進(jìn)入新世紀(jì),確??诩Z安全已成為重要國家戰(zhàn)略。南方水稻常年植稻面積3.76億畝,占全國水稻總面積的82.7%,其中低產(chǎn)水稻土約占1/3。長期以來,低產(chǎn)水稻土的障礙因素不明、改良技術(shù)和產(chǎn)品缺乏、綜合配套模式不足已成為制約稻田地力提升的關(guān)鍵瓶頸。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所周衛(wèi)團(tuán)隊(duì)以5大典型低產(chǎn)水稻土為研究對象,以破解低產(chǎn)障礙為目標(biāo),以“闡明低產(chǎn)障礙—創(chuàng)新改良技術(shù)—研創(chuàng)改良產(chǎn)品—集成改良模式”為研究主線,通過十余年系統(tǒng)研究,全面構(gòu)建了南方低產(chǎn)水稻土改良與地力提升技術(shù)體系,大幅度提升了低產(chǎn)水稻土的肥力水平、產(chǎn)量與綜合效益。其成果“南方低產(chǎn)水稻土改良與地力提升關(guān)鍵技術(shù)”獲2016年國家科技進(jìn)步獎二等獎。近日,《中國科學(xué)報》記者對其進(jìn)行了專訪。
創(chuàng)建生物肥力指標(biāo)
我國是世界上的水稻生產(chǎn)大國。水稻種植多集中在南方,即長江中下游、西南、華南三大稻區(qū)。“高產(chǎn)水稻土是水、肥、氣、熱相協(xié)調(diào)的土壤。而低產(chǎn)土壤由于存在著種種障礙因素,導(dǎo)致水稻產(chǎn)量比較低。南方低產(chǎn)水稻土主要有黃泥田、白土、潛育化水稻土、反酸田/酸性田、冷泥田等5大低產(chǎn)類型。”周衛(wèi)向記者介紹。
周衛(wèi)介紹,黃泥田特點(diǎn)是“瘦”,其熟化度低,有機(jī)質(zhì)缺乏;白土特點(diǎn)是“板”,其漂洗嚴(yán)重,淀漿板結(jié),耕層較淺,砂多黏少;潛育化水稻土特點(diǎn)是“爛”,其深水久灌,土壤長期處于還原物質(zhì)毒害狀態(tài);反酸田/酸性田特點(diǎn)是“酸”,其酸度強(qiáng)、全硫,H+和Al3+含量高,微生物活性差;冷泥田特點(diǎn)是“冷”,其水多漬害、土溫低。
當(dāng)多數(shù)人還在關(guān)注土壤的物理、化學(xué)性質(zhì)時,周衛(wèi)領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)已開始研究土壤的生物指標(biāo),并建立了5種類型低產(chǎn)水稻土質(zhì)量評價的最小數(shù)據(jù)集。
黃泥田質(zhì)量評價的最小數(shù)據(jù)集為全氮、速效鉀、有效硅、微生物量碳和叢枝菌根真菌(AMF),低產(chǎn)水稻土質(zhì)量指數(shù)為0.50;白土為全氮、有機(jī)質(zhì)、pH、脫氫酶和AMF,低產(chǎn)水稻土質(zhì)量指數(shù)為0.50;潛育化水稻土為速效鉀、微生物量碳、β-葡萄糖苷酶、總細(xì)菌和AMF,低產(chǎn)水稻土質(zhì)量指數(shù)為0.50;反酸田/酸性田為全氮、pH、有效硅、有效鋅和微生物量碳,低產(chǎn)水稻土質(zhì)量指數(shù)為0.60;冷泥田為全氮、有效磷、酸性磷酸酶、總細(xì)菌和AMF,低產(chǎn)水稻土質(zhì)量指數(shù)為0.43。
團(tuán)隊(duì)研明了低產(chǎn)水稻土資源狀況及養(yǎng)分特征,發(fā)展了低產(chǎn)水稻土質(zhì)量評價新方法,首次建立了涵蓋生物肥力指標(biāo)的質(zhì)量評價指標(biāo)體系,突破了長期以來南方水稻土低產(chǎn)障礙不明的關(guān)鍵瓶頸。
“5種類型低產(chǎn)水稻土的劃定將對低產(chǎn)水稻土的定性描述推向定量表征,由理化描述推向生物表征,深化了對低產(chǎn)田障礙因素的認(rèn)識。該評價方法對其他低產(chǎn)土壤的評價也具有重要借鑒和引領(lǐng)作用。”周衛(wèi)表示。
