聚焦东北黑土区农业生态  强化科技支撑国家粮食安全
姜明 , 武海涛 , 李娜 , 刘俊杰 , 李禄军     
中国科学院东北地理与农业生态研究所 长春 130102
摘要:“把黑土地用好养好”是新时代国家赋予东北地区新的使命和要求。围绕黑土退化和高产优质作物品种匮乏等制约东北农业发展的重要问题,中国科学院东北地理与农业生态研究所聚焦东北黑土区农业生态主责主业,紧扣黑土地保护与利用、东北主要作物种质资源创新、黑土区生态安全屏障等主要研究领域中的重大基础理论和关键核心技术问题开展原始创新,部署黑土地保护与利用、黑土区主要农作物种源创新与精准分子育种、湿地生态功能提升等重大任务,建立农业科学、湿地科学、地理信息科学与区域发展等学科紧密交叉与融合的创新体系,为保障国家粮食安全、生态环境建设和区域可持续发展提供理论基础和技术支撑。
关键词黑土地    保护与利用    黑土粮仓    先导专项    科技创新    可持续利用    
Focusing on Agricultural Ecology of Black Soils in Northeast China, Scientifically Supporting National Food Security
JIANG Ming, WU Haitao, LI Na, LIU Junjie, LI Lujun     
Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130102, China
Abstract: "Protect and make good use of the black soil" is a new mission and requirement to Northeast China raised by central government in the new era. In order to solve the major problems hindering the development of Northeast China's agricultural development, such as black soil degradation and lack of high-yield and high-quality crop varieties, the Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences (CAS) carries out original innovation focusing on the main tasks of agricultural ecology in the black soil zone, including the protection and utilization of black soils, germplasm resource innovation and precision molecular breeding of the main food crops, as well as enhancement of the ecological security barrier in this region. These tasks aim to establish an innovative interdisciplinary system that integrates agricultural science, wetland science, geographic information science and regional development. The series of actions will provide theoretical foundation and technical support for ensuring national food security, ecological environment construction, and regional sustainable development.
Keywords: black soil    conservation and utilization    Black Soil Granary    Strategic Priority Research Program    scientific and technological innovation    sustainable utilization    

我国东北黑土区是世界四大黑土集中分布区之一,主要分布在黑龙江省、吉林省、辽宁省和内蒙古自治区东部的部分地区,黑土区耕地总面积109万平方千米,其中典型黑土地耕地面积1 853.33万公顷。黑土区粮食产量和调出量分别占全国总量的1/4和1/3,是我国最大的粮食生产基地和商品粮输出基地[1]。黑土因其性状优良、自然肥力高、适耕性强,被认为是最为珍贵和肥沃的土壤资源。然而,20世纪50年代至今的高强度开发、不合理耕作和气候变化等因素影响,黑土面临着量减质退的窘境,退化问题凸显。旋耕或犁耕等传统耕作方式易造成犁底层增厚,黑土“变硬”;秸秆离田或焚烧导致投入少产出多,土壤有机质形成不足,风蚀和水蚀加剧,造成黑土“变瘦”“变薄” [2, 3]

2020年7月22日习近平总书记在吉林省考察时特别指出,一定要保护好黑土这一“耕地中的大熊猫”。如何重建退化黑土功能,保护和高效利用好黑土资源,使其更好地发挥“稳压器”和“压舱石”作用,是当前国家和社会各界重点关注的议题。2021年中央一号文件提出“实施国家黑土地保护工程,推广保护性耕作模式”,这已经是中央一号文件连续10余次谈到“保护性耕作”,说明黑土地保护已经上升为国家战略。2021年农业农村部、国家发展和改革委员会、财政部等7部门联合印发《国家黑土地保护工程实施方案(2021— 2025年)》,肯定“十三五”期间黑土地保护成效的同时,指出黑土耕作层变薄和侵蚀沟问题仍然突出,土壤有机质含量下降趋势仍未扭转,局部酸化、盐渍化问题仍然存在。

东北黑土地在保障国家粮食安全方面举足轻重。黑土退化是制约东北农业发展的重要问题,高产优质作物品种匮乏是限制我国种业发展的“卡脖子”问题。“十四五”期间,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”)将进一步聚焦国家黑土地保护、现代农业发展、生态文明建设的重大科技问题,围绕黑土区农业和湿地科学两大学科领域,加强学科体系和科研队伍建设,打造领军人才团队,建设国家级科研平台,承担国家重大任务,改革体制机制,产出重大成果,把研究所推向跨越发展的新阶段,为巩固东北地区粮食安全“压舱石”作用保驾护航。

