2024年，呼伦贝尔农垦集团谢尔塔拉农牧场进行整地作业。受访者供图

■本报记者 田瑞颖

“以前施肥怕对土不好，施多施少全靠经验。现在心里有了底。”

7月的三江平原，玉米已蹿过人头，追肥进入关键期。黑龙江佳木斯建三江七星农场的农户不再像往常那样蹲在田间犯愁。他们如今坐在家中，通过一部手机就能知道每块地的追肥量。一键下单飞防服务，无人机就能完成作业。

广袤黑土地是国家粮食安全的压舱石。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（以下简称科技会战），来自全国98家单位的1300余人参与了这场科技攻坚。这也是中国科学院继20世纪80年代“黄淮海”农业科技会战后，围绕国家粮食安全部署的又一场农业科技大会战。

“此次科技会战的核心使命，是守住黑土耕地底线、提升耕地基础地力，扎实推进‘藏粮于地、藏粮于技’战略落地，从根本上稳固国家粮食供给安全。”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）所长、专项会战总指挥姜明说。

5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。示范区内，典型黑土区土壤有机质含量提升0.25%~0.70%，土壤侵蚀率降低80%，耕地质量提升0.5个等级、粮食产量提升5.2%以上。技术模式累计辐射推广面积超5.4亿亩，为黑土地保护与可持续利用提供了坚实科技支撑。

让老百姓放心

“一两黑土二两油，插根筷子能发芽。”东北黑土地是世界四大黑土区之一，粮食总产量占全国1/4，是名副其实的国家“第一粮仓”。

保障黑土健康，就是保障国家粮食安全。但保护的前提是把几个根本科学问题弄清楚：黑土为什么有肥力？开垦会不会导致土壤肥力下降？黑土究竟能不能世代永续利用？

这些问题也藏在老百姓日复一日的耕作里。同样一块地，开垦后的土壤松软肥沃，庄稼长势喜人；未开垦的却黏重紧实，庄稼稀稀拉拉。同一片开垦的地里，施肥多了烧苗板结，施少了又不管用，最佳用量谁也拿不准。

问题不解决，老百姓的心就始终悬着：我种的地，子子孙孙能不能继续种？生态学家也有顾虑：粮食增产的同时，能不能保护生物多样性？

“这场科技会战肩负着生态文明建设使命，既要守护珍贵黑土资源、修复农田生态系统，又要实现耕地高效利用与生态保护协同发展。”姜明说。

东北地理所是科技会战的“前线指挥部”。依托科学合理的顶层设计，98家单位的1300余人打破单位、学科壁垒，协同作战，构建起大兵团、多单位、跨区域协同推进的攻坚格局。

东北地理所研究员、科技会战总工程师贾仲君，深耕土壤与微生物研究领域近30年。他在接受《中国科学报》采访时表示，生物是土壤肥力形成的驱动力，传统土壤学在解释肥力时主要考虑植物和动物。因为技术局限等原因，肉眼看不到的微生物常常被忽视，“但是，黑土之所以‘黑’、之所以‘肥’，本质上是微生物驱动的结果”。

为了打开黑土肥力的“暗箱”，来自中国科学院的东北地理所、南京土壤所、遗传发育所、沈阳生态所等多家单位携手攻关，依托数十年科研积淀，提出了以能量代谢为核心的黑土生物地力谱新理论，系统性地破解微生物与黑土肥力之间的关系，为黑土永续利用提供了科学依据。

在这项研究中，他们发现了一个核心调控机制“双泵理论”——微生物碳泵和微生物氮泵。

碳泵，就是微生物的能量泵。秸秆还田后，有机碳进入土壤，成为微生物的能量。微生物有了能量就大量繁殖，繁殖过程中把土壤中原本难以利用的氮素固定下来，变成作物可以利用的养分。氮泵，就是微生物的养分源。微生物有了氮素营养，才能更好地分解有机质、转化养分。碳和氮相互配合，缺一不可。微生物作为一个桥梁，巧妙实现了土壤关键养分的良性循环。

双泵驱动之下，化肥的作用也有了新解释。“微生物可以把化肥‘吃掉’，把一部分化肥转化成自身的有机体。这些微生物死亡后，被下一代微生物分解，又变成作物可以利用的养分。”贾仲君解释，适量投入化肥，不仅能够增加粮食产量，还能产生更多的植物凋落物，实现“以碳促氮、以氮保碳”双轮驱动，达到黑土地永续利用的目的。

