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友誼農(nóng)場“萬畝大地號”上，農(nóng)機(jī)進(jìn)行作物收割作業(yè)，場面壯觀。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝

友誼農(nóng)場一處玉米示范地里，劉煥軍研究員接受媒體采訪介紹“三江模式”。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝

北大荒曙光農(nóng)場，項(xiàng)目團(tuán)隊用大型無人機(jī)在示范農(nóng)田上空開展相關(guān)作業(yè)。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝

黑土地是世界上最肥沃的土壤，被譽(yù)為“耕地中的大熊貓”。作為世界四大黑土區(qū)之一，中國東北黑土地約占全國耕地面積10%，是國家糧食安全重要保障的“黑土糧倉”，如何實(shí)現(xiàn)其有效保護(hù)和可持續(xù)利用，長期以來廣受關(guān)注。

科技會戰(zhàn)：“體檢開方”守護(hù)“黑土糧倉”

中國已將實(shí)施黑土地保護(hù)工程、加強(qiáng)東北黑土地保護(hù)和地力恢復(fù)納入國家“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要。2021年3月，中國科學(xué)院主動“揭榜掛帥”，并與吉林省、遼寧省、黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)簽訂框架協(xié)議，共同推進(jìn)實(shí)施“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)，針對“變薄”“變瘦”“變硬”等各類黑土地退化“疑難雜癥”開展科研攻關(guān)，“對癥下藥”保障“耕地中的大熊貓”健康，守護(hù)“黑土糧倉”。

其中，“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)水稻土和白漿土質(zhì)量與產(chǎn)能提升三江示范區(qū)項(xiàng)目，由中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所（東北地理所）科研團(tuán)隊領(lǐng)銜28家單位140多位科研人員，與北大荒農(nóng)墾集團(tuán)友誼農(nóng)場、曙光農(nóng)場等強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，通過類似CT掃描對黑土地進(jìn)行“體檢”，為目標(biāo)地塊精細(xì)“畫像”開出“處方”，并開展試驗(yàn)示范與應(yīng)用推廣，現(xiàn)已打造出適合于三江平原且可復(fù)制、可推廣的黑土地智能化保護(hù)利用模式即“三江模式”。

2024年秋收時節(jié)，被譽(yù)為“天下第一農(nóng)場”的友誼農(nóng)場滿目金黃?！昂谕良Z倉”科技會戰(zhàn)三江示范區(qū)項(xiàng)目首席科學(xué)家、中國科學(xué)院東北地理所研究員劉煥軍帶領(lǐng)團(tuán)隊穿梭于玉米地和水稻田，仔細(xì)查看研究示范區(qū)作物收成和樣方土壤情況。

他說，三江平原耕地集中連片，但存在由于土壤障礙、水土流失嚴(yán)重、低洼內(nèi)澇耕地面積大、低溫冷涼，限制地力與產(chǎn)能提升；農(nóng)業(yè)時空基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匱乏，限制了智能化水平的提升；大規(guī)模水田開發(fā)導(dǎo)致地下水季節(jié)性下降、水土資源時空不匹配等問題。

這些問題嚴(yán)重威脅國家糧食安全與區(qū)域生態(tài)安全，三江示范區(qū)項(xiàng)目團(tuán)隊為此開展針對性研究攻關(guān)，因地制宜推出“三江模式”系統(tǒng)解決方案。

“三江模式”：黑土地智能化保護(hù)范式

劉煥軍指出，“三江模式”概括而言即黑土地智能化保護(hù)范式，其建成黑土地保護(hù)利用系統(tǒng)解決方案與集成樣板，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科/全環(huán)節(jié)/全鏈條系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)土壤障礙消減、智能化農(nóng)機(jī)與耕作栽培、坡耕地水蝕阻控、低洼內(nèi)澇耕地排水、小流域尺度水土優(yōu)化、大面積綜合地力提升。

