【中國科學(xué)報(bào)】把黑土變“海綿”，他說“這輩子就擱這兒好好干了”
“今年這塊地產(chǎn)量沒去年好，是不是試驗(yàn)造成的？”北大荒農(nóng)墾集團(tuán)友誼農(nóng)場正值繁忙的收割季，青年莊小流域的一位農(nóng)戶突然找到友誼農(nóng)場的工作人員。
接到消息后，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員、“黑土糧倉”科技會(huì)戰(zhàn)三江示范區(qū)首席科學(xué)家劉煥軍立即趕到現(xiàn)場。農(nóng)戶所說的地，正是他們布設(shè)了綜合試驗(yàn)的一塊坡耕地。
聽完農(nóng)戶的抱怨，劉煥軍拿出兩張圖。一張是這塊地2019年7月7日的遙感影像，一條條侵蝕溝/水線像蚯蚓一樣彎彎曲曲地爬在田間，把原本整齊的土地分割得支離破碎；另一張是這塊地今年7月的遙感影像，“蚯蚓”變淺了，田地里綠油油一片。
“你就說這幾年增沒增產(chǎn)吧！”站在一旁的友誼農(nóng)場副場長楊慧反問。
農(nóng)戶點(diǎn)點(diǎn)頭，不吱聲了。雖然今年這塊地的產(chǎn)量因?yàn)樘鞖獾蜏囟嘤晟晕p少了一些，但與2019年相比，還是增產(chǎn)了不少。他心里清楚，2019年前，也就是把地租給科學(xué)家之前，這塊地澇得嚴(yán)重，“產(chǎn)量低，根本不掙錢”。
劉煥軍介紹坡耕地上的土壤情況。倪思潔/攝
坡耕地“三跑”之困
青年莊小流域共有4500畝地，地塊坡度最大8~12度，屬于三江平原非常典型的坡耕地。而坡耕地的黑土地保護(hù)問題一直是農(nóng)場面臨的難題。
“三江平原地處濕潤區(qū)，水蝕是導(dǎo)致黑土地坡耕地退化的主要原因。”劉煥軍介紹，由于坡耕地存在坡度，降水順坡而下侵蝕黑土，會(huì)導(dǎo)致水土流失、低洼內(nèi)澇、耕層變薄變硬、地塊土壤肥力不均等問題。
劉煥軍等人2019年來到友誼農(nóng)場時(shí)，青年莊小流域地塊已經(jīng)表現(xiàn)出明顯的坡耕地跑水、跑土、跑肥，即“三跑”癥狀。
楊慧回憶，當(dāng)時(shí)，坡上的黑土層被沖刷得貧瘠泛黃，出現(xiàn)了“破皮黃”癥狀，幾乎長不出莊稼，田間溝壑縱橫，有些侵蝕溝深達(dá)3米，坡下沉積內(nèi)澇，一下雨就出現(xiàn)積水的“魚眼泡”，嚴(yán)重影響了農(nóng)作物產(chǎn)量。
劉煥軍的出現(xiàn)，讓楊慧眼前一亮。2019年11月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于切實(shí)加強(qiáng)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)提升國家糧食安全保障能力的意見》。楊慧知道，高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，離不開科技。而他面前這位皮膚黝黑、戴著眼鏡的高個(gè)子，是位農(nóng)業(yè)遙感與信息技術(shù)專家，天天蹲在田間地頭，一開口就是東北腔，一門心思把技術(shù)用到黑土地里去。
與楊慧的交流，也讓劉煥軍心頭一亮。劉煥軍是通過朋友介紹來到友誼農(nóng)場的。此前，他總是清早帶著學(xué)生去田里采樣，晚上回實(shí)驗(yàn)室工作，缺乏跟農(nóng)戶、農(nóng)場的交流，工作進(jìn)展緩慢。楊慧對(duì)農(nóng)業(yè)信息化的興趣，讓劉煥軍看到了合作的希望。
劉煥軍告訴《中國科學(xué)報(bào)》，東北黑土區(qū)的坡耕地水土流失問題嚴(yán)重，而水蝕是導(dǎo)致黑土地耕地?fù)p毀、退化的主要原因，威脅著國家糧食安全與區(qū)域生態(tài)安全。如果能把他和團(tuán)隊(duì)研究了數(shù)十年的技術(shù)在友誼農(nóng)場里用起來，將產(chǎn)生很強(qiáng)的示范效應(yīng)。
