【中國科學報】用好“黑科技” 養好“黑土地”——走進“黑土糧倉”科技會戰大河灣示范區
9月，又到了秋收時節，內蒙古呼倫貝爾農墾集團被包圍在一望無際的金色田野里。
伴隨著轟鳴聲，一臺鮮紅的拖拉機在已完成秋收的田間往返，演示著翻土、壓地等作業方式。拖拉機上雖然沒有人，但幾公里外的人可以在室內實時看到它的運作情況，并隨時向它下達新的指令。
這臺無人拖拉機名叫“鴻鵠T300”，由中科院計算技術研究所（以下簡稱中科院計算所）牽頭研制，屬于第三代智能農機設備。9月，它剛剛完成樣機聯調，正式下線。
自2021年7月中科院啟動“黑土糧倉”科技會戰起，呼倫貝爾農墾集團所在的大河灣地區就成為會戰示范區。與其他示范區不同，這是唯一一個由高技術口單位牽頭的示范區。也正因如此，短短一年時間，呼倫貝爾的農場里就展現出現代農業的高級感。
用戰區理論，為黑土地建設“診療醫院”
中科院計算所正高級工程師、呼倫貝爾農墾集團董事長助理張玉成，更習慣把示范區稱為“戰區”。
“大河灣戰區所處的大興安嶺東南麓區是我國黑土地的五種典型區域之一，主要特點是坡崗地多，風蝕水蝕嚴重。這里的黑土耕地，被水和風微度侵蝕的占53.5%，輕中度侵蝕的占46.5%。近年來，黑土耕地的腐質層變薄，比第二次土壤普查平均減少10至15厘米，暗棕壤減少15至20厘米，有機質由每公斤68.6克降低到每公斤43.34克，而地表礫石含量卻較30年前增加了近20倍。”張玉成說。
在他們眼中，黑土地就像一位病人。“大河灣這塊黑土地，到底得了什么病？病因是什么？應該開出怎樣的處方？通過什么手段來治療？治療效果如何？這些就是大河灣示范區要解決的問題。”張玉成說。
他們產生了一個想法：把大河灣戰區建成“黑土診療醫院”。
在戰區，就要有戰略。為了建好這所診療醫院，來自牽頭單位的中科院計算所科研人員從軍工任務中，借用了博伊德循環理論（OODA）。
OODA理論說的是敵對雙方互相較量誰能更快、更好地完成“觀察—調整—決策—行動”的循環程序，雙方都要從觀察開始，觀察自己、觀察環境和敵人。
“對應OODA理論，大河灣地區的黑土地保護與利用也分成四步——利用多種信息技術手段來感知黑土地本底數據，在信息空間模擬黑土演變與利用方式的變化關系，給出黑土地保護與利用的最佳決策，用智能化農業裝備來高效執行。”張玉成說。
打通數據流，提升決策系統判斷力
位于扎蘭屯市呼倫貝爾農墾集團的“大河灣示范區指揮中心”一層，有一間大廳，幽藍的燈光讓室內充滿科幻味道。大廳里有一塊長度超過10米的曲面電子屏，電子屏面前是控制臺。坐在控制臺上，無論是大河灣示范區里的土地、土壤情況，還是智能拖拉機的運作情況，都盡收眼底。
這是能夠根據大數據自主決策的智能決策系統，也是“黑土診療醫院”的實際模樣。
中科院計算所高級工程師、大河灣示范區負責人陳海華介紹，目前，采集、分析、決策、執行等四個環節的數據流已經基本打通，整個系統正在不斷積累數據。
“一年來，我們初步摸清了大河灣16.1萬畝黑土本底數據，采集建立起連隊級、地塊級、種植作物種類級、10米×10米網格級的四級網格體系；初步建立了地塊打分評價體系與黑土地演變與利用方式的基本關系模型庫；初步形成了針對整個示范區所有地塊的黑土地保護與利用決策體系，以及針對具體地塊農事作業的決策體系；初步建立了農機農藝融合的智能作業體系。”陳海華說。
例如，大河灣有一塊編號為“2隊9號”的地，綜合打分過低，黑土質量過差。今年，科研人員以“綜合效益不降低的同時保護黑土地”為目標，利用系統綜合分析了該地塊存在的問題，建議生產隊對這塊地實行部分休耕，采取四月末種植燕麥、六月末收獲后種植油菜、九月中下旬翻壓還田的方式，增加土壤養分。
“我們把‘黑土糧倉’科技會戰其他示范區已得到的保護性耕作經驗轉化成了計算機語言，還建立了農業專家在線決策與診斷推送系統。”陳海華說，2022年，針對不同的作業環節，決策系統累計推送建議100余條，準確率達到80%以上。
多兵種協同，讓農機農藝相融合
決策再好，落實不好也不管用。張玉成想過，倘若將決策直接傳達給生產隊，能否落地、落實程度如何，都將成為難以把握的問題。
“大多數情況下，機器是不會騙人的。”張玉成說，正因如此，在保護黑土地的過程中，他們致力于發展對黑土地友好的智能化農機。
張玉成介紹，目前，攻關團隊已經初步建立農機農藝相融合的智能作業體系，對大河灣現有的柴油動力農機及農機具進行智能化改造，使其可以實現位置跟蹤、計畝統計、油耗監測、深耕深松監測等。
此外，他們還聯合多家中科院研究所進行了一系列智能農機與農機具的測試應用。其中，中科院計算所研制了“鴻鵠”系列智能農機，包括400馬力的“鴻鵠T300”、200馬力的“鴻鵠T150”、70馬力的“鴻鵠T50”、50馬力的“鴻鵠T30”；中科院沈陽自動化研究所研制了可精準變量作業的施藥機；中科院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心研制了定向分層一次性施肥機；中科院金屬研究所研制了耐磨五鏵液壓翻轉犁以及刀盤類耐磨部件等。
“在最后的執行環節中，智能拖拉機和土壤能譜探測儀搭載在一起，可以一邊作業一邊感知探測土壤數據，將數據流向整個閉環系統。”張玉成說。
為了用好、養好黑土地，科研人員給自己設定了更高的目標。“我們計劃通過五年項目實施，實現3萬畝核心示范區耕地質量提升0.5個等級，綜合效益提升10%以上，5000畝新能源智能農機作業示范區人力投入減少50%以上。”張玉成說。
在推廣方面，他們早已心中有數。“我們計劃在2至3年內打造‘大河灣模式’，服務于大河灣農場16.1萬畝黑土地。3至4年實現對整個呼倫貝爾農墾集團600萬畝耕地與1000萬畝草場的覆蓋。5年內，以‘智能農機社會化服務+保護性耕作農業大數據社會化服務’的方式，向內蒙古東部四盟市8000萬畝黑土地全面推廣。”張玉成說。