海洋之神8590vip“黑土粮仓”科技会战大河湾示范区（2021年9月29日摄） 曾威摄
黑土地变薄、变瘦、变硬，保卫“黑土粮仓”的科技会战怎么打？
中科院在“黑土粮仓”科技会战中如何统筹推进战略性先导科技专项、国家重点实验室及人才队伍建设三大任务？
黑土地是指以黑色或暗黑色腐殖质表土层为标志的土地，是一种性状好、肥力高、适宜农耕的优质土地。其土壤成土母质主要为黄土状黏土、洪积物、冲积物、冰碛物及风积物等松散沉积物。黑土层的发育经历了第四纪全新世以来长达万年以上的漫长过程，是大自然赋予人类的宝贵资源。
中国东北是世界四大黑土区之一，这里的黑土地因稀有珍贵，被誉为“耕地中的大熊猫”。但由于长期过度开垦利用、气候变化等多种因素影响，黑土变薄、变瘦、变硬，给农业可持续发展带来挑战。近年来，科技创新成为农业现代化发展的重要支撑，国家有关部门实施了系列黑土地保护规划和行动计划，但用好养好黑土地仍面临压力。
“十四五”规划和2035年远景目标纲要提出，要实施黑土地保护工程，加强东北黑土地保护和地力恢复。
“党中央始终高度重视国家粮食安全及黑土地保护与利用，中科院作为国家战略科技力量，有责任为黑土地保护利用提供有力科技支撑。”院士、中科院副院长张涛在接受《瞭望》新闻周刊专访时表示，中科院针对东北地区黑土地退化严重、地力透支等威胁国家粮食安全和生态安全的重大问题，充分利用长期科学研究成果和技术、数据积累，启动实施了“黑土粮仓”科技会战。该项目通过院省合作，构建黑土区生态保护和农业发展相平衡的土地高效利用新模式，将取得一批用得上、有影响、推得开、留得下的科技成果，为保障国家粮食安全和生态安全提供科技支撑。
黑土变薄、变瘦、变硬
《瞭望》：黑土地在实现中国人端中国碗、中国碗装中国粮中，承担着怎样的重要作用？
张涛：大面积分布有黑土地的区域被称为黑土区。全球范围内，黑土区总面积占全球陆地面积不足7%，且主要集中在四大黑土区：中高纬度的北美洲中南部地区、俄罗斯—乌克兰大平原区、中国东北地区及南美洲潘帕斯草原区。四大黑土区中，北美洲中南部黑土区面积最大，南美洲潘帕斯草原区面积最小，我国东北黑土区排在第三。
东北黑土区面积109万平方公里，典型黑土区耕地面积约2.78亿亩。党的十八大以来，东北黑土区的粮食安全保障能力稳步提升，农业现代化程度不断提高，粮食产量占全国1/5以上，商品粮量约占全国1/4，粮食调出量约占全国1/3，是我国最重要的粮食生产基地和商品粮输出基地，被誉为国家粮食安全“压舱石”。
在全球四大黑土区中，我国东北黑土区开垦最晚，承载的使命最重。改革开放40多年来，黑土地上玉米的单产增长到过去的两到三倍。但因过度开垦利用，黑土地正面临严重退化。东北黑土地黑土层的厚度已经减少了30%至50%，一些地区土壤黑土层不足20厘米，目前黑土层仍以每年1至2毫米的速度减少。养好用好东北黑土地，对实现中国人的饭碗牢牢端在自己手中有重要意义。
《瞭望》：目前东北黑土地具体情况怎样？
张涛：受人类长期干预及全球增暖的影响，全球黑土地的土地利用、土壤侵蚀、有机质和养分元素、土壤结构和蓄水能力等均发生了变化。我国东北黑土地出现了与世界其他黑土地相似的变化特征，同时也存在部分差异性的变化特点。
2021年7月，中科院在国内首次发布《东北黑土地白皮书（2020）》，认为东北黑土地现阶段变化情况主要表现在五个方面：