在楊慧的支持下，他們找到了位于水庫邊、集山水林田湖于一身的青年莊小流域。因?yàn)榈亓Σ恍校r(nóng)戶同意以很低的價(jià)格把地租給他們?cè)囼?yàn)。
看著溝壑縱橫的田地，劉煥軍想：“保護(hù)黑土地，科技該用在哪里？不就是這里嗎！”
為地塊畫像、開處方、做手術(shù)
兩年后，劉煥軍團(tuán)隊(duì)迎來了新的機(jī)遇。2021年3月，中國科學(xué)院主動(dòng)“揭榜掛帥”，先后與吉林省、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(huì)戰(zhàn)。
劉煥軍成為中國科學(xué)院“黑土糧倉”科技會(huì)戰(zhàn)三江示范區(qū)團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人。這支團(tuán)隊(duì)召集了28家單位的144位科研人員。
這下，劉煥軍底氣更足了：“這輩子我就擱這兒好好干了！”
劉煥軍和團(tuán)隊(duì)早已立下目標(biāo)：創(chuàng)新黑土地坡耕地保護(hù)利用系統(tǒng)解決方案。
他們計(jì)劃基于山水林田湖草沙生命共同體理念，以友誼農(nóng)場青年莊小流域?yàn)榘咐C合考慮耕地的白漿土障礙、不同退化程度坡耕地、低洼內(nèi)澇耕地等問題，以及林地、濕地、水庫等不同土地利用和生態(tài)系統(tǒng)類型的匹配與協(xié)調(diào)發(fā)展，創(chuàng)建黑土地坡耕地水蝕智能防控與地力提升協(xié)同發(fā)展技術(shù)體系，建立黑土地坡耕地水蝕系統(tǒng)防治與保護(hù)利用示范樣板。
他們做的第一件事是“知己知彼”。劉煥軍帶著團(tuán)隊(duì)，用最擅長的農(nóng)業(yè)遙感與信息技術(shù)，為農(nóng)場里的地塊“畫像”。
“從2019年至今，我們利用天空地立體監(jiān)測技術(shù)，結(jié)合3次百人規(guī)模的航空遙感實(shí)驗(yàn)，獲取土壤、利用、產(chǎn)能、退化、生態(tài)等多維度米級(jí)高精度‘地塊畫像’數(shù)據(jù)，定量診斷白漿土與低洼內(nèi)澇土壤障礙程度，摸清侵蝕溝、‘破皮黃’、‘魚眼泡’等退化范圍與程度，為科學(xué)設(shè)計(jì)坡耕地水蝕治理方案打下數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。”劉煥軍說。
在地塊畫像與定量診斷的基礎(chǔ)上，不同專業(yè)領(lǐng)域的科研人員共同為地塊“開處方”，一步步形成了黑土地坡耕地保護(hù)利用技術(shù)體系。
“我們多措施、多尺度、多環(huán)節(jié)開出智能化處方。其中，多措施包括工程、農(nóng)藝、生物等不同措施；多尺度包括小流域、田塊、田塊內(nèi)部精準(zhǔn)管理分區(qū)；多環(huán)節(jié)包括白漿土改土、水蝕阻控措施、地力與產(chǎn)量提升農(nóng)藝措施等。”劉煥軍告訴《中國科學(xué)報(bào)》。
“因地制宜”4個(gè)字，用在這里再合適不過。針對(duì)小流域內(nèi)不同地形、不同退化類型與程度的地塊，他們采取了不同措施。
中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員宋春雨介紹，對(duì)于坡度在0.5~2.5度的緩坡地塊，他們不再起直壟，而是沿著與等高線一定角度的曲線方向起彎壟，以減少水土流失；對(duì)于坡度在2.5~8.5度的緩坡地塊，他們采用可耕作寬埂分段阻水；對(duì)于有可能形成侵蝕溝的水線，他們找到合適的草種，種上既能排水又不會(huì)被沖走的“草水道”；對(duì)于“破皮黃”等黑土層薄的區(qū)域，他們采用條帶保護(hù)性耕作方式；對(duì)于低洼內(nèi)澇、積水區(qū)域，他們?cè)诘叵略O(shè)置暗管排水，并設(shè)置集水井。