藏糧于地 藏糧于技
“我們的基本思路是闡明障礙因素—創(chuàng)新改良技術(shù)—研創(chuàng)改良產(chǎn)品—集成改良模式。”周衛(wèi)表示。歷時十余年系統(tǒng)研究,團(tuán)隊(duì)全面構(gòu)建了低產(chǎn)水稻土改良與地力提升技術(shù)體系,即黃泥田改良的有機(jī)熟化技術(shù)、白土改良的厚沃耕層技術(shù)、潛育化水稻土改良的排水氧化技術(shù)、反酸田/酸性田改良的酸性消減技術(shù)、冷泥田改良的廂壟除障技術(shù)。
具體來說,針對湖北、浙江等地黃泥田,采用種植綠肥紫云英,或基施精制有機(jī)肥、畜禽糞肥,或秸稈還田熟化土壤。針對安徽、江蘇等地白土,采用深翻犁逐年加深耕層使表層粉砂與底層黏土充分摻和,并在深翻前配施腐熟的有機(jī)肥或秸稈還田。
湖南、江西等地湖區(qū)稻田深水久灌,處于還原狀態(tài),采用水稻移栽前開排水溝,或壟作配施過氧化鈣。針對廣東、福建等地反酸田/酸性田,水稻移栽前強(qiáng)化灌排洗酸2次,或施用生物有機(jī)肥,或施用酸性硫酸鹽土壤改良劑調(diào)節(jié)酸度。針對四川、重慶、浙江等地冷泥田,水稻移栽前開廂或起壟,收獲后原壟連續(xù)壟作,或采用覆膜旱作栽培,或施用改良劑生物碳或硅鈣肥。
除了白土改良需三年見效外,其他改良當(dāng)年便可見效,三年效果更佳。比如,黃泥田有機(jī)熟化下,湖北雙季稻增產(chǎn)10.7%~24.9%,浙江增產(chǎn)9.5%~12.1%;連續(xù)3年熟化下,土壤總有機(jī)碳增加16%~21%,平均增加18%。
周衛(wèi)告訴記者,“改土與施肥是分不開的。”在創(chuàng)新低產(chǎn)水稻土改良與地力提升關(guān)鍵技術(shù)的同時,團(tuán)隊(duì)也研創(chuàng)了低產(chǎn)水稻土改良與地力提升新產(chǎn)品,如用于低產(chǎn)水稻土改良的高效秸稈腐熟菌劑、精制有機(jī)肥、生物有機(jī)肥、反酸田改良劑以及水稻專用肥等。
“黃泥田改良常采用畜禽糞肥,直接施用易于燒苗,且難以運(yùn)輸。我們團(tuán)隊(duì)發(fā)明了生物濾塔除臭技術(shù),利用畜禽糞肥研發(fā)出精制有機(jī)肥,其腐熟程度高,養(yǎng)分釋放快。該肥料比等養(yǎng)分的畜禽糞肥水稻增產(chǎn)6.0%~8.5%。”周衛(wèi)舉例道。
在此基礎(chǔ)上,團(tuán)隊(duì)集成了土壤改良、高效施肥、水分管理、適宜品種選擇等技術(shù),形成了不同類型低產(chǎn)水稻土改良與地力提升技術(shù)模式,并實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模應(yīng)用。
經(jīng)濟(jì)生態(tài)雙贏
應(yīng)用低產(chǎn)水稻土改良與地力提升技術(shù)集成模式,低產(chǎn)水稻土障礙因素得以消除,農(nóng)田地力至少提升了一個等級。數(shù)據(jù)顯示,黃泥田有機(jī)碳增加18%,白土表層黏粒含量增加1倍,反酸田/酸性田pH值提高1.0~1.7個單位,潛育化水稻土和冷泥田還原物質(zhì)降低40%~60%。
提高土壤肥力的同時,保護(hù)生態(tài)環(huán)境也很重要。高效秸稈腐熟菌劑的研發(fā)將秸稈腐解時間從40天縮短至14~18天,既提高了效率,又促進(jìn)了秸稈還田技術(shù)推廣,減少了秸稈焚燒,具有重大生態(tài)環(huán)境效益。
團(tuán)隊(duì)利用規(guī)?;B(yǎng)殖畜禽糞肥生產(chǎn)精制有機(jī)肥和生物有機(jī)肥技術(shù),則有效減少了畜禽糞肥面源污染。
