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科研團隊用科學(xué)技術(shù)為黑土地“把脈問診”

2021-06-23 10:01:16 來源：中國科學(xué)報

在黑龍江省海倫市一塊其貌不揚的草甸地里，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所（以下簡稱東北地理所）研究員韓曉增用鏟子挖出一捧黑黝黝、濕乎乎的土壤，里面還夾著幾條肥嘟嘟的蚯蚓。

“這是我們特意留存的一塊樣地，40多年來沒有種過任何作物，土壤松軟肥沃。”隨后，韓曉增在緊挨著樣地的耕地里又挖出另一捧黑土，不僅沒有蚯蚓，還存在一定程度板結(jié)。

日前，《中國科學(xué)報》記者一行來到黑龍江海倫農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站（以下簡稱海倫站），在松嫩平原寒地黑土核心區(qū)，親眼目睹了中國科學(xué)院的科研團隊用科學(xué)技術(shù)為黑土地“把脈問診。”

扎根黑土科學(xué)種地

我國東北黑土區(qū)是世界四大黑土分布區(qū)之一，主要分布在黑龍江省、吉林省、遼寧省和內(nèi)蒙古東部三市一盟（赤峰市、通遼市、呼倫貝爾市、興安盟），黑土區(qū)面積109萬平方公里。“捏把黑土冒油花，插雙筷子也發(fā)芽”，這句鄉(xiāng)諺夸贊的正是東北黑土地的肥沃。

位于東北黑土區(qū)中心的海倫站始建于1978年，前身是中國科學(xué)院海倫農(nóng)業(yè)生態(tài)實驗站，依托于中國科學(xué)院黑龍江農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究所（現(xiàn)為東北地理所），是中國科學(xué)院在我國東北黑土區(qū)設(shè)置的長期、綜合性農(nóng)業(yè)資源、環(huán)境、生態(tài)等多學(xué)科的綜合研究基地。

記者在海倫站土壤樣品儲藏室見到一瓶瓶保存完好的土壤，第一份樣品來自1985年。韓曉增告訴《中國科學(xué)報》：“海倫站從1985年開始采集東北黑土樣本，這里保存著4000多份土壤樣品，這些樣品已成為海倫站的‘鎮(zhèn)站之寶’。”

大學(xué)畢業(yè)后就扎根黑土研究的韓曉增也見證了海倫站種種變遷。從一窮二白、滿目瘡痍到嶄新的實驗樓和專家公寓相繼建成，在中國科學(xué)院的支持下，海倫站的科研人員開始一邊建站，一邊研究如何科學(xué)種地。

1998年，韓曉增開始擔(dān)任海倫站站長。多年定點觀測后，韓曉增發(fā)現(xiàn)長期不合理耕作和高強度利用，導(dǎo)致黑土面臨“量減質(zhì)退”的窘境，東北黑土區(qū)正由“生態(tài)功能區(qū)”向“生態(tài)脆弱區(qū)”演變，嚴重威脅國家糧食安全和區(qū)域生態(tài)安全。

為此，海倫站圍繞黑土生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建開展研究，希望為提高黑土耕地綜合生產(chǎn)能力提供科學(xué)依據(jù)與優(yōu)化管理方法。

因地制宜對癥下藥

40年來，海倫站科研人員通過試驗觀測對比發(fā)現(xiàn)，黑土地退化的實質(zhì)是黑土層發(fā)生退化，主要原因是黑土層有機質(zhì)下降。為此，韓曉增帶領(lǐng)團隊率先提出肥沃耕層構(gòu)建的理念。

韓曉增團隊通過一個33年養(yǎng)分循環(huán)試驗證實，單位面積農(nóng)田所生產(chǎn)的產(chǎn)品80%通過畜禽過腹后還田，黑土有機質(zhì)含量提高0.05～0.1個百分點。

團隊在東北不同土壤類型區(qū)開展不同構(gòu)建物料和不同構(gòu)建深度的定位模擬試驗，證明玉米和大豆95%以上的根系分布在0～35 厘米。模擬試驗還證明，創(chuàng)建肥沃耕層內(nèi)的玉米根系重量提高15.6%，大豆根系重量提高12.9%。

韓曉增介紹，構(gòu)建肥沃耕層可以改善土壤微環(huán)境，增加土壤中的微生物數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)，全層提高細菌數(shù)量24.6%，心土層提高49.4%。與輪作制度結(jié)合后，可改善土壤的生態(tài)環(huán)境，控制土壤土傳病害，根腐病病情指數(shù)下降了14.2%～16.5%，根潛蠅危害株率下降22.7%～27.9%，孢囊線蟲孢囊著根量下降9.2%～10.3%。

