农业科技保卫“黑土粮仓”

  9月29日，中科院发布了“黑土粮仓”科技会战阶段性成果，并专题发布《东北黑土地保护与利用报告（2021年）》（以下简称《报告》）。“体检”“会诊”“开方”“治疗”……“‘黑土粮仓’科技会战部署了六个科技攻关任务，建立了7个万亩示范区，力争为用好养好黑土地提供系统解决方案。”中科院东北地理与农业生态研究所所长姜明阐明了“会战”计划。

展示黑土地保护阶段性成果

  黑土地被誉为我国“耕地中的大熊猫”，东北黑土地则被誉为我国粮食安全的“压舱石”。但“黑土粮仓”也面临着很多问题，其中“变薄”“变瘦”“变硬”最为突出。“把黑土地用好养好”，事关国家粮食安全与生态安全。

  为此，2021年3月，中科院启动“黑土粮仓”科技会战。称其为“会战”，是因为它集结了中科院院内的34家研究所和院外的89家单位，共同组成了一支会聚各专业1400余人的“集团军”。

  这是中科院又一次打响农业科技会战。20世纪的农业科技“黄淮海战役”，曾取得会战地区粮食年生产能力提高500亿斤的重大成就。

  东北面临的情况又有所不同，中科院地理科学与资源研究所研究员廖晓勇在介绍《报告》时称，东北黑土区呈现中部平原、三面环山的盆地状地形，区内山地、平原、丘陵和台地分布面积相当。东北黑土区雨热同季、降水集中，加上黑土表层松软，坡度大于0.5°的耕地就存在土壤水力侵蚀风险，且坡度越大侵蚀风险越高。

  “‘黑土粮仓’科技会战针对的就是黑土地‘变薄、变瘦、变硬’问题！”姜明介绍了“会战”的阶段性成果——针对不同区域的农业资源禀赋与气候特征，构建了“梨树模式2.0”“龙江模式”“大安模式”和“大河湾模式”等区域适宜性的黑土地保护与利用技术模式。

  其中，“梨树模式2.0”和“龙江模式”支撑了国家黑土地保护工程的实施；“大安模式”实现了盐碱地高效改良与综合利用的结合，为吉林省“千亿斤粮食”工程提供了有力的科技支撑；以大数据与智能装备为核心的“大河湾模式”创建了信息技术与农业技术高度融合的黑土地保护利用现代农业新范式。

  “‘大河湾模式’服务于规模化种植的大型农垦集团，在保护黑土地的同时，综合考虑与信息技术、智能装备技术、农业模型与算法等技术的充分融合，提升综合效益。”中科院计算所正高级工程师张玉成介绍道。

  “大河湾战区所处的大兴安岭东南麓区是我国黑土地的五种典型区域之一，主要特点是坡岗地多，风蚀水蚀严重。这里的黑土耕地属于浅丘陵坡岗地，被水和风微度侵蚀的占53.5%，轻中度侵蚀的占46.5%。”张玉成告诉记者，近年来，本区域的黑土耕地腐质层变薄，比第二次土壤普查平均减少10至15厘米，暗棕壤减少15至20厘米，有机质由每公斤68.6克降低到每公斤43.34克，而地表砾石含量却较30年前增加了近20倍。

  得了什么病？病因是什么？如何治疗？大河湾的黑土地，在科研工作者的眼中就像是个病人。

  既然是“会战”，就有“战区”，更要有战略。来自牵头单位的中科院计算所科研人员从军工任务中，借用了博伊德循环理论（以下简称“OODA理论”）。

  OODA环说的是敌对双方互相较量谁能更快、更好地完成“观察—判断—决策—行动”的循环程序，双方都要从观察开始，观察自己、观察环境和敌人。

  “对应OODA理论，大河湾地区的黑土地保护与利用也分成四步——利用多种信息技术手段来感知黑土地本底数据，在信息空间模拟黑土演变与利用方式的变化关系，给出黑土地保护与利用的最佳决策，用智能化农业装备来高效执行。”张玉成说。

  此时，正是黑土地丰收的季节，俯瞰大地，玉米、大豆长势喜人，一片片金黄中孕育着一年的丰收。在大河湾示范区，科学家结合人工智能算法进行系统化模拟预测，得出不同条件下黑土地保护与利用的最优决策。

  据了解，系统可以根据每个地块实际采用的保护性耕作农艺技术体系，同时结合数据采集体系中实时感知的作物的生长状态，建立作物生长状态与环境（水、土、气、生、农事过程）之间的动态模拟，并形成最优的农事作业决策。

  目前，项目已经初步建立了专家在线决策与诊断推送系统，正在开发可自主决策的智能系统。2022年，针对不同的作业环节，决策系统累计给出建议100余条，准确率80%以上。

产量不减少，土地多休息

  “用好养好黑土地”的核心是“产量不减少，土地多休息”。

  从发布会上的视频可以看到，内蒙古呼伦贝尔农垦集团被包围在一望无际的金色田野里，伴随着轰鸣声，一台鲜红的拖拉机在已完成秋收的田间往返，开展着耙地、压地等作业方式。拖拉机上虽然没有人，但几公里外的人可以在室内实时看到它的运作情况，并随时向它下达新的指令。

  这台无人拖拉机名叫“鸿鹄T300”，由中科院计算技术研究所（以下简称中科院计算所）牵头研制，属于第三代智能农机设备。“它可在耕作过程中完成土壤、作物、农艺数据采集，配套多种农具完成全程无人作业。我们就是要为我国东北黑土地保护与利用探索一种‘机械化’基础上实现‘智能化’的新模式。”张玉成说。

  “我们培育的高脂新品种‘东生79’脂肪含量达24.16%，创黑龙江省近50年来高脂品种新高，同时具有早熟、高产、多抗的特点；极早熟新品种‘东生202’解决了高纬度地区极早熟品种匮乏、进一步扩大大豆种植区域的需求。”中科院东北地理所正高级工程师李艳华介绍。

  据不完全统计，“东生”系列大豆品种目前的种植面积约为1400万亩/年，累计推广5000万亩，增产20亿斤，增加效益40亿元。

  “这是继‘黄淮海’农业科技会战后，中科院联合黑吉辽蒙三省一区，启动实施的又一次农业科技大会战。”中科院副院长、中科院院士张涛表示，“黑土粮仓”科技会战将通过原始理论创新、关键技术突破与成果推广应用，为黑土地保护与利用提供科技支撑，为实现黑土地永续利用提供科技解决方案。

  据介绍，下一步，“黑土粮仓”科技会战将围绕黑土地力提升、肥沃耕层构建开展科技攻关，发展土壤健康与产能协同提升理论，进一步强化生物、信息、空天遥感等多学科技术与农业的有机融合，打造“用得上、有影响”“推得开、留得下”的黑土地保护与利用硬核技术，构建更加成熟、有效的黑土地保护利用模式，为用好养好黑土地作出国家战略科技力量应有的贡献。

  （本报记者 齐芳 崔兴毅）