这是一项改变北方旱地土壤微环境的国家重点研发计划，将于未来两年时间内，在北方旱作区100个县建立1万公顷示范田，用带有“颠覆性”色彩的新技术，带动更多中低产田增产增收。
这也是一场藏在地表下的“隐秘战争”，科学家们正在尝试用最直接的途径、最低的成本，改变土壤耕作层的微生物环境，和土壤退化、微生物群落紊乱、土传病害肆虐等要打一场大面积的持久战。
山西寿阳，国家野外科学观测研究站，科研人员采集土壤。中国农科院环发所供图
北方旱地，中低产田的困境
我国是全球农田灌溉比例最高的国家，即便如此，也仍然有超过一半的耕地完全依靠自然降水生产，尤其是降水普遍不足的北方旱作区，长期面临着多种困境。
“土壤退化、连作障碍、化肥农药依赖等问题制约着粮食产能的持续提升。”中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所副所长姚宗路介绍。
二三十年前，梅旭荣就开始和团队行走在广袤的北方旱作区，研发、集成了众多保障和提升旱地农业产能的技术体系，如集雨、覆盖、节水、改土、增肥等，这些系列技术，在黄土高原、在塞北大漠、在西部戈壁、在南方丘陵中广泛应用，一点点改变着旱地农业的生产模式。
在山西寿阳，黄土高原上，几十年间，玉米的亩产从几百斤提升到了上千斤，且基本可以保障80%的稳产率，通过时间或空间的互补，可以实现基本稳产、丰产。
良法伴随着良机、良种，让北方旱地的农业生产变了模样，但土壤，这个农业生产的根基，依然等待着更多的技术加以改良。
“常年高强度的利用，化肥农药的大量使用等，使得土壤中的营养元素在不断减少，土壤微生物群落形态发生改变，土壤正变得板结、瘠薄。”梅旭荣说。
开创新路，从微生物入手
中低产田的改良，某种程度上，是我国特有的科研任务，我国是人口大国，人均耕地相对较少，这意味着，土地的利用率必然更高。
如美国等农业发达的国家，地多人少，通常通过轮耕、休耕等模式，实现土壤的养护和地力的恢复。但在我国，一些中低产田上，长期进行一年一季甚至两季的农业生产，土壤面临的困境，直接关系着14亿人的食物保障。
旱地还有一个更特殊的困境，“旱地占全球耕地的81%，它们基本上都处在热带、亚热带，只有我国拥有大面积的温带旱地，面临的环境更加复杂和严峻。”梅旭荣说，“而要在这样的北方旱地上，实现旱地农业技术的现代化，就要开创新路。”
上世纪八九十年代，我国科学家们开始对旱地进行长期的监测和研究，几十年来，经过数代科学家的努力，将北方旱地上的传统农耕模式，变成了现代农业的模样，但土壤的改良，依然存在重重难关。
“土壤改良不只是肥力的增加，土壤本身的健康程度，也直接关系着旱地农业的生产能力。”梅旭荣说。
2024年，一项新的攻关在黄土高原上开启。科研团队成员、中国农科院环发所副研究员毛丽丽介绍，“我们从微生物入手，破解土壤改良与产能发展瓶颈。简单来说，就是通过特定的菌剂，改良土壤中的微生物群落，让土壤更健康，更有活力，进而提高产能，同时也强化土壤抵御病虫害的能力。”
土壤改良，帮助作物增产增收
这场攻坚，从对土壤的全面诊断开始。毛丽丽介绍，针对不同的区域，科研人员首先诊断当地土壤的健康状况，包括耕作层适合的深度、水土气的协同、土壤微生物群落的现状等。
在山西寿阳，厚重的黄土地，使得当地的农业生产并无缺土之虞，但黄土地瘠薄，且容易板结。科研团队研究后发现，当地适合的耕作层，普遍在30厘米左右，这和当地种植杂粮、玉米等作物也有关系。
之后的第二步是保水。在降水量不足的北方旱地中，节水是农技研发的永恒核心。通过地表覆盖等不同的技术，科研人员不断提高降水入渗的比例，并且尽可能降低土壤中水分的蒸发，让土壤中保存更多的水。随后，通过使用有机肥、秸秆还田等技术，增加土壤的有机质含量，让土壤更肥沃。
至为关键的一步，是微生物群落的改良。毛丽丽介绍，针对不同地区的土壤结构，科研团队可以提供合适的菌株，在当地进行培养和扩繁，通过特定的培养基，在田间地头培养，同步施到田间，实现改善土壤微生物群落的目标。
一年的实验和研发中，团队已经形成了一套较为完善的技术体系，且在不同的试验点取得了良好的成效。毛丽丽介绍，我们通过功能菌株的使用，降低了示范区域内经济作物的病虫害发生率，同时实现了土壤改良，减少了化学肥料及农药的使用量，帮助作物增产增收，实现项目区内作物的单产提升。而下一步，正在计划将研究的成果继续推广，帮助大面积单产的提升。
颠覆传统，实验室搬到田间
在农业生产中，改善土壤菌群的研究和成果也有许多，微生物肥料并不是新事物，甚至在市场上，有许多正在销售的微生物肥料。
“这项研究的颠覆之处，可能在活菌制剂的研发和使用上。”梅旭荣介绍，“过去的微生物制剂，通常在发酵车间中制成，然后再制成微生物肥料，通过销售网络，送到农民手中。这个过程可能需要比较长的一段时间，而且还存在资源浪费，肥料有效期等问题。比如发酵车间，一年可能就用几个月，其他时间闲置。还有，活菌有效的时间有限，但制成肥料商品，销售期往往会较长，导致肥料效果降低甚至无效。”
而新的技术实现了现场发酵，一套“功能菌株-现场发酵-活菌现用”的应用模式，几乎省去了所有中间环节，让微生物制剂发挥最大的作用。“这相当于把实验室搬到了田间。”梅旭荣说，“过去科研人员在实验室，做出的成果，未必是农民最需要的，也有可能成果出来后就束之高阁。而现在的模式，从诊断土壤，到选择菌株，到现场发酵，都在田间，最后直接用到田里。在一线的生产中寻找问题，解决问题，把科研放到大地上。”
新技术体系的探索和研发，不只是实验的完成，还需要真正应用到田间。2025年中央一号文件提出，主攻单产和品质提升，确保粮食稳产丰产。
“科学家试验田里的产量，如何变成农民大田的产量，其中还有很大空间，也有很多的工作。”梅旭荣介绍，“到2026年，我们将在全国一百个县建立1万公顷示范田，每个县100公顷，探索一条生态与经济双赢的、可复制的农业绿色转型路径。”
3月16日，项目课题组和山西寿阳、山东东营签署合作协议，并同时向全国征集百个县级示范合作单位，于4月中旬完成评审并确定合作县。随后进入执行阶段，项目组将提供活菌供应、技术指导、数据跟踪及经验总结，协同县域农技推广中心构建全面且具有代表性的土壤健康与单产提升示范区，形成可复制、可推广的绿色防控技术体系。