在理論基礎(chǔ)上，韓曉增團隊還研究了肥沃耕層構(gòu)建技術(shù)，并首次采用螺旋式犁壁犁，使土層旋轉(zhuǎn)90度，將玉米秸稈均勻地混合于0～35厘米的土層之中。

在中國科學(xué)院“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)海倫示范區(qū)的試驗田里，記者看到應(yīng)用肥沃耕層構(gòu)建技術(shù)的大豆和玉米種植區(qū)。韓曉增告訴記者：“應(yīng)用肥沃耕層構(gòu)建技術(shù)模式，每個周期比傳統(tǒng)耕作節(jié)本150元/公頃。”

韓曉增認為，“保護黑土地需要因地制宜、對癥下藥”。為此，他帶領(lǐng)團隊通過構(gòu)建肥沃耕層基本理論和關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)新了黑土地保護利用技術(shù)模式。近年來，韓曉增團隊在田間地頭大力推廣該模式，先后舉辦肥沃耕層構(gòu)建技術(shù)培訓(xùn)會90余次。

目前，該成果已在東北黑土區(qū)累計推廣應(yīng)用2.55億畝，增收221.1億元，取得了顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。韓曉增團隊還為國家《東北黑土地保護規(guī)劃綱要（2017—2030）》的制定提供了技術(shù)支撐。

大豆之鄉(xiāng) 不解情緣

在海倫站，像韓曉增這樣從畢業(yè)就在此扎根的科研人員還有很多，比如有“金豆娘娘”美稱的東北地理所研究員李艷華。

初夏的試驗田里，每天太陽升起前總會出現(xiàn)一個熟悉的身影，海倫站的人都知道那是李艷華。因為大豆的花期較短，一天中真正能進行雜交實驗的時間就清晨那三四個小時。為了多進行幾個組合的雜交實驗，李艷華往往凌晨兩三點鐘就要開始準備。

1990年，李艷華從東北農(nóng)業(yè)大學(xué)作物學(xué)專業(yè)畢業(yè)后就來到海倫站實習(xí)。海倫市是我國著名的大豆之鄉(xiāng)，李艷華在此與大豆育種結(jié)下了不解情緣。

從“東生1”到“東生53”，李艷華在海倫站的實驗室里如數(shù)家珍地介紹著自己培育的大豆品種（系）。30多年來，李艷華每年積累整理不同世代選種材料8000份左右，每年雜交組合至少200份。2021年，李艷華參加大豆品種比較試驗和區(qū)域試驗的材料達21份，其中高蛋白材料9份。

目前，李艷華擁有15個畝產(chǎn)穩(wěn)定在200公斤以上的大豆品種（系），一定程度上解決了我國高緯度地區(qū)大豆品種較為單一的問題，為種植結(jié)構(gòu)調(diào)整儲備了不少早熟品種。

育種的艱辛只有親歷者自己知道。大豆育種從雜交開始，每培育一代需要一個生長季（1年），通常需要經(jīng)過六代（6年）優(yōu)勝劣汰的選擇才能進入“決選”。隨后還需要進行兩年的鑒定實驗才能選出優(yōu)質(zhì)品種報送審定，審定往往需要4年。不難發(fā)現(xiàn)，一個優(yōu)質(zhì)的大豆品種從選育到最終通過審定，至少需要10年時間。

好的品種還需要得到種植戶認可。李艷華還記得自己當(dāng)年四處推廣碰壁的場景，摩托車就騎壞了3輛。而今李艷華已在海倫當(dāng)?shù)睾椭苓呅∮忻麣狻Ｓ浾邚暮惍?dāng)?shù)匾患沂称菲髽I(yè)獲悉，該企業(yè)豆?jié){粉使用的大豆品種就是“東生7”。

據(jù)介紹，李艷華培育的東生系列大豆品種累計實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化2340萬元，其中“東生7”轉(zhuǎn)化700萬元。在東北地區(qū)第三、第四積溫帶，李艷華的東生系列大豆累計推廣應(yīng)用面積5000萬畝，增產(chǎn)20億斤，為地方增加經(jīng)濟效益40億元。

標簽：科研科學(xué)技術(shù) 黑土地區(qū)域生態(tài)