北大荒又丰收了！
2024年，北大荒集团实现了粮食生产“二十一连丰”。中国每9碗饭，就有1碗来自黑龙江，其中近三成来自北大荒。这片黑土地以不到中国3%的耕地面积，提供了约14%的商品粮，累计为国家生产粮食超一万亿斤；一年产出的粮食可以满足1.6亿人一年的口粮供应。
“科技让黑土地养精蓄锐，实现了绿色可持续发展。”北大荒农垦集团友谊农场副总经理杨慧说，在保护黑土地的“战场”上，已经实施3年的“黑土粮仓”科技会战功不可没。
丰收的背后
几场纷纷扬扬的大雪，给北大荒盖上了一层厚厚的、雪白的棉被。黝黑的土地仿佛进入沉睡，积蓄着力量，等待明年春回大地时被勤劳的耕耘者唤醒，再次焕发出勃勃生机。
作为世界四大黑土区之一，中国东北黑土地约占全国耕地面积10%，是国家粮食安全重要保障的“黑土粮仓”，如何实现其有效保护和可持续利用，长期以来广受关注。
2021年3月，中国科学院主动“揭榜挂帅”，先后与吉林省、辽宁省、黑龙江省、内蒙古自治区签订框架协议，针对“变薄”“变瘦”“变硬”等各类黑土地退化“疑难杂症”开展科研攻关，“对症下药”保障“耕地中的大熊猫”健康，守护“黑土粮仓”。
“我们习惯把这项工程称为‘黑土粮仓’科技会战。”中国科学院东北地理与农业生态研究所研究员、“黑土粮仓”科技会战三江示范区项目首席科学家刘焕军告诉记者，这场会战集结了中国科学院院内的34家研究所和院外的89家单位，共同组成一支汇聚各专业1400余人的“集团军”。
其中，三江示范区项目由中国科学院东北地理与农业生态研究所牵头实施，组织28家单位144名科研人员，基于山水林田湖草沙生命共同体理念，在友谊农场选择青年庄小流域为案例，创建黑土地坡耕地水蚀智能防控与地力提升协同发展技术体系，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，建立黑土地坡耕地水蚀系统防治与保护利用示范样板。
在位于黑龙江省双鸭山市友谊县北大荒友谊农场的科技工作站里，被太阳晒得黝黑的刘焕军向记者展示了几个土壤样品。几个近一人高的玻璃罩下，黑色、褐色、棕色、黄色、白色的土壤样本层次分明。“我们常说的‘黑土地区’土壤中，包含了黑钙土、暗棕壤、棕壤、白浆土、草甸土等多种类型土壤。”刘焕军指着几个样本说，“如果保护不当，黑土就会‘变薄’‘变硬’，出现‘破皮黄’等现象。”
“自然因素和人类活动是导致黑土地退化的驱动因素。”刘焕军告诉记者，在长期高强度种植以及外源化肥养分非均衡输入条件下，黑土地通透性变差，水肥保持能力减弱，作物难以破土出苗，导致农业减产。在退化的同时，土壤的健康水平、水资源的持续利用以及自然生态格局的协同调控功能随之下降。
为了破解黑土地保护难题，刘焕军依托“遥感与智慧农业”的研究方向，带领项目团队综合运用卫星遥感、航空遥感、地面传感等科技手段，研制出“天空地立体监测”技术体系，能够实现对黑土地、农作物生产等从上到下立体化、全时段的监测。同时，团队利用“地块画像”技术，制定差异化的培肥方案，先后在曙光农场、八五二农场、八五四农场等地建立白浆土核心示范田3000亩，核心示范区及辐射推广区白浆土玉米和大豆产量增加14%左右。
固本为先，建成黑土地海绵农田样板
在友谊农场，常年雨水冲刷将黑土地冲出一条条沟壑。“最深的排水沟大概有2米深。”中国科学院东北地理与农业生态研究所农业技术中心研究员宋春雨蹲下来，仔细查看侵蚀沟里的情况。
图为中国科学院东北地理与农业生态研究所农业技术中心研究员宋春雨。受访者供图
作为“黑土粮仓”三江示范区项目的一名专家，宋春雨主要承担等高耕作技术、等高宽埂技术及草水道技术的研发、示范与推广工作。
青年庄的地块有一定坡度，农田退水会汇聚到地势较低的一个池塘。“过去，一下雨，田里的很多肥料和土都会被冲走。”于殿东在青年庄附近承包了一块160多亩的坡耕地，此前，他深受水土流失问题的困扰。
冲走的肥料和土壤又影响了池塘的水生态环境，造成富营养化。三江示范区项目的专家团队在这里进行黑土地坡耕地水蚀智能防控与综合地力提升技术体系示范，解决了于殿东的“烦心事”。
在水土流失最严重的坡耕地，专家团队给出了解决方案。对“跑水、跑肥、跑土”的地块，专家们应用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，利用多维数据、指标阈值对地块画像，让专家们对各地块的特点和“弱点”了如指掌。
天空地立体监测技术中的“天”，是指通过卫星遥感对地观测技术，对不同时期的遥感影像、地理数据等进行多维度的时空分析；“空”是利用无人机或载人飞机进行航空遥感，获取空间数据；而“地”就是通过搭建验证网络与数据获取网络，对近地面遥感监测以及各类地面仪器的监测与调查，以支撑补足“天”与“空”的监测内容。
在天空地立体监测技术的支持下，三江示范区项目的专家们有针对性地研发了等高宽埂、等高耕作等保护性耕作措施，建成“涝能排、旱能蓄”“固土保肥”的黑土地海绵农田样板，将“三跑田”变成了保水、保土、保肥的“三保田”，实现小流域尺度水蚀退化阻控、低洼内涝消减、综合地力与产能提升。
