科技会战，打造黑土地保护的“北大荒模式”|三江平原|北大荒|坡耕地|黑土地

金秋九月，北大荒万顷良田一片金黄，成熟景象遍布田野，“中国科学院·记者行”十余家新闻媒体记者走进友谊农场，见证了4年来，黑土地保护取得的阶段性成果。

2021年3月，中国科学院主动揭榜挂帅，推进实施“黑土粮仓”科技会战，从生产实践中总结出行之有效的黑土地保护措施，揭示并构建了黑土地退化机理和恢复技术体系，打造了成套的黑土地区域适宜性耕作模式，建立七个万亩示范区，示范区面积达17.13万亩，创制培育水稻、大豆、苜蓿、麦草、甘草、大麦等新品种36个，研发了黑土地力快速提升的生物技术和大马力清洁能源智能装备，各项技术推广面积累计超3.26亿亩，归纳出小流域综合治理、测土配方施肥、水稻侧深施肥、大豆分层定位定量施肥、保护性耕作、水稻旱平免提浆、等高种植、垄向区田技术等20项措施，形成了一整套可推广、可复制、能落地、接地气的黑土地保护“北大荒模式”。

科技会战成果有效支撑了国家黑土地保护及新一轮千亿斤粮食产能提升等重大任务。

盯住难点，综合施策，用科技恢复土壤养分

9月28日，采访团走进友谊农场占地面积300平方米的黑土保护“北大荒模式”研究中心，小流域综合治理微观实景沙盘中，侵蚀沟生态治理、等高宽埂、等高窄埂、水田无人农机、生态养殖、白浆土障碍消减、农业生产数字化监管等黑土保护模式微缩景观呈现眼前。

东北黑土区坡耕地水土流失严重，水蚀是导致黑土地耕地损毁、退化的主要原因，严重威胁国家粮食安全与区域生态安全。在黑土地保护这场持久战中，中国科学院“黑土粮仓”科技会战的专家们，首先盯住坡耕地水土流失严重的难点，集火攻坚，改变传统耕作方式，应用立体测绘，多项成效显著。

三江平原地处湿润区，由于传统顺坡或横坡耕作方式不当，坡耕地水土流失严重、耕层变薄变硬；低洼内涝、鱼眼泡遍布；水肥空间错配，地块内土壤肥力不均，作物长势空间差异大；退化严重，限制地力与产能提升，威胁粮食安全与生态安全。团队利用天空地立体监测技术，时空精准识别侵蚀沟、破皮黄、鱼眼泡等退化位置及程度，并针对田块间、田块内差异化问题，利用地块画像多维数据、指标阈值，智能化配置等高种植、可耕作宽埂、窄埂、暗管排水、小流域尺度蓄排等工程措施，白浆土改土、智能施肥、条耕等农艺措施，以及草水路等生物措施。通过等高种植，将直垄改为弯垄、两侧排水，加上暗管排水解决低洼内涝，实现“涝能排”；综合可耕作宽埂分段阻水与等高种植垄向坡度降低，实现“旱能蓄”；通过草水道降低流速、沉积泥沙，通过缓冲带减少养分流失，实现“污能净”。建成“涝能排、旱能蓄、污能净”“保水保土保肥”的黑土地海绵农田样板，实现小流域尺度水蚀退化阻控、低洼内涝消减、综合地力提升。创新“五良”融合方案，与北大荒模拟股份制结合，加快规模化黑土地保护利用，为黑土地保护提供系统认知、监测诊断、技术处方、精准手术的系统解决方案。

“去年，在技术人员指导下尝试了‘等高环播’种植模式，当时只在100亩玉米地进行试验种植。经过测产，地表径流量降低60%以上、土壤流失量降低80%以上，化肥施用量减少15%，粮食增产5%，明年我还要进行大面积种植。”玉米种植户张宝库尝到了甜头。

“与传统的翻耕的方式相比，特点是对土地进行有限度的少量耕作，具有保持土壤结构和水分，减少土壤侵蚀、提高土壤肥力、减少水土流失、促进植物生长、提高作物产量、降低作业成本等优势。”中国科学院东北地理与农业生态研究所的刘焕军说。

经过几年的实践，友谊的坡耕地实现了粮食增产5%～22%、水土流失减少70%的综合效益，实现小流域尺度坡耕地水蚀问题“标本兼治”，做到了绿色、可持续健康发展。

团队作战，立体扫描，全方位把脉黑土地健康

三江平原耕地集中连片，但是，由于土壤障碍、水土流失严重、低洼内涝耕地面积大、低温冷凉，限制地力与产能提升；农业时空基础数据匮乏，限制了智能化水平的提升；大规模水田开发导致了地下水季节性下降、水土资源时空不匹配等问题。亟需提出能够解决以上问题的系统解决方案。

