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科研團隊用科學技術為黑土地“把脈問診”

2021-06-23 10:01:16 來源：中國科學報

在黑龍江省海倫市一塊其貌不揚的草甸地里，中國科學院東北地理與農業生態研究所（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。

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

扎根黑土科學種地

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

位于東北黑土區中心的海倫站始建于1978年，前身是中國科學院海倫農業生態實驗站，依托于中國科學院黑龍江農業現代化研究所（現為東北地理所），是中國科學院在我國東北黑土區設置的長期、綜合性農業資源、環境、生態等多學科的綜合研究基地。

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‘鎮站之寶’。”

大學畢業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，一邊研究如何科學種地。

1998年，韓曉增開始擔任海倫站站長。多年定點觀測后，韓曉增發現長期不合理耕作和高強度利用，導致黑土面臨“量減質退”的窘境，東北黑土區正由“生態功能區”向“生態脆弱區”演變，嚴重威脅國家糧食安全和區域生態安全。

為此，海倫站圍繞黑土生態系統恢復與重建開展研究，希望為提高黑土耕地綜合生產能力提供科學依據與優化管理方法。

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現，黑土地退化的實質是黑土層發生退化，主要原因是黑土層有機質下降。為此，韓曉增帶領團隊率先提出肥沃耕層構建的理念。

韓曉增團隊通過一個33年養分循環試驗證實，單位面積農田所生產的產品80%通過畜禽過腹后還田，黑土有機質含量提高0.05～0.1個百分點。

團隊在東北不同土壤類型區開展不同構建物料和不同構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，創建肥沃耕層內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，構建肥沃耕層可以改善土壤微環境，增加土壤中的微生物數量和群落結構，全層提高細菌數量24.6%，心土層提高49.4%。與輪作制度結合后，可改善土壤的生態環境，控制土壤土傳病害，根腐病病情指數下降了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%。

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

在中國科學院“黑土糧倉”科技會戰海倫示范區的試驗田里，記者看到應用肥沃耕層構建技術的大豆和玉米種植區。韓曉增告訴記者：“應用肥沃耕層構建技術模式，每個周期比傳統耕作節本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，他帶領團隊通過構建肥沃耕層基本理論和關鍵技術，創新了黑土地保護利用技術模式。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建技術培訓會90余次。

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

大豆之鄉不解情緣

在海倫站，像韓曉增這樣從畢業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，李艷華從東北農業大學作物學專業畢業后就來到海倫站實習。海倫市是我國著名的大豆之鄉，李艷華在此與大豆育種結下了不解情緣。

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個畝產穩定在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大豆品種較為單一的問題，為種植結構調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），通常需要經過六代（6年）優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質品種報送審定，審定往往需要4年。不難發現，一個優質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地和周邊小有名氣。記者從海倫當地一家食品企業獲悉，該企業豆漿粉使用的大豆品種就是“東生7”。