科研团队用科学技术为黑土地“把脉问诊”

来源:中国科学报

在黑龙江省海伦市一块其貌不扬的草甸地里,中国科学院东北地理与农业生态研究所(以下简称东北地理所)研究员韩晓增用铲子挖出一捧黑黝黝、湿乎乎的土壤,里面还夹着几条肥嘟嘟的蚯蚓。

“这是我们特意留存的一块样地,40多年来没有种过任何作物,土壤松软肥沃。”随后,韩晓增在紧挨着样地的耕地里又挖出另一捧黑土,不仅没有蚯蚓,还存在一定程度板结。

日前,《中国科学报》记者一行来到黑龙江海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站(以下简称海伦站),在松嫩原寒地黑土核心区,亲眼目睹了中国科学院的科研团队用科学技术为黑土地“把脉问诊。”

扎根黑土 科学种地

我国东北黑土区是世界四大黑土分布区之一,主要分布在黑龙江省、吉林省、辽宁省和内蒙古东部三市一盟(赤峰市、通辽市、呼伦贝尔市、兴安盟),黑土区面积109万方公里。“捏把黑土冒油花,插双筷子也发芽”,这句乡谚夸赞的正是东北黑土地的肥沃。

位于东北黑土区中心的海伦站始建于1978年,前身是中国科学院海伦农业生态实验站,依托于中国科学院黑龙江农业现代化研究所(现为东北地理所),是中国科学院在我国东北黑土区设置的长期、综合农业资源、环境、生态等多学科的综合研究基地。

记者在海伦站土壤样品储藏室见到一瓶瓶保存完好的土壤,第一份样品来自1985年。韩晓增告诉《中国科学报》:“海伦站从1985年开始采集东北黑土样本,这里保存着4000多份土壤样品,这些样品已成为海伦站的‘镇站之宝’。”

大学毕业后就扎根黑土研究的韩晓增也见证了海伦站种种变迁。从一穷二白、满目疮痍到崭新的实验楼和专家公寓相继建成,在中国科学院的支持下,海伦站的科研人员开始一边建站,一边研究如何科学种地。

1998年,韩晓增开始担任海伦站站长。多年定点观测后,韩晓增发现长期不合理耕作和高强度利用,导致黑土面临“量减质退”的窘境,东北黑土区正由“生态功能区”向“生态脆弱区”演变,严重威胁国家粮食安全和区域生态安全。

为此,海伦站围绕黑土生态系统恢复与重建开展研究,希望为提高黑土耕地综合生产能力提供科学依据与优化管理方法。

因地制宜 对症下药

40年来,海伦站科研人员通过试验观测对比发现,黑土地退化的实质是黑土层发生退化,主要原因是黑土层有机质下降。为此,韩晓增带领团队率先提出肥沃耕层构建的理念。

韩晓增团队通过一个33年养分循环试验证实,单位面积农田所生产的产品80%通过畜禽过腹后还田,黑土有机质含量提高0.05~0.1个百分点。

团队在东北不同土壤类型区开展不同构建物料和不同构建深度的定位模拟试验,证明玉米和大豆95%以上的根系分布在0~35 厘米。模拟试验还证明,创建肥沃耕层内的玉米根系重量提高15.6%,大豆根系重量提高12.9%。

韩晓增介绍,构建肥沃耕层可以改善土壤微环境,增加土壤中的微生物数量和群落结构,全层提高细菌数量24.6%,心土层提高49.4%。与轮作制度结合后,可改善土壤的生态环境,控制土壤土传病害,根腐病病情指数下降了14.2%~16.5%,根潜蝇危害株率下降22.7%~27.9%,孢囊线虫孢囊着根量下降9.2%~10.3%。

在理论基础上,韩晓增团队还研究了肥沃耕层构建技术,并首次采用螺旋式犁壁犁,使土层旋转90度,将玉米秸秆均匀地混合于0~35厘米的土层之中。

在中国科学院“黑土粮仓”科技会战海伦示范区的试验田里,记者看到应用肥沃耕层构建技术的大豆和玉米种植区。韩晓增告诉记者:“应用肥沃耕层构建技术模式,每个周期比传统耕作节本150元/公顷。”

韩晓增认为,“保护黑土地需要因地制宜、对症下药”。为此,他带领团队通过构建肥沃耕层基本理论和关键技术,创新了黑土地保护利用技术模式。年来,韩晓增团队在田间地头大力推广该模式,先后举办肥沃耕层构建技术培训会90余次。

目前,该成果已在东北黑土区累计推广应用2.55亿亩,增收221.1亿元,取得了显著的经济、社会和生态效益。韩晓增团队还为国家《东北黑土地保护规划纲要(2017—2030)》的制定提供了技术支撑。

大豆之乡 不解情缘

在海伦站,像韩晓增这样从毕业就在此扎根的科研人员还有很多,比如有“金豆娘娘”美称的东北地理所研究员李艳华。

初夏的试验田里,每天太阳升起前总会出现一个熟悉的身影,海伦站的人都知道那是李艳华。因为大豆的花期较短,一天中真正能进行杂交实验的时间就清晨那三四个小时。为了多进行几个组合的杂交实验,李艳华往往凌晨两三点钟就要开始准备。

1990年,李艳华从东北农业大学作物学专业毕业后就来到海伦站实。海伦市是我国著名的大豆之乡,李艳华在此与大豆育种结下了不解情缘。

从“东生1”到“东生53”,李艳华在海伦站的实验室里如数家珍地介绍着自己培育的大豆品种(系)。30多年来,李艳华每年积累整理不同世代选种材料8000份左右,每年杂交组合至少200份。2021年,李艳华参加大豆品种比较试验和区域试验的材料达21份,其中高蛋白材料9份。

目前,李艳华拥有15个亩产稳定在200公斤以上的大豆品种(系),一定程度上解决了我国高纬度地区大豆品种较为单一的问题,为种植结构调整储备了不少早熟品种。

育种的艰辛只有亲历者自己知道。大豆育种从杂交开始,每培育一代需要一个生长季(1年),通常需要经过六代(6年)优胜劣汰的选择才能进入“决选”。随后还需要进行两年的鉴定实验才能选出优质品种报送审定,审定往往需要4年。不难发现,一个优质的大豆品种从选育到最终通过审定,至少需要10年时间。

好的品种还需要得到种植户认可。李艳华还记得自己当年四处推广碰壁的场景,摩托车就骑坏了3辆。而今李艳华已在海伦当地和周边小有名气。记者从海伦当地一家食品企业获悉,该企业豆浆粉使用的大豆品种就是“东生7”。

据介绍,李艳华培育的东生系列大豆品种累计实现成果转化2340万元,其中“东生7”转化700万元。在东北地区第三、第四积温带,李艳华的东生系列大豆累计推广应用面积5000万亩,增产20亿斤,为地方增加经济效益40亿元。

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