科技“集團軍”為黑土地保護與利用獻策獻力

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2021年3月，中國科學院聯合東北三省一區啟動“黑土糧倉”科技會戰。隨后，這片黑土地迎來了1400多人的科技“集團軍”，他們為黑土地保護與利用獻策獻力。

為進一步總結經驗，發展區域適應的農業模式，9月6～8日，“黑土地保護利用模式研討會”在北大荒農墾集團建三江分公司召開，會議由黑龍江省農業農村廳、中國科學院東北地理與農業生態研究所（以下簡稱東北地理所）、北大荒農墾集團有限公司主辦。

會上，東北地理所所長姜明表示，“黑土糧倉”科技會戰取得了豐碩成果，針對不同區域黑土地黏重、冷涼、貧瘠、澇漬等障礙特征，科技“集團軍”研發了黑土地肥沃耕層構建與保育技術等45項技術，并入選國家和省部級主推技術。“這些技術在7個萬畝示范區的示范面積近16.3萬畝，推廣近2.72億畝，為解決黑土地為黑土地“變薄”“變瘦”“變硬”的退化問題提供了中國科學院的系統解決方案。”

強強聯合打造 “三江模式”

在東北三江平原的濕潤區，近一半耕地是集中連片的水田，水資源安全壓力大；常年低溫冷涼導致水田秸稈降解緩慢；由于農田土壤的內部差異大，水肥藥投入難以精準施策，處于粗放水平……

為此，東北地理所牽頭成立中國科學院“黑土糧倉”科技會戰三江示范區（以下簡稱三江示范區）青年突擊隊，由東北地理所研究員劉煥軍擔任隊長。他告訴《中國科學報》：“針對上述問題，我們開發了秸稈翻埋、深松減障、智能管控、水土優化等技術，并在此基礎上總結梳理出‘三江模式’。”

2021年3月以來，三江示范區分別與北大荒農墾集團紅興隆分公司、建三江分公司等簽訂戰略合作協議，開展技術推廣應用。

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劉煥軍介紹中國科學院“黑土糧倉”科技會戰三江示范區的情況。 沈春蕾攝

 “我們開發出一套‘節水、凈水、量水、調水’的綜合水土資源調控技術體系，最高可節水27%，提高農田退水氮磷凈化效率達35%。”劉煥軍說，“我們還據此估算出三江平原目前總節水潛力可達13億立方米。”

為提升水田地力，三江示范區青年突擊隊施行了系列“組合拳”技術，包括秸稈粉碎拋灑、翻埋、旋耕等。劉煥軍介紹，利用上述技術，還田秸稈腐解率可提高25%，水稻平均增產5%～8%，節肥10%以上。截至目前，青年突擊隊已在三江平原建立核心示范區1.8萬畝，累計輻射推廣面積5700萬畝。

2021年7月，中國科學院啟動的“黑土地保護與利用科技創新工程”戰略性先導科技專項（A類），東北地理所研究員賈仲君擔任專項總工程師，他告訴《中國科學報》，除了“三江模式”，中國科學院分別在7個萬畝示范區梳理凝練出“梨樹模式2.0”“龍江模式”“大安模式”“遼河模式”“大河灣模式”“齊齊哈爾模式”等，力爭在用好養好黑土地同時，打造智慧農業保糧倉。

立體掃描診斷黑土地質量

今年7月，三江示范區聯合中國科學院空天信息創新研究院等20多家單位，在北大荒集團友誼農場開展了2023年第二次黑土地航空飛行綜合觀測實驗。

據介紹，此次天空地一體化綜合實驗覆蓋了900平方黑土地，采用多尺度立體式的觀測手段，包括15顆衛星、70多次過境，5個航空飛行架次，150余架次無人機飛行，結合地面160個樣方和10萬余條記錄，形成了龐大的綜合實驗數據集。

三江示范區青年突擊隊開發的多要素立體監測技術與智慧農業遙感技術在北大荒集團的落地應用，也為天空地立體監測技術在農業領域的應用開拓了新的場景。

劉煥軍介紹：“結合10余次星地同步觀測、3次航空飛行綜合觀測實驗和上百次衛星觀測，利用4萬余條地面觀測數據和100T航空與衛星影像，我們實現了三江平原地形、土壤屬性、作物、災害與農業生產過程等農業生產信息米級或十米級制圖，監測精度優于90%，并生成各種圖集100多幅。

這些數據為黑土地耕地信息庫建設與地塊“畫像”提供了全方位的支持。通過立體監測手段，青年突擊隊采集了三江平原裸土影像，觀察到 “沙圈”砂質土、“魚眼泡”低洼地區、“破皮黃”耕層變薄等現象。

隨后，青年突擊隊開發了變量施肥技術體系，基于天空地立體監測繪制的地塊“畫像”，生成變量施肥處方圖，通過App將處方圖上傳到變量施肥農機設備，實現節肥增產、減少面源污染的目的，切實保護黑土地。

9月7日，在北大荒七星農場現代化農業示范區，劉煥軍團隊展示了天空地一體化監測與感知技術體系及系統平臺，該平臺可以對三江平原農作物長勢和農業生產過程的監測，并提供時空精準的黑土地保護技術措施。

體系化建制化攻關是新范式

中國科學院“黑土糧倉”科技會戰吹號角吹響以來，產出了一批典型成果，包括計算所牽頭研制的“鴻鵠”400馬力智能無人電動拖拉機作業機組、電工所開發的國內首套農機用400馬力高壓電驅系統、電子學所研制的動力系統的核心開關控制器件1700V1000A高壓大電流IGBT初樣模塊……

計算所正高級工程師張玉成告訴《中國科學報》：“鴻鵠”400馬力智能無人拖拉機的主要部件國產化率高于90%，能效優于同馬力段先進柴油動力機型50%，無人定位精度不低于2.5 毫米。”

針對三江平原耕地大量障礙型白漿土存在的結構不良、白漿層硬酸瘦、生物活性弱等問題，劉煥軍團隊發揮了土壤學、耕作栽培學、微生物學和空間科學等跨學科技術特色，從心土培肥技術、間隔混層技術和翻-松結合技術等著手，利用天空地立體監測技術，制定耕層白漿化快速診斷方法。

“我們根據白漿層和黑土層厚度不同開展差異化改土作業，結合白漿土專用改良劑、生物有機肥、專用肥料使用等，達到打破白漿層、降低白漿層硬度，耕層快速培肥的目標。”劉煥軍介紹，“改良后的地力提升0.5個等級，旱田作物產量提升10%以上。”