近日，中國科學(xué)院大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)國科大)本科生錄取通知書(shū)里鑲嵌的7顆金色大豆組成的“北斗七星”造型吸睛無(wú)數。

　　這些大豆來(lái)自中國科學(xué)院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(huì )戰的重要成果之一。

　　十年前，習近平總書(shū)記到中國科學(xué)院考察時(shí)強調：“集中力量推進(jìn)科技創(chuàng )新，真正把創(chuàng )新驅動(dòng)發(fā)展戰略落到實(shí)處。”

　　中國科學(xué)院2021年7月啟動(dòng)的“黑土地保護與利用科技創(chuàng )新工程”戰略性先導科技專(zhuān)項(A類(lèi))，正是一個(gè)集中力量辦大事的“大兵團作戰體系”。它發(fā)揮了中國科學(xué)院的體系化建制化優(yōu)勢，圍繞國家糧食安全保障的重大使命，集結了中國科學(xué)院內34家研究所和院外89家單位，組成了一支匯聚各專(zhuān)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(chǎng)科技會(huì )戰已實(shí)施兩年，“黑土糧倉”進(jìn)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(wèn)題?《中國科學(xué)報》記者走進(jìn)該專(zhuān)項牽頭單位中國科學(xué)院東北地理所了解相關(guān)進(jìn)展。

　　“高精尖”牽引現代農業(yè)

　　種子是農業(yè)的“芯片”，做強這塊“芯片”是“黑土糧倉”科技會(huì )戰的重要目標之一。

　　國科大本科生錄取通知書(shū)的7顆金豆蘊含了前沿的農業(yè)技術(shù)。東北地理所的科學(xué)家從2000多份鹽堿地種植的大豆種質(zhì)資源中篩選出十多份具有高耐鹽堿性的大豆品種，通過(guò)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(guò)當前我國普通耕地約130公斤的平均畝產(chǎn)。

國科大錄取通知書(shū)里的大豆。國科大供圖

7月上旬，試驗田里的“東生118”已經(jīng)結莢。馮麗妃攝

　　“分子設計育種的最大特點(diǎn)是，每一個(gè)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(chē)一樣，實(shí)現加速育種。”該種質(zhì)資源培育者、東北地理所研究員馮獻忠對《中國科學(xué)報》說(shuō)，它讓原本需要8到10年才能培育一顆種子的過(guò)程大幅縮短。

　　我國大豆產(chǎn)量長(cháng)期不足，近年來(lái)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(lái)，馮獻忠團隊已經(jīng)建成國內最大的大豆突變基因體庫，擁有超過(guò)40萬(wàn)份大豆突變種質(zhì)材料。“一個(gè)大豆有6萬(wàn)個(gè)基因，如果我們能夠準確地知道每個(gè)基因變異的功能，就能根據每個(gè)區域的氣候和土壤條件，培育出因地制宜的大豆種子。”他說(shuō)。

　　目前作物育種已經(jīng)歷三個(gè)階段：1.0時(shí)代的傳統雜交育種，2.0時(shí)代的分子標記育種，以及3.0時(shí)代的分子設計育種。馮獻忠團隊提出以“計算育種”為標志的新育種理念，將推動(dòng)育種技術(shù)向4.0時(shí)代進(jìn)軍的步伐。

　　“我們的育種試驗地是有限的，未來(lái)或許可以實(shí)現到計算機里去‘育種’。”馮獻忠解釋說(shuō)，“比如在計算機上利用不同算法實(shí)現大豆優(yōu)異基因的相互聚合，原本相互拮抗的基因在哪些位點(diǎn)可以聚合，哪些變異可以實(shí)現更好地目標性聚合。”

　　該團隊正在東北地理所搭建一座能夠在不同光譜下觀(guān)察作物生長(cháng)的表型組平臺，讓一個(gè)基因在作物生長(cháng)過(guò)程的每個(gè)階段呈現的功能“分毫畢現”。他們還與浙江省之江實(shí)驗室合作，嘗試將大豆育種中每個(gè)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“試驗選優(yōu)”利用“計算選優(yōu)”來(lái)替代。

馮獻忠在表型組平臺前接受《中國科學(xué)報》采訪(fǎng)。紀燦雄攝

東北地理所培育的大豆高產(chǎn)新品種。馮麗妃攝

　　“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，呈現出不同程度的退化趨勢。

　　為“把脈問(wèn)診”黑土地，兩年來(lái)，專(zhuān)項構建了衛星遙感、無(wú)人機、地面傳感相結合的天空地一體化監測體系，開(kāi)發(fā)了“黑土糧倉一地一策”應用平臺，用戶(hù)打開(kāi)手機應用程序就能一覽無(wú)遺黑土保護利用的全生長(cháng)周期策略。

　　會(huì )戰團隊還解釋了黑土侵蝕的一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程——溝道侵蝕。“東北大平原看上去一馬平川，但實(shí)際地形多為漫川漫崗，幾大山脈與平原的過(guò)渡區域易形成水蝕風(fēng)侵造成的侵蝕溝，這是黑土地退化的一種表現形式，如不盡快治理會(huì )嚴重影響糧食產(chǎn)能。”“黑土糧倉”先導專(zhuān)項總工程師、東北地理所研究員賈仲君對《中國科學(xué)報》說(shuō)。

