◇中科院已启动A类战略性先导科技专项“黑土地保护与利用科技创新工程”，计划建设黑土资源环境空—天—地一体监测与感知系统
◇到2020年底，东北地区已经建成高标准农田1113.33万公顷（1.67亿亩），占全国已建成高标准农田面积的21%
文 |《瞭望》新闻周刊记者 扈永顺 闫睿
在吉林省公主岭市环岭街道土城子村，农民驾驶大马力拖拉机对已收获的耕地进行秸秆深翻还田保护性作业（2022 年 11 月 1 日摄） 许畅摄 / 本刊
2022年初冬时节，在位于黑龙江省齐齐哈尔市的中科院“黑土粮仓”科技会战示范区，科研人员借助大垄双行技术，将有机肥、秸秆等有机物料还田，用于培肥地力，增厚耕层，为来年保肥保墒提供养分支撑。经过呵护改良的黑土地，在冬天的厚积薄发中静待着春天的好消息……
“一两黑土二两油，插根筷子也发芽。”这是人们对东北黑土的印象，但近年来“捏把泥土冒油花”的黑土地面临着退化问题。为贯彻落实中央用好养好黑土地的要求，2021年3月，中科院启动“黑土粮仓”科技会战，面向国家粮食安全战略目标，针对东北黑土地保护与利用需要破解的关键科学技术难题，开展核心技术攻关和示范，致力于形成用好养好黑土地的系统解决方案。
科技会战联合黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古开展科技攻关与关键技术示范推广，共同打造了7个万亩级示范区，截至2021年底，核心示范区面积11万亩，形成主推技术22项，初步构建了“梨树模式2.0”“龙江模式”和“三江模式”等黑土地保护利用模式样板。“梨树模式”及“梨树模式2.0”在吉林省推广应用2800万亩；“龙江模式”“三江模式”已纳入国家黑土地保护工程实施方案，在黑龙江省分别推广应用1620万亩和1910万亩。
“下一步，科技会战将协同土壤健康与产能提升，围绕黑土保护修复以及地力提升、肥沃耕层构建持续开展科技攻关。”“黑土粮仓”科技会战专项科学总顾问、中国工程院院士、中科院南京土壤研究所研究员张佳宝在接受《瞭望》新闻周刊专访时表示，中科院将进一步强化生物、信息、空天遥感等多学科技术与农业的有机融合，打造“用得上、有影响”“推得开、留得下”的黑土地保护与利用技术，构建更加成熟、有效的黑土地保护利用模式。
突破黑土地退化防治关键技术
《瞭望》：近年来黑土地利用情况如何？
张佳宝：自20世纪初大规模移民和大范围土地垦殖以来，东北黑土区农业开发利用强度持续上升，突出表现为农作物播种面积扩大和粮食供给能力逐步增强。
东北黑土区农作物播种面积持续扩张，并形成了“粮食主导”的农业种植格局。到2020年，东北地区粮食播种面积2865.5万公顷（42982.5万亩），粮食作物占农作物播种面积的93.3%，水稻、玉米和大豆播种面积占粮食作物播种面积98.9%。
粮食产出与供给能力逐步增强。近20年来，东北地区粮食产量快速增长，对全 国粮食增产稳产的贡献不断增强。2000～2021年，东北地区粮食产量增长了近2倍，粮食产量占全国粮食总产量的比例由12.74%上升到25.36%，全国一半的粮食增产量来自东北地区。2020年区域粮食可剩余量达到1.29亿吨（2580亿斤），输出的商品粮占全国商品粮总量的1/3。
东北黑土区农业要素投入正进入结构调整期。2015年以来，化肥施用量持续下降，农药施用量已下降到国际警戒线以下。农业机械化水平持续提升，2020年黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古的农业综合机械化率分别达到98%、91%、80%、85%。土地流转与规模化经营水平不断提高，2020年黑龙江农村家庭承包土地流转率已经达到56.6%，吉林为40.2%，辽宁为31.7%。
