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9月29日，中科院在京召开新闻发布会，公布“黑土粮库”科技会战阶段性成果和《东北黑土地保护与利用报告（2021年）》。 新京报记者获悉，科技会战巩固和加强了中国在国际黑土研究中的领先地位，中科院黑土退化控制的理论研究已进入国际第一梯队。
黑土地退化“变薄、变瘦、变硬”，中科院开始科技会战
中科院东北地理农业生态研究所所长姜明介绍，黑土地是地球宝贵的土壤资源，是黑色或黑色腐殖质表层土壤，性状好、肥力高，是适宜农耕的优质土地。 “世界上有四大黑土地，包括北美中部密西西比河流域、乌克兰-俄罗斯平原、中国东北、南美潘帕斯草原。 ”
9月18日，辽宁康平，黑土地即将收获的玉米和蔬菜，呈现出乡村丰收的美景。 图/IC photo
黑土地是我国的“耕地熊猫”。 东北黑土地面积达109万平方公里，包括黑龙江和吉林两省全部、辽宁省北部和内蒙古东部。 黑地区总面积居世界第三位。 黑土地也是我国粮食安全“压舱石”，商品粮基地粮食产量占全国的1/4，商品量占全国的1/4，粮食采购量占全国的1/3。 2021年，东北三省和内蒙古地区合计增产188亿斤，对全国粮食增产贡献率达到70.3%。
但黑土地面临退化问题，主要表现为“变薄、变瘦、变硬”。
姜明说，黑土有机质衰减会“变瘦”。 东北黑土地土壤有机质降幅达21%。 经中科院农业生态试验站监测，在长期施用化肥条件下，土壤有机质显著下降。 由于土壤侵蚀，黑色的土层“变薄”。 水蚀、风蚀、冻融黑土可由初期开垦时的70厘米降至40厘米以下； 60%以上的田地发生了水土流失。 机械化作业使土壤变硬，作物难以破土出苗，导致农业减产。
“培育好黑土地”是国家粮食安全和生态安全的重要保障。 2021年3月，中国科学院发起了“黑土粮仓”科技会战。 科技会战针对东北黑土地保护和利用中需要解决的关键科技难题，开展核心技术攻关和示范，着力设计培育好黑土地的系统解决方案。
构建空地一体化监测与感知系统
“黑土粮仓”科技会议战针对黑土“变薄、变瘦、变硬”问题，分析了黑土区主要侵蚀过程的临界地形特征，揭示了黑土有机质的变化特征和积累机制。 经实测和高分辨率遥感调查，黑土区侵蚀沟有49.6万条数据，高于常规遥感监测数据的1倍以上，明确了黑土侵蚀沟的空间分布，被水利部采用。
2019年4月15日，内蒙古兴安盟，春天来了，东北地区开始翻田，各地都是肥沃的黑土地。 图/IC photo
姜明表示，截至2021年，黑土变瘦、变薄、变硬等退化专题检索显示，中国的研究占世界所有论文的52%。 “根据机关发文量，中科院占世界的30%，在变薄、变瘦、变硬的研究领域远远领先于其他研究机构。 ”
针对不同地区农业资源存量和气候特征，科技会战建立了“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型。
“黑土谷仓地带”科技会战，建立了天与地一体化的监测感知系统，建立了“地理学大数据现代农业”的“黑土谷仓地带”全域定制模型。
姜明表示，未来，“黑土粮库”科技会议将围绕提高黑土地力、构建肥沃耕作层展开科技攻关，发展土壤健康与产能协同提升理论，加强生物、信息、天空遥感等多学科技术与农业的有机融合。
第一种情况：
脂肪含量高，早熟，抗盐碱，东北地理育成的“东生”大豆新品种
大豆是最重要的粮食作物，提供了中国约1/3的脂肪、3/5的植物蛋白质。 但我国大豆进口量超过总需求量的85%，大豆稳定供应面临严峻考验。 2021年，我国大豆种植产量1640万吨，同比减少320万吨，下降16.4%； 进口量为9652万吨，进口额同比增长35.4%。