一是耕地增速趋缓，森林面积增加，湿地草地面积下降。遥感监测结果表明，黑土地耕地面积呈增长趋势，但增幅减缓；黑土地农田内部结构发生了显著变化，水田比例有所增加，旱田比例降低；森林面积持续增加；湿地面积持续减少，但降幅减缓；草地面积下降速度加快。
二是坡地开垦导致土壤侵蚀加剧，黑土变薄。数据显示，2019年东北黑土地水土流失面积占黑土地总面积的20.1%。水土流失主要来源于3°～15°坡耕地，占黑土地水土流失总面积的46.4%。60%以上的旱作农田发生了水土流失问题，黑土层正以年均0.1～0.5厘米的速度剥蚀流失。侵蚀沟发展已造成耕地破碎化，东北黑土地侵蚀沟已累计损毁耕地33.3万公顷。
三是土壤有机质与养分元素衰减，黑土变瘦。有关数据显示，东北黑土地是我国旱地土壤有机碳表现为下降趋势的唯一地区。据估算，与1981年的第二次土壤普查结果相比，2011年典型黑土区海伦市农田黑土平均有机碳含量下降4.0克/千克，表层黑土有机碳含量下降12%。
四是土壤结构改变与蓄水能力下降，黑土变硬。与自然黑土相比，开垦后土容重增加，总孔隙度和田间持水量下降。与第二次土壤普查数据相比，退化黑土中黏粒含量下降，部分黑土质地由轻壤土变成中壤土，表层细颗粒向粗颗粒转变，进一步降低了土壤的蓄水和供肥能力。
五是生态服务功能有所下降。近30年，东北黑土地产水量、生态系统碳储量、土壤保持、防风固沙等生态系统服务功能以及相关县区生态环境状况指数退化趋势得到总体遏制，但仍未恢复到30年前的水平。
部署“黑土粮仓”科技会战
《瞭望》：在黑土地保护利用中，科学家已经取得哪些创新突破？
张涛：随着黑土地退化问题凸显和科学研究的深化，黑土地问题已引起国内外广泛关注。黑土地问题研究正成为土壤学、作物栽培与耕作学、水土保持与荒漠化防治、生态学、微生物学、地理学、农业工程等学科的热点，并获得更深入的认识。
中科院长期关注黑土地保护与利用。在数据积累方面，早在1978年，中科院东北地理与农业生态研究所就在黑龙江海伦建立黑土生态实验站，在全国范围内率先开展黑土农田生态系统结构、功能和生产力提高途径研究。目前中科院已建设海伦站、沈阳站、三江站、大安站、辽河源基地等17个野外长期定位观测台站（基地），针对黑土地农业发展和生态环境变化过程中的科学问题与生产实际问题，开展东北黑土地农田生态系统的水分、土壤、大气、生物、生态系统等要素长期连续定位观测和遥感监测研究。
在理论突破方面，基于野外长期连续定位监测，科研人员揭示了中厚层黑土的肥力形成机理、退化过程、恢复调控机制，为黑土肥力维持提供理论支撑；解析了不同尺度东北黑土农田土壤微生物组结构与功能特征，为恢复构建土壤健康生物网络提供了基础；首次推演了黑土地典型作物激素信号途径，调控根际微生物组的作用模式与机理，为黑土地产能提升提供了理论依据；提出了重度盐碱地顶级植被跨越式恢复演替理论，为苏打盐碱地植被快速恢复提供支撑。
在技术攻关方面，科研人员划分了黑土退化类型，创制了“秸秆深混、黑土层扩容增库”等黑土保护关键技术，在长期定点实验的基础上联合提出了“梨树模式”，率先创建了“龙江模式”等黑土地保护性利用创新模式，被列入《国家黑土地保护工程实施方案（2021—2025年）》。从实践看，“梨树模式”“龙江模式”对用好养好黑土地效果显著。从2003年开始，“龙江模式”在不同地域示范推广，并根据田间示范结果，不断对技术进行改进和完善，实现耕地保护与耕地产能提升的双重目标，成为广大农区可复制、好推广的样板。“梨树模式”在连续免耕覆盖5年后测定，秸秆覆盖免耕地块土壤有机质增加20％左右，减少化肥施用量20％左右，平均减少土壤流失80％左右，干旱年份产量比对照组高出5％至10％，加上机械化减少人工，每公顷可以节约成本1000元至1400元。
