一、项目名称：黑土地保护与利用科技创新专项“黑土区资源优化配置与生态景观构建关键技术”(2024YFD1501700)

　　二、负责人：邹元春研究员

　　三、起止时间：2024年12月至2027年11月

　　四、经费：2000万

　　五、参加单位：中国科学院沈阳应用生态研究所、东北农业大学、吉林省农业科学院(中国农业科技东北创新中心)、东北师范大学、农业农村部农业生态与资源保护总站、中国国土勘测规划院、沈阳农业大学、东北大学、天翼物联科技有限公司

　　六、项目简介：

　　（一）项目背景：

　　习近平总书记强调“绿色是农业的底色、生态是农业的底盘”。《黑土地保护法》要求“综合采取工程、农艺、农机、生物等措施，保护黑土地及其周边生态环境，提升黑土地质量”；美国科学院、工程院和医学院联合发布的《2030科学突破推进粮农研究》报告，将“利用一种系统途径来理解粮农系统中不同要素之间相互作用”列为五大突破之首，并建议优先采用跨学科途径来解决农业最棘手的问题。东北黑土区作为国家粮食安全的“压舱石”和北方重要的生态安全屏障，正面临着因农业生产与水土资源匹配性差，生态景观破坏严重、结构不合理而引发的地力水平下降、水土流失严重等问题。以耕地为核心，坚持“山水林田湖草”一体化保护和系统治理，将成为“全要素、全过程、多类型、多尺度”系统融合提升黑土质量和保障农业绿色可持续发展的有效途径。

　　（二）项目目标：

　　1、明确生态景观结构变化对耕地黑土质量的影响机制，构建资源优化配置的高效构建技术体系；

　　2、研发与不同情景相对应的黑土保育技术12套(景观结构协调的构建技术3套，林草湿生态屏障的优化技术5套，耕作区水土资源高效利用新技术4套)，受理国家发明专利28项，其中授权国家发明专利8项；

　　3、研制3种关联制剂及产品，促进黑土有机质和养分含量分别提高10%以上，技术就绪度(TRL)达到7级；

　　4、构建系统准确性>80%的黑土区生态安全管理与预警系统1套；

　　5、制定省部级及以上技术标准/规程5项；

　　6、发表高水平论文30篇，培养研究生或博士后25名，开展科普宣传或技术培训500人次；

　　7、建立千亩核心示范区3个，实现示范区土壤有机质含量由平均值3.5%提升到4%以上，耕地质量由平均等级6提高0.5个单位，辐射推广450万亩；

　　8、提交东北区域生态景观优化布局战略咨询报告1份、农田防护林合理布局和建设方案1套、省级及以上政策建议4份。

　　（三）研究内容：

　　1、生态景观结构变化对黑土质量的影响机制

　　通过揭示黑土区由耕地、湿地、林地、草地和居民用地等组成的生态景观结构对黑土区资源配置过程的决定作用，进一步解析调控耕地黑土质量的多尺度生态屏障等生态服务功能形成机制，阐明生态景观结构如何作用于耕地生态屏障，协同保育耕地黑土质量，探究生态景观结构变化对生物-物理-化学多过程的作用机理和对生态服务功能的制约作用，解析多尺度生态景观结构影响耕地黑土质量的多个生态过程及其相互作用关系，从东北黑土区、小流域和田块等多个尺度，解析生态景观结构对资源配置的生物-物理-化学过程的影响，明确其影响的物质、能量和信息流，辨识上述过程及其交互作用对耕地黑土质量提升的贡献，将生态景观结构对耕地黑土质量的影响机制从“灰箱”变“白箱”；揭示生态景观结构如何作用于资源配置，与耕地耦合影响黑土质量，为东北黑土区多尺度生态景观优化配置和生态屏障构建提供理论支撑，提出东北区域生态景观优化布局战略咨询报告。

　　2、黑土区多尺度景观结构协调的生态屏障优化构建技术

　　针对黑土区农业水土资源高强度利用导致的生态景观破坏与结构失衡、水土流失与耕地质量下降等问题，通过识别黑土区生态功能屏障的形成、维持和退化过程，探明农业生产活动对生态屏障功能的破坏效应，以及生态屏障功能对耕地质量的反馈调节，提出多尺度湿地、林地和草地和居民用地等景观协调的生态屏障构建内涵；研发黑土区小流域耕地质量与生态功能提升的景观协调构建技术，探明耕地质量演变胁迫下的生态资源退化与景观破碎化过程，量化耕地与林草湿最优配比关系，分别研发以耕地质量和生态功能提升为核心的小流域尺度和田块尺度景观协调技术，解决黑土区生态景观破坏严重和结构不合理问题；研发黑土区耕地、湿地、林地草地和居民用地多尺度景观协调的生态屏障优化构建技术，设计优化情景方案来建立耕地地力恢复力约束下的黑土区生态屏障格局优化模型体系，分类构建多尺度景观协调的生态屏障优化技术。

　　3、资源精准配置的黑土地力产能协同提升技术

　　针对黑土区生态功能弱化、耕地质量下降导致土壤水养库容不足，季节性干旱造成自然降水与作物需求不匹配，化肥粗放式施用致使养分利用效率低等一系列生产生态问题，选择典型生态区域代表性田块，以水稻、玉米和大豆三大作物农业生态复合系统为研究对象，根据资源禀赋特征，结合生态屏障对“土肥水资源的供给增量”，明确基于作物对耕层结构、土壤养分与水分需求规律的资源补给途径，研发作物全生育期土-肥-水精准供应与跨季节高效调控技术、地下-地上联动互促地力与产能协同技术。在三江平原水稻种植区，以构建稻田-湿地水资源高效利用复合体系为基础，研发稻田肥沃耕层构建与生产生态协同提升技术；在辽河平原半干旱区，以防护林带为生态屏障，研发玉米水肥一体化精准配置与地上-地下联动互促产效双增技术；在长白山-辽东丘陵区，研发平洼地以农林畜多源有机物料深还为主体的玉米土-肥-水跨季节调控与地力产能协同提升技术、坡耕地玉米-大豆多样化复合种植生态调控与产能提升技术。