知道原理还不够，必须告诉农民怎么施肥、施多少。

基于黑土生物地力谱理论成果，科技会战团队进一步构建了黑土地全域定制的区域适宜性技术模式，破解了“如何在高强度利用中保护好黑土地”这一世界性难题。“不同立地条件和土壤类型的管理模式不同，以玉米施肥为例，吉林西部干旱区每公顷150到220公斤，是黑土‘越用越肥’的安全区间。”贾仲君说。

有了明确的指导，老百姓彻底放了心。

“我们的研究，老百姓是买账的。”来东北5年多，贾仲君在这里扎了根。

让贾仲君感触最深的是，这场体系化建制化的科技会战，最重要的成果不仅是把我国黑土地保护利用的科研水平推到了世界舞台中央，还有真正“接地气”的科研实践。他们通过联合当地合作社，成功研制了四位一体农机具，实现了秸秆归行-免耕播种-精准施肥-镇压保墒的一次性作业，破解了农业生产中的一些难题，探索了国家重大使命导向下的产学研深度融合新范式。

自2021年科技会战启动至今，全球黑土地保护利用国际会议已举办6届，黑土地保护利用的“中国模式”获得了世界各国黑土地专家的高度评价。

扎根黑土久了，每当面对新的研究课题，贾仲君总会想想对黑土有没有用。“我这辈子，就只干黑土研究这一件事。”

让老百姓省心

每年秋收后、化冻播种前，都是东北秸秆还田的黄金窗口。但低温始终是秸秆快速腐解的一道坎。

秸秆还田是培育黑土的重要方式。“筛选和利用耐低温腐解微生物，对东北黑土地秸秆还田、保护黑土资源意义重大。”中国科学院微生物研究所研究员高程告诉《中国科学报》。

但从海量微生物中筛选最合适的菌株，无异于大海捞针。这就需要建立一套符合东北黑土实情的筛选标准，通过初筛、复筛层层选拔，最终锁定“优胜者”。

2021年，研究团队依托中国科学院数十年微生物资源研究与利用的积累，历时半年，建立了科学的低温腐解菌评价标准和测评技术体系。此后4年，他们对黑土腐解层土著微生物及研究所库藏微生物开展低温腐解潜力筛选，发现6株最佳“选手”可作为低温腐解底盘菌，包括枫生射脉革菌ZRL20221433、黄小蜜环菌ZRL20190819、香栓孔菌L743、木霉TC425等。

高程介绍说，在15摄氏度的环境下，经过50天处理，L743对玉米秸秆粉的降解率可达43.4%，表现出良好的降解性能。基于这些底盘菌，科研人员已经开展复合配置，含有木霉TC425的菌剂已在黑土区开展大田应用验证，加速秸秆腐解，助力农业生产节本增效。

基于该工作，1074株低温腐解微生物资源已存入中国普通微生物菌种保藏管理中心，同时还搭建了在线数据库平台，实现了菌株信息的开放查询。“开放共享这些微生物资源数据，可以为后续的菌剂研发和产业应用奠定基础，这也是服务国家需求的责任所在。”高程说。

秸秆还田解决了“养地”问题，“减肥”问题又该如何解决？

我国化肥年用量超6000万吨，利用率仅45%。针对东北旱区减肥增效的需求，中国科学院的多个单位开展合作，揭示了过量施肥抑制生物固氮的分子机制，并通过纳米黏土负载自然突变株，研制出“微氮1号”高效固氮复合菌剂。该菌剂在化肥减施20%条件下，仍能实现作物小幅增产。

技术有了，还得建立一套符合我国黑土实情的健康评价标准体系。2021年，60多名中国科学院师生投入这项工作中，光是样本采集就花了3年。

每年8月，在田间温度最高的时期，他们要花半个月时间奔波在东北三省和内蒙古。“我们以40公里为网格布点，覆盖了121个县、15种土壤类型。”中国科学院生态环境研究中心副研究员宋晓桐告诉《中国科学报》。

采集黑土样本是个细致活。每个样点大约20亩，要分别采集四角和中心的点位。每组4名师生，一个拨开一人高的玉米开道，一个挥锹铲土，其他人清理杂物，再把土装袋背上。

从一个样点出来，背上是上百斤的土。一天10个样点跑下来，司机经常打趣：“这土都要压坏我的车了。”