不僅如此，根據(jù)每塊土壤的情況，他們還開出了改土、農(nóng)機(jī)深松深翻、改良劑、施肥量、有機(jī)肥等方面的智能化處方。
至此，科研人員以青年莊小流域?yàn)槭痉叮瑢⒑谕恋仄赂厮g智能防控與綜合地力提升技術(shù)體系，轉(zhuǎn)變成了一套“系統(tǒng)認(rèn)知、監(jiān)測診斷、技術(shù)處方、精準(zhǔn)手術(shù)”的系統(tǒng)解決方案。
“海綿農(nóng)田”樣板
青年莊小流域被“改造”后，在168畝的典型地塊上，玉米產(chǎn)量連年增長——從之前的9噸多長到11噸、13噸甚至突破了14噸。
今年6月，一個(gè)月的降雨量超過往年大半年的降雨量，造成前期低溫冷涼。“要是在2019年之前，青年莊小流域一定會(huì)是內(nèi)澇積水的重災(zāi)區(qū)。幸虧現(xiàn)在能夠快速讓水排掉，要不然這塊地今年就廢了。”楊慧說。
他介紹，今年青年莊小流域的典型塊地玉米產(chǎn)量預(yù)計(jì)仍能維持在13噸。
“我們的初衷就是在保護(hù)黑土地的同時(shí)，提高農(nóng)田的抗災(zāi)能力，保證國家糧食安全。”劉煥軍說。
近年來，“黑土糧倉”科技會(huì)戰(zhàn)三江示范區(qū)團(tuán)隊(duì)與北大荒集團(tuán)合作提出“海綿農(nóng)田”理念。“海綿農(nóng)田”是一種“澇能排、旱能蓄”的農(nóng)田，將跑水、跑土、跑肥的“三跑”坡耕地，變成保水、保土、保肥的“三保”田。友誼農(nóng)場青年莊小流域也成為“海綿農(nóng)田”的樣板。
“中國科學(xué)院到友誼農(nóng)場后，我們整個(gè)農(nóng)業(yè)隊(duì)伍在技術(shù)上有了提升，很感謝他們?yōu)槲覀兲峁┻@些高新技術(shù)，使我們的糧食產(chǎn)量有了提升。周邊的農(nóng)場經(jīng)常到我們這里來參觀。”楊慧笑著說。
目前，系統(tǒng)解決方案已推廣至北大荒農(nóng)墾集團(tuán)友誼農(nóng)場、曙光農(nóng)場、北興農(nóng)場、鶴山農(nóng)場及尖山農(nóng)場等9個(gè)農(nóng)場。
對(duì)于劉煥軍和他的這支“黑土糧倉”科技會(huì)戰(zhàn)團(tuán)隊(duì)來說，更重要的是把技術(shù)范例復(fù)制、推廣到更廣闊的田野上，在提升糧食產(chǎn)量的同時(shí)，保護(hù)好“耕地中的大熊貓”——黑土地。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，坡耕地治理系統(tǒng)解決方案在三江平原的推廣，已經(jīng)為受惠農(nóng)場帶來了水分利用效率提高30%、糧食增產(chǎn)5%至22%、水土流失減少70%的綜合效益，同時(shí)減少土壤養(yǎng)分流失60%以上，降低地塊內(nèi)作物長勢(shì)異質(zhì)性30%。
“未來，我們將繼續(xù)通過坡耕地水蝕系統(tǒng)防治樣板為東北黑土區(qū)坡耕地水蝕防治、低洼內(nèi)澇耕地地力與產(chǎn)能提升、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)方案，提供‘可復(fù)制、可推廣’的技術(shù)范例，保障國家糧食安全，保護(hù)好‘耕地中的大熊貓’。”劉煥軍說。
《中國科學(xué)報(bào)》 (2024-10-14 第3版 綜合)
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