近日，中國科學(xué)院大學(xué)（以下簡稱國科大）本科生錄取通知書吸睛無數(shù)——7顆金色大豆組成的“北斗七星”，讓人怦然心動。
這些“金豆子”是中國科學(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）的耐鹽堿大豆，也是中國科學(xué)院“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)的重要成果之一。
10年前，習(xí)近平總書記到中國科學(xué)院考察時強調(diào)，集中力量推進科技創(chuàng)新，真正把創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略落到實處。
中國科學(xué)院2021年7月啟動的“黑土地保護與利用科技創(chuàng)新工程”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（A類），正是集中力量辦大事的“大兵團作戰(zhàn)體系”。它發(fā)揮了中國科學(xué)院的體系化建制化優(yōu)勢，圍繞保障國家糧食安全的重大使命，集結(jié)了中國科學(xué)院內(nèi)34家研究所和院外89家單位，組成了一支會聚各專業(yè)1400余名科學(xué)家的“集團軍”，旨在用科技力量筑牢“黑土糧倉”。
如今，這場科技會戰(zhàn)已有兩年，“黑土糧倉”進展如何？承載了哪些“高精尖”技術(shù)？如何發(fā)揮建制化優(yōu)勢破解棘手問題？記者走進該專項牽頭單位——東北地理所了解相關(guān)進展。
“高精尖”牽引現(xiàn)代農(nóng)業(yè)
種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，做強這塊“芯片”是“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)的重要目標(biāo)之一。
國科大本科生錄取通知書中的7顆“金豆”蘊含著前沿農(nóng)業(yè)技術(shù)。東北地理所的科學(xué)家從2000多份在鹽堿地種植的大豆種質(zhì)資源中篩選出10多份具有高耐鹽堿性的大豆品種，通過鑒定其中的優(yōu)質(zhì)基因并按需“組合”，培育出耐鹽堿大豆新品種“東生118”。該品種在土壤pH值9.0的重度鹽堿地上產(chǎn)量可達150公斤，超過當(dāng)前我國普通耕地約130公斤的平均畝產(chǎn)。
“分子設(shè)計育種的最大特點是每一個基因的功能都非常清晰，了解這些功能后就可以像裝配汽車一樣，實現(xiàn)加速育種。”該種質(zhì)資源培育者、東北地理所研究員馮獻忠說，它讓原本需要8到10年才能培育一顆種子的過程大幅縮短。
我國大豆產(chǎn)量長期不足，近年來對外依存度高達85%。馮獻忠團隊希望選育出更多優(yōu)質(zhì)的大豆種質(zhì)資源，增加邊際土地利用率，深挖我國大豆良種增產(chǎn)潛力，努力提升我國大豆自給率。
自2012年加入東北地理所以來，馮獻忠團隊已經(jīng)建成國內(nèi)最大的大豆突變基因體庫，擁有超過40萬份大豆突變種質(zhì)材料。“一顆大豆有6萬個基因，如果我們能夠準確知道每個基因變異的功能，就能根據(jù)每個區(qū)域的氣候和土壤條件，因地制宜培育大豆種子。”他說。
目前作物育種已經(jīng)歷三個階段：1.0時代的傳統(tǒng)雜交育種、2.0時代的分子標(biāo)記育種以及3.0時代的分子設(shè)計育種。馮獻忠團隊提出以“計算育種”為標(biāo)志的新育種理念，推動育種技術(shù)向4.0時代進軍。
“我們的育種試驗地是有限的，未來或許可以實現(xiàn)到計算機里‘育種’。”馮獻忠解釋說，“比如在計算機上利用不同算法實現(xiàn)大豆優(yōu)異基因的相互聚合，了解原本相互拮抗的基因在哪些位點可以聚合、哪些變異可以更好地目標(biāo)性聚合。”
該團隊正在東北地理所搭建一個能夠在不同光譜下觀察作物生長的表型組平臺，讓一個基因在作物生長過程每個階段呈現(xiàn)的功能“纖毫畢見”。他們還與浙江省之江實驗室合作，嘗試將大豆育種中每個基因突變發(fā)揮的潛在作用在超級計算機上跑一遍，希望將目前育種中的“試驗選優(yōu)”替代為“計算選優(yōu)”。
“一兩黑土二兩油，插根筷子能發(fā)芽。”民間順口溜道出了黑土的肥沃。珍貴如大熊貓的東北黑土地，卻正在變薄、變瘦、變硬，呈現(xiàn)出不同程度的退化趨勢。
為“把脈問診”黑土地，兩年來，專項構(gòu)建了衛(wèi)星遙感、無人機、地面?zhèn)鞲邢嘟Y(jié)合的天空地一體化監(jiān)測體系，開發(fā)了“‘黑土糧倉’一地一策”應(yīng)用平臺，用戶打開手機應(yīng)用程序，黑土保護利用的全生長周期策略一目了然。
