为解此地发展之困,科学家带着“法宝”来了

李艳华在大豆田里向记者介绍“东生”大豆。倪思洁摄

■本报记者 倪思洁

东临小兴安岭,西倚大兴安岭,在世界四大黑土带之一的松嫩平原腹地上,黑龙江齐齐哈尔市坐拥3800万亩黑土耕地。

广袤的黑土耕地,使齐齐哈尔成为我国第四大产粮大市。这里以玉米、大豆、水稻为主要粮食作物,2021年粮食总产量达247亿斤。

黑土是齐齐哈尔发展之宝,却也是齐齐哈尔发展之困。西南风蚀,薄层黑土脆弱;东北水蚀,中厚土层融蚀,耕作层变硬。如何守好、用好这份大自然的馈赠,是摆在齐齐哈尔面前的难题。正当困顿之时,中国科学院的科学家们带着“法宝”来了。

他们带着“VIP”定制服务来了

2021年3月,中科院地理科学与资源研究所(以下简称中科院地理所)研究员廖晓勇来到齐齐哈尔。从那时起,他有了一个新身份——“黑土粮仓”科技会战齐齐哈尔示范区总指挥。

为贯彻落实习近平总书记关于黑土地保护的重要指示批示精神,中科院向党中央揭榜挂帅,启动“黑土粮仓”科技会战,并批准建设黑土粮仓齐齐哈尔示范区。中科院地理所总体负责该示范区的建设。

“黑土地保护与利用需要哪些核心科技?中科院的技术如何植入实际生产?政府、农户、研究所如何协同作业?”一连串问题堆积在廖晓勇的脑海里。

他深知,齐齐哈尔示范区是黑土地“大熊猫”的典型代表,这里涵盖了除棕壤外的全部东北黑土区的黑土类型——黑土、黑钙土、暗棕壤、草甸土、白浆土,各个地区既有不同的特征,也有不同的问题。

经过反复梳理讨论,他们最终决定发挥“老本行”地理学的综合性、系统性和实践性学科优势,研制出一套集“田块尺度一地一策、村域尺度依村定策、全域尺度分区施策”于一体的黑土地保护利用全域定制系统。

他们在齐齐哈尔核心示范区——依安县作了最初的尝试。

先按照地形、地理现状、农田投入和经营模式等指标的时空差异性,将县域田块分类分级,以经济效益和环境效益的最优化为目标,进行因地制宜的差异化管控。

再基于全域定制系统智能化诊断评价,将村庄划分为不同保护与发展类型,据此制定不同的土地经营方式,应用不同的黑土地保护利用技术,规划不同的产业发展路径,打造不同的黑土地保护与乡村振兴有机融合模式。

随后,基于监测网络大数据和多元地理信息数据,以问题为导向、以网格单元作为研究尺度,运用数据模型和人工识别相结合的方法,实施分区、分类、分级,提出服务于黑土保护和农业可持续发展的全域分区方案和匹配策略。

“我们还联合了中科院院内外的12家科研机构、地方政府和龙头企业开展黑土地保护利用技术集成,在齐齐哈尔市全域9县1区13个示范点示范,打造可推广的中科院全域定制系统解决方案。”廖晓勇说。

他们带着好种又好卖的新品种来了

中科院东北地理与农业生态研究所研究员李艳华做了30年大豆育种工作,培育出15个“东生”系列大豆品种。自从“黑土粮仓”科技会战打响,她就全身心投入到齐齐哈尔市及辐射区域高产优质大豆品种的示范推广工作中。

9月,大豆的收获季到了。豆荚已经变黄、发干,轻轻一挤,浓黄、圆润的豆粒滚进手心,李艳华一路走一路看,心里美滋滋的:“产量应该挺好。”

大豆是一种可以“肥地”的作物,它具有极好的固氮能力,不需要施太多的化肥、农药。正因如此,大豆成了能够保护黑土地的作物。但长期以来,大豆的经济效益不及玉米,所以李艳华要想办法培育出产量高、卖得上价的大豆品种。

10万亩核心示范区里,一大半地里都种着“东生19”大豆品种。根据以往的经验,她判断,今年一亩地实收产量应该在200公斤左右,而目前全国大豆平均产量大概是一亩地130多公斤。

“前段时间,‘东生’大豆卖到三块六毛钱一斤,其他的也就三块一毛多,一斤能多出5毛钱左右。”皮肤晒得黝黑的李艳华笑着告诉《中国科学报》记者。

因为能得到实惠,农户们口口相传,“东生19”大豆在齐齐哈尔地区的名声越来越大,李艳华也越干越有劲儿。她每天天一亮就出门去实验室,每年要做300个大豆杂交组合试验。

进行优良品种示范是科学家们保护“黑土粮仓”的办法之一。他们在广袤的示范田里种下了豆类、禾谷类、蔬菜等三大品类作物的244个优良品种,优选适宜本地的高产优质作物品种。

不仅如此,他们还向农户们示范展示各品类作物的有机生产过程,采用110厘米、130厘米大垄密植优质高效栽培技术模式,开展豌豆、毛葱复种蔬菜、玉米大豆带状复合种植等试验示范。

他们带着科学又适用的对策来了

为了找到解决黑土地之困的最佳对策,科学家们还在田间地头做起了各种试验。

在依安县省级农业园区,他们研究怎样才能最高效地还田增碳。

针对冷凉区中厚层黑土地有机物料还田增碳效果差、模式少等问题,他们从2021年起开展有机物料高效还田增碳对比试验。他们设置了有机肥深施还田、秸秆深翻还田、秸秆归行还田、秸秆表施还田四种有机物料还田试验。经过一年时间,他们初步判断,有机肥深松深施和秸秆深翻还田两种处理方式有较好的增碳效果。

在齐齐哈尔示范区的梅里斯攻关试验区,他们研究怎样能阻挡风对黑土的侵蚀。

梅里斯区大风频发。当地人有句玩笑:“梅里斯一年刮两次风,一次刮半年。”

“一阵风刮过去,就能吹走一个世纪。”“黑土粮仓”科技会战的科学总顾问、中国工程院院士张佳宝看到贫瘠的薄层黑土剖面时心疼地说,“每一厘米厚的黑土层需要400年才能形成。”

为了解决风蚀问题,科研人员摸索了两种保护性耕作措施——灭茬秸秆覆盖免耕、高留茬秸秆覆盖免耕。他们还在田间布设了完整的风蚀观测系统,包括6套全方位集沙仪和两套八向集沙仪,在2021年和2022年对不同耕作模式下土壤风蚀特征进行了观测。最后,他们发现,减少表土的裸露面积,是梅里斯区风蚀阻控的重要着眼点,而两种保护性耕作措施可以让风蚀量降低61%~64%。

这类依靠科学决策的事例还有很多。在依安县,他们摸索出“天—空—地—网”一体化黑土地精准监测体系、有机鲜食玉米套养大鹅技术;在梅里斯,他们摸索出薄层黑土高效增碳技术、薄层黑土品种优选与耕作技术、黑土地保育增效技术……

“在齐齐哈尔示范区,我们要做的就是‘黑土粮仓全域定制决策系统’。通过这一系统,我们有信心能够更充分地运用科研成果,更有针对性地加强黑土保护。”廖晓勇说。