　　4、黑土区小流域生态安全管理与预警系统

　　构建包含耕地黑土质量、全生育期作物生长、生态屏障功能的黑土区小流域生态安全评价体系，建立生态安全等级划分的标准体系，评估当前黑土区小流域的生态安全等级，验证评价体系和等级标准的准确性，解决以耕地为核心的具有黑土区小流域特色的生态安全尚没有共性标准体系的难题。揭示气象条件影响生态安全的资源配置和生态景观结构机制，预测未来多种气候情景及其交互下的生态安全，揭示各情景下导致生态安全风险的资源配置和生态景观结构问题。研发多主体的生态安全应急管理体系，通过政府-企业-农户联动的资源优化配置和生态景观构建，及时应对风险。开发黑土区小流域生态安全管理与预警系统，通过建设监测体系，汇聚天空地监测数据，与气象系统对接，借助人工智能、大数据等技术，实现多源异构数据融合，实现实时动态可视化的预警与应急管理，提高系统的准确性、及时性、应急性和推广共性。

　　5、黑土区生产生态协同技术模式应用示范

　　依托上述研究内容形成的技术，在三大黑土区开展代表性集成示范。针对兴凯湖示范区，解决因极端降水问题导致的沟渠水倒灌，耕地水淹，无法进行正常种植水稻以及农业退水导致的面源污染等难题；针对昌图示范区，突破低山丘陵脆弱区水土流失控制缺乏整体性、系统性、模式单一、成效低下，山水林田湖一体化生态屏障优化提升模式匮乏等技术难题；针对辽河源示范区，解决粮食主产区高强度利用为目的的农田空间生态景观及屏障缺失，少有保育措施的掠夺式开发背景下出现的耕地质量退化、养分逐年流失等农业生态系统功能性失衡问题。集成满足代表性示范区差异化需求的生产生态协同技术体系，并总结上述示范区的经验，依托工程技术标准形成可复制推广的共性技术模式。

　　（四）成果和效益：

　　1、项目的科学、技术预期指标

　　解析黑土区生态景观结构变化对生态服务功能的制约作用及其对黑土质量的影响，构建以提升生态屏障功能为核心的景观协调技术、以保育黑土地为重点的田块-小流域-区域多尺度林草湿生态屏障优化技术，研发作物全生育期土-肥-水一体化精准配置与跨季节高效调控技术，攻关地上-地下生态过程协同提升地力产能技术，开发以耕地为核心的小流域生态安全管理与预警系统，建立3个千亩核心示范区，辐射推广450万亩，将示范区内土壤有机质含量平均值由3.5%提升到4%以上，耕地质量平均等级提高0.5个单位。

　　2、项目的科学价值

　　针对黑土地保护利用的关键科学问题，本项目主要聚焦黑土区生态景观结构变化对生态服务功能的制约作用，及其对黑土质量的影响机制，有助于回答除了在耕地内部，还能在哪保护黑土地这一科学问题。基于“生态景观结构-资源配置过程-耕地屏障功能-农业生产服务”级联耦合新观点，有助于支撑生态景观结构变化影响耕地质量的新理论，可为保障东北黑土区粮食安全与生态安全提供独特的视角和科学理论支撑。

　　3、项目的社会效益

　　东北黑土区作为我国重要的商品粮生产基地，在保障国家粮食安全中发挥着“压舱石”和“稳压器”的作用。本项目科学优化湿地、森林、草地等自然生态系统的水源涵养、水土保持、防风固沙和生物多样性保护等多功能性，促进“山水林田湖草沙”系统的协调发展与模式示范，提升区域生态安全，助力生态文明和美丽乡村建设，集成综合的农业技术和生态管理措施，重点解决黑土区农业生产与生态协同，保障国家粮食安全和可持续发展，最终为实现乡村振兴提供基础保障。

　　4、项目的经济效益

　　本项目拟通过景观协调、生态屏障优化、水土高效利用与生产生态协同提升等技术，示范区及周边耕地质量平均等级提高0.5个单位，并辐射推广450万亩，提升该区域地力等级，助力粮食稳定增产，进而拉动区域经济发展。基于辽宁省的测算，东北地区粮食单价3元/千克，东北地区耕地等级提升0.5个单位，预计粮食亩产至少会增加50千克，按照平均每亩150元的利润计算，3个千亩级示范区耕地等级的提升将带来至少45万元的直接经济效益，推广450万亩或将带来上亿元的经济效益。此外，本项目开发的以耕地为核心的生态安全管理预警系统，有望实现对生态风险的及时预警，降低自然灾害带来的经济损失。

　　5、项目的生态效益

　　本项目拟通过调整黑土区景观配置和农业技术使用的情况，旨在使示范区土壤有机质平均含量由3.5%提升到4%以上，这将会增加土壤肥力和生物多样性，利于生态系统维持健康、稳定的状态。通过优化对水资源和土地的管理措施将会提升黑土区水土保持能力，减少土壤侵蚀，利于恢复生态系统的自然平衡，提升区域生态系统服务价值。精准农业技术的使用可以提高生态资源的利用效率，将会促进黑土地农业生产与生态的和谐发展，能够为东北黑土区保障粮食安全与生态安全等级的协同提升提供科学依据。

课题分解图