数字化决策+智能执行+针对性保护性耕作探索黑土地保护“大河湾模式”

中国科学院在北京召开新闻发布会，发布“黑土粮仓”科技会战阶段性成果。中科院计算技术研究所正高级工程师张玉成在会上介绍了以智能技术驱动的黑土地保护利用“大河湾模式”。“‘大河湾模式’探索构建‘数字化决策+智能化执行+针对性保护性耕作’的智能化黑土地保护，拟将大河湾示范区打造成黑土地保护与产业融合发展的现代化农业典范与标杆。”

张玉成介绍说，大河湾模式的核心是“数据驱动的智能化保护模式”：以“秸秆还田”“免耕播种”等常用改良措施为基础，以“数据+智能装备”为支撑，打通黑土地保护数据流，开发黑土地保护智能系统，实现高技术引领的智能化黑土地保护系统解决方案。大河湾模式的核心可总结为“一个理论，两项支撑，四类技术，一套标准。

一个理论，就是黑土地保护的博伊德环理论，数据的价值在于流动中产生。将黑土地作为整个数据流的核心，实现从“观察、判断、决策、执行”的数据闭环。通过数据的不断迭代和自学习，实现“智慧”的黑土地保护。

两项支撑，一是实现对黑土地的对象划分，大河湾模式将黑土地按照“团、连、排、班”四级进行划分，划分的依据满足“管理、地形、种植、作业”四类要求，实现黑土地“宏观保护”到“微观保护”的打通。二是将黑土地保护农艺措施的信息化，黑土地保护的处方是农学科学家长期积累的宝贵经验，将“秸秆还田”“免耕播种”“条带播种”“有机肥深混”等技术建模，成为计算机可以模拟和仿真的系统，为四个层次的黑土地保护提供治理方案。

四类技术，一是数据采集技术，建立了“天-空-地-人-机”的综合数据采集体系，遥感与无人机侧重“宏观”网格的数据，地面监测、人工探测、农机监测等近地表的监测提供微观10米*10米的数据采集，针对大河湾16.1万亩耕地493个地块即将建立110万个10m*10m的精细化网格，每个网格包括氮磷钾、有机质等数据，为示范区黑土地提供准确的本底数据并建立了数据档案。二是大数据分析技术，建立了各类黑土地保护农艺、数据反演、作物生长等模型40余套，基于大数据挖掘算法分析黑土地“变薄、变瘦、变硬”的成因，在诸多因子中挖掘黑土地退化的主要因素。三是人工智能模拟预测技术，通过人工智能算法，基于小样本数据针对不同的保护措施开展模拟与学习，预测不同保护措施在实施若干年之后的效果，智能筛选黑土地保护效果最佳的解决方案。四是智能化执行技术，依靠智能农机装备在“耕种管收”过程中的精准执行，减少人为干预。目前示范区正基于定制化的农艺模式及计算所、金属所、沈自所等单位的成果开发一整套可全程无人化作业的“耕种管收”智能装备，未来可大大减少人工，提高作业效率。

一套标准，“用好养好黑土地”的核心是“产量不减少，土地多休息”，大河湾模式在农业智能技术的助力下，通过提高亩均单产实现总产量不减少，增加休养生息的土地数量。大河湾模式初期实验的目标是：在大河湾农牧场现有耕作标准下，在不增加投入品的条件下，依靠90%的土地维持不减产的目标，每年就可以拿出10%的土地休养生息，10年实现全部土地休息一次，形成良性循环。按照该目标制定信息技术标准和耕作农艺规程，形成支撑大河湾模式的“标准”。

张玉成介绍说，经过一年多的探索和实践，“大河湾模式”针对示范区提出了一套兼顾产业效益与黑土地保护的“耕作体系”；打造了一套可全程无人化作业的“耕种管收”智能装备；形成了从“数据采集-分析-决策-执行”的管控与评价大数据系统，预期将形成10%以上节本增效效果，实现“用好养好”黑土地的目标。

张玉成指出，“大河湾模式”将农业智能技术与黑土地保护利用深度融合，实现了耕地、作物、农艺数据“采集、分析、决策、执行”的闭环管理。利用智能农机，“大河湾模式”提出了以高新技术引领黑土地可持续利用的解决方案，为我国东北黑土地保护与利用探索了一种“机械化”基础上实现“智能化”的新模式。