1 面向国家重大需求,聚焦主责主业,科技助力东北现代农业发展

黑土退化是制约东北农业发展的重要问题,也是影响国家粮食安全和生态服务功能的重要因素。长期高强度的利用和不合理耕作导致黑土地出现“变薄、变瘦、变硬”等问题,东北黑土区正逐渐由“生态功能区”向“生态脆弱区”演变,威胁到国家粮食安全和区域生态安全。因此,迫切需要统筹规划黑土地资源保护与利用对策,突破黑土健康、保育及可持续利用机理,创新研发黑土退化阻控与健康培育技术,攻克黑土地质量退化阻控技术瓶颈,打造可持续利用技术体系和绿色循环农业发展模式,用好养好黑土地。

面向黑土地保护、农业转型发展和生态文明建设及碳达峰、碳中和发展需求,聚焦黑土地保护和现代农业发展中的关键科技问题,东北地理所以“黑土粮仓”科技会战重大科技任务为牵引,聚焦主责主业,凝心聚力开展黑土地保护与利用科技创新工程。进一步强化国家战略科技力量使命担当,联合黑土学科相关领域的优势科技力量,以黑土区农业和湿地科学两大学科为核心,借助遥感和区域发展等辅助手段,重点开展农业生态、盐碱地治理、作物分子育种、湿地生态等学科领域研究。建立农业科学、湿地科学、地理信息科学与区域发展等学科紧密交叉与融合的创新体系,实现“藏粮于地、藏粮于技”国家战略,助力东北黑土区粮食产能提升,夯实国家粮食安全“压舱石”的地位。

1.1 牵头重大任务,开展黑土地保护与利用理论研究、技术研发与示范推广

依托中国科学院战略性先导科技专项(A类)“黑土地保护与利用科技创新工程(黑土粮仓)”(以下简称“ ‘黑土粮仓’先导专项”),开展科技任务攻关和示范区建设[4]。针对黑土地“变薄、变瘦、变硬”问题,重点开展黑土演变过程中黑土有机质的演变过程及调控机制研究,研发黑土退化阻控与健康培育技术,打造可持续、高成效的利用技术体系和绿色循环农业模式。围绕黑土地健康保育和固碳减排目标,搭建黑土地时空全覆盖的黑土地碳排放监测、模拟和预警系统,打造因地制宜的黑土地固碳减碳技术体系和区域循环农业的高效减碳模式。针对苏打盐碱地综合治理与高效利用的科学与技术问题,研制新型土壤改良剂和调理剂,挖掘抗逆种质资源,培育耐盐碱品种,构建盐碱地生态治理综合技术体系。针对风力、水力和冻融多营力叠加驱动导致黑土层变薄、地力下降等问题,研发黑土坡面侵蚀阻控与生产力维持的农艺-生物-工程综合生态修复技术体系,系统开展水土流失动态监测和侵蚀沟治理工程。统筹规划黑土区资源配置,构建黑土区天地空一体化监控平台,建立黑土地耕地质量红线和社会发展需求的耕地质量决策预警系统;研究东北率先实现农业现代化和乡村振兴的途径,提出优化黑土保护政策与农业可持续发展的对策建议。

1.2 加强湿地生态研究,提升黑土地保护的生态服务屏障功能

重点围绕湿地生态系统稳定性及其服务功能提升,联合攻关湿地生态系统保育、生态功能维持与恢复、湿地碳增汇减排、区域及全球尺度重要湿地联网监测与评估等关键科学技术问题,建设跨境湿地联合监测网络,实现黑土与湿地联网监测大数据共享。针对气候变化和人类活动叠加作用,探究湿地植物快速恢复的原理和群落稳定性持续机制,建立退化湿地修复机制及技术理论体系。通过构建湿地碳氮水耦合模型,实现对未来气候变化情景下典型湿地生态系统碳汇能力变化趋势的科学预估;制定全国湿地分区、分类型的适应性调控战略,服务我国碳达峰、碳中和目标。面向国家生态文明建设和联合国可持续发展目标(SDGs),破解SDGs目标面临的困局,扎实推动SDGs指标评估和目标实现;研发区域-国家-大洲- 全球尺度湿地生态系统精准制图技术,构建湿地水质和植被生态参量反演模型;开展湿地相关SDGs的监测、评估与演变机制研究,实现SDGs湿地相关目标的有效度量和评估,发挥湿地在黑土地保护的重要生态屏障作用。

1.3 开展黑土区优势作物种源创新与精准分子育种,支撑区域农业发展

粮食作物品种培育面临国外跨国公司前所未有的竞争和挑战,育种技术更新换代迅速,因此急需我国自主研发培育出有竞争力的新品种,以确保国家粮食安全。种质资源和育种技术的创新是农业科技创新的关键,也是国家酝酿启动的“种业创新”重大科技工程核心。东北地区是我国大豆主产区,也是玉米和水稻等粮食作物的主要种植区。急需创制和挖掘优质、高产、抗病虫、耐盐碱、耐低温和适于机械化栽培的大豆等作物新种质资源,定位和克隆优异农艺性状相关的基因,研发适合不同生态区的新型育种芯片;开展玉米高效单双倍体育种、重离子辐射诱变水稻育种等技术,实现人工智能育种产业化,打好我国种业翻身仗。

