文丨本刊記者 王怡文
大豆玉米帶狀復(fù)合種植
2020 年,習(xí)近平總書記在吉林省考察時(shí)指出:“我十分關(guān)心糧食生產(chǎn)和安全。吉林省要把保障糧食安全放在突出位置,毫不放松抓好糧食生產(chǎn)?!笔軞夂虻炔焕蛩赜绊?,2023 年我國夏糧產(chǎn)量14613萬噸,比上年減少127.4 萬噸。因此,要全方位夯實(shí)糧食安全根基,確保中國人的飯碗牢牢端在自己手中。吉林長春國家農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)(以下簡稱“長春國家農(nóng)高區(qū)”)自啟動申建以來,深入推進(jìn)藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略,黑土地種肥水藥智能管控、天空地立體監(jiān)測、無人農(nóng)機(jī)、循環(huán)農(nóng)業(yè)……在一項(xiàng)項(xiàng)科技成果的加持下,黑土地上的糧食安全根基越夯越實(shí)。如今,長春國家農(nóng)高區(qū)以玉米全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展為先導(dǎo),成功實(shí)現(xiàn)了高效集約的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,打出了玉米種植的“組合拳”,為實(shí)施“新一輪千億斤糧食產(chǎn)能提升行動”貢獻(xiàn)著自己的力量。
7 月的玉米地是一望無際的綠色,玉米已經(jīng)一人多高,玉米穗在太陽的照射下散發(fā)著金光。這里是位于吉林省公主嶺市劉房子街道的智慧農(nóng)場,占地共1000 畝,由長春國家農(nóng)高區(qū)和趙春江院士團(tuán)隊(duì)、 中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所于2022 年共同合作建設(shè)。
在智慧農(nóng)場的田地里,玉米與大豆兩種作物在田里間隔排列,一高一低相輔相成。大豆玉米帶狀復(fù)合種植是在傳統(tǒng)間作、 套種方法的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)創(chuàng)新的一種一季雙收種植模式。中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所助理研究員于銳向記者介紹:“大豆具有固氮作用,恰好符合玉米需氮多的特點(diǎn),提供了玉米生長發(fā)育的養(yǎng)分。盡管玉米與大豆間作種植讓玉米的種植數(shù)量減少,但是總產(chǎn)量并沒有降低。并且玉米與大豆間作種植還能減少化肥施用量?!?/p>
良法不可能一蹴而就,而是科研人員圍繞著穩(wěn)產(chǎn)增收這一主題不斷摸索,才最終得以實(shí)現(xiàn)玉米大豆雙豐收?!澳壳埃腔坜r(nóng)場實(shí)行四壟大豆+兩壟玉米的種植方案,是我們經(jīng)過了3~5 年試驗(yàn)得出的最佳大豆玉米間作種植模式?!庇阡J說。在此期間,中國科學(xué)院東北地理所團(tuán)隊(duì)一直在嘗試能夠讓玉米和大豆兩種作物均實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)多產(chǎn)高產(chǎn)的方式,從兩壟到四壟再到六壟,記錄數(shù)據(jù)對比分析,尋找種植的最優(yōu)解。
同時(shí),要應(yīng)用好這一種植模式,還需要注意種子的選用、兩種作物的播種期等核心要點(diǎn)。于銳表示:“我們現(xiàn)在種植的是公主嶺主推的品種——‘富民88’(玉米)和‘吉育303’(大豆)。玉米品種要選擇葉片上舉型、耐密植的品種,大豆則選擇耐遮陰、耐密植品種。常規(guī)種植下,玉米播種期相對靠后,大豆播種期相對靠前,沒有辦法統(tǒng)一,為實(shí)現(xiàn)玉米和大豆同時(shí)播種,我們團(tuán)隊(duì)采用了自主改造的新型米豆間作播種機(jī),方便又快捷。”
2023 年是我國大范圍、 大規(guī)模推廣大豆玉米帶狀復(fù)合種植的第二年,種植面積已從上年的1500 萬畝擴(kuò)大到2000 萬畝。大面積推廣大豆玉米帶狀復(fù)合種植,既保障了大豆和油料產(chǎn)能提升,也確保了糧食的穩(wěn)定安全供給,已成為穩(wěn)糧多產(chǎn)增豆創(chuàng)收的重要途徑。
近年來,智慧農(nóng)場依托吉林省農(nóng)業(yè)科技示范園現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施條件和農(nóng)機(jī)裝備基礎(chǔ),建立了完善的智慧農(nóng)機(jī)與智慧生產(chǎn)管理、監(jiān)管、服務(wù)的信息平臺,實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)的高效生產(chǎn)與管理。