深夜回到住处，来不及歇脚，他们又开始整理、分装，将样本连夜寄回研究所检测中心。宋晓桐说，这支队伍里有很多“95后”“00后”的学生，但从没人叫苦。哪怕遇到塌方封路，他们也会想尽办法找到其他进入样点的路。

对于这些年轻人而言，每天最开心的时候就是到镇上找些当地小吃。宋晓桐至今记得，有一家小吃店老板得知他们在做黑土地保护研究后执意免单，最后他们扔下200元钱就跑了。“老百姓的热情和朴实，让我们更坚定地要把这件事做好。”

3年下来，这支青年队伍采集了1020份旱地土壤和410份水田土壤，从51项指标中筛选出容重、最大持水量、有机碳、微生物量碳、呼吸速率等核心数据集。研究发现，土壤有机碳和微生物碳代谢参数是健康的关键决定因子。有了这套“体检标准”，治理就有了“靶心”。

在姜明看来，这些稚嫩的年轻人用行动传承着“黑土精神”——扎根大地、协力攻坚、笃行创新、担当奉献。

让老百姓用得起

这场科技会战中，450余项新技术走出实验室，在覆盖5.63亿亩耕地的7个示范区落地生根，形成了具有中国科学院标识度的农业新质生产力全新体系，包括梨树模式2.0、龙江模式、沈阳模式、三江模式、大安模式、齐齐哈尔模式、大河湾模式等7个模式。

在大河湾示范区，内蒙古呼伦贝尔农垦集团的田间作业正高效开展。广阔的田野空无一人，只有一台无人驾驶的拖拉机在翻土、压地。操作员正坐在数公里外的指挥中心，根据大屏幕的提示，动态调试农机作业参数，实现精准化、智能化田间管控。

2021年，中国科学院计算技术研究所高级工程师陈海华前往呼伦贝尔，担任大河湾示范区负责人。“我希望所做的研究，能真正落地农业。”

在中国科学院计算技术研究所、东北地理所等8个单位100多名科研人员的合力攻关下，人工智能大模型“伏羲系统”正式上线。

“我们首先初步摸清了大河湾16.1万亩黑土本底数据，又用信息空间模拟了黑土演变与利用方式的变化关系，进而形成黑土地保护与利用的最佳决策，最后再用智能化农业装备来高效执行。”陈海华解释。

伏羲系统运行3年多来，针对16.1万亩耕地生成了300余条决策指令、42期种植报告，决策准确率超过95%。在5818亩示范田上，每亩节本增效约177.9元，土壤风蚀降低26.5%，水蚀降低24.8%，地力提升0.5个等级，产量平均提高12.8%。

2024年，以大河湾模式为核心的中国科学院“伏羲农场”案例入选国家“数据要素×”典型案例，并被写入《全国智慧农业行动计划（2024—2028年）》。

大河湾模式的探索没有止步于此。2025年，陈海华挂职黑龙江佳木斯国家农业高新技术产业示范区管理委员会副主任。他把伏羲模式的核心能力做了一次重要转化，创建了免费的助农平台——“佳家农”。

划地块、查墒情、识病虫害、叫农机、买农资……所有环节，农民只需要一部手机就能完成。夏管期间，地里哪儿干旱、哪儿长势差，在手机应用软件（App）里一目了然。App还能拍照识别病虫害并给出解决方案。飞防服务、农资购买，一键呼叫完成。

陈海华解释，“佳家农”平台基于卫星遥感、气象、区域历史数据以及用户交互数据，再利用算法和模型就可以替代田间传感器与各类监测设备，“成本降下来，技术才能普惠，老百姓才用得起”。

2025年“佳家农”平台上线，陈海华在佳木斯四区六县做了几十场培训。起初农户以为是推销，他就耐心地讲、细致地教。每场培训结束，他都会建一个反馈群，随时解答问题。基于农户的反馈，平台迭代了20多个版本。那些曾经质疑的百姓成了最忠实的用户，一个传一个。

一年多的时间，“佳家农”平台已服务佳木斯超4.9万农户，覆盖耕地超500万亩，亩均节本增收约112元。

从大河湾的“无人农场”到佳木斯的免费“佳家农”App，伏羲模式走通了一条从“顶天”到“立地”的完整路径，并辐射更广阔的土地。

黑土无声，万物生长。对这场科技会战中的每一个人来说，他们把最好的论文都写在了这片黑土地上：地越种越肥，粮食越收越多，中国人的饭碗越端越稳。