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(dòng)。
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(huì)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(shí)強(qiáng)調(diào)，集中力量推進(jìn)科技創(chuàng)新，真正把創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)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(hù)與利用科技創(chuàng)新工程”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類），正是集中力量辦大事的“大兵團(tuán)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(huì)聚各專業(yè)1400余名科學(xué)家的“集團(tuán)軍”，旨在用科技力量筑牢“黑土糧倉”。
如今，這場科技會(huì)戰(zhàn)已有兩年，“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)勢破解棘手問題？記者走進(jìn)該專項(xiàng)牽頭單位——東北地理所了解相關(guān)進(jìn)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(qiáng)這塊“芯片”是“黑土糧倉”科技會(huì)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(yùn)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(dá)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(jì)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一樣，實(shí)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(xiàn)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(dá)85%。馮獻(xiàn)忠團(tuán)隊(duì)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(xiàn)忠團(tuán)隊(duì)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(gè)基因，如果我們能夠準(zhǔn)確知道每個(gè)基因變異的功能，就能根據(jù)每個(gè)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(gè)階段：1.0時(shí)代的傳統(tǒng)雜交育種、2.0時(shí)代的分子標(biāo)記育種以及3.0時(shí)代的分子設(shè)計(jì)育種。馮獻(xiàn)忠團(tuán)隊(duì)提出以“計(jì)算育種”為標(biāo)志的新育種理念，推動(dòng)育種技術(shù)向4.0時(shí)代進(jìn)軍。
“我們的育種試驗(yàn)地是有限的，未來或許可以實(shí)現(xiàn)到計(jì)算機(jī)里‘育種’。”馮獻(xiàn)忠解釋說，“比如在計(jì)算機(jī)上利用不同算法實(shí)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(diǎn)可以聚合、哪些變異可以更好地目標(biāo)性聚合。”
該團(tuán)隊(duì)正在東北地理所搭建一個(gè)能夠在不同光譜下觀察作物生長的表型組平臺(tái)，讓一個(gè)基因在作物生長過程每個(gè)階段呈現(xiàn)的功能“纖毫畢見”。他們還與浙江省之江實(shí)驗(yàn)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(jí)計(jì)算機(jī)上跑一遍，希望將目前育種中的“試驗(yàn)選優(yōu)”替代為“計(jì)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(xiàng)構(gòu)建了衛(wèi)星遙感、無人機(jī)、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(tái)，用戶打開手機(jī)應(yīng)用程序，黑土保護(hù)利用的全生長周期策略一目了然。
會(huì)戰(zhàn)團(tuán)隊(duì)還解釋了黑土被侵蝕的一個(gè)關(guān)鍵過程——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(huì)嚴(yán)重影響糧食產(chǎn)能。”“黑土糧倉”先導(dǎo)專項(xiàng)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(shí)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(shí)，通過對黑土地土壤性質(zhì)、作物生長狀況等進(jìn)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(hù)黑土地，作為‘國家隊(duì)’‘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(hù)，這是黑土地保護(hù)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(xiàng)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(jì)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(qiáng)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(jī)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(dá)國家休耕的方式保護(hù)黑土地。
針對這一棘手問題，專項(xiàng)規(guī)劃了退化阻控、健康培育、生物驅(qū)動(dòng)、智能農(nóng)機(jī)、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(huì)戰(zhàn)團(tuán)隊(duì)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(jī)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(jī)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(gè)示范區(qū)黑土保護(hù)與糧食產(chǎn)能提升的難點(diǎn)或卡點(diǎn)，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(xiàng)辦公室負(fù)責(zé)人、東北地理所科研計(jì)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(dòng)；“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(jī)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(jìn)作物根系生長。
據(jù)介紹，攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)解決了不同模式黑土地保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸、區(qū)域適宜性評(píng)價(jià)、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(gè)項(xiàng)目通常包括開創(chuàng)上升期、爬坡攻堅(jiān)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(jiān)階段。”他同時(shí)表示。
據(jù)介紹，組成“黑土糧倉”科技會(huì)戰(zhàn)“集團(tuán)軍”的主體中，青年骨干占70%以上。會(huì)戰(zhàn)為我國農(nóng)業(yè)科技培養(yǎng)了一批中堅(jiān)力量。隨著會(huì)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(dòng)’計(jì)劃實(shí)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(gè)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(bào)“黑土糧倉”科技會(huì)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(dòng)“黑土糧倉”科技會(huì)戰(zhàn)。
攻堅(jiān)隊(duì)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(huì)戰(zhàn)團(tuán)隊(duì)“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(shí)現(xiàn)目標(biāo)，專項(xiàng)在組織機(jī)制上進(jìn)行了創(chuàng)新——首次在非軍工專項(xiàng)中啟用總指揮、總工程師“兩總制”�？傊笓]是專項(xiàng)第一負(fù)責(zé)人，總工程師則專門負(fù)責(zé)專項(xiàng)的學(xué)術(shù)和技術(shù)路線。項(xiàng)目還設(shè)立了科學(xué)總顧問，由中國工程院院士張佳寶進(jìn)行嚴(yán)格的科學(xué)把關(guān)和指導(dǎo)。
同時(shí)，專項(xiàng)下設(shè)13個(gè)任務(wù)，包括6個(gè)科技攻關(guān)任務(wù)和7個(gè)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(gè)分組，每年都要梳理階段性進(jìn)展。
作為專項(xiàng)牽頭單位，東北地理所承擔(dān)專項(xiàng)日程管理與各項(xiàng)目考評(píng)等任務(wù)。“每年都會(huì)開展項(xiàng)目年終考核與動(dòng)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(fèi)會(huì)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(fù)責(zé)人。”李祿軍說。
示范區(qū)作為承接技術(shù)集成的實(shí)體，肩上的擔(dān)子不輕。一個(gè)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(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)技術(shù)示范推廣，過去一年，姜明帶領(lǐng)專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)幾乎每個(gè)月都在出差，與30多個(gè)地方政府達(dá)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(jìn)展，‘黑土糧倉’科技會(huì)戰(zhàn)得到地方政府的大力支持和認(rèn)可，技術(shù)成果老百姓愿意用，因?yàn)檫@能幫他們解決實(shí)實(shí)在在的問題。”姜明說。
伴隨著專項(xiàng)實(shí)施進(jìn)入第三個(gè)年頭，姜明醞釀提出組織整個(gè)專項(xiàng)13個(gè)項(xiàng)目的技術(shù)骨干做一次“拉練”，實(shí)地走訪每個(gè)項(xiàng)目示范區(qū)，通過“打擂臺(tái)”的方式，實(shí)時(shí)跟進(jìn)示范區(qū)的需求，推動(dòng)新技術(shù)落地。
“先進(jìn)技術(shù)無論多么‘高大上’，都必須兼具實(shí)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(qiáng)國建設(shè)目標(biāo)。”他說。
上世紀(jì)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(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)的這一場農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)戰(zhàn)役面臨著新的機(jī)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(huì)戰(zhàn)已形成的保護(hù)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(jí)工程師敖曼對此深有體會(huì)：“過去3年來，‘梨樹模式2.0’保護(hù)性耕作模式每年推廣面積增加1000萬畝，2022年已達(dá)3050萬畝，‘十四五’末預(yù)計(jì)達(dá)到4000萬畝。”
“黑土地保護(hù)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(dòng)的重要發(fā)力點(diǎn)，更是落實(shí)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(dòng)我國糧食產(chǎn)能邁上新臺(tái)階，在農(nóng)業(yè)強(qiáng)國建設(shè)中發(fā)揮中國科學(xué)院力量。”姜明說�！