中新網(wǎng)北京10月10日電 (記者 孫自法)黑土地是世界上最肥沃的土壤，被譽(yù)為“耕地中的大熊貓”。作為世界四大黑土區(qū)之一，中國(guó)東北黑土地約占全國(guó)耕地面積10%，是國(guó)家糧食安全重要保障的“黑土糧倉(cāng)”，如何實(shí)現(xiàn)其有效保護(hù)和可持續(xù)利用，長(zhǎng)期以來(lái)廣受關(guān)注。
科技會(huì)戰(zhàn)：“體檢開(kāi)方”守護(hù)“黑土糧倉(cāng)”
中國(guó)已將實(shí)施黑土地保護(hù)工程、加強(qiáng)東北黑土地保護(hù)和地力恢復(fù)納入國(guó)家“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要。2021年3月，中國(guó)科學(xué)院主動(dòng)“揭榜掛帥”，并與吉林省、遼寧省、黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)簽訂框架協(xié)議，共同推進(jìn)實(shí)施“黑土糧倉(cāng)”科技會(huì)戰(zhàn)，針對(duì)“變薄”“變瘦”“變硬”等各類(lèi)黑土地退化“疑難雜癥”開(kāi)展科研攻關(guān)，“對(duì)癥下藥”保障“耕地中的大熊貓”健康，守護(hù)“黑土糧倉(cāng)”。
其中，“黑土糧倉(cāng)”科技會(huì)戰(zhàn)水稻土和白漿土質(zhì)量與產(chǎn)能提升三江示范區(qū)項(xiàng)目，由中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所(東北地理所)科研團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜28家單位140多位科研人員，與北大荒農(nóng)墾集團(tuán)友誼農(nóng)場(chǎng)、曙光農(nóng)場(chǎng)等強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，通過(guò)類(lèi)似CT掃描對(duì)黑土地進(jìn)行“體檢”，為目標(biāo)地塊精細(xì)“畫(huà)像”開(kāi)出“處方”，并開(kāi)展試驗(yàn)示范與應(yīng)用推廣，現(xiàn)已打造出適合于三江平原且可復(fù)制、可推廣的黑土地智能化保護(hù)利用模式即“三江模式”。
友誼農(nóng)場(chǎng)“萬(wàn)畝大地號(hào)”上，農(nóng)機(jī)進(jìn)行作物收割作業(yè)，場(chǎng)面壯觀。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝2024年秋收時(shí)節(jié)，被譽(yù)為“天下第一農(nóng)場(chǎng)”的友誼農(nóng)場(chǎng)滿目金黃。“黑土糧倉(cāng)”科技會(huì)戰(zhàn)三江示范區(qū)項(xiàng)目首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院東北地理所研究員劉煥軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)穿梭于玉米地和水稻田，仔細(xì)查看研究示范區(qū)作物收成和樣方土壤情況。
他說(shuō)，三江平原耕地集中連片，但存在由于土壤障礙、水土流失嚴(yán)重、低洼內(nèi)澇耕地面積大、低溫冷涼，限制地力與產(chǎn)能提升；農(nóng)業(yè)時(shí)空基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匱乏，限制了智能化水平的提升；大規(guī)模水田開(kāi)發(fā)導(dǎo)致地下水季節(jié)性下降、水土資源時(shí)空不匹配等問(wèn)題。
這些問(wèn)題嚴(yán)重威脅國(guó)家糧食安全與區(qū)域生態(tài)安全，三江示范區(qū)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)為此開(kāi)展針對(duì)性研究攻關(guān)，因地制宜推出“三江模式”系統(tǒng)解決方案。
“三江模式”：黑土地智能化保護(hù)范式
劉煥軍指出，“三江模式”概括而言即黑土地智能化保護(hù)范式，其建成黑土地保護(hù)利用系統(tǒng)解決方案與集成樣板，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科/全環(huán)節(jié)/全鏈條系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)土壤障礙消減、智能化農(nóng)機(jī)與耕作栽培、坡耕地水蝕阻控、低洼內(nèi)澇耕地排水、小流域尺度水土優(yōu)化、大面積綜合地力提升。
友誼農(nóng)場(chǎng)一處玉米示范地里，劉煥軍研究員接受媒體采訪介紹“三江模式”。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝黑土地智能化保護(hù)范式主要包括八方面內(nèi)容：一是黑土地保護(hù)問(wèn)題系統(tǒng)認(rèn)知理論創(chuàng)新；二是黑土地耕地質(zhì)量立體監(jiān)測(cè)認(rèn)知新理論，建立監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系；三是研發(fā)天空地立體監(jiān)測(cè)技術(shù)，服務(wù)黑土“地塊畫(huà)像”需求；四是明確耕地退化的核心指標(biāo)、輔助指標(biāo)、閾值，定量診斷障礙與退化程度；五是基于天—空—地一體化監(jiān)測(cè)技術(shù)體系獲取的區(qū)域農(nóng)業(yè)時(shí)空大數(shù)據(jù)，建立三江平原多尺度分區(qū)體系，實(shí)現(xiàn)田塊內(nèi)部的精準(zhǔn)管理分區(qū)；六是生成不同技術(shù)的智能決策與“處方”，時(shí)空精準(zhǔn)障礙消減與地力提升；七是結(jié)合分區(qū)體系與定量診斷，智能化配置黑土地保護(hù)利用技術(shù)；八是建設(shè)集成樣板，實(shí)現(xiàn)“監(jiān)測(cè)診斷、技術(shù)處方、精準(zhǔn)手術(shù)”的工程農(nóng)藝生物措施集成保護(hù)。
