辽河源生态农业研究站 田瑞颖摄

金秋。辽河源生态农业研究站外的坡地里，大豆熟了，高粱沉了穗。田边几道沟渠顺坡而下，田水一级一级过滤、沉淀，清亮地汇入下游。这里地处东辽河源头，守护黑土，既为粮，也为水。

东北黑土区，被称作“耕地中的大熊猫”。长期高强度耕作，叠加风蚀、水蚀、冻融侵蚀，这片沃土慢慢“变瘦、变薄、变硬”。

2021年，中国科学院联合东北三省一区启动“黑土粮仓”科技会战。五年攻关，7个万亩级核心示范区、19.35万亩示范田在东北黑土区铺展开来，典型黑土区土壤有机质含量提升0.25%至0.70%，技术模式累计辐射推广面积超5.4亿亩。

近日，《中国科学报》跟随“走进中国科学院·记者行”采访团，从辽河源出发，深入吉林、辽宁丰收的田野间，记录这场历时五年的科技会战给黑土地带来的蜕变。

坡地治蚀守源保土

吉林东辽辽河源镇地处长白山余脉向松嫩平原过渡地带，坡耕地集中。长期垦殖引发水土流失、土壤酸化、面源污染等问题，当地农户将其称作“跑水、跑土、跑肥”的三跑田。

针对丘陵区农业发展的突出难题，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）团队因地制宜，摸索出一套适配长白山丘陵区的水土生态修复与高效生态农业方案。

试验田里，矮秆大豆套种小麦，田埂上矮秆高粱穗粒饱满，麦后复种的饲料油菜生机盎然。东北地理所研究员刘胜群介绍，团队研发了多套水土生态修复与高效种植模式，矮秆密植粮豆轮作是其中的代表性方案。该模式以大豆、小麦、矮秆高粱轮作为核心，配套秸秆全量还田、有机肥配施、生物炭添加“三位一体”增碳降酸技术，同步采用等高打垄、垄侧播种施肥等田间管护措施。

此前这里长期单一种植玉米，地力持续衰退、农资投入偏高。调整轮作后，地块依次轮种大豆、小麦（复播油菜）、高粱，相较传统模式，化肥减量20%、农药减量30%，面源污染负荷降低22%，水土流失削减17%以上，坡耕地收益提升超15%。

除田间培肥，分段式生态沟渠承担水源涵养功能，逐级净化田间径流，香蒲、芦苇形成天然滤带。“我们必须守好东辽河源头水源。”研究站副站长赵春生说。该模式2023年入选吉林省主推技术，五年内核心示范5000亩，示范面积5.92万亩，辐射推广680万亩。

耕育并举提质增产

走进吉林梨树黑土核心示范区，“筑牢黑土粮仓端稳中国饭碗”的标语在田间赫然矗立。

梨树百万亩绿色食品玉米标准化基地 田瑞颖摄

松嫩平原南部属于典型薄层黑土区，风蚀与水蚀叠加，黑土退化态势严峻。单纯采用秸秆全覆盖免耕，常会遭遇播种受阻、水肥留存不足等短板。

步入田间，东北地理所研究员梁爱珍捧起一小把黑土展示，上年埋入的秸秆已然充分腐解。她介绍，初代梨树模式1.0以秸秆全覆盖免耕为核心，好比为黑土盖上一层“棉被”，但这套方案不能解决所有问题。

持续多年攻关，梁爱珍团队迭代推出梨树模式2.0。新模式以秸秆覆盖条带耕作、秸秆覆混还田为核心，配套口肥提苗、深松追肥、水肥一体化、病虫害绿色防控等技术，构建起一套标准明晰、作业参数可控、措施协同适配、可因地制宜推广的保护性耕作体系。

