度高，導致耕地質量在退化。”

他說，東北黑土地每年只生產一季糧食，一季產量就達到了全國糧食年產量的1/4。如今，由於氣候原因導致其生產率較低，所以一定要把土壤的質量提升上來，以提高產量。中科院啟動“黑土糧倉”科技會戰，主要著力解決關鍵核心問題，進行前瞻性佈局。對於黑土地“變瘦、變薄、變硬”的問題，需要從機理上揭示規律。

張佳寶表示，未來透過智慧化技術和智慧裝備的應用，東北地區種地的人將越來越少，實現“在家裡種地”“農機沒有駕駛室”。

新京報記者 張璐

編輯 陳靜 校對 李立軍