會戰(zhàn)團隊還解釋了黑土被侵蝕的一個關(guān)鍵過程——溝道侵蝕。“東北大平原看上去一馬平川，但實際地形多為漫川漫崗，幾大山脈與平原的過渡區(qū)域易形成水蝕風(fēng)侵造成的侵蝕溝，這是黑土地退化的一種表現(xiàn)，如不盡快治理會嚴重影響糧食產(chǎn)能。”“黑土糧倉”先導(dǎo)專項總工程師、東北地理所研究員賈仲君說。
研究人員通過野外實際測定和高分辨率遙感空間調(diào)查，首次得出黑土區(qū)侵蝕溝有49.6萬條，摸清了黑土侵蝕溝的空間分布與演化趨勢。同時，通過對黑土地土壤性質(zhì)、作物生長狀況等進行全方位監(jiān)測，研究人員創(chuàng)建了由“地理學(xué)+大數(shù)據(jù)+現(xiàn)代農(nóng)業(yè)”集成的“全域定制模式”，全方位保衛(wèi)“黑土糧倉”。
“國家下定決心保護黑土地，作為‘國家隊’‘國家人’，我們要提供關(guān)鍵技術(shù)做好‘國家事’。”賈仲君說。
“一盤棋”應(yīng)對關(guān)鍵挑戰(zhàn)
“在利用中保護，這是黑土地保護最關(guān)鍵、最具挑戰(zhàn)性的科技任務(wù)。”“黑土糧倉”先導(dǎo)專項總指揮、東北地理所所長姜明說。
“黑土糧倉”作為我國糧食安全的“壓艙石”，年糧食產(chǎn)量占全國的1/4。但自20世紀初人口大規(guī)模遷徙和大范圍土地墾殖以來，東北黑土區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)利用強度持續(xù)上升，黑土表層平均每年流失約0.3毫米，土壤有機質(zhì)也在逐年遞減。然而，我國人多地少，這意味著不能采取發(fā)達國家休耕的方式保護黑土地。
針對這一棘手問題，專項規(guī)劃了退化阻控、健康培育、生物驅(qū)動、智能農(nóng)機、天空地感知、全域定制六大攻關(guān)任務(wù)，在齊齊哈爾、大河灣、大安、長春、沈陽、海倫、三江設(shè)立了七大萬畝示范區(qū)，形成科技支撐“一盤棋”，為“用好養(yǎng)好”黑土地提供系統(tǒng)解決方案。
在此基礎(chǔ)上，會戰(zhàn)團隊研發(fā)了“梨樹模式2.0”“龍江模式”“三江模式”“大河灣模式”“大安模式”等不同的農(nóng)業(yè)耕作種植模式，將增施有機肥、秸稈還田、輪作休耕、種植綠肥、種養(yǎng)結(jié)合等措施結(jié)合在一起，構(gòu)建了具有區(qū)域特色的農(nóng)機農(nóng)藝融合新體系，讓新技術(shù)在最適合的區(qū)域落地。
“針對每個示范區(qū)黑土保護與糧食產(chǎn)能提升的難點或卡點，不同模式有著不同的‘定制化’解決方案。”“黑土糧倉”先導(dǎo)專項辦公室負責(zé)人、東北地理所科研計劃處處長李祿軍介紹。
單以秸稈還田為例，“梨樹模式”采用“蓋被子”方法，將秸稈覆蓋在地表還田，可蓄水保墑，減少對薄層黑土地耕作層的擾動；“龍江模式”將秸稈粉碎后混入土壤中，有助改善土壤結(jié)構(gòu)、提升土壤有機質(zhì)，以增加土壤透氣性和透水性，更好地為作物提供營養(yǎng)；“三江模式”則主要采用秸稈深埋法，這有利于改良該區(qū)域常見的土質(zhì)較黏的白漿土，促進作物根系生長。
據(jù)介紹，攻堅團隊已經(jīng)解決了不同模式黑土地保護的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸、區(qū)域適宜性評價、操作規(guī)程制定等相關(guān)問題。“這給了我們很大的信心，能夠把黑土地利用好、把退化的黑土改良好。”賈仲君說。
“一個項目通常包括開創(chuàng)上升期、爬坡攻堅期、發(fā)展穩(wěn)定期和成熟期，現(xiàn)在我們?nèi)〉玫某尚э@著，但仍處于關(guān)鍵的爬坡攻堅階段。”他同時表示。
據(jù)介紹，組成“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)“集團軍”的主體中，青年骨干占70%以上。會戰(zhàn)為我國農(nóng)業(yè)科技培養(yǎng)了一批中堅力量。隨著會戰(zhàn)走向深水區(qū)，東北地理所吸引了一批年輕有為的科研力量加入，短短幾年間，所內(nèi)新增科技人才43人、招聘特別研究助理70余人。
“東北黑土地是國家重大需求的集中體現(xiàn)之一，中國科學(xué)院‘率先行動’計劃實施10年來，東北地理所已經(jīng)成為開展農(nóng)業(yè)研究最好的一個地方。在這里，喜歡農(nóng)業(yè)的人可以把國家需求和自己的科研理想完美結(jié)合。”賈仲君說。
“建制化”賦能發(fā)展
2021年3月，中國科學(xué)院與吉林省聯(lián)合上報“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)方案。2021年7月，中國科學(xué)院聯(lián)合東北三省和內(nèi)蒙古自治區(qū)正式啟動“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)。