技術(shù)人員在手機(jī)App 上設(shè)置好播種數(shù)量、路徑等數(shù)據(jù),輕點(diǎn)屏幕中的“啟動”按鍵,田地里的無人播種機(jī)便立即開始向前行進(jìn)。無人播種機(jī)工作的最大數(shù)值可達(dá)到一天播種450 畝,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)手駕駛機(jī)械一天播種的75 畝。播種均勻整齊,形成一條直線,種子左右的距離與設(shè)定的偏差僅在3cm 之內(nèi),玉米產(chǎn)量增產(chǎn)5%以上。
不僅播種機(jī),糧食收獲時(shí)的收割機(jī)也是如此。在手機(jī)上設(shè)定一個(gè)路徑,無人收割機(jī)會按照規(guī)劃路線開始收割玉米,中間自動轉(zhuǎn)彎、倒車,行動自如。和傳統(tǒng)勞動力相比,無人農(nóng)場的收割速度提升了3~4 倍,節(jié)省了大量的勞動力,為農(nóng)場玉米無人化收獲提供了有力支撐。
這里的無人農(nóng)機(jī)都是中國科學(xué)院自主研發(fā),農(nóng)機(jī)裝備智能化已經(jīng)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。在拖拉機(jī)、耕整地機(jī)具等26 臺套農(nóng)機(jī)上,通過加裝北斗自動導(dǎo)航無人駕駛系統(tǒng)和農(nóng)機(jī)作業(yè)在線監(jiān)控模塊等智能改造,打造出了數(shù)臺智能無人農(nóng)機(jī),使無人機(jī)械覆蓋了玉米生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié),耕、種、管、收全過程均實(shí)現(xiàn)了無人化作業(yè)。玉米無人農(nóng)場由信息感知系統(tǒng)、智能農(nóng)機(jī)裝備、管控云平臺三部分組成?!肮芸卦破脚_”就是智慧農(nóng)場的大腦。環(huán)境監(jiān)測、蟲情病害監(jiān)測、苗情監(jiān)控、智能控制、農(nóng)事監(jiān)管和質(zhì)量追溯等幾大模塊是智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管控中心的主要工作內(nèi)容。
智能管控中心與無人農(nóng)機(jī)之間密不可分。管控云平臺主要包括無人農(nóng)場基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)、無人農(nóng)機(jī)遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)、智能農(nóng)機(jī)精準(zhǔn)作業(yè)管理系統(tǒng)和無人農(nóng)機(jī)作業(yè)展示系統(tǒng)四部分。其中,農(nóng)場基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)通過農(nóng)場田塊尺度的厘米級數(shù)字地圖測繪和處理,為無人農(nóng)機(jī)精準(zhǔn)作業(yè)提供基礎(chǔ)地理信息支撐;無人農(nóng)機(jī)遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)主要面向智能農(nóng)機(jī)裝備的作業(yè)管控,提供農(nóng)場耕種管收作業(yè)監(jiān)管、工況監(jiān)控、前后臺交互和作業(yè)管理等服務(wù);智慧農(nóng)機(jī)精準(zhǔn)作業(yè)管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫主要面向智能農(nóng)機(jī)裝備基準(zhǔn)作業(yè),提供基礎(chǔ)農(nóng)作數(shù)據(jù)維護(hù)管理、變量處方管理、農(nóng)機(jī)作業(yè)參數(shù)共享、農(nóng)機(jī)作業(yè)質(zhì)量監(jiān)管等服務(wù);無人農(nóng)機(jī)作業(yè)展示系統(tǒng)為農(nóng)場日常系統(tǒng)運(yùn)維、運(yùn)營服務(wù)和展示提供基礎(chǔ)平臺。
現(xiàn)在,智慧農(nóng)機(jī)已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主力軍,既提高了玉米的質(zhì)量,又提高了糧食生產(chǎn)智能化水平。
黑土地被譽(yù)為“耕地中的大熊貓”。東北黑土區(qū)是世界主要的黑土帶之一,是我國最大的商品糧生產(chǎn)基地,其糧食生產(chǎn)能力和農(nóng)業(yè)可持續(xù)性事關(guān)國家糧食安全。然而,近些年來黑土地面臨退化問題,土壤不斷變薄、變瘦、變硬。2021 年,中國科學(xué)院和吉林省人民政府啟動“黑土糧倉”科技會戰(zhàn),自此中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所團(tuán)隊(duì)的科技人員開始扎根公主嶺,在這片黑土地上開展科研攻關(guān),以黑土健康保育和糧食綜合生產(chǎn)能力穩(wěn)步提升為目標(biāo),攻克黑土地保護(hù)與利用的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題,鞏固黑土地作為國家糧食安全“壓艙石”的地位。