在產(chǎn)量上,大幅度提高了單位面積水稻產(chǎn)量,水稻平均增產(chǎn)超過100千克/畝。“對于保障國家糧食安全、促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收意義重大。”周衛(wèi)告訴《中國科學(xué)報》記者,“經(jīng)濟(jì)效益除了體現(xiàn)在提高水稻單產(chǎn)上外,還體現(xiàn)在充分利用有機(jī)肥和秸稈資源,節(jié)約化肥,降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本等方面。”
團(tuán)隊(duì)成果通過“試驗(yàn)示范+科技專業(yè)戶+農(nóng)戶”模式或以秸稈腐熟劑、精制有機(jī)肥、生物有機(jī)肥、酸性改良劑、低產(chǎn)田專用肥等物化形式推廣應(yīng)用,已在南方11個省區(qū)市規(guī)?;瘧?yīng)用,近3年累計示范推廣5730萬畝,技術(shù)覆蓋率達(dá)51.5%,技術(shù)產(chǎn)投比達(dá)7:1,經(jīng)濟(jì)社會生態(tài)效益巨大。
在推動學(xué)科發(fā)展、引領(lǐng)科技創(chuàng)新方面,周衛(wèi)表示,“僅就涵蓋生物肥力指標(biāo)的質(zhì)量評價指標(biāo)體系而言,研究成果獲得了國際同行的高度認(rèn)可,推動了土壤學(xué)科發(fā)展,也增強(qiáng)了國際影響力和競爭力。”
團(tuán)隊(duì)全面構(gòu)建了南方低產(chǎn)水稻土改良與地力提升技術(shù)體系,獲授權(quán)發(fā)明專利10項(xiàng),軟件著作權(quán)2項(xiàng);發(fā)表研究論文173篇,其中SCI論文60篇,出版專著1部。
“我們的成果為我國水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐,我們的研究方法和思路對其他低產(chǎn)土壤的改良也具有重要借鑒和引領(lǐng)作用。”周衛(wèi)說。
《中國科學(xué)報》 (2017-01-25 第6版 科研)
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所周衛(wèi)團(tuán)隊(duì)以5大典型低產(chǎn)水稻土為研究對象,以破解低產(chǎn)障礙為目標(biāo),以“闡明低產(chǎn)障礙—創(chuàng)新改良技術(shù)—研創(chuàng)改良產(chǎn)品—集成改良模式”為研究主線,通過十余年系統(tǒng)研究,全面構(gòu)建了南方低產(chǎn)水稻土改良與地力提升技術(shù)體系,大幅度提升了低產(chǎn)水稻土的肥力水平、產(chǎn)量與綜合效益。其成果“南方低產(chǎn)水稻土改良與地力提升關(guān)鍵技術(shù)”獲2016年國家科技進(jìn)步獎二等獎。近日,《中國科學(xué)報》記者對其進(jìn)行了專訪。
創(chuàng)建生物肥力指標(biāo)
我國是世界上的水稻生產(chǎn)大國。水稻種植多集中在南方,即長江中下游、西南、華南三大稻區(qū)。“高產(chǎn)水稻土是水、肥、氣、熱相協(xié)調(diào)的土壤。而低產(chǎn)土壤由于存在著種種障礙因素,導(dǎo)致水稻產(chǎn)量比較低。南方低產(chǎn)水稻土主要有黃泥田、白土、潛育化水稻土、反酸田/酸性田、冷泥田等5大低產(chǎn)類型。”周衛(wèi)向記者介紹。
周衛(wèi)介紹,黃泥田特點(diǎn)是“瘦”,其熟化度低,有機(jī)質(zhì)缺乏;白土特點(diǎn)是“板”,其漂洗嚴(yán)重,淀漿板結(jié),耕層較淺,砂多黏少;潛育化水稻土特點(diǎn)是“爛”,其深水久灌,土壤長期處于還原物質(zhì)毒害狀態(tài);反酸田/酸性田特點(diǎn)是“酸”,其酸度強(qiáng)、全硫,H+和Al3+含量高,微生物活性差;冷泥田特點(diǎn)是“冷”,其水多漬害、土溫低。