攻堅隊伍由中國科學(xué)院院長、黨組書記侯建國直接“掛帥”，擔(dān)任總指揮；副院長張濤擔(dān)任副總指揮。
侯建國要求科技會戰(zhàn)團隊“力爭取得更多‘用得上、有影響、留得下、推得開’的科技成果，為支撐黑土地永續(xù)利用與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供系統(tǒng)解決方案”。
為實現(xiàn)目標(biāo)，專項在組織機制上進行了創(chuàng)新——首次在非軍工專項中啟用總指揮、總工程師“兩總制”。總指揮是專項第一負責(zé)人，總工程師則專門負責(zé)專項的學(xué)術(shù)和技術(shù)路線。項目還設(shè)立了科學(xué)總顧問，由中國工程院院士張佳寶進行嚴格的科學(xué)把關(guān)和指導(dǎo)。
同時，專項下設(shè)13個任務(wù)，包括6個科技攻關(guān)任務(wù)和7個萬畝示范區(qū)，并組建了總體組�？傮w組又下設(shè)學(xué)術(shù)與技術(shù)、示范推廣、數(shù)據(jù)及智能管控系統(tǒng)3個分組，每年都要梳理階段性進展。
作為專項牽頭單位，東北地理所承擔(dān)專項日程管理與各項目考評等任務(wù)。“每年都會開展項目年終考核與動態(tài)調(diào)整工作，一旦出現(xiàn)未完成目標(biāo)、排名墊底等情況，相關(guān)任務(wù)經(jīng)費會被調(diào)減，或者相關(guān)任務(wù)被整合到其他課題，甚至更換負責(zé)人。”李祿軍說。
示范區(qū)作為承接技術(shù)集成的實體，肩上的擔(dān)子不輕。一個示范區(qū)有沒有采用研發(fā)的新技術(shù)、技術(shù)如何落地、落地效果如何，最終都需要向當(dāng)?shù)卣屠习傩涨笞C。
為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)技術(shù)示范推廣，過去一年，姜明帶領(lǐng)專項團隊幾乎每個月都在出差，與30多個地方政府達成了合作推廣協(xié)議。
“這都不算壓力，關(guān)鍵是院黨組統(tǒng)籌規(guī)劃、國家使命導(dǎo)向下的體系化建制化攻關(guān)取得了重要進展，‘黑土糧倉’科技會戰(zhàn)得到地方政府的大力支持和認可，技術(shù)成果老百姓愿意用，因為這能幫他們解決實實在在的問題。”姜明說。
伴隨著專項實施進入第三個年頭，姜明醞釀提出組織整個專項13個項目的技術(shù)骨干做一次“拉練”，實地走訪每個項目示范區(qū)，通過“打擂臺”的方式，實時跟進示范區(qū)的需求，推動新技術(shù)落地。
“先進技術(shù)無論多么‘高大上’，都必須兼具實用性和前瞻性，完成當(dāng)前糧食安全保障的國家使命，保障生存力發(fā)展，服務(wù)農(nóng)業(yè)強國建設(shè)目標(biāo)。”他說。
上世紀中國科學(xué)院組織的農(nóng)業(yè)科技“黃淮海戰(zhàn)役”使我國糧食增產(chǎn)500億斤。在我國實施新一輪千億斤糧食產(chǎn)能提升行動的背景下，中國科學(xué)院在新時代啟動的這一場農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)戰(zhàn)役面臨著新的機遇與挑戰(zhàn)。
與幾十年前提高中低產(chǎn)田產(chǎn)能相比，提升本身就肥沃的黑土地的產(chǎn)能顯然并不容易。“更難的是，如何改變農(nóng)民長期以來形成的耕作習(xí)慣，緊密契合國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，快速推廣過去兩年‘黑土糧倉’科技會戰(zhàn)已形成的保護技術(shù)與模式。”姜明說。
令人振奮的是，中國科學(xué)院通過與國家相關(guān)部門緊密合作，選派了一批優(yōu)秀科研骨干下沉基層一線擔(dān)任科技副職，與地方農(nóng)業(yè)部門緊密合作，取得了顯著成效。
在梨樹縣擔(dān)任科技副縣長的東北地理所高級工程師敖曼對此深有體會：“過去3年來，‘梨樹模式2.0’保護性耕作模式每年推廣面積增加1000萬畝，2022年已達3050萬畝，‘十四五’末預(yù)計達到4000萬畝。”
“黑土地保護與利用不僅是當(dāng)下端牢中國飯碗、保障糧食安全的重大政治責(zé)任，也是新一輪千億斤糧食產(chǎn)能提升行動的重要發(fā)力點，更是落實習(xí)近平總書記指示批示精神的重要內(nèi)容。接下來，我們將在中國科學(xué)院黨組統(tǒng)籌指導(dǎo)下，持續(xù)開展集中攻關(guān)，為用好、養(yǎng)好黑土地提供更好的系統(tǒng)解決方案，推動我國糧食產(chǎn)能邁上新臺階，在農(nóng)業(yè)強國建設(shè)中發(fā)揮中國科學(xué)院力量。”姜明說�！