梁爱珍在监测土壤二氧化碳排放速率。受访者供图

■本报记者 赵宇彤

新一年的春播即将到来，广袤的黑土地上又将是一片繁忙景象。

“一两黑土二两油，插根筷子能发芽。”肥沃、珍贵的黑土地，也被称作“耕地中的大熊猫”，但长年高强度耕作和风、水及冻融侵蚀，使得东北黑土区耕地土壤出现“变瘦、变薄、变硬”现象。

为端牢“中国饭碗”，2021年，中国科学院联合东北三省一区实施“黑土粮仓”科技会战，集结院内27家研究机构、院外71家单位共计1300余人，中国科学院东北地理与农业生态研究所（以下简称东北地理所）担任“先锋队”，矛头直指黑土地保护与利用。

经过近5年攻关，无数喜讯传来：建成7个核心示范区，黑土耕作层厚度增加14厘米，产量提升10%以上；土壤侵蚀率降低80%，耕地质量提升0.5个等级；示范面积达19.3万亩，累计推广应用5.45亿亩……

今年1月，“黑土粮仓”科技会战重大任务团队被评为“中国科学院先进集体”。对这些扎根黑土地的科研人员而言，他们探索的步伐仍在继续。

让黑土地重拾活力

尽管已经过去了23年，东北地理所研究员梁爱珍依旧记得初次踏上黑土地的场景。

“每天都灰头土脸的。”梁爱珍回忆道，2003年春天，她第一次参加春播时发现，田地光秃秃的，风一吹就扬尘。富含有机质的表层土壤被大风吹走了，黑土地如何支撑“大国粮仓”？科研人员的眉毛拧成了一团，他们想到了秸秆覆盖还田保护性耕作。

农作物收获后，将剩下的秸秆直接粉碎，均匀地铺在地表，作为一层盖在田里的“被子”，保水抗旱、防风固土，减少有机质流失。然而，对农民来说，这种想法并不靠谱。

“他们不相信在秸秆铺满田地的情况下，玉米、大豆能正常破土生长。”梁爱珍告诉《中国科学报》。对科研人员来说，秸秆覆盖还田效果如何，他们心里也在打鼓。

此前，春播工作以小型播种机和人工播种为主，后者需要先在裸露的地表上开一条浅沟，再依靠人工播种、施肥。因此，要实现秸秆覆盖还田，首先要解决播种机的问题。

当时，尽管经费有限，科研团队还是花费20多万元购进了一台四行牵引式免耕播种机。“早在2001年我们就在吉林省德惠市中层典型黑土上建立了我国第一个黑土保护性耕作定位试验基地。”梁爱珍表示，2004年他们在基地周边开始小范围尝试，2007年在吉林省梨树县开始示范。

“机器在前面跑，我们在后面追，时不时蹲下来检查播种、施肥情况。”每操作一条垄，梁爱珍和同事就要趴在地上，仔细查看播种质量。“我的导师、东北地理所研究员张晓平常说，每年从播种到出苗前，他都睡不好觉，总是担心种子能不能顺利破土。”

能不能顺利春播、播种效果如何、产量能否提升……梁爱珍和团队成员心里总悬着无数个问题。经过多年的技术验证，在团队共同努力下，农民逐渐接受了这一种植模式。

下一个难题接踵而至，怎样更广泛地进行技术推广。张晓平带领团队与吉林省康达农业机械有限公司合作，促成了免耕播种机的国产化和批量化生产。2013年，团队在原有机械基础上研发出新一代免耕播种机，解决了市场上免耕播种机播种深度不一、肥料箱内置轴承容易卡死等问题，并通过与农业机械生产企业合作实现该机械的产业化生产。

2021年，梁爱珍成为中国科学院“黑土粮仓”科技会战长春示范区青年突击队队长。针对当地农业资源禀赋与气候特征，她带领团队构建了以秸秆覆盖条带耕作、覆混耕作技术为核心的“梨树模式2.0”，推动土壤持续培肥，保障粮食稳产增产，让黑土地重拾活力。

打造“海绵农田”

这场黑土地上的“保卫战”共建立7个万亩示范区，示范区面积达17.13万亩。三江平原便是其中之一。

尽管三江平原耕地集中连片，但由于地处湿润区，传统顺坡或横坡耕作方式不当，极易造成严重水土流失，一场雨就能冲掉半寸黑土，导致耕层变薄、变硬。此外，低洼内涝耕地面积大，气候低温冷凉，严重限制了地力与产能提升。

