農業科技保衞“黑土糧倉”

9月29日，中科院發佈了“黑土糧倉”科技會戰階段性成果，並專題發佈《東北黑土地保護與利用報告（2021年）》（以下簡稱《報告》）。“體檢”“會診”“開方”“治療”……“‘黑土糧倉’科技會戰部署了六個科技攻關任務，建立了7個萬畝示範區，力爭為用好養好黑土地提供系統解決方案。”中科院東北地理與農業生態研究所所長姜明闡明瞭“會戰”計劃。

展示黑土地保護階段性成果

黑土地被譽為我國“耕地中的大熊貓”，東北黑土地則被譽為我國糧食安全的“壓艙石”。但“黑土糧倉”也面臨着很多問題，其中“變薄”“變瘦”“變硬”最為突出。“把黑土地用好養好”，事關國家糧食安全與生態安全。

為此，2021年3月，中科院啓動“黑土糧倉”科技會戰。稱其為“會戰”，是因為它集結了中科院院內的34家研究所和院外的89家單位，共同組成了一支會聚各專業1400餘人的“集團軍”。

這是中科院又一次打響農業科技會戰。20世紀的農業科技“黃淮海戰役”，曾取得會戰地區糧食年生產能力提高500億斤的重大成就。

東北面臨的情況又有所不同，中科院地理科學與資源研究所研究員廖曉勇在介紹《報告》時稱，東北黑土區呈現中部平原、三面環山的盆地狀地形，區內山地、平原、丘陵和台地分佈面積相當。東北黑土區雨熱同季、降水集中，加上黑土表層鬆軟，坡度大於0.5°的耕地就存在土壤水力侵蝕風險，且坡度越大侵蝕風險越高。

“‘黑土糧倉’科技會戰針對的就是黑土地‘變薄、變瘦、變硬’問題！”姜明介紹了“會戰”的階段性成果——針對不同區域的農業資源稟賦與氣候特徵，構建了“梨樹模式2.0”“龍江模式”“大安模式”和“大河灣模式”等區域適宜性的黑土地保護與利用技術模式。

其中，“梨樹模式2.0”和“龍江模式”支撐了國家黑土地保護工程的實施；“大安模式”實現了鹽鹼地高效改良與綜合利用的結合，為吉林省“千億斤糧食”工程提供了有力的科技支撐；以大數據與智能裝備為核心的“大河灣模式”創建了信息技術與農業技術高度融合的黑土地保護利用現代農業新範式。

“‘大河灣模式’服務於規模化種植的大型農墾集團，在保護黑土地的同時，綜合考慮與信息技術、智能裝備技術、農業模型與算法等技術的充分融合，提升綜合效益。”中科院計算所正高級工程師張玉成介紹道。

“大河灣戰區所處的大興安嶺東南麓區是我國黑土地的五種典型區域之一，主要特點是坡崗地多，風蝕水蝕嚴重。這裏的黑土耕地屬於淺丘陵坡崗地，被水和風微度侵蝕的佔53.5%，輕中度侵蝕的佔46.5%。”張玉成告訴記者，近年來，本區域的黑土耕地腐質層變薄，比第二次土壤普查平均減少10至15釐米，暗棕壤減少15至20釐米，有機質由每公斤68.6克降低到每公斤43.34克，而地表礫石含量卻較30年前增加了近20倍。

得了什麼病？病因是什麼？如何治療？大河灣的黑土地，在科研工作者的眼中就像是個病人。

既然是“會戰”，就有“戰區”，更要有戰略。來自牽頭單位的中科院計算所科研人員從軍工任務中，借用了博伊德循環理論（以下簡稱“OODA理論”）。

OODA環説的是敵對雙方互相較量誰能更快、更好地完成“觀察—判斷—決策—行動”的循環程序，雙方都要從觀察開始，觀察自己、觀察環境和敵人。

“對應OODA理論，大河灣地區的黑土地保護與利用也分成四步——利用多種信息技術手段來感知黑土地本底數據，在信息空間模擬黑土演變與利用方式的變化關係，給出黑土地保護與利用的最佳決策，用智能化農業裝備來高效執行。”張玉成説。

此時，正是黑土地豐收的季節，俯瞰大地，玉米、大豆長勢喜人，一片片金黃中孕育着一年的豐收。在大河灣示範區，科學家結合人工智能算法進行系統化模擬預測，得出不同條件下黑土地保護與利用的最優決策。

據瞭解，系統可以根據每個地塊實際採用的保護性耕作農藝技術體系，同時結合數據採集體系中即時感知的作物的生長狀態，建立作物生長狀態與環境（水、土、氣、生、農事過程）之間的動態模擬，並形成最優的農事作業決策。

目前，項目已經初步建立了專家在線決策與診斷推送系統，正在開發可自主決策的智能系統。2022年，針對不同的作業環節，決策系統累計給出建議100餘條，準確率80%以上。

產量不減少，土地多休息

“用好養好黑土地”的核心是“產量不減少，土地多休息”。

從發佈會上的視頻可以看到，內蒙古呼倫貝爾農墾集團被包圍在一望無際的金色田野裏，伴隨着轟鳴聲，一台鮮紅的拖拉機在已完成秋收的田間往返，開展着耙地、壓地等作業方式。拖拉機上雖然沒有人，但幾公里外的人可以在室內即時看到它的運作情況，並隨時向它下達新的指令。

這台無人拖拉機名叫“鴻鵠T300”，由中科院計算技術研究所（以下簡稱中科院計算所）牽頭研製，屬於第三代智能農機設備。“它可在耕作過程中完成土壤、作物、農藝數據採集，配套多種農具完成全程無人作業。我們就是要為我國東北黑土地保護與利用探索一種‘機械化’基礎上實現‘智能化’的新模式。”張玉成説。

“我們培育的高脂新品種‘東生79’脂肪含量達24.16%，創黑龍江省近50年來高脂品種新高，同時具有早熟、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、進一步擴大大豆種植區域的需求。”中科院東北地理所正高級工程師李豔華介紹。

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。

“這是繼‘黃淮海’農業科技會戰後，中科院聯合黑吉遼蒙三省一區，啓動實施的又一次農業科技大會戰。”中科院副院長、中科院院士張濤表示，“黑土糧倉”科技會戰將通過原始理論創新、關鍵技術突破與成果推廣應用，為黑土地保護與利用提供科技支撐，為實現黑土地永續利用提供科技解決方案。

據介紹，下一步，“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，進一步強化生物、信息、空天遙感等多學科技術與農業的有機融合，打造“用得上、有影響”“推得開、留得下”的黑土地保護與利用硬核技術，構建更加成熟、有效的黑土地保護利用模式，為用好養好黑土地作出國家戰略科技力量應有的貢獻。

（本報記者 齊芳 崔興毅）