兩年多來,“黑土糧倉” 科技會戰(zhàn)結(jié)合長春國家農(nóng)高區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù),在黑土地健康保育新型種植模式、 種養(yǎng)一體化地力提升綠色循環(huán)農(nóng)業(yè)模式和天空地一體化檢測技術(shù)模式下,完成秸稈覆蓋還田保護(hù)性耕作、食用菌立體栽培等10 個(gè)功能區(qū)劃分,開展以秸稈飼料化、農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用以及綠色循環(huán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為核心的技術(shù)示范。
東北黑土地每年會產(chǎn)生上億噸玉米秸稈,秋收時(shí),東北許多村、屯用秸稈打包機(jī)將地里的玉米秸稈打成圓包,并在來年春耕前陸續(xù)將秸稈包離田。秸稈打包離田過程中會帶起表面上的黑土,處理不當(dāng)情況下進(jìn)而引起秸稈的霉變。因此,“玉米莖穗兼收秸稈黃貯”技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,利用莖穗兼收玉米收割機(jī),對秸稈噴灑菌劑實(shí)時(shí)打包黃貯,在田間生產(chǎn)菌酶協(xié)同發(fā)酵黃貯秸稈飼料。這一技術(shù)的實(shí)施有效降低了秸稈的壞包率和黑土的流失,實(shí)現(xiàn)秸稈收集方式和利用方式變革。2023 年,該技術(shù)被吉林省農(nóng)業(yè)廳列為了主推技術(shù)。
智慧農(nóng)場除種植玉米外,中國科學(xué)院東北地理所團(tuán)隊(duì)還養(yǎng)殖了不少牛、羊?!坝衩浊o穗兼收秸稈黃貯”技術(shù)下發(fā)酵好的秸稈成為牛、羊的飼料,這些秸稈有更高的營養(yǎng)價(jià)值,讓秸稈飼料在牛、羊中的消化利用率也進(jìn)一步提升。牛、羊采食帶走玉米地中2/3秸稈,留下1/3 秸稈用于覆蓋還田?!叭窟€田會引起播種時(shí)出苗率低等問題,讓牛、羊吃掉一部分能夠極大減少這種問題的出現(xiàn)?!庇阡J解釋道。每只出欄羊能夠節(jié)約140 元飼料成本,100 只羊放牧1 個(gè)月,相當(dāng)于向農(nóng)田施入100kg 氮素。這就是“保護(hù)性耕作下季節(jié)性放牧飼養(yǎng)技術(shù)”,實(shí)現(xiàn)秸稈過腹還田的同時(shí),還改善土壤肥力,降低牛羊飼養(yǎng)成本。
中國科學(xué)院東北地理所團(tuán)隊(duì)還研究了“畜禽糞污超高溫發(fā)酵實(shí)時(shí)處理技術(shù)”,讓養(yǎng)殖場內(nèi)牛、羊的糞便也能成為生物有機(jī)肥。把發(fā)酵菌種通過一套超高溫發(fā)酵實(shí)時(shí)處理設(shè)備(80℃發(fā)酵),精準(zhǔn)控制發(fā)酵溫度、水分和氧氣濃度,快速、實(shí)時(shí)處理牛場污染物,當(dāng)天產(chǎn)生的糞便當(dāng)天發(fā)酵處理完,形成生物有機(jī)肥。畜禽糞污超高溫發(fā)酵實(shí)時(shí)處理技術(shù)有著糞污實(shí)時(shí)處理效率高、 無害化和減量化效果好的優(yōu)勢,讓牛羊的糞便又繼續(xù)還田,實(shí)現(xiàn)了循環(huán)農(nóng)業(yè)。
為提高廢棄物利用效率,考慮利用東北地區(qū)豐富的秸稈和畜禽糞便資源、 復(fù)合群體的生產(chǎn)生態(tài)優(yōu)勢,團(tuán)隊(duì)共同努力提出了在玉米行間種植草生食用菌,實(shí)行寬窄行米菇間作模式?!皩捳忻坠搅Ⅲw栽培” 就是窄行40~50cm 種植玉米,寬行80~90cm玉米生長期種植食用菌。這項(xiàng)技術(shù)能夠改變玉米連作制度,實(shí)現(xiàn)立體栽培和廢棄物直接還田,秸稈及菌渣原位腐解利用培肥地力、 循環(huán)增效。這樣的方法下,畝產(chǎn)蘑菇達(dá)到500~600kg。經(jīng)過2021-2022 年兩年試驗(yàn)示范,玉米產(chǎn)量提高22.17%~31.14%。廢棄物直接還田后,生物轉(zhuǎn)化利用率達(dá)到了45%以上,經(jīng)濟(jì)效益提高30%,土壤有機(jī)質(zhì)提高0.5%以上。
“未來,我們還將深入研究‘秸稈變?nèi)狻f頭肉牛工程等關(guān)鍵技術(shù)。促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物高效循環(huán)利用、提升黑土地和糧食生產(chǎn)能力,并且實(shí)現(xiàn)農(nóng)-牧生態(tài)高效可持續(xù)發(fā)展將會是我們一直的目標(biāo)所在?!庇阡J說。
智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管控中心
智能農(nóng)機(jī)管控平臺