　　研究者通過(guò)野外實(shí)際測定和高分辨率的遙感空間調查，首次得出黑土區侵蝕溝有49.6萬(wàn)條，摸清了黑土侵蝕溝的空間分布與演化趨勢。同時(shí)，通過(guò)對黑土地土壤性質(zhì)、作物生長(cháng)狀況等進(jìn)行全方位監測，創(chuàng )建了由地理學(xué)+大數據+現代農業(yè)集成的“全域定制模式”，全方位保衛“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(shuō)。

　　“一盤(pán)棋”破關(guān)鍵挑戰

　　“在利用中保護，這是黑土地保護最關(guān)鍵、也最具挑戰性的科技任務(wù)。”“黑土糧倉”先導專(zhuān)項總指揮、東北地理所所長(cháng)姜明說(shuō)。

　　“黑土糧倉”作為我國糧食安全的“壓艙石”，年糧食產(chǎn)量占全國四分之一。但自20世紀初大規模人口遷徙和大范圍土地墾殖以來(lái)，東北黑土區農業(yè)開(kāi)發(fā)利用強度持續上升，黑土表層平均每年流失0.3毫米左右，土壤有機質(zhì)也在逐年遞減。然而，我國人多地少，這意味著(zhù)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(wèn)題，專(zhuān)項規劃了退化阻控、健康培育、生物驅動(dòng)、智能農機、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(cháng)春、沈陽(yáng)、海倫、三江設立了七大萬(wàn)畝示范區，形成科技支撐的“一盤(pán)棋”，為“用好養好”黑土地提供系統解決方案。

　　在此基礎上，會(huì )戰團隊研發(fā)了“梨樹(shù)模式2.0”“龍江模式”“三江模式”“大河灣模式”“大安模式”等不同的農業(yè)耕作種植模式，通過(guò)把增施有機肥、秸稈還田、輪作休耕、種植綠肥、種養結合等措施相結合，構建了具有區域特色的農機農藝融合新體系，讓新技術(shù)在最適合的區域落地。

　　“針對每個(gè)示范區黑土保護與糧食產(chǎn)能提升的難點(diǎn)或卡點(diǎn)，不同模式有著(zhù)不同的‘定制化’解決方案。”“黑土糧倉”先導專(zhuān)項辦公室負責人、東北地理所科研計劃處處長(cháng)李祿軍向《中國科學(xué)報》介紹。

　　單以秸稈還田為例，“梨樹(shù)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(dòng);“龍江模式”將秸稈粉碎后混入土壤中，有助改善土壤結構提升土壤有機質(zhì)，以增加土壤透氣和透水性，更好地為作物提供營(yíng)養;“三江模式”則主要采用秸稈深埋法，有利于改良該區域常見(jiàn)的土質(zhì)較黏的白漿土，改良土壤，促進(jìn)作物根系生長(cháng)。

　　據介紹，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、區域適宜性評價(jià)、操作規程制定等問(wèn)題。“這給了我們很大的信心，能夠把黑土地利用好，把退化黑土改良好。”賈仲君說(shuō)。

　　“一個(gè)項目通常包括開(kāi)創(chuàng )上升期、爬坡攻堅期、發(fā)展穩定期和成熟期，現在我們取得的成效很顯著(zhù)，但仍然處于關(guān)鍵的爬坡攻堅階段。”他同時(shí)表示。

賈仲君在考察內蒙古東部推廣的生態(tài)草牧業(yè)，這是“黑土糧倉”科技會(huì )戰的一部分。東北地理所供圖

　　據介紹，組成“黑土糧倉”科技會(huì )戰“集團軍”的主體，青年骨干占70%以上，為我國農業(yè)科技培養了一批中堅力量。隨著(zhù)會(huì )戰走向深水區，東北地理所也吸引了一批年輕有為的科研力量加入，短短幾年間，所內新增科技人才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之一，中國科學(xué)院率先行動(dòng)計劃實(shí)施10年來(lái)，東北地理所已經(jīng)成為開(kāi)展農業(yè)研究最好的一個(gè)地方，喜歡農業(yè)的人在這里可以把國家需求和自己的科研理想完美結合。”賈仲君說(shuō)。

　　“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(huì )戰方案，向國家揭榜掛帥。2021年7月，中國科學(xué)院聯(lián)合東北三省和內蒙古自治區正式啟動(dòng)“黑土糧倉”科技會(huì )戰。

　　攻堅隊伍由中國科學(xué)院院長(cháng)、黨組書(shū)記侯建國直接“掛帥”，擔任總指揮;副院長(cháng)張濤擔任副總指揮。

　　侯建國要求科技會(huì )戰團隊：“力爭取得更多‘用得上、有影響、留得下、推得開(kāi)’的科技成果，為支撐黑土地永續利用與農業(yè)現代化發(fā)展提供系統解決方案。”

