楊帆：用“超級(jí)高壓鍋”做出黑土“營(yíng)養(yǎng)餐”

5月的黑龍江省建三江墾區(qū)，黑土地在拖拉機(jī)的轟鳴中蘇醒。田壟旁的監(jiān)測(cè)屏跳動(dòng)著令人振奮的數(shù)據(jù)：土壤有機(jī)質(zhì)含量提升10%、水稻平均增產(chǎn)5%。

這片曾因過(guò)度開(kāi)發(fā)而“面容憔悴”的黑土地，因東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院教授楊帆團(tuán)隊(duì)的科技創(chuàng)新煥發(fā)新生——他們用“超級(jí)高壓鍋”“點(diǎn)草成金”，讓秸稈在3至8小時(shí)內(nèi)變身守護(hù)黑土地的精靈。

日前，楊帆被授予2025年度中國(guó)青年五四獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

2019年深秋，一場(chǎng)產(chǎn)學(xué)研對(duì)接會(huì)成為楊帆科研生涯的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。當(dāng)建三江墾區(qū)負(fù)責(zé)人談及黑土地退化問(wèn)題時(shí)，焦慮之情溢于言表。這讓楊帆瞬間想起導(dǎo)師一年前的詰問(wèn)：“為何不用農(nóng)業(yè)廢棄物制造有機(jī)質(zhì)？”

東北黑土地曾以肥沃聞名于世，被稱作“耕地大熊貓”。然而，由于長(zhǎng)期高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)，這片珍貴的土地逐漸陷入“亞健康”狀態(tài)。

彼時(shí)，黑龍江省1.56億畝黑土耕地亟待修復(fù)，而省內(nèi)農(nóng)業(yè)固廢年產(chǎn)量高達(dá)1.3億噸，且當(dāng)時(shí)農(nóng)業(yè)固廢綜合利用率不足60%，存在巨大的提升空間。楊帆團(tuán)隊(duì)敏銳捕捉到這一關(guān)鍵信息，決定以固廢資源化利用為突破口，解決黑土地退化難題。在眾多技術(shù)方向中，他們選擇了水熱腐殖化技術(shù)。

“這項(xiàng)技術(shù)的核心是模仿森林深處腐爛落葉在雨水浸泡、地?zé)岷婵鞠碌淖匀话l(fā)酵過(guò)程，通過(guò)人為創(chuàng)造類似條件，將農(nóng)業(yè)廢棄物快速轉(zhuǎn)化為高效腐殖質(zhì)。”楊帆說(shuō)。在她看來(lái)，研究水熱腐殖化技術(shù)，就像在黑土地里“尋寶”，每個(gè)數(shù)據(jù)都是找尋寶藏的線索。

然而，“尋寶”之路并非一帆風(fēng)順。研究初期，楊帆和團(tuán)隊(duì)成員為秸稈還田腐解緩慢問(wèn)題絞盡腦汁。為解決這一難題，團(tuán)隊(duì)成員日夜奮戰(zhàn)在實(shí)驗(yàn)室和田間地頭，分析每個(gè)可能影響秸稈腐解的因素。

在佳木斯的試驗(yàn)田里，楊帆和團(tuán)隊(duì)成員按照既定方案對(duì)秸稈進(jìn)行處理，可結(jié)果卻令人大失所望：秸稈腐解速度比預(yù)期慢了近一半。經(jīng)過(guò)反復(fù)檢測(cè)，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)睾谕林懈缓牡V物質(zhì)與秸稈中的某類物質(zhì)發(fā)生了反應(yīng)，干擾了腐殖質(zhì)的形成。

“那段時(shí)間，我們就像在黑暗中不斷尋找出路，每一步都充滿了未知。”楊帆回憶道。

此后3年，楊帆幾乎將所有時(shí)間都投入到研究中。實(shí)驗(yàn)室的燈光常常亮到深夜，她的筆記本上密密麻麻地記錄著各種數(shù)據(jù)。“我們經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次失敗，但并未因此退縮，反而堅(jiān)定了研究的決心。”她說(shuō)。

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在一次文獻(xiàn)查閱中，地質(zhì)學(xué)研究顯示，地殼深處的高溫高壓環(huán)境，能讓物質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)完成在常溫常壓環(huán)境下需億萬(wàn)年的轉(zhuǎn)化過(guò)程。這個(gè)發(fā)現(xiàn)讓她靈感迸發(fā)。“自然界中極端環(huán)境能夠加速物質(zhì)變化，那我們?yōu)槭裁床荒茉趯?shí)驗(yàn)室里復(fù)刻這種環(huán)境，讓秸稈快速轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)？”楊帆說(shuō)。

為驗(yàn)證這個(gè)大膽的想法，楊帆和團(tuán)隊(duì)成員迅速投入到新的實(shí)驗(yàn)中。他們?cè)O(shè)計(jì)了一套全新的實(shí)驗(yàn)裝置。它就像一個(gè)“超級(jí)高壓鍋”，能夠模擬出地殼深處的高溫高壓環(huán)境。在這個(gè)裝置中，秸稈發(fā)生了變化：其中的纖維素、木質(zhì)素等成分快速裂解成小分子物質(zhì)，然后在特定條件下重新聚合，形成與天然腐殖酸結(jié)構(gòu)相似的產(chǎn)物。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)成功時(shí)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)室都沸騰了，團(tuán)隊(duì)成員激動(dòng)得熱淚盈眶。“那一刻，所有的付出和努力都得到了回報(bào)，我們終于尋得‘寶藏’，找到了修復(fù)黑土、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)固廢資源化利用的‘金鑰匙’。”楊帆說(shuō)。

