科研團(tuán)隊(duì)用科學(xué)技術(shù)為黑土地“把脈問診”

來源:中國科學(xué)報(bào)

在黑龍江省海倫市一塊其貌不揚(yáng)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(bào)》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(cè)研究站(以下簡稱海倫站),在松嫩原寒地黑土核心區(qū),親眼目睹了中國科學(xué)院的科研團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)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(chǔ)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(bào)》:“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(shí)驗(yàn)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(diǎn)觀測(cè)后,韓曉增發(fā)現(xiàn)長期不合理耕作和高強(qiáng)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(yán)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(duì)癥下藥

40年來,海倫站科研人員通過試驗(yàn)觀測(cè)對(duì)比發(fā)現(xiàn),黑土地退化的實(shí)質(zhì)是黑土層發(fā)生退化,主要原因是黑土層有機(jī)質(zhì)下降。為此,韓曉增帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)率先提出肥沃耕層構(gòu)建的理念。

韓曉增團(tuán)隊(duì)通過一個(gè)33年養(yǎng)分循環(huán)試驗(yàn)證實(shí),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(jī)質(zhì)含量提高0.05~0.1個(gè)百分點(diǎn)。

團(tuán)隊(duì)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(yàn),證明玉米和大豆95%以上的根系分布在0~35 厘米。模擬試驗(yàn)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(xì)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(tuán)隊(duì)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(huì)戰(zhàn)海倫示范區(qū)的試驗(yàn)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(gè)周期比傳統(tǒng)耕作節(jié)本150元/公頃。”

韓曉增認(rèn)為,“保護(hù)黑土地需要因地制宜、對(duì)癥下藥”。為此,他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)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(hù)利用技術(shù)模式。年來,韓曉增團(tuán)隊(duì)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(huì)90余次。

目前,該成果已在東北黑土區(qū)累計(jì)推廣應(yīng)用2.55億畝,增收221.1億元,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。韓曉增團(tuán)隊(duì)還為國家《東北黑土地保護(hù)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(yàn)田里,每天太陽升起前總會(huì)出現(xiàn)一個(gè)熟悉的身影,海倫站的人都知道那是李艷華。因?yàn)榇蠖沟幕ㄆ谳^短,一天中真正能進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)的時(shí)間就清晨那三四個(gè)小時(shí)。為了多進(jìn)行幾個(gè)組合的雜交實(shí)驗(yàn),李艷華往往凌晨兩三點(diǎn)鐘就要開始準(zhǔn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(yàn)和區(qū)域試驗(yàn)的材料達(dá)21份,其中高蛋白材料9份。

目前,李艷華擁有15個(gè)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(chǔ)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(gè)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(jìn)入“決選”。隨后還需要進(jìn)行兩年的鑒定實(shí)驗(yàn)才能選出優(yōu)質(zhì)品種報(bào)送審定,審定往往需要4年。不難發(fā)現(xiàn),一個(gè)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(shí)間。

好的品種還需要得到種植戶認(rèn)可。李艷華還記得自己當(dāng)年四處推廣碰壁的場(chǎng)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?。記者從海倫?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(jì)實(shí)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(jì)推廣應(yīng)用面積5000萬畝,增產(chǎn)20億斤,為地方增加經(jīng)濟(jì)效益40億元。

標(biāo)簽: 科研 科學(xué)技術(shù) 黑土地 區(qū)域生態(tài)

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