其中，“地塊畫(huà)像”方面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)組織3次百人規(guī)模黑土地航空遙感實(shí)驗(yàn)，目前獲取數(shù)據(jù)量超過(guò)2萬(wàn)條逾400T，通過(guò)天空地立體監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)研究區(qū)域黑土農(nóng)田的土壤、利用、產(chǎn)能、生態(tài)、退化、決策等要素進(jìn)行米級(jí)高精度定量監(jiān)測(cè)，為科學(xué)設(shè)計(jì)綜合治理方案提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
“海綿農(nóng)田”：“三跑田”變成“三保田”
基于山水林田湖草沙生命共同體理念，中國(guó)科學(xué)院“黑土糧倉(cāng)”科技會(huì)戰(zhàn)三江示范區(qū)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用衛(wèi)星遙感、航空遙感、地面?zhèn)鞲械认冗M(jìn)科技手段，研發(fā)出天空地立體監(jiān)測(cè)技術(shù)體系，全方位獲取耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)并形成“地塊畫(huà)像”，從而創(chuàng)新推出“三江模式”這一黑土地坡耕地保護(hù)利用系統(tǒng)解決方案。
目前，該模式已構(gòu)建面向三江平原黑土地保護(hù)的技術(shù)體系4套，包括黑土地坡耕地水蝕智能防控與綜合地力提升技術(shù)體系、白漿土旱田智能化保護(hù)利用技術(shù)體系、寒地水田智能化保護(hù)利用技術(shù)體系、基肥追肥全環(huán)節(jié)的水旱田智能施肥技術(shù)體系，分別應(yīng)用于相對(duì)應(yīng)的4個(gè)主要場(chǎng)景。
這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，三江示范區(qū)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)與北大荒研究提出黑土地“海綿農(nóng)田”概念并建立樣板最引人矚目。“‘海綿農(nóng)田’是特別形象、很適合科普的一個(gè)提法，我們希望通過(guò)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝工程措施及生物措施等，實(shí)現(xiàn)‘海綿農(nóng)田’在旱的時(shí)候能高效蓄水、澇的時(shí)候能快速排水。”劉煥軍說(shuō)。
在“海綿農(nóng)田”示范樣板建設(shè)過(guò)程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)利用天空地立體監(jiān)測(cè)技術(shù)，智能化配置等高種植、可耕作寬埂、窄埂、暗管排水、小流域尺度蓄排等工程措施，白漿土改土、智能施肥、條耕等農(nóng)藝措施，以及草水道等生物措施，實(shí)現(xiàn)“澇能排”“旱能蓄”和“固土保肥”，以此為基礎(chǔ)并融合多措施、多尺度、多環(huán)節(jié)黑土地坡耕地智能化保護(hù)利用技術(shù)體系，將曾經(jīng)跑水、跑土、跑肥的“三跑田”變成保水、保土、保肥的“三保田”。
“科技司農(nóng)”：讓農(nóng)戶足不出戶巡田
如何讓“三江模式”“海綿農(nóng)田”“地塊畫(huà)像”等先進(jìn)科技手段服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)助農(nóng)興農(nóng)？關(guān)鍵是要讓農(nóng)戶、農(nóng)場(chǎng)方便快捷地用起來(lái)。中國(guó)科學(xué)院“黑土糧倉(cāng)”科技會(huì)戰(zhàn)三江示范區(qū)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的“中科司農(nóng)”手機(jī)應(yīng)用軟件，頗受農(nóng)戶、農(nóng)場(chǎng)的歡迎與好評(píng)。