作为中国科学院“黑土粮仓”科技会战三江示范区青年突击队队长，东北地理所研究员刘焕军带领28家单位、140余位学科专家走进三江平原。2022至2023年间，他们在北大荒集团黑龙江友谊农场先后组织了3次百人规模的天、空、地立体监测实验。

通过协调国产卫星同步开机观测，利用20颗空基系列和高分系列卫星过境120次左右，团队快速标记水土流失严重区域，捕捉田块内的微地形起伏和作物长势差异，对黑土地耕地产能和质量进行了多次细致的“体检”，在给每一块地建立“地块画像”档案的基础上，获取了时空精准的水土流失程度数据。

基于对黑土地耕地质量的精准“把脉”，刘焕军团队构建了黑土地耕地质量多尺度天空地立体监测技术与预警系统，不仅生成个性化的施肥“处方图”，快速、量化诊断耕地白浆化程度，为三江平原低产白浆土大面积改良、培肥提供精确指导，还构建了变量施肥技术体系，解决了在地形、土壤质地、人为耕作等因素影响下旱田长势与质量差异显著的问题。

此外，刘焕军还带领团队与北大荒集团合作，构建小流域尺度耕地全要素米级时空大数据。他们通过阐明田块内与田块间的水、土、肥的运移规律，结合不同微地形的垄向、宽埂、暗管、草水道、条耕等条件，形成了坡耕地水蚀智能化防控综合技术体系，打造“海绵农田”，不仅可以在缺水时把水“锁住”，还能让多余的水按照设计方向和速度流走，减少土壤侵蚀。

刘焕军介绍，这一技术使水分利用效率提高30%、粮食增产5%至22%、水土流失减少70%以上，入选2026年黑龙江省农业主推技术，并获评北大荒农业新质生产力发展优秀成果。

“一盘棋”迎难而上

“在中国科学院‘黑土粮仓’科技会战中，经过近5年的攻关，我们围绕黑土地保护与合理利用做了大量工作，不仅摸清了黑土地的资源状况，也研发了大量黑土地保护相关技术，实现了黑土地保护与利用理论研究、技术研发和示范推广的科研新范式。”东北地理所所长姜明告诉记者。

充足的粮食储备是保障国家粮食安全的“压舱石”。“黑土粮仓”年粮食产量占全国的1/4。但20世纪初，受人口大规模迁徙和土地大范围垦殖的影响，东北黑土区农业开发利用强度持续上升，黑土表层流失加速，土壤有机质也逐年递减。打响黑土地“保卫战”成为当务之急。

针对这一难题，中国科学院“黑土粮仓”科技会战专项规划了退化阻控、健康培育、生物驱动、智能农机、天空地感知、全域定制六大攻关任务，设立了齐齐哈尔、大河湾、大安、长春、沈阳、海伦、三江七大万亩示范区，形成科技支撑“一盘棋”，为黑土地保护与利用提供系统、科学的解决方案。

经过近5年攻关，“梨树模式2.0”“龙江模式”“三江模式”“大河湾模式”“大安模式”等不同的农业耕作种植模式接连涌现，有效整合了增施有机肥、秸秆还田、轮作休耕、种植绿肥、种养结合等多种措施，构建了具有区域特色的农机农艺融合新体系。

农业技术示范与推广的效果如何，最终还要靠老百姓求证。“先进技术必须兼具实用性和前瞻性，完成当前粮食安全保障的国家使命，服务农业强国建设目标。”姜明说。

目前，“黑土粮仓”科技会战交出了一份亮眼的“成绩单”：完成全国首套典型黑土区10米空间分辨率土壤有机碳遥感制图；创新提出以内稳性地力提升为核心的黑土地退化阻控与健康培育理论，研发了坡-沟侵蚀综合防治技术体系；建立了基于固相育种芯片的大豆智能育种技术体系，大豆新品种“东生22”入选全国推广面积前十榜单，“东生”系列大豆年均推广面积超1300万亩；“鸿鹄”系列智能农机/具打破了国外技术垄断，构建伏羲大脑智慧农业管理系统，支撑了国家智慧农业行动计划实施……

“面向未来，我希望在现有耕地保护基础上，在产能提升方面进行更多探索，为国家粮食安全作出更多贡献。”姜明说。

为端牢“中国饭碗”，他们在黑土地打了场“保卫战”—新闻—科学网