科技日报记者 朱虹
5月的黑龙江省建三江垦区，黑土地在拖拉机的轰鸣中苏醒。田垄旁的监测屏跳动着令人振奋的数据：土壤有机质含量提升10%、水稻平均增产5%。
这片曾因过度开发而“面容憔悴”的黑土地，因东北农业大学水利学院教授杨帆团队的科技创新焕发新生——他们用“超级高压锅”“点草成金”，让秸秆在3至8小时内变身守护黑土地的精灵。
日前，杨帆被授予2025年度中国青年五四奖章。
“在黑暗中不断寻找出路”
2019年深秋，一场产学研对接会成为杨帆科研生涯的重要转折点。当建三江垦区负责人谈及黑土地退化问题时，焦虑之情溢于言表。这让杨帆瞬间想起导师一年前的诘问：“为何不用农业废弃物制造有机质？”
东北黑土地曾以肥沃闻名于世，被称作“耕地大熊猫”。然而，由于长期高强度开发，这片珍贵的土地逐渐陷入“亚健康”状态。
彼时，黑龙江省1.56亿亩黑土耕地亟待修复，而省内农业固废年产量高达1.3亿吨，且当时农业固废综合利用率不足60%，存在巨大的提升空间。杨帆团队敏锐捕捉到这一关键信息，决定以固废资源化利用为突破口，解决黑土地退化难题。在众多技术方向中，他们选择了水热腐殖化技术。
“这项技术的核心是模仿森林深处腐烂落叶在雨水浸泡、地热烘烤下的自然发酵过程，通过人为创造类似条件，将农业废弃物快速转化为高效腐殖质。”杨帆说。在她看来，研究水热腐殖化技术，就像在黑土地里“寻宝”，每个数据都是找寻宝藏的线索。
然而，“寻宝”之路并非一帆风顺。研究初期，杨帆和团队成员为秸秆还田腐解缓慢问题绞尽脑汁。为解决这一难题，团队成员日夜奋战在实验室和田间地头，分析每个可能影响秸秆腐解的因素。
在佳木斯的试验田里，杨帆和团队成员按照既定方案对秸秆进行处理，可结果却令人大失所望：秸秆腐解速度比预期慢了近一半。经过反复检测，他们发现当地黑土中富含的矿物质与秸秆中的某类物质发生了反应，干扰了腐殖质的形成。
“那段时间，我们就像在黑暗中不断寻找出路，每一步都充满了未知。”杨帆回忆道。
此后3年，杨帆几乎将所有时间都投入到研究中。实验室的灯光常常亮到深夜，她的笔记本上密密麻麻地记录着各种数据。“我们经历了无数次失败，但并未因此退缩，反而坚定了研究的决心。”她说。
转机出现在一次文献查阅中，地质学研究显示，地壳深处的高温高压环境，能让物质在短时间内完成在常温常压环境下需亿万年的转化过程。这个发现让她灵感迸发。“自然界中极端环境能够加速物质变化，那我们为什么不能在实验室里复刻这种环境，让秸秆快速转化为腐殖质？”杨帆说。
为验证这个大胆的想法，杨帆和团队成员迅速投入到新的实验中。他们设计了一套全新的实验装置。它就像一个“超级高压锅”，能够模拟出地壳深处的高温高压环境。在这个装置中，秸秆发生了变化：其中的纤维素、木质素等成分快速裂解成小分子物质，然后在特定条件下重新聚合，形成与天然腐殖酸结构相似的产物。
当实验成功时，整个实验室都沸腾了，团队成员激动得热泪盈眶。“那一刻，所有的付出和努力都得到了回报，我们终于寻得‘宝藏’，找到了修复黑土、实现农业固废资源化利用的‘金钥匙’。”杨帆说。
“科技成果不能‘躺’在实验室”
“技术研发只是万里长征第一步，应用之战更难打。”杨帆回忆道，“从实验室到田间地头的距离，远比想象中遥远。”
深夜11点，实验室的白炽灯在试剂瓶上折射出冷光。杨帆将试管中的黑色产物置于天平上，显示屏上跳动的数字让她心头一紧——人工腐殖酸产率依然停留在2%。这个数字意味着，每处理100公斤秸秆，最终只能得到2公斤高效腐殖质，转化率远达不到产业化应用的标准。
“这样的成本，农户怎么用得起？科技成果不能‘躺’在实验室。”杨帆望着窗外飘雪的哈尔滨街头，想起此前在绥化调研时，农民用开裂的手掌捧起板结的黑土对她说：“杨老师，这地越来越硬，撒多少肥都不见长庄稼。”农户眼神里的期盼，此刻化作压在肩上的责任。
为了解决人工腐殖酸产率低难题，杨帆“拧”紧了发条。她把行军床搬进实验室，在零下20摄氏度的低温车间里反复调试反应釜参数。
“第217次实验！”当显示屏上人工腐殖酸产率跃升至21%，整个实验室陷入短暂的寂静。大家都不敢相信眼前的数字，因为21%不仅意味着反应时间从12小时缩至2小时，更让生产成本直降90%。“我们终于做出农户用得起的黑土‘营养餐’。”杨帆说。
利用杨帆团队技术成果研制的首批改良剂运往建三江垦区那天，她全程跟车。“多年的努力，就是为这一天。”她说。
今年5月，建三江的千亩稻田里，新一批改良剂正在播撒。监测数据显示，播撒该改良剂3年来，土壤有机质含量逐年提升。
“杨老师，以前板结的土块现在捏起来像面包。”垦区农户对杨帆说。听着农户们分享土壤改良的喜讯，杨帆知道，技术终于“种”进了黑土地。不过，她并未就此止步，而将目光投向远方。
“农业科技不能只解决眼前问题。”望着远处的稻田，杨帆的目光坚定。如今，她和团队利用盐辅助技术制备分级多孔炭基材料，将黑土地污染防控从“末端治理”转向“源头阻断”。
“让科研薪火代代相传”
在东北农业大学—德国马普学会智能土壤国际联合实验室里，恒温箱发出轻微嗡鸣声，实验室主任杨帆正俯身指导年轻博士生调试水热反应装置。“注意控制升温速率，0.5摄氏度的温度变化都可能影响腐殖质结构。”杨帆说。这样的场景，几乎每天都在这座承载着中德科研智慧的实验室里上演。
2019年，为更好地保护国家黑土地资源，东北农业大学与德国马普学会共建该实验室。作为中方负责人，杨帆深知，这里不仅要产出科研成果，而且要培养能肩负黑土地保护重任的创新人才。
为此，杨帆充分发挥联合实验室的跨国优势，推行“双导师制”——德国马普学会的顶尖学者通过视频会议开设前沿课程，中方研究员则带领学生深入田间调研。实验室还开设“科研试炼场”，鼓励年轻人从废渣处理、数据建模等实际问题中寻找研究方向。
为拓宽学生的国际视野，杨帆积极推动人才交换计划。“走出去让思维突破边界，在多元碰撞中点燃创新灵感。”杨帆说。在她的努力下，截至目前已有12名青年科研人员赴德交流学习。如今，杨帆带领的这支以“90后”为主的团队，已经在国际期刊发表150余篇高水平论文。
“看到年轻人眼里的光，就知道科研的火种在传递。”望着实验室里年轻人忙碌的身影，38岁的杨帆说，“在这片孕育着希望的黑土地上，我不仅要带领团队攻克一个又一个技术难题，而且要搭建起培养农业科技人才的平台，让科研薪火代代相传。”