“大豆具有根瘤固氮、培肥的地力作用，而东北黑土地是国家大豆的主产区。 因此，扩大大豆种植、开发和应用优质大豆种质资源不仅对推动我国大豆振兴、提高种子产业国际竞争力具有重要战略意义，而且对黑土地退化控制和健康保护也具有重要作用。 ”中国科学院东北地理与农业生态研究所(简称“东北地理所”)正高级工程师李艳华说。
2019年10月13日，黑龙江广袤的黑土地上大豆成熟。 图/IC photo
东北地理所通过长期研究，培育出31个“东生”系列大豆新品种。 例如，“东生79”脂肪含量高达24.16%，为黑龙江省近50年来高脂肪品种脂肪含量最高，同时兼具早熟、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短缺的问题，满足了大豆种植区域进一步扩大的需要。
在常规育种的基础上，东北地理所在国内率先建立了大豆分子设计育种技术体系，实现了大豆品种的“定制化”生产。 2018年，在东北地理所在的吉林西部建立耐盐碱大豆选育示范基地，成功选育出抗盐碱大豆新品种“东生118”。 2021年，“东生118”实现600亩重度苏打盐碱土壤示范田亩产突破149公斤，被列为“国家大豆科技自强行动”吉林省主推耐盐碱品种。 目前，“东生118”已推广种植5万亩。
据不完全统计，“东生”系列大豆品种现有种植面积约1400万亩/年，累计推广5000万亩，增产20亿斤，增加利润40亿元。
第二种情况：
智能农机实现无人化“农用管道收运”作业
在科技的加持下，农机也越来越智能化。
“目前，东北地区小马力农机作业幅度狭窄，土壤多次碾压，导致黑土地变硬。 ”中国科学院计算技术研究所正高级工程师张玉成表示，该研究所开发的“鸿鸭”T300智能农机是为黑土地定制开发的大马力电动智能农机。 突破其大马力电动驱动技术，主驱动电机出力达到300千瓦( 407.88马力)，大马力带动更宽的机具，减少对土壤的压实作用。
黑龙江省黑河，农机在黑土地上开展耕地工作。 图/IC photo
同时，采用智能技术，可以在耕作中完成土壤、作物、农艺的数据采集，更好地了解黑土地变薄、瘦、硬的情况。 “综合50多种传感信息，对黑土地进行土壤、作物等工作环境和主体状态的数据收集，成为黑土地数据‘爬行动物’，为黑土地保护提供准确的数据。 ’东北地区无霜期短，工作时间艰苦。 智能化的提高，可以通过减少或替代人力无人工作，延长工作时间，提高白天工作效率。
“保护黑土地的同时也要保护生态环境”，他说，“鸿鹄”T300突破了清洁能源管理技术，开发出了满足农机工作环境要求的“模块化”电池组。 由此，可以在不同马力级的农机之间交换共享电池组，提高开发效率，通过电源管理系统的算法优化，精确调度能量分配策略。
张玉成表示，中科院自2021年启动“黑土粮库”科技会议以来，中科院牵头组织10多个科研机构组成青年突击队，探索构建智能化黑土保护“大河湾模式”。 “培育好黑土地”的核心是“产量不减，土地多休息”。 “大河湾模式”在农业智能技术的助力下，亩产不减反增，“休养生息”土地数量增加。
“保护耕地本质上是保护生产能力。 ”中国工程院院士、中国科学院南京土壤所研究员张佳宝说，中国人口众多，可种植的耕地资源相对匮乏。 “由于人均耕地数量少，利用强度高，耕地质量恶化。 ”
他说，东北黑土地每年只生产一季粮食，一季产量达到全国粮食年产量的1/4。 目前，由于气候原因，生产力较低，必须提高土壤质量，提高产量。 中科院将启动“黑土粮库”科技会战，着力解决关键核心问题，进行前瞻性布局。 对于黑底“变瘦、变薄、变硬”的问题，需要从机理上揭示规律。
张佳宝表示，未来，随着智能化技术和智能装备的应用，东北地区种田的人将越来越少，实现“以房造田”“农机无驾驶室”。
北京新闻记者张璐
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