科技是第一生产力，也给黑土地保护提供了强劲的内生动力，为此科技攻关团队作战，他们以的精神，为黑土保护提供恢复健康，防止退化的解决方案。

针对三江平原黑土地保护上述问题，中国科学院“黑土粮仓”科技会战设置了水稻土和白浆土质量与产能提升三江示范区项目，中国科学院东北地理与农业生态研究所科研团队组织28家单位144位科研人员，包括农科院、水科院、农垦科学院、高校、龙头企业等，发挥建制化、体系化作战优势，与北大荒农垦集团规模化、机械化优势强强联合，建成适于三江平原的黑土地智能化保护利用模式，简称三江模式。总结出黑土地智能化保护范式，建成了黑土地保护利用系统解决方案与集成样板：多学科/全环节/全链条系统实现土壤障碍消减、智能化农机与耕作栽培、坡耕地水蚀阻控、低洼内涝耕地排水、小流域尺度水土优化、大面积综合地力提升。

东北地理所联合中国科学院空天信息创新研究院等16家单位，每年都进行4次黑土地航空飞行综合观测。应用智能技术对黑土地进行全面“体检”，对全面摸清黑土地质量的“家底”。

“实验中，我们共组织卫星20颗，过境达120次，使用航空遥感飞机搭载多种高精尖设备在天空进行观测，还组织地面近百人的大部队一同实施黑土地天空地立体监测。”刘焕军说，多频次的全面“体检”提高了黑土地耕地产能与质量监测能力，构建出黑土地耕地档案，建立了黑土地资源大数据平台，实现“数字黑土地”和农场黑土地资源“一张图”。

在国家技术力量的支持下，科研团队应用了天空地立体监测技术助力北大荒耕地“地块画像”，创立了黑土地耕地质量立体监测认知新理论，明确了耕地质量多维信息；研发了立体监测技术体系，实现北大荒典型农场田块内部米级高精度定量监测与“地块画像”，像了解掌纹一样了解黑土地。项目团队组织3次百人规模黑土地航空遥感实验（数据量大于400T、超过2万条），通过天空地立体监测技术对研究区域黑土农田的土壤、利用、产能、生态、退化、决策等要素进行米级高精度定量监测；

在友谊耕地管控平台的大幕上，采访团的记者们看到，通过了利用天空地立体监测技术，结合三次百人规模的航空遥感实验，获取土壤、利用、产能、退化、生态等多维度米级高精度“地块画像”数据；应用不同色域将友谊农场的耕地划分为五级分区，耕地土壤的健康状况一目了然。

把握重点，实践探索，三江黑土地保护新规范

“在地块画像的基础上，我们实现了基肥、追肥等多场景处方图生成技术，同时实现改垄向、可耕作宽埂调配水分、草水路导水、暗管排水等黑土地保护‘精准手术’。”9月27日，在友谊农场智慧农业指挥中心，中国科学院东北地理与农业生态研究所首席研究员刘焕军说。

近年来，三江平原的黑土地保护工作正以一种前所未有的创新模式蓬勃开展，一种全新的黑土地保护规范正在形成，实现了从黑土地保护的精准处方到精准手术的巨大跨越。

三江模式对黑土地保护问题有着系统认知理论的创新。针对水蚀沟治理、低洼内涝、坡面侵蚀等问题，从小流域尺度监测，综合设计水的走向和流速，这是解决问题的关键出发点。同时，建立起黑土地耕地质量立体监测认知新理论，完善监测指标体系，为全面精准把握黑土地状况奠定基础。

天空地立体监测技术的研发是三江模式的一大亮点。项目团队多次组织大规模航空遥感实验，获取海量数据，对黑土农田的多个要素进行米级高精度定量监测。通过明确耕地退化的各类指标与阈值，能定量诊断障碍与退化程度。并且，借助区域农业时空大数据，构建多尺度分区体系，实现田块内部的精准管理分区。

在此基础上，三江模式能够生成不同技术的智能决策与处方，达到时空精准的障碍消减与地力提升。结合分区体系和定量诊断，智能化配置黑土地保护利用技术，还打造集成样板，实现从监测诊断、技术处方到精准手术的多种措施集成保护。

这一模式构建了面向三江平原黑土地保护的4套技术体系，即黑土地坡耕地水蚀智能防控与综合地力提升技术体系，白浆土旱田智能化保护利用技术体系，寒地水田智能化保护利用技术体系，基肥追肥全环节的水旱田智能施肥技术体系。团队利用立体监测技术精准识别问题，智能化配置多种工程、农艺和生物措施，建成“涝能排、旱能蓄、污能净”的样板，实现粮食增产、水土流失减少，达到小流域尺度问题的“标本兼治”。

如今市场上所有变量施肥农机厂商、代理商都与三江示范区团队对接，该技术体系在29个北大荒农场与7个市县合作社示范推广。

三江模式下的黑土地保护新规范，是把握重点、实践探索的成果，为黑土地的可持续利用和发展提供了可借鉴的范例。未来，经过保护的“耕地中的大熊猫”将重新充满活力，为国家粮食安全中作出重要贡献。（徐宏宇颜子晴刘畅）