當(dāng)多數(shù)人還在關(guān)注土壤的物理、化學(xué)性質(zhì)時,周衛(wèi)領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)已開始研究土壤的生物指標(biāo),并建立了5種類型低產(chǎn)水稻土質(zhì)量評價的最小數(shù)據(jù)集。
黃泥田質(zhì)量評價的最小數(shù)據(jù)集為全氮、速效鉀、有效硅、微生物量碳和叢枝菌根真菌(AMF),低產(chǎn)水稻土質(zhì)量指數(shù)為0.50;白土為全氮、有機(jī)質(zhì)、pH、脫氫酶和AMF,低產(chǎn)水稻土質(zhì)量指數(shù)為0.50;潛育化水稻土為速效鉀、微生物量碳、β-葡萄糖苷酶、總細(xì)菌和AMF,低產(chǎn)水稻土質(zhì)量指數(shù)為0.50;反酸田/酸性田為全氮、pH、有效硅、有效鋅和微生物量碳,低產(chǎn)水稻土質(zhì)量指數(shù)為0.60;冷泥田為全氮、有效磷、酸性磷酸酶、總細(xì)菌和AMF,低產(chǎn)水稻土質(zhì)量指數(shù)為0.43。
團(tuán)隊(duì)研明了低產(chǎn)水稻土資源狀況及養(yǎng)分特征,發(fā)展了低產(chǎn)水稻土質(zhì)量評價新方法,首次建立了涵蓋生物肥力指標(biāo)的質(zhì)量評價指標(biāo)體系,突破了長期以來南方水稻土低產(chǎn)障礙不明的關(guān)鍵瓶頸。
“5種類型低產(chǎn)水稻土的劃定將對低產(chǎn)水稻土的定性描述推向定量表征,由理化描述推向生物表征,深化了對低產(chǎn)田障礙因素的認(rèn)識。該評價方法對其他低產(chǎn)土壤的評價也具有重要借鑒和引領(lǐng)作用。”周衛(wèi)表示。
藏糧于地 藏糧于技
“我們的基本思路是闡明障礙因素—創(chuàng)新改良技術(shù)—研創(chuàng)改良產(chǎn)品—集成改良模式。”周衛(wèi)表示。歷時十余年系統(tǒng)研究,團(tuán)隊(duì)全面構(gòu)建了低產(chǎn)水稻土改良與地力提升技術(shù)體系,即黃泥田改良的有機(jī)熟化技術(shù)、白土改良的厚沃耕層技術(shù)、潛育化水稻土改良的排水氧化技術(shù)、反酸田/酸性田改良的酸性消減技術(shù)、冷泥田改良的廂壟除障技術(shù)。
具體來說,針對湖北、浙江等地黃泥田,采用種植綠肥紫云英,或基施精制有機(jī)肥、畜禽糞肥,或秸稈還田熟化土壤。針對安徽、江蘇等地白土,采用深翻犁逐年加深耕層使表層粉砂與底層黏土充分摻和,并在深翻前配施腐熟的有機(jī)肥或秸稈還田。
湖南、江西等地湖區(qū)稻田深水久灌,處于還原狀態(tài),采用水稻移栽前開排水溝,或壟作配施過氧化鈣。針對廣東、福建等地反酸田/酸性田,水稻移栽前強(qiáng)化灌排洗酸2次,或施用生物有機(jī)肥,或施用酸性硫酸鹽土壤改良劑調(diào)節(jié)酸度。針對四川、重慶、浙江等地冷泥田,水稻移栽前開廂或起壟,收獲后原壟連續(xù)壟作,或采用覆膜旱作栽培,或施用改良劑生物碳或硅鈣肥。
除了白土改良需三年見效外,其他改良當(dāng)年便可見效,三年效果更佳。比如,黃泥田有機(jī)熟化下,湖北雙季稻增產(chǎn)10.7%~24.9%,浙江增產(chǎn)9.5%~12.1%;連續(xù)3年熟化下,土壤總有機(jī)碳增加16%~21%,平均增加18%。
周衛(wèi)告訴記者,“改土與施肥是分不開的。”在創(chuàng)新低產(chǎn)水稻土改良與地力提升關(guān)鍵技術(shù)的同時,團(tuán)隊(duì)也研創(chuàng)了低產(chǎn)水稻土改良與地力提升新產(chǎn)品,如用于低產(chǎn)水稻土改良的高效秸稈腐熟菌劑、精制有機(jī)肥、生物有機(jī)肥、反酸田改良劑以及水稻專用肥等。