黑土地智能化保護(hù)范式主要包括八方面內(nèi)容：一是黑土地保護(hù)問題系統(tǒng)認(rèn)知理論創(chuàng)新；二是黑土地耕地質(zhì)量立體監(jiān)測認(rèn)知新理論，建立監(jiān)測指標(biāo)體系；三是研發(fā)天空地立體監(jiān)測技術(shù)，服務(wù)黑土“地塊畫像”需求；四是明確耕地退化的核心指標(biāo)、輔助指標(biāo)、閾值，定量診斷障礙與退化程度；五是基于天—空—地一體化監(jiān)測技術(shù)體系獲取的區(qū)域農(nóng)業(yè)時空大數(shù)據(jù)，建立三江平原多尺度分區(qū)體系，實(shí)現(xiàn)田塊內(nèi)部的精準(zhǔn)管理分區(qū)；六是生成不同技術(shù)的智能決策與“處方”，時空精準(zhǔn)障礙消減與地力提升；七是結(jié)合分區(qū)體系與定量診斷，智能化配置黑土地保護(hù)利用技術(shù)；八是建設(shè)集成樣板，實(shí)現(xiàn)“監(jiān)測診斷、技術(shù)處方、精準(zhǔn)手術(shù)”的工程農(nóng)藝生物措施集成保護(hù)。

其中，“地塊畫像”方面，項(xiàng)目團(tuán)隊組織3次百人規(guī)模黑土地航空遙感實(shí)驗(yàn)，目前獲取數(shù)據(jù)量超過2萬條逾400T，通過天空地立體監(jiān)測技術(shù)對研究區(qū)域黑土農(nóng)田的土壤、利用、產(chǎn)能、生態(tài)、退化、決策等要素進(jìn)行米級高精度定量監(jiān)測，為科學(xué)設(shè)計綜合治理方案提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

“海綿農(nóng)田”：“三跑田”變成“三保田”

基于山水林田湖草沙生命共同體理念，中國科學(xué)院“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)三江示范區(qū)項(xiàng)目團(tuán)隊綜合運(yùn)用衛(wèi)星遙感、航空遙感、地面?zhèn)鞲械认冗M(jìn)科技手段，研發(fā)出天空地立體監(jiān)測技術(shù)體系，全方位獲取耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)并形成“地塊畫像”，從而創(chuàng)新推出“三江模式”這一黑土地坡耕地保護(hù)利用系統(tǒng)解決方案。

目前，該模式已構(gòu)建面向三江平原黑土地保護(hù)的技術(shù)體系4套，包括黑土地坡耕地水蝕智能防控與綜合地力提升技術(shù)體系、白漿土旱田智能化保護(hù)利用技術(shù)體系、寒地水田智能化保護(hù)利用技術(shù)體系、基肥追肥全環(huán)節(jié)的水旱田智能施肥技術(shù)體系，分別應(yīng)用于相對應(yīng)的4個主要場景。

這個過程當(dāng)中，三江示范區(qū)項(xiàng)目團(tuán)隊與北大荒研究提出黑土地“海綿農(nóng)田”概念并建立樣板最引人矚目?！啊＞d農(nóng)田’是特別形象、很適合科普的一個提法，我們希望通過農(nóng)機(jī)農(nóng)藝工程措施及生物措施等，實(shí)現(xiàn)‘海綿農(nóng)田’在旱的時候能高效蓄水、澇的時候能快速排水。”劉煥軍說。

在“海綿農(nóng)田”示范樣板建設(shè)過程中，項(xiàng)目團(tuán)隊利用天空地立體監(jiān)測技術(shù)，智能化配置等高種植、可耕作寬埂、窄埂、暗管排水、小流域尺度蓄排等工程措施，白漿土改土、智能施肥、條耕等農(nóng)藝措施，以及草水道等生物措施，實(shí)現(xiàn)“澇能排”“旱能蓄”和“固土保肥”，以此為基礎(chǔ)并融合多措施、多尺度、多環(huán)節(jié)黑土地坡耕地智能化保護(hù)利用技術(shù)體系，將曾經(jīng)跑水、跑土、跑肥的“三跑田”變成保水、保土、保肥的“三保田”。

“科技司農(nóng)”：讓農(nóng)戶足不出戶巡田

如何讓“三江模式”“海綿農(nóng)田”“地塊畫像”等先進(jìn)科技手段服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)助農(nóng)興農(nóng)？關(guān)鍵是要讓農(nóng)戶、農(nóng)場方便快捷地用起來。中國科學(xué)院“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)三江示范區(qū)項(xiàng)目團(tuán)隊專門設(shè)計開發(fā)的“中科司農(nóng)”手機(jī)應(yīng)用軟件，頗受農(nóng)戶、農(nóng)場的歡迎與好評。

