科技“集团军”为黑土地保护与利用献策献力

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2021年3月，中国科学院联合东北三省一区启动“黑土粮仓”科技会战。随后，这片黑土地迎来了1400多人的科技“集团军”，他们为黑土地保护与利用献策献力。

为进一步总结经验，发展区域适应的农业模式，9月6～8日，“黑土地保护利用模式研讨会”在北大荒农垦集团建三江分公司召开，会议由黑龙江省农业农村厅、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）、北大荒农垦集团有限公司主办。

会上，东北地理所所长姜明表示，“黑土粮仓”科技会战取得了丰硕成果，针对不同区域黑土地黏重、冷凉、贫瘠、涝渍等障碍特征，科技“集团军”研发了黑土地肥沃耕层构建与保育技术等45项技术，并入选国家和省部级主推技术。“这些技术在7个万亩示范区的示范面积近16.3万亩，推广近2.72亿亩，为解决黑土地为黑土地“变薄”“变瘦”“变硬”的退化问题提供了中国科学院的系统解决方案。”

强强联合打造 “三江模式”

在东北三江平原的湿润区，近一半耕地是集中连片的水田，水资源安全压力大；常年低温冷凉导致水田秸秆降解缓慢；由于农田土壤的内部差异大，水肥药投入难以精准施策，处于粗放水平……

为此，东北地理所牵头成立中国科学院“黑土粮仓”科技会战三江示范区（以下简称三江示范区）青年突击队，由东北地理所研究员刘焕军担任队长。他告诉《中国科学报》：“针对上述问题，我们开发了秸秆翻埋、深松减障、智能管控、水土优化等技术，并在此基础上总结梳理出‘三江模式’。”

2021年3月以来，三江示范区分别与北大荒农垦集团红兴隆分公司、建三江分公司等签订战略合作协议，开展技术推广应用。

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刘焕军介绍中国科学院“黑土粮仓”科技会战三江示范区的情况。 沈春蕾摄

 “我们开发出一套‘节水、净水、量水、调水’的综合水土资源调控技术体系，最高可节水27%，提高农田退水氮磷净化效率达35%。”刘焕军说，“我们还据此估算出三江平原目前总节水潜力可达13亿立方米。”

为提升水田地力，三江示范区青年突击队施行了系列“组合拳”技术，包括秸秆粉碎抛洒、翻埋、旋耕等。刘焕军介绍，利用上述技术，还田秸秆腐解率可提高25%，水稻平均增产5%～8%，节肥10%以上。截至目前，青年突击队已在三江平原建立核心示范区1.8万亩，累计辐射推广面积5700万亩。

2021年7月，中国科学院启动的“黑土地保护与利用科技创新工程”战略性先导科技专项（A类），东北地理所研究员贾仲君担任专项总工程师，他告诉《中国科学报》，除了“三江模式”，中国科学院分别在7个万亩示范区梳理凝练出“梨树模式2.0”“龙江模式”“大安模式”“辽河模式”“大河湾模式”“齐齐哈尔模式”等，力争在用好养好黑土地同时，打造智慧农业保粮仓。

立体扫描诊断黑土地质量

今年7月，三江示范区联合中国科学院空天信息创新研究院等20多家单位，在北大荒集团友谊农场开展了2023年第二次黑土地航空飞行综合观测实验。

据介绍，此次天空地一体化综合实验覆盖了900平方黑土地，采用多尺度立体式的观测手段，包括15颗卫星、70多次过境，5个航空飞行架次，150余架次无人机飞行，结合地面160个样方和10万余条记录，形成了庞大的综合实验数据集。

三江示范区青年突击队开发的多要素立体监测技术与智慧农业遥感技术在北大荒集团的落地应用，也为天空地立体监测技术在农业领域的应用开拓了新的场景。

刘焕军介绍：“结合10余次星地同步观测、3次航空飞行综合观测实验和上百次卫星观测，利用4万余条地面观测数据和100T航空与卫星影像，我们实现了三江平原地形、土壤属性、作物、灾害与农业生产过程等农业生产信息米级或十米级制图，监测精度优于90%，并生成各种图集100多幅。

这些数据为黑土地耕地信息库建设与地块“画像”提供了全方位的支持。通过立体监测手段，青年突击队采集了三江平原裸土影像，观察到 “沙圈”砂质土、“鱼眼泡”低洼地区、“破皮黄”耕层变薄等现象。

随后，青年突击队开发了变量施肥技术体系，基于天空地立体监测绘制的地块“画像”，生成变量施肥处方图，通过App将处方图上传到变量施肥农机设备，实现节肥增产、减少面源污染的目的，切实保护黑土地。

9月7日，在北大荒七星农场现代化农业示范区，刘焕军团队展示了天空地一体化监测与感知技术体系及系统平台，该平台可以对三江平原农作物长势和农业生产过程的监测，并提供时空精准的黑土地保护技术措施。

体系化建制化攻关是新范式

中国科学院“黑土粮仓”科技会战吹号角吹响以来，产出了一批典型成果，包括计算所牵头研制的“鸿鹄”400马力智能无人电动拖拉机作业机组、电工所开发的国内首套农机用400马力高压电驱系统、电子学所研制的动力系统的核心开关控制器件1700V1000A高压大电流IGBT初样模块……

计算所正高级工程师张玉成告诉《中国科学报》：“鸿鹄”400马力智能无人拖拉机的主要部件国产化率高于90%，能效优于同马力段先进柴油动力机型50%，无人定位精度不低于2.5 毫米。”

针对三江平原耕地大量障碍型白浆土存在的结构不良、白浆层硬酸瘦、生物活性弱等问题，刘焕军团队发挥了土壤学、耕作栽培学、微生物学和空间科学等跨学科技术特色，从心土培肥技术、间隔混层技术和翻-松结合技术等着手，利用天空地立体监测技术，制定耕层白浆化快速诊断方法。

“我们根据白浆层和黑土层厚度不同开展差异化改土作业，结合白浆土专用改良剂、生物有机肥、专用肥料使用等，达到打破白浆层、降低白浆层硬度，耕层快速培肥的目标。”刘焕军介绍，“改良后的地力提升0.5个等级，旱田作物产量提升10%以上。”