《瞭望》：为何要进行“黑土粮仓”科技会战？
张佳宝：在我国耕地评价中，东北黑土地等级是最高的。但受气候变化、农业开发利用强度上升、农田基础设施建设滞后等多种因素影响，东北黑土地呈现退化趋势，出现不同程度的变薄、变瘦、变硬等问题，“黑土粮仓”科技会战目标就是针对这些问题提供解决方案。
自然因素和人类活动是导致黑土地退化的驱动因素。在长期高强度种植以及外源化肥养分非均衡输入条件下，黑土地正在变瘦，土壤有机质显著下降。在水蚀、风蚀和冻融侵蚀作用下，黑土由初垦时60～80厘米降至40厘米以下，60%以上的旱田发生水土流失，黑土层变薄，甚至出现破皮黄。机械化频繁作业导致土壤压实变硬，通透性变差，水肥保持能力减弱，作物难以破土出苗，导致农业减产。在退化的同时，土壤的健康水平、水资源的持续利用以及自然生态格局的协同调控功能也随之下降。
保护好黑土地，关键是科技支撑。针对黑土地变薄、变瘦、变硬等问题，科研人员通过开展监测评估、机理揭示、技术研发、模式构建研究，系统调查黑土地土壤资源现状，建立土壤资源清单；揭示黑土退化与阻控机理，突破黑土地健康保育与产能提升技术；研发智能农业关键技术和装备，构建空—天—地一体化、多维度全要素黑土地数据信息监测系统，建立智能化管控系统与决策支持平台；建立黑土地保护性利用长效机制，形成适用不同黑土地类型及地方需求的现代农业发展模式。
《瞭望》：现在已经突破了哪些黑土地保护关键技术？
张佳宝：针对黑土地变薄、变瘦、变硬等问题，中科院相关研究团队揭示了退化机理特征，突破了黑土地退化防治的关键技术。
针对变薄，总结了典型黑土区侵蚀沟现状特征及其危害性，初步阐明了侵蚀沟沟头沟岸侵蚀特征，明确了厚层黑土区不同坡型坡面侵蚀过程机制。
针对变瘦，探明了肥沃耕层肥力形成机理，阐明了保护性耕作增碳固氮的生物机制，揭示了秸秆原位腐解的限制性因素，研发了基于微生物酶制剂的秸秆腐解促进剂，推动了秸秆由田间自然缓慢腐解向人为调控快速腐解的转变。发现厚壁组织和维管束的降解是秸秆原位还田的限制因素，为降解菌和降解酶的筛选及人工设计提供了依据。
针对变硬，分析结果显示，长期垄作导致耕层之下20厘米左右形成了犁底层，科研人员研究了免耕改善土壤结构和消减犁底层紧实的机制。
通过科技攻关与示范区建设相结合的方式，科研人员构建了“梨树模式2.0”“大安模式”等区域适宜性黑土地保护与利用技术模式。“大安模式”实现了盐碱地高效改良与综合利用的结合，为吉林省“千亿斤粮食”生产工程提供了科技支撑；以大数据与智能装备为核心的“大河湾模式”创建了信息技术与农业技术高度融合的黑土地保护利用现代农业新范式。
摸清家底持续发力
《瞭望》：预计何时可以摸清黑土地退化家底？
张佳宝：由于缺少完善的黑土地质量监测系统，现在对黑土地退化到什么程度并不完全清楚。
认识到这一短板，多部门已经开始行动。2022年初，国务院启动第三次全国土壤普查，将全面查明查清包括东北黑土区在内的全国土壤类型及分布规律、土壤资源现状及变化趋势，真实准确掌握土壤质量、性状和利用状况等基础数据，提升土壤资源保护和利用水平，为守住耕地红线、优化农业生产布局、确保国家粮食安全奠定基础。