“传统的耕种田垄是一条条直线，我们用立体监测技术给地块‘画像’，根据坡度来规划田垄的走向，同时加宽田垄的宽度，雨季能减少雨水对土壤的冲刷，旱季又能保墒。”宋春雨说，从高处看，田垄看起来是一圈圈圆环，像是地图上的等高线。“我们把这些技术形象地称为等高耕作技术、等高宽埂技术。”
为了减少排水渠的水土流失，宋春雨又在农田排水渠中种植牧草，他将这种技术称为“草水道”。
“草水道的草根系必须发达，能牢牢固定水道的土壤，防止暴雨冲蚀。这种草还不能胡乱生长，影响农田中作物生长。最好能充当牧草，给农户增加收入，提高农户的接受度。”宋春雨说。
图为草水道。本报记者文雯摄
经过3年试验，在尝试过羊草、苜蓿、牛毛草、燕麦等各种牧草后，宋春雨最终选定了无芒雀麦。“无芒雀麦完全符合草水道草种的要求，更重要的是无芒雀麦是多年生植物，不需要每年复种，后续管理方便，整个草叶细长，不会阻碍排水，样子也好看。”宋春雨说。
图为2022年治理前，地块中的水线非常明显。受访者供图
图为2024年治理后，地块中的水线明显减轻。受访者供图
今年6月，友谊县一个月的降雨量超过往年大半年的水平，造成前期低温冷凉。“要是在2019年（中国科学院专家来这里）之前，青年庄小流域一定是内涝积水的重灾区。”于殿东说，“有了专家的帮助，水土保住了，产量也提升了。原先每亩地能产粮600公斤左右，现在能达到亩产900公斤，每亩地效益增加了200多元。”
如今，黑土地坡耕地水蚀智能防控与综合地力提升技术体系，已推广至北大荒农垦集团友谊农场、曙光农场、北兴农场、鹤山农场及尖山农场等9个农场，形成黑土地“海绵农田”，实现粮食增产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”。
按需施肥，黑土地吃上“科技餐”
在佳木斯市桦南县曙光农场，白浆土一直是影响农作物产量的难题。“白浆层硬、板、瘦，造成土壤透水性差，根系下扎难，严重制约作物产量提升。”刘焕军介绍说，专家团队采取白浆土旱田障碍消减与地力提升、粪肥还田、等高种植等10余项农艺农技措施，通过物理+化学方法融合，改良白浆土，促进地力与产量双提升，形成一整套可推广、可复制的黑土地保护新模式。
基于天空地立体监测技术，专家们通过地块肥力诊断，形成田块尺度耕层培肥处方图，在秸秆全量还田基础上，按照处方图，通过变量、精确施用有机肥的方式进行定向培肥，实现格田内肥力均匀一致。
通过“黑土粮仓”科技会战联合攻关，如今曙光农场的白浆土成了优质田。刘焕军列举数据道：“一个玉米大豆轮作周期内，化肥总投入每亩减少11.7元；低产类型土壤—白浆土旱田作物玉米和大豆产量按照保守方式计算，平均增加10%，经济收益每亩增加265.4元。”
曙光农场农业发展部部长张锋指着面前一块地说：“这是最典型的坡耕地白浆土。经过4年的改良之后，玉米产量能达到每公顷13吨，大豆能达到3吨半，总体产量提升12%—24%；减少水土流失30%—50%，效果非常显著。”
量身定做的“科技餐”不仅可以为黑土地调理“身体”，还能让黑土地“按需吃饭”，实现“减肥增产”。
在友谊农场，农场科技信息中心主任曲慧向记者展示了科技会战的另一项成果——“智慧农业”。
通过手里的一块平板电脑，曲慧就可以控制远处田里的农机进行收获粮食、粮食入车、切割秸秆还田的操作。
“通过在田间地头布设一些传感器，监测土壤气候情况及农作物生长时期等，汇总到农业模型算法中进行决策，下发执行指令。算法会根据不同地块的土壤情况来调节施肥量，让黑土地‘按需吃饭’。”曲慧说。
从农机后面看过去，粉色的肥料断断续续、时多时少。“这种变量施肥技术利用天空地立体监测技术获取耕地多维地块画像，构建了以‘地块画像—精准管理分区—障碍退化与养分诊断—作物需肥规律及水肥运移规律解析—施肥模型构建—处方图生成—变量施肥农机—平台APP’为主线的智能施肥技术体系。”吉林省农业现代化研究会农业资源与生态环境保护专业委员会理事齐晓宁告诉记者，这种基肥追肥全环节的水旱田智能施肥技术体系，实现了减肥增产。
齐晓宁介绍说：“通过这个体系，核心示范区实现减肥5%—15%、增产5.48%—14.2%。目前，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。这套技术体系已经在29个北大荒农场与7个市县合作社示范推广。”
为了解决秸秆还田问题，专家团队还研发了秸秆翻埋、增碳扩容，少免搅浆、优化耕层，菌剂促腐、固碳培肥，变量施肥与定向培肥，高光效栽培、节水控制灌溉、简化高效施肥等技术。“我们研发的秸秆腐熟剂，可以使秸秆腐解速率提升最高达31.8%，核心示范区水稻产量增产5.67%以上。”齐晓宁说。
“我已经从中科院东北地理与农业生态研究所退休4年了，但我差不多每个月都要去黑龙江省二道河农场看看试验情况。”齐晓宁感慨，“黑土地保护是大家的事儿，我希望黑土地在各方努力下，变得越来越肥沃。”
编辑：程小雨
来源：中国环境网
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