“黃泥田改良常采用畜禽糞肥,直接施用易于燒苗,且難以運(yùn)輸。我們團(tuán)隊(duì)發(fā)明了生物濾塔除臭技術(shù),利用畜禽糞肥研發(fā)出精制有機(jī)肥,其腐熟程度高,養(yǎng)分釋放快。該肥料比等養(yǎng)分的畜禽糞肥水稻增產(chǎn)6.0%~8.5%。”周衛(wèi)舉例道。
在此基礎(chǔ)上,團(tuán)隊(duì)集成了土壤改良、高效施肥、水分管理、適宜品種選擇等技術(shù),形成了不同類型低產(chǎn)水稻土改良與地力提升技術(shù)模式,并實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模應(yīng)用。
經(jīng)濟(jì)生態(tài)雙贏
應(yīng)用低產(chǎn)水稻土改良與地力提升技術(shù)集成模式,低產(chǎn)水稻土障礙因素得以消除,農(nóng)田地力至少提升了一個等級。數(shù)據(jù)顯示,黃泥田有機(jī)碳增加18%,白土表層黏粒含量增加1倍,反酸田/酸性田pH值提高1.0~1.7個單位,潛育化水稻土和冷泥田還原物質(zhì)降低40%~60%。
提高土壤肥力的同時,保護(hù)生態(tài)環(huán)境也很重要。高效秸稈腐熟菌劑的研發(fā)將秸稈腐解時間從40天縮短至14~18天,既提高了效率,又促進(jìn)了秸稈還田技術(shù)推廣,減少了秸稈焚燒,具有重大生態(tài)環(huán)境效益。
團(tuán)隊(duì)利用規(guī)?;B(yǎng)殖畜禽糞肥生產(chǎn)精制有機(jī)肥和生物有機(jī)肥技術(shù),則有效減少了畜禽糞肥面源污染。
在產(chǎn)量上,大幅度提高了單位面積水稻產(chǎn)量,水稻平均增產(chǎn)超過100千克/畝。“對于保障國家糧食安全、促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收意義重大。”周衛(wèi)告訴《中國科學(xué)報》記者,“經(jīng)濟(jì)效益除了體現(xiàn)在提高水稻單產(chǎn)上外,還體現(xiàn)在充分利用有機(jī)肥和秸稈資源,節(jié)約化肥,降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本等方面。”
團(tuán)隊(duì)成果通過“試驗(yàn)示范+科技專業(yè)戶+農(nóng)戶”模式或以秸稈腐熟劑、精制有機(jī)肥、生物有機(jī)肥、酸性改良劑、低產(chǎn)田專用肥等物化形式推廣應(yīng)用,已在南方11個省區(qū)市規(guī)?;瘧?yīng)用,近3年累計示范推廣5730萬畝,技術(shù)覆蓋率達(dá)51.5%,技術(shù)產(chǎn)投比達(dá)7:1,經(jīng)濟(jì)社會生態(tài)效益巨大。
在推動學(xué)科發(fā)展、引領(lǐng)科技創(chuàng)新方面,周衛(wèi)表示,“僅就涵蓋生物肥力指標(biāo)的質(zhì)量評價指標(biāo)體系而言,研究成果獲得了國際同行的高度認(rèn)可,推動了土壤學(xué)科發(fā)展,也增強(qiáng)了國際影響力和競爭力。”
團(tuán)隊(duì)全面構(gòu)建了南方低產(chǎn)水稻土改良與地力提升技術(shù)體系,獲授權(quán)發(fā)明專利10項(xiàng),軟件著作權(quán)2項(xiàng);發(fā)表研究論文173篇,其中SCI論文60篇,出版專著1部。
“我們的成果為我國水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐,我們的研究方法和思路對其他低產(chǎn)土壤的改良也具有重要借鑒和引領(lǐng)作用。”周衛(wèi)說。
《中國科學(xué)報》 (2017-01-25 第6版 科研)