　　為實(shí)現目標，專(zhuān)項在組織機制上進(jìn)行了創(chuàng )新——首次在非軍工專(zhuān)項中啟用總指揮、總工程師“兩總制”。總指揮是專(zhuān)項第一負責人，總工程師專(zhuān)門(mén)負責專(zhuān)項的學(xué)術(shù)和技術(shù)路線(xiàn)。項目還設立了科學(xué)總顧問(wèn)，由張佳寶院士對專(zhuān)項進(jìn)行嚴格的科學(xué)把關(guān)和指導。

　　同時(shí)，專(zhuān)項下設13個(gè)任務(wù)，包括6個(gè)科技攻關(guān)任務(wù)和7個(gè)萬(wàn)畝示范區，并組建了總體組。總體組又下設學(xué)術(shù)與技術(shù)、示范推廣、數據及智能管控系統三個(gè)分總體組，每年都要梳理階段性進(jìn)展。

　　作為專(zhuān)項牽頭單位，東北地理所承擔專(zhuān)項日程管理與各項目考評等任務(wù)。“項目每年都會(huì )開(kāi)展年終考核與動(dòng)態(tài)調整工作，針對存在未完成目標、排名墊底等情況的情況，相關(guān)任務(wù)經(jīng)費就會(huì )被調減，或者任務(wù)被整合到其他課題，甚至更換負責人。”李祿軍說(shuō)。

　　示范區作為承接技術(shù)集成的實(shí)體，肩上的擔子也不輕。一個(gè)示范區有沒(méi)有采用研發(fā)的新技術(shù)?技術(shù)如何落地?落地的效果如何?最終都需要向當地政府和老百姓求證。

　　為實(shí)現農業(yè)技術(shù)示范推廣，過(guò)去一年，姜明帶領(lǐng)專(zhuān)項團隊幾乎每個(gè)月都在出差，已與30多個(gè)地方政府達成了合作推廣協(xié)議。

　　“這都不算壓力，關(guān)鍵是院黨組統籌規劃，國家使命導向下的體系化建制化攻關(guān)取得了重要進(jìn)展，‘黑土糧倉’科技會(huì )戰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，能幫他們解決實(shí)實(shí)在在的問(wèn)題。”姜明說(shuō)。

　　伴隨著(zhù)專(zhuān)項實(shí)施進(jìn)入第三個(gè)年頭，姜明醞釀提出組織整個(gè)專(zhuān)項13個(gè)項目的技術(shù)骨干做一次“拉練”，實(shí)地走一遍每個(gè)項目示范區，通過(guò)“打擂臺”的方式，實(shí)時(shí)跟進(jìn)示范區的需求，推動(dòng)新技術(shù)落地。

　　“先進(jìn)技術(shù)無(wú)論多么高大上，必須兼具實(shí)用性和前瞻性，解決當前糧食安全保障的國家使命，保障生存力發(fā)展，服務(wù)農業(yè)強國建設目標。”他說(shuō)。

　　上世紀中國科學(xué)院組織的農業(yè)科技“黃淮海戰役”讓我國糧食增產(chǎn)500億斤，在我國實(shí)施新一輪千億斤糧食產(chǎn)能提升行動(dòng)的背景下，中國科學(xué)院在新時(shí)代啟動(dòng)的這一場(chǎng)農業(yè)科技攻關(guān)戰役面臨著(zhù)新的機遇與挑戰。

　　與幾十年前提高中低產(chǎn)田產(chǎn)能相比，提升自身基礎條件更肥沃的黑土地的產(chǎn)能顯然并不容易。“更難的是，如何改變農民長(cháng)期以來(lái)形成的耕作習慣，緊密契合國家鄉村振興戰略，把過(guò)去兩年的‘黑土糧倉’科技會(huì )戰已形成的保護技術(shù)與模式快速推廣。”姜明說(shuō)。

姜明在介紹“黑土糧倉”科技會(huì )戰實(shí)施情況。東北地理所供圖

　　令人振奮的是，中國科學(xué)院通過(guò)與國家相關(guān)部門(mén)緊密合作，選派了一批優(yōu)秀科研骨干下沉基層一線(xiàn)，擔任了科技副職，與地方農業(yè)部門(mén)緊密合作，取得了顯著(zhù)成效。

　　東北地理所高級工程師、在梨樹(shù)縣擔任科技副縣長(cháng)的敖曼對此深有體會(huì )：“過(guò)去3年來(lái)，‘梨樹(shù)模式2.0’保護性耕作模式每年推廣面積增幅1000萬(wàn)畝，2022年已達3050萬(wàn)畝，‘十四五’末預期達到4000萬(wàn)畝。”

　　“黑土地保護與利用不僅是當下端牢中國飯碗、扛穩糧食安全的重大政治責任，更是新一輪千億斤糧食產(chǎn)能提升行動(dòng)的重要發(fā)力點(diǎn)，和落實(shí)總書(shū)記指示批示精神的重要內容。接下來(lái)，我們將在中科院黨組統籌指導下，持續開(kāi)展集中攻關(guān)，為用好養好黑土地提供更好的系統解決方案，推動(dòng)我國糧食產(chǎn)能再上新臺階，為農業(yè)強國建設提供中國科學(xué)院力量。”姜明說(shuō)。