如今，梨树县350万亩适宜耕地已经全面落地梨树模式，相关技术方案推广到吉林全省46个县市区，在东北四省区的应用总面积突破1亿亩。在核心示范区，土壤风蚀、水蚀降幅均超过80%，土壤有机质提升0.39%—0.66%，耕地质量等级提高0.58个等级，化肥用量减少12.3%—15.0%，粮食平均增产10%。

“东生”系列大豆新品种 田瑞颖摄

耕作改良稳住了黑土根基，种质创新则为增产装上另一台引擎。在中国科学院东北地理所东北亚种质资源综合研究中心，建有全球规模领先的大豆突变体库，保存有40万份创新大豆种质、1.2万份北方大豆种质资源。

东北地理所研究员、大豆分子设计育种重点实验室主任冯献忠介绍，高通量自动化表型组平台和大豆固相育种芯片是实现快速育种的关键。盆栽大豆顺着传输系统进入成像设备，如同接受“CT”扫描，全天候捕捉细微生长性状；固相育种芯片仅需10分钟，即可读取2万个大豆SNP位点，依托基因信息提前预判品种表现，摆脱漫长田间筛选等待。

耐盐碱品种“东生118”正是这套体系培育出的标杆品种。实验室现已育成37个“东生”系列大豆新品种，累计推广面积超5000万亩。“依托整套技术体系，大豆育种周期从传统的10年缩短至5年。”冯献忠说。

粪污还田循环养地

地处松辽平原黄金玉米带的辽宁昌图，素有“辽北粮仓”之称。作为国家级商品粮基地，长年高强度连作，持续透支着黑土地的地力。

中国科学院沈阳应用生态研究所（以下简称沈阳生态所）研究员张旭东深耕黑土保护数十年，他常说：“黑土地保护，核心是在利用中保护，而不是利用后再保护。”

近年来，沈阳生态所联合多方协同攻关，集成畜禽粪污资源化、秸秆覆盖保护性耕作等技术，探索出“保护性耕作+有机肥还田”双核驱动的粪-秆复合快速培肥、可复制落地的“昌图模式”。

站在土壤剖面旁，张旭东指着剖面明显增厚的黑土层介绍，正是采用秸秆覆盖还田，以宽窄行、二比空为主要保护性耕作种植模式，持续培肥土体、增厚黑土层。他们还在当地建起“农技推广小院”，依托科研单位，联合新型农业经营主体，构建“网格化”示范推广体系，促进新技术、新模式、新装备得到快速转化应用。

昌图同时是畜禽养殖大县。东北的粪污处理有个两头难的困局：冬天太冷，微生物“启动”慢、腐熟受阻，碳以二氧化碳和甲烷的形式白白跑掉；夏天含水率又普遍超过80%，堆肥容易缺氧发臭，溢流、臭气和渗滤液风险叠在一起。能干活的时间窗口和处理效果之间矛盾突出。

粪污处理站点 田瑞颖摄

针对寒区粪污处理痛点，沈阳生态所研究员张玉兰团队联合地方政府与企业构建粪污资源化利用“五级百站”模式，并进一步聚焦寒区液体粪污处理难题，实施“固液全量、酵储一体”的技术路径。团队从老城镇养殖场中筛选得到四类功能互补的复合微生物菌剂，配套建成7000立方米HDPE膜密闭发酵囊，实现粪污收集、发酵、储存一体化闭环运行。站在其中一个粪污处理站点旁，偌大的黑色密闭膜铺展在场地中，空气中闻不到异味。“我们正在持续推广这项技术。”张玉兰说。

目前，固体有机肥、液态腐熟粪肥还田累计推广已超500万亩。按需定制施肥方案，化肥减量15%—50%，粮食增产6%—21%。

扎根当地20余年的昌图现代农业试验站站长解宏图见证了这里的变迁：粮田稳产增收、黑土重焕生机，农户的钱包越来越鼓，“把论文写在祖国广袤的黑土地上，护好沃土、夯实粮仓，就是我们科研人交出的最好答卷。”