據(jù)項(xiàng)目團(tuán)隊成員、中國科學(xué)院東北地理所科研助理曲洺伯介紹，團(tuán)隊自主開發(fā)的“中科司農(nóng)”手機(jī)APP同步微信小程序，旨在服務(wù)于廣大農(nóng)戶，讓農(nóng)戶足不出戶，在炕頭上就能看到自家田地作物長勢監(jiān)測情況、區(qū)域氣象情況等。該手機(jī)軟件主打的“地塊畫像”則類似于CT掃描，給地塊做一個全身“體檢”，從而為農(nóng)戶提供相關(guān)地塊的全方位數(shù)據(jù)服務(wù)，輔助他們根據(jù)退化障礙信息，及時進(jìn)行土壤改良。

項(xiàng)目團(tuán)隊另一名成員、中國科學(xué)院東北地理所科研助理孫金宇說，利用“中科司農(nóng)”APP，可以實(shí)時查看目標(biāo)地塊作物長勢情況、白漿土嚴(yán)重程度，還可以進(jìn)行精準(zhǔn)天氣預(yù)測，幫助農(nóng)戶更好地實(shí)現(xiàn)耕、種、管、收的全流程管理，為保障國家糧食安全添磚加瓦。

友誼農(nóng)場承包農(nóng)戶郎艷會對“中科司農(nóng)”手機(jī)APP及微信小程序印象深刻。他說，用了這個手機(jī)APP功能后，在家足不出戶就能巡田，就能看到自家田地長勢怎么樣，還可以根據(jù)精細(xì)天氣預(yù)報，選擇施肥打農(nóng)藥的時機(jī)，“節(jié)省了不少事，幫助很大”。

北大荒農(nóng)墾集團(tuán)黑龍江友誼農(nóng)場有限公司副總經(jīng)理?xiàng)罨郾硎?，除了手機(jī)APP，通過與中國科學(xué)院“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)三江示范區(qū)項(xiàng)目團(tuán)隊合作，友誼農(nóng)場現(xiàn)在每塊耕地都擁有像身份證一樣的二維碼，只要用手機(jī)掃碼，就知道這塊地怎么種、怎樣施肥、需要注意什么。這種土壤數(shù)據(jù)的生成服務(wù)，對友誼農(nóng)場和整個墾區(qū)都是最有用。

成效顯著：為糧食安全等作出重要貢獻(xiàn)

三江示范區(qū)項(xiàng)目團(tuán)隊稱，作為中國科學(xué)院“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)重要成果之一，“三江模式”已推廣至北大荒農(nóng)墾集團(tuán)友誼農(nóng)場、曙光農(nóng)場等16個農(nóng)場，實(shí)現(xiàn)水分利用效率提高30%、糧食增產(chǎn)5%-22%、水土流失減少70%的綜合效益。

當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶于殿東承包了友誼農(nóng)場160.5畝耕地，中國科學(xué)院項(xiàng)目團(tuán)隊沒來之前，是他最頭疼的一塊地，因?yàn)槭瞧赂?，坡度比較大，水土流失比較嚴(yán)重，產(chǎn)量低?！白詮膶＜襾砹艘院螅ㄟ^（科技手段）綜合治理，每畝產(chǎn)量從原來的600多公斤增加到900多公斤，（增產(chǎn)增收的）效益可觀”。

楊慧認(rèn)為，“三江模式”的形成和推廣，給友誼農(nóng)場帶來最大的變化是能拿到更準(zhǔn)確的土壤數(shù)據(jù)，包括作物長勢、災(zāi)害的數(shù)據(jù)，“我們對土壤更了解了”；其次是整體作物產(chǎn)量提高3%到5%左右，按照變量施肥，施肥量每畝降低3公斤左右。

中國科學(xué)院東北地理所副所長李祿軍研究員則提醒，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)特別是新質(zhì)生產(chǎn)力如何助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)發(fā)展，后續(xù)還有大量工作要去做。比如在精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)噴藥等技術(shù)環(huán)節(jié)，仍有大量技術(shù)參數(shù)需要去研究、摸索、試驗(yàn)，以形成一系列規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。

“通過努力，我們已構(gòu)建黑土地保護(hù)‘三江模式’，并實(shí)現(xiàn)可復(fù)制、可推廣，為國家的糧食安全和生態(tài)安全作出重要貢獻(xiàn)。”劉煥軍總結(jié)說，短期看，它最直接的好處是增產(chǎn)帶來的經(jīng)濟(jì)效益；長期看，這是給子孫后代留好地，是經(jīng)濟(jì)效益和包括生態(tài)效益在內(nèi)的社會效益綜合體現(xiàn)。他希望通過“海綿農(nóng)田”技術(shù)把黑土層保護(hù)好，助力黑土地可持續(xù)甚至永續(xù)利用。