【中國科學報】把黑土變“海綿”，他說“這輩子就擱這兒好好干了”
“今年這塊地產量沒去年好，是不是試驗造成的？”北大荒農墾集團友誼農場正值繁忙的收割季，青年莊小流域的一位農戶突然找到友誼農場的工作人員。
接到消息后，中國科學院東北地理與農業生態研究所研究員、“黑土糧倉”科技會戰三江示范區首席科學家劉煥軍立即趕到現場。農戶所說的地，正是他們布設了綜合試驗的一塊坡耕地。
聽完農戶的抱怨，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吧！”站在一旁的友誼農場副場長楊慧反問。
農戶點點頭，不吱聲了。雖然今年這塊地的產量因為天氣低溫多雨稍微減少了一些，但與2019年相比，還是增產了不少。他心里清楚，2019年前，也就是把地租給科學家之前，這塊地澇得嚴重，“產量低，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問題一直是農場面臨的難題。
“三江平原地處濕潤區，水蝕是導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，會導致水土流失、低洼內澇、耕層變薄變硬、地塊土壤肥力不均等問題。
劉煥軍等人2019年來到友誼農場時，青年莊小流域地塊已經表現出明顯的坡耕地跑水、跑土、跑肥，即“三跑”癥狀。
楊慧回憶，當時，坡上的黑土層被沖刷得貧瘠泛黃，出現了“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3米，坡下沉積內澇，一下雨就出現積水的“魚眼泡”，嚴重影響了農作物產量。
劉煥軍的出現，讓楊慧眼前一亮。2019年11月，國務院辦公廳印發了《關于切實加強高標準農田建設提升國家糧食安全保障能力的意見》。楊慧知道，高標準農田建設，離不開科技。而他面前這位皮膚黝黑、戴著眼鏡的高個子，是位農業遙感與信息技術專家，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場的。此前，他總是清早帶著學生去田里采樣，晚上回實驗室工作，缺乏跟農戶、農場的交流，工作進展緩慢。楊慧對農業信息化的興趣，讓劉煥軍看到了合作的希望。
劉煥軍告訴《中國科學報》，東北黑土區的坡耕地水土流失問題嚴重，而水蝕是導致黑土地耕地損毀、退化的主要原因，威脅著國家糧食安全與區域生態安全。如果能把他和團隊研究了數十年的技術在友誼農場里用起來，將產生很強的示范效應。
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。因為地力不行，農戶同意以很低的價格把地租給他們試驗。
看著溝壑縱橫的田地，劉煥軍想：“保護黑土地，科技該用在哪里？不就是這里嗎！”
為地塊畫像、開處方、做手術
兩年后，劉煥軍團隊迎來了新的機遇。2021年3月，中國科學院主動“揭榜掛帥”，先后與吉林省、遼寧省、黑龍江省、內蒙古自治區簽訂框架協議，共同推進實施“黑土糧倉”科技會戰。
劉煥軍成為中國科學院“黑土糧倉”科技會戰三江示范區團隊的負責人。這支團隊召集了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！”
劉煥軍和團隊早已立下目標：創新黑土地坡耕地保護利用系統解決方案。
他們計劃基于山水林田湖草沙生命共同體理念，以友誼農場青年莊小流域為案例，綜合考慮耕地的白漿土障礙、不同退化程度坡耕地、低洼內澇耕地等問題，以及林地、濕地、水庫等不同土地利用和生態系統類型的匹配與協調發展，創建黑土地坡耕地水蝕智能防控與地力提升協同發展技術體系，建立黑土地坡耕地水蝕系統防治與保護利用示范樣板。
他們做的第一件事是“知己知彼”。劉煥軍帶著團隊，用最擅長的農業遙感與信息技術，為農場里的地塊“畫像”。
“從2019年至今，我們利用天空地立體監測技術，結合3次百人規模的航空遙感實驗，獲取土壤、利用、產能、退化、生態等多維度米級高精度‘地塊畫像’數據，定量診斷白漿土與低洼內澇土壤障礙程度，摸清侵蝕溝、‘破皮黃’、‘魚眼泡’等退化范圍與程度，為科學設計坡耕地水蝕治理方案打下數據基礎。”劉煥軍說。
在地塊畫像與定量診斷的基礎上，不同專業領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利用技術體系。
“我們多措施、多尺度、多環節開出智能化處方。其中，多措施包括工程、農藝、生物等不同措施；多尺度包括小流域、田塊、田塊內部精準管理分區；多環節包括白漿土改土、水蝕阻控措施、地力與產量提升農藝措施等。”劉煥軍告訴《中國科學報》。
“因地制宜”4個字，用在這里再合適不過。針對小流域內不同地形、不同退化類型與程度的地塊，他們采取了不同措施。
中國科學院東北地理與農業生態研究所研究員宋春雨介紹，對于坡度在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被沖走的“草水道”；對于“破皮黃”等黑土層薄的區域，他們采用條帶保護性耕作方式；對于低洼內澇、積水區域，他們在地下設置暗管排水，并設置集水井。
不僅如此，根據每塊土壤的情況，他們還開出了改土、農機深松深翻、改良劑、施肥量、有機肥等方面的智能化處方。
至此，科研人員以青年莊小流域為示范，將黑土地坡耕地水蝕智能防控與綜合地力提升技術體系，轉變成了一套“系統認知、監測診斷、技術處方、精準手術”的系統解決方案。
“海綿農田”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是內澇積水的重災區。幸虧現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量預計仍能維持在13噸。
“我們的初衷就是在保護黑土地的同時，提高農田的抗災能力，保證國家糧食安全。”劉煥軍說。
近年來，“黑土糧倉”科技會戰三江示范區團隊與北大荒集團合作提出“海綿農田”理念。“海綿農田”是一種“澇能排、旱能蓄”的農田，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。友誼農場青年莊小流域也成為“海綿農田”的樣板。
“中國科學院到友誼農場后，我們整個農業隊伍在技術上有了提升，很感謝他們為我們提供這些高新技術，使我們的糧食產量有了提升。周邊的農場經常到我們這里來參觀。”楊慧笑著說。
目前，系統解決方案已推廣至北大荒農墾集團友誼農場、曙光農場、北興農場、鶴山農場及尖山農場等9個農場。
對于劉煥軍和他的這支“黑土糧倉”科技會戰團隊來說，更重要的是把技術范例復制、推廣到更廣闊的田野上，在提升糧食產量的同時，保護好“耕地中的大熊貓”——黑土地。
據統計，坡耕地治理系統解決方案在三江平原的推廣，已經為受惠農場帶來了水分利用效率提高30%、糧食增產5%至22%、水土流失減少70%的綜合效益，同時減少土壤養分流失60%以上，降低地塊內作物長勢異質性30%。
“未來，我們將繼續通過坡耕地水蝕系統防治樣板為東北黑土區坡耕地水蝕防治、低洼內澇耕地地力與產能提升、高標準農田建設方案，提供‘可復制、可推廣’的技術范例，保障國家糧食安全，保護好‘耕地中的大熊貓’。”劉煥軍說。
《中國科學報》 (2024-10-14 第3版 綜合)
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