2 强化体制机制改革,多措并举推进研究所战略部署和落实 2.1 以“黑土粮仓”先导专项为牵引,培育重大创新成果

针对黑土地保护面临的问题,以及国家对黑土地保护的重要决策部署,中国科学院先期谋划、科学论证,汇聚院内外科研队伍,联合东北四省区共同发起了“黑土粮仓”科技会战;通过设立“黑土粮仓”先导专项,按照“项目+示范区”相互支撑的组织模式,通过关键技术集成和重大应用示范,以省院联动、“揭榜挂帅”和重点委托形式,以东北地理所为前沿阵地,遴选组织院内外科研力量进行多学科科技力量协同会战,发挥国家战略科技力量作用,保障国家粮食安全,实现黑土地永续利用。定期发布《“东北黑土地”白皮书》,为用好养好黑土地提供理论、技术和政策建议支撑,引导黑土地保护利用的发展方向。

2.2 聚焦主责主业,优化学科结构

以解决国家粮食安全、生态安全和东北振兴中的重大科技问题为导向,以黑土和大豆两大领域为核心,以遥感和区域发展为辅助单元,开展学科结构调整。重点开展黑土地退化阻控、湿地生态系统保育及黑土地主要农作物种质资源创新等领域基础理论研究和关键技术攻关。围绕重点研究方向,调整现有学科组结构,打破首席研究员(PI)制,组建规模适当、结构合理、运行高效的“学科组群”单元;在黑土农业生态、湿地生态屏障等关键领域建立创新学科团队,强化优势方向;开辟黑土演化模型模拟、基于微生物组学等手段的黑土健康培育等新兴研究领域,培育前沿学科增长点,提高核心竞争力。

2.3 加强平台建设,发挥科技引擎作用支撑黑土地可持续利用

通过“核心+网络”的组织管理创新模式,扎实推进黑土地保护与利用全国重点实验室建设,构建“黑土生态仓”大型模拟装置,协力攻关保障国家粮食安全和生态可持续发展目标下土壤学中的重大科学问题。进一步完善野外台站联网观测体系,充分发挥野外台站对学科发展、基础研究及技术推广示范方面的关键支撑作用。基于“黑土粮仓”科技会战指挥平台,构建示范区和野外台站数据监测与分析网络平台。完善东北地理所数据中心及“国家地球系统科学数据中心黑土与湿地分中心”建设,提升科学情报分析服务水平。

2.4 充分发挥人才引领作用,助力黑土地保护与利用协同发展

“黑土粮仓”科技会战是项目(中国科学院战略性先导科技专项)、平台(全国重点实验室)及人才“三位一体”,可见人才建设对于更好发挥黑土地保护的科技支撑作用至关重要。东北地理所以筹建黑土地保护与利用全国重点实验室和推进“黑土粮仓”科技会战为契机,统筹推进人才培养与引进工作,优化人才队伍结构、深化人才人事制度改革、合理配置人力资源,培养一批从事黑土地保护与利用的创新团队,切实推进用好养好黑土地的人才发展战略规划,形成黑土地保护与利用研究领域的国家战略科技力量。

作为“国家队”“国家人”,东北地理所将认真贯彻落实习近平总书记有关黑土地保护与利用的重要指示精神,勇于承担历史重任,心系“国家事”、肩扛“国家责”。以提升创新能力、引领创新发展为主线,以出“三重大”成果、出“领军”人才、出“创新”思想为目标,全面优化科技布局,加强人才队伍建设,加强基础研究和关键核心技术攻坚。发挥东北地理所在黑土地力提升、盐碱地综合治理、东北优势作物种质资源创新、湿地生态保障功能等传统优势方向的优势,支撑东北黑土地保育和粮食产能提升,为实现“藏粮于地、藏粮于技”的国家战略目标,进一步夯实国家粮食安全保障基础,提供科技支撑。

参考文献
[1]
中国科学院. 东北黑土地白皮书(2020). 北京: 中国科学院, 2021.
[2]
韩贵清, 杨林章. 东北黑土资源利用现状及发展战略. 北京: 中国大地出版社, 2008.
[3]
韩晓增, 李娜. 中国东北黑土地研究进展与展望. 地理科学, 2018, 38(7): 1032-1041.
[4]
姜明, 文亚, 孙命, 等. 用好养好黑土地的科技战略思考与实施路径——中国科学院"黑土粮仓"战略性先导科技专项的总体思路与实施方案. 中国科学院院刊, 2021, 36(10): 1146-1154.