目前，水利部正计划开展东北黑土区水土流失动态监测。生态环境部正在建设土壤环境质量监测网。科技部在“黑土地保护与利用科技创新”国家重点研发计划中启动了黑土地耕地质量多尺度天空地立体监测技术与预警系统项目。农业农村部成立了现代农业产业技术体系耕地资源利用与保护共性技术创新团队，组织国家和地方科技力量开展黑土地动态监测、退化机理、综合保护技术集成与示范。
“黑土粮仓”科技会战中，中科院已启动A类战略性先导科技专项“黑土地保护与利用科技创新工程”，计划建设黑土资源环境空—天—地一体监测与感知系统，大概需要5～10年时间完成黑土地摸底工作，这些重大项目和工作部署将大幅提高黑土监测水平与科技支撑能力。
《瞭望》：未来保护利用“黑土粮仓”将在哪些方向发力？
张佳宝：第一，兴修农田水利设施是提高粮食产量和农业效益的关键措施。总体来看，当前东北地区有效灌溉农田面积占比低于全国平均54.07%的水平，农田水利设施仍需要完善提升。针对水资源紧缺与农业用水量不断增加的突出矛盾，东北地区需要大力发展节水灌溉，持续推进节水增粮行动。
第二，东北黑土区水土侵蚀问题突出，可从流域尺度加大黑土区水土侵蚀发生机理及治理技术研究。以流域为单元，系统开展水土流失动态监测和侵蚀沟治理，加快黑土区小流域治理和灌区建设，优化农田防护林网配置格局等。
第三，农田基础设施建设仍需加强。东北黑土区已建成一批集中连片、旱涝保收、高产稳产、生态友好的高标准农田。资料显示，到2020年底，东北地区已经建成高标准农田1113.33万公顷（1.67亿亩），占全国已建成高标准农田面积的21%。建成后的高标准农田，亩均粮食产能增加10%～20%，为粮食稳产增产提供了重要支撑。但已建成的高标准农田面积仅占东北地区耕地面积约三分之一，且部分项目因投入水平偏低，设施不配套、老化或损毁严重，难以充分发挥高标准农田应有的作用，今后需要加强农田基础设施建设。
第四，保护黑土地还要保护好整个黑土地区域的生态系统。黑土地的形成、繁衍与当地环境密切相关，黑土地是与周边环境、自然条件相伴相生的。东北黑土地区生态系统是我国北方最好的生态屏障，这里东北部有湿润森林及湿地生态区，中部有半湿润森林草原生态区，西部是半干旱草原生态区。林、草、湿地是黑土地的重要生态屏障，也是黑土地有别于我国其他土壤的独特优势。
向健康土壤培育模式升级
《瞭望》：如何全面提升我国土壤质量？
张佳宝：土壤质量是粮食安全的基础。提升我国土壤质量，需要制定未来几年土壤质量和评价标准体系、监测体系、科技支撑、资金保障等方面的系统性政策计划。
第一，统一监测，统一评估，完善农田土壤质量与生态环境管理标准体系。需由国家层面统筹安排建立国家土壤监测计划，以评估土壤状况，并制订长期数据收集计划；制定土壤数据信息生成、管理的国家标准；掌握各地土壤质量状况、产能提升目标与趋势。
第二，在科技支撑方面，推进耕地土壤质量提升模式向健康土壤培育模式升级。目前耕地的作用已不仅仅是粮食生产，还有土壤生物多样性保护、环境净化、固碳减排、有益于生态系统和人类健康等功能。耕地土壤作为一个生命系统，如果能持续为作物生产、生态系统保持、人类健康提供优质支撑或服务，那么这样的耕地土壤是健康的。鉴于我国耕地利用现状，我们正在积极研究制定国家耕地土壤健康培育行动计划。
第三，拓宽耕地质量提升与环境修复资金来源渠道。一方面，完善相关法律法规和政策依据，制定完备的生态补偿条例和实施细则，使生态补偿的各个环节、各个阶段、各个要素行为均有法可依；另一方面，建立多样的资金补偿渠道，建立严格的补偿标准指标体系，加强生态补偿的监督和评估。