“技術(shù)研發(fā)只是萬(wàn)里長(zhǎng)征第一步，應(yīng)用之戰(zhàn)更難打。”楊帆回憶道，“從實(shí)驗(yàn)室到田間地頭的距離，遠(yuǎn)比想象中遙遠(yuǎn)。”

深夜11點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室的白熾燈在試劑瓶上折射出冷光。楊帆將試管中的黑色產(chǎn)物置于天平上，顯示屏上跳動(dòng)的數(shù)字讓她心頭一緊——人工腐殖酸產(chǎn)率依然停留在2%。這個(gè)數(shù)字意味著，每處理100公斤秸稈，最終只能得到2公斤高效腐殖質(zhì)，轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)達(dá)不到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。

“這樣的成本，農(nóng)戶怎么用得起？科技成果不能‘躺’在實(shí)驗(yàn)室。”楊帆望著窗外飄雪的哈爾濱街頭，想起此前在綏化調(diào)研時(shí)，農(nóng)民用開(kāi)裂的手掌捧起板結(jié)的黑土對(duì)她說(shuō)：“楊老師，這地越來(lái)越硬，撒多少肥都不見(jiàn)長(zhǎng)莊稼。”農(nóng)戶眼神里的期盼，此刻化作壓在肩上的責(zé)任。

為了解決人工腐殖酸產(chǎn)率低難題，楊帆“擰”緊了發(fā)條。她把行軍床搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，在零下20攝氏度的低溫車間里反復(fù)調(diào)試反應(yīng)釜參數(shù)。

“第217次實(shí)驗(yàn)！”當(dāng)顯示屏上人工腐殖酸產(chǎn)率躍升至21%，整個(gè)實(shí)驗(yàn)室陷入短暫的寂靜。大家都不敢相信眼前的數(shù)字，因?yàn)?1%不僅意味著反應(yīng)時(shí)間從12小時(shí)縮至2小時(shí)，更讓生產(chǎn)成本直降90%。“我們終于做出農(nóng)戶用得起的黑土‘營(yíng)養(yǎng)餐’。”楊帆說(shuō)。

利用楊帆團(tuán)隊(duì)技術(shù)成果研制的首批改良劑運(yùn)往建三江墾區(qū)那天，楊帆全程跟車。“多年的努力，就是為這一天。”她說(shuō)。

今年5月，建三江的千畝稻田里，新一批改良劑正在播撒。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，播撒該改良劑3年來(lái)，土壤有機(jī)質(zhì)含量逐年提升。

“楊老師，以前板結(jié)的土塊現(xiàn)在捏起來(lái)像面包。”墾區(qū)農(nóng)戶對(duì)楊帆說(shuō)。聽(tīng)著農(nóng)戶們分享土壤改良的喜訊，楊帆知道，技術(shù)終于“種”進(jìn)了黑土地。不過(guò)，她并未就此止步，而將目光投向遠(yuǎn)方。

在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)—德國(guó)馬普學(xué)會(huì)智能土壤國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室里，恒溫箱發(fā)出輕微嗡鳴聲，實(shí)驗(yàn)室主任楊帆正俯身指導(dǎo)年輕博士生調(diào)試水熱反應(yīng)裝置。“注意控制升溫速率，0.5攝氏度的溫度變化都可能影響腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)。”楊帆說(shuō)。這樣的場(chǎng)景，幾乎每天都在這座承載著中德科研智慧的實(shí)驗(yàn)室里上演。

2019年，為更好地保護(hù)國(guó)家黑土地資源，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)與德國(guó)馬普學(xué)會(huì)共建該實(shí)驗(yàn)室。作為中方負(fù)責(zé)人，楊帆深知，這里不僅要產(chǎn)出科研成果，而且要培養(yǎng)能肩負(fù)黑土地保護(hù)重任的創(chuàng)新人才。

為此，楊帆充分發(fā)揮聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的跨國(guó)優(yōu)勢(shì)，推行“雙導(dǎo)師制”——德國(guó)馬普學(xué)會(huì)的頂尖學(xué)者通過(guò)視頻會(huì)議開(kāi)設(shè)前沿課程，中方研究員則帶領(lǐng)學(xué)生深入田間調(diào)研。實(shí)驗(yàn)室還開(kāi)設(shè)“科研試煉場(chǎng)”，鼓勵(lì)年輕人從廢渣處理、數(shù)據(jù)建模等實(shí)際問(wèn)題中尋找研究方向。

為拓寬學(xué)生的國(guó)際視野，楊帆積極推動(dòng)人才交換計(jì)劃。“走出去讓思維突破邊界，在多元碰撞中點(diǎn)燃創(chuàng)新靈感。”楊帆說(shuō)。在她的努力下，截至目前已有12名青年科研人員赴德交流學(xué)習(xí)。如今，楊帆帶領(lǐng)的這支以“90后”為主的團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)在國(guó)際期刊發(fā)表150余篇高水平論文。