據(jù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員、中國(guó)科學(xué)院東北地理所科研助理曲洺伯介紹，團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)的“中科司農(nóng)”手機(jī)APP同步微信小程序，旨在服務(wù)于廣大農(nóng)戶，讓農(nóng)戶足不出戶，在炕頭上就能看到自家田地作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)情況、區(qū)域氣象情況等。該手機(jī)軟件主打的“地塊畫(huà)像”則類(lèi)似于CT掃描，給地塊做一個(gè)全身“體檢”，從而為農(nóng)戶提供相關(guān)地塊的全方位數(shù)據(jù)服務(wù)，輔助他們根據(jù)退化障礙信息，及時(shí)進(jìn)行土壤改良。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)另一名成員、中國(guó)科學(xué)院東北地理所科研助理孫金宇說(shuō)，利用“中科司農(nóng)”APP，可以實(shí)時(shí)查看目標(biāo)地塊作物長(zhǎng)勢(shì)情況、白漿土嚴(yán)重程度，還可以進(jìn)行精準(zhǔn)天氣預(yù)測(cè)，幫助農(nóng)戶更好地實(shí)現(xiàn)耕、種、管、收的全流程管理，為保障國(guó)家糧食安全添磚加瓦。
友誼農(nóng)場(chǎng)承包農(nóng)戶郎艷會(huì)對(duì)“中科司農(nóng)”手機(jī)APP及微信小程序印象深刻。他說(shuō)，用了這個(gè)手機(jī)APP功能后，在家足不出戶就能巡田，就能看到自家田地長(zhǎng)勢(shì)怎么樣，還可以根據(jù)精細(xì)天氣預(yù)報(bào)，選擇施肥打農(nóng)藥的時(shí)機(jī)，“節(jié)省了不少事，幫助很大”。
北大荒農(nóng)墾集團(tuán)黑龍江友誼農(nóng)場(chǎng)有限公司副總經(jīng)理?xiàng)罨郾硎荆耸謾C(jī)APP，通過(guò)與中國(guó)科學(xué)院“黑土糧倉(cāng)”科技會(huì)戰(zhàn)三江示范區(qū)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)合作，友誼農(nóng)場(chǎng)現(xiàn)在每塊耕地都擁有像身份證一樣的二維碼，只要用手機(jī)掃碼，就知道這塊地怎么種、怎樣施肥、需要注意什么。這種土壤數(shù)據(jù)的生成服務(wù)，對(duì)友誼農(nóng)場(chǎng)和整個(gè)墾區(qū)都是最有用。
成效顯著：為糧食安全等作出重要貢獻(xiàn)
三江示范區(qū)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)稱(chēng)，作為中國(guó)科學(xué)院“黑土糧倉(cāng)”科技會(huì)戰(zhàn)重要成果之一，“三江模式”已推廣至北大荒農(nóng)墾集團(tuán)友誼農(nóng)場(chǎng)、曙光農(nóng)場(chǎng)等16個(gè)農(nóng)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)水分利用效率提高30%、糧食增產(chǎn)5%-22%、水土流失減少70%的綜合效益。
北大荒曙光農(nóng)場(chǎng)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)用大型無(wú)人機(jī)在示范農(nóng)田上空開(kāi)展相關(guān)作業(yè)。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶于殿東承包了友誼農(nóng)場(chǎng)160.5畝耕地，中國(guó)科學(xué)院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)沒(méi)來(lái)之前，是他最頭疼的一塊地，因?yàn)槭瞧赂兀露缺容^大，水土流失比較嚴(yán)重，產(chǎn)量低。“自從專(zhuān)家來(lái)了以后，通過(guò)(科技手段)綜合治理，每畝產(chǎn)量從原來(lái)的600多公斤增加到900多公斤，(增產(chǎn)增收的)效益可觀”。
楊慧認(rèn)為，“三江模式”的形成和推廣，給友誼農(nóng)場(chǎng)帶來(lái)最大的變化是能拿到更準(zhǔn)確的土壤數(shù)據(jù)，包括作物長(zhǎng)勢(shì)、災(zāi)害的數(shù)據(jù)，“我們對(duì)土壤更了解了”；其次是整體作物產(chǎn)量提高3%到5%左右，按照變量施肥，施肥量每畝降低3公斤左右。
中國(guó)科學(xué)院東北地理所副所長(zhǎng)李祿軍研究員則提醒，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)特別是新質(zhì)生產(chǎn)力如何助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)發(fā)展，后續(xù)還有大量工作要去做。比如在精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)噴藥等技術(shù)環(huán)節(jié)，仍有大量技術(shù)參數(shù)需要去研究、摸索、試驗(yàn)，以形成一系列規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。
“通過(guò)努力，我們已構(gòu)建黑土地保護(hù)‘三江模式’，并實(shí)現(xiàn)可復(fù)制、可推廣，為國(guó)家的糧食安全和生態(tài)安全作出重要貢獻(xiàn)。”劉煥軍總結(jié)說(shuō)，短期看，它最直接的好處是增產(chǎn)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益；長(zhǎng)期看，這是給子孫后代留好地，是經(jīng)濟(jì)效益和包括生態(tài)效益在內(nèi)的社會(huì)效益綜合體現(xiàn)。他希望通過(guò)“海綿農(nóng)田”技術(shù)把黑土層保護(hù)好，助力黑土地可持續(xù)甚至永續(xù)利用。(完)