《瞭望》：“黑土粮仓”科技会战要实现的目标是什么？
张涛：根据我国东北地区保持恢复黑土地地力与实现粮食稳产的战略需求，针对黑土地变薄、变瘦、变硬等退化问题及不同黑土类型保护利用所需技术方案个性化的挑战，中科院总结历史上牵头组织“黄淮海战役”和“渤海粮仓”等农业科技会战经验，创新管理体制和攻关机制，组织实施了“黑土粮仓”科技会战。
科技会战联合吉林、黑龙江、辽宁及内蒙古三省一区共同实施，统筹推进战略性先导科技专项、国家重点实验室以及人才队伍建设三大任务。通过农业、生物、高技术、资源环境等多领域集成，揭示黑土地退化机理，提出阻控机制，形成适用于不同黑土类型和地理区域的技术模式和系统解决方案。联合三省一区建设7个万亩核心示范区，构建支撑黑土地可持续发展利用的智能农业技术体系，实现示范区耕地等级提升0.5个等级，保障粮食持续高产，为国家粮食安全提供支撑。打造黑土地保护利用的国家级创新平台，形成建制化人才队伍。
作为科技会战核心内容，我院已启动实施战略性先导科技专项（A类）“黑土地保护与利用科技创新工程”，重点通过黑土地退化过程与机理研究，从科学原理上解决为什么的问题；通过保护性耕作技术和种质创新资源研究，从技术体系上解决怎么做的问题；通过构建感知与监测体系，从轮作区域上解决在哪做的问题；通过智能农机研发与推广，从实施载体上解决谁来做的问题。力争5年内实现示范区土壤侵蚀水平与目前相比降低80%以上，作物药害与土传病害发生率、农药施用量明显降低，秸秆低温腐解率、农业废弃物资源化利用率显著提高，耕层厚度增加2～3厘米，耕地质量提升0.5个等级，并在此期间努力实现累计推广5亿亩的目标。
同时，我院已将黑土地保护和利用国家重点实验室列入国家重点实验室重组工作试点先行名单，作为开放共享类典型性实验室，推动实验室按照“核心+网络”的模式筹建，以任务牵引，充分整合院内外科研力量，打造黑土地关键技术研发科研平台，持续加强相关领域基础研究与关键核心技术攻关。
全面建立黑土地保护利用科技创新体系
《瞭望》：未来用好养好黑土地的研究方向有哪些？
张涛：面向东北黑土地保护与利用关键科学技术需求，全面建立科技创新体系。重点围绕六个方面增强东北黑土区的自主创新能力：一是黑土地退化的关键过程、机理与阻控关键技术研究；二是黑土地土壤健康和保育技术研发；三是黑土地产能和质量提升的现代生物学技术研发；四是黑土地智能化农机关键技术研究和装备研制；五是黑土资源环境天空地一体监测与感知体系研发；六是提出用好养好黑土地的政策与长效保障。
同时，我们还要构建黑土地科技创新基础科技平台，提升科技支撑能力。构建科技创新基础科技平台是用好养好黑土地的坚实基础。中科院将进一步支持并加强黑土地野外台站在黑土地保护与利用科技创新支撑中的作用，聚焦不同区域和土壤类型的黑土地保护与利用关键科学问题，开展长期连续观测、试验研究和科技示范，为黑土地保护与可持续利用提供基础支撑。重点任务包括：面向用好养好黑土资源，设立科技攻关目标，利用天—空—地一体化监测手段，系统、全面调查我国黑土资源情况；建设高光谱/红外一体多源异构无人机遥感系统、探地雷达系统、一体化黑土地数据交互与感知系统等。
