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曹晓风:改良边际土地扩增食物产能
来源:本站 | 作者:sqtvhcj | 发布时间: 2023-03-15 10:06:47 | 261 次浏览 | 分享到:
 来源: 瞭望

  “我国现有 11.7 亿亩(7800 万公顷)边际土地,是耕地的战略 后备资源,是国家粮食安全战略保障体系的重要一环。”中国科学院院士、中科院遗传与发育生物学研究所研究员曹晓风告诉《瞭望》新闻周刊记者。

  边际土地是指由于土壤障碍限制突出、水热资源约束强、地形条件局限大导致农业产能和经济效益低下、生态脆弱的土地。当前,利用植物—土壤—微生物互作机制协同提升边际土地产能和生态功能已经成为国际研究新趋势。包括选育耐逆作物品种,筛选可利用的根际促生菌,强化微生物提升土壤质量的功能等。

  曹晓风认为,我国的基本国情决定了饲草生产不能与粮争地,利用边际土地发展草牧业是填补我国优质饲草需求缺口、减轻对进口优质饲草依赖的重要途径。落实大食物观,需要协同突破边际土地的改良工程体系与牧草育种技术体系,开展边际土地品种选育、水肥资源高效利用等方面的基础理论研究,通过理论与技术突破促进我国边际土地资源的可持续利用。

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吉林省白城市镇赉县的稻田(右)与盐碱滩涂(2022 年 7 月 12 日摄) 潘晟昱摄 / 本刊

边际土地发展畜牧业前景可期

  《瞭望》:我国边际土地主要利用方式是什么?

  曹晓风:边际土地主要包含东北苏打盐碱土、西北内陆盐碱土、滨海盐碱土、南方山地丘陵红壤等多种土壤类型。我国的边际土地总面积约 11.7 亿亩,包括8.5 亿亩尚未开发的耕地后备资源和3.2 亿亩现有低等耕地。边际土地一般会面临土层浅薄、盐碱度高、有机质低、养分瘠薄及缺乏灌溉等各种不利因素,致使主粮作物无法在未经改良的边际土地中正常生长。绿色、高效地改良和利用边际土地是亟待解决的重大问题。

  当前,在边际土地上发展畜牧业是最具生态效益和经济效益的措施。增加优质饲草供应、降低畜牧业对玉米等粮食的消耗和对进口豆粕等的依赖,可以更好保障我国粮食安全和提升人民生活品质。开发耐逆性强、品质优异的新型饲草资源,将边际土地对农作物生产的劣势变为发展牧草种植的优势,能建立起与土地资源环境承载力相匹配的生态农业新格局。

  2020年,中科院院士李振声提出了利用环渤海地区的滨海盐碱荒地建设“滨海草带”的设想。长穗偃麦草是多年生冷季型禾本科牧草,豆科田菁则在夏季生长迅速,两者都具有耐盐碱、耐涝、耐旱和生物量大等特点。此外,还有一些优质牧草,例如燕麦也具有较高的耐逆性。通过建立禾本科与豆科牧草混种的“滨海草带”和“盐碱地牧场”、商品草生产和畜牧养殖示范农场,带动草产业发展,打造边际土地畜牧业的完整产业链,对确保我国牛羊肉和奶源自给率分别保持在85%和70%以上以及避免草粮争地的目标十分重要。此外“滨海草带”还可提供生态屏障,保护生态环境。

  《瞭望》:在改良利用边际土地方面,你带领团队做了哪些工作?

  曹晓风:盐碱地是我国主要的边际土地类型。种植耐盐碱植物是盐碱地生物改良的前提,因地制宜培育和种植适生的耐盐碱植物对盐碱地改良利用极为重要。我们与黑龙江省农业科学院等多家科研单位合作,筛选了800余份植物资源,获得了耐逆性强、生物量大、蛋白含量高的豆科绿肥植物田菁,并收集了来自世界各地的400余份田菁资源,建立了全国最大的田菁种质资源库。经过我们筛选改良后的田菁,不仅适宜在盐碱地种植,而且对土壤具有显著的修复作用,例如降低了土壤pH值,提高了土壤有机质,改善了土壤结构和肥力。通过在全国多点种植,我们发现田菁对于各种生长环境具有广泛的适应性,而且田菁可以作为模式植物进行耐逆机理研究,也可以开发成肥饲兼用的新型豆科牧草,有着十分广阔的应用前景。

  针对松嫩平原盐碱化草地及盐碱荒地亟待生态修复和利用的现状,中科院“黑土粮仓”科技会战团队以田菁和耐盐碱禾草为核心,创建了松嫩盐碱化草地“一优三改”的生态修复模式。“一优”是选用优良、耐盐碱牧草品种,“三改”分别是改变传统的单播模式,采用多种牧草优化组合的混播模式;改变传统的深翻深松整地措施,采用轻耙浅旋的土壤低扰动技术;改变传统的平播种植方式,采用大垄多行播种技术。

  我们构建了田菁—羊草—老芒麦—星星草等多种耐盐碱牧草优化组合的混播模式,结合轻耙浅旋的土壤低扰动耕作技术及大垄多行播种技术,良种与良法结合,促进新牧场的创建。2021年和2022年,该技术模式在黑龙江省安达市和肇源县示范改良盐碱化草地120亩,种植当年田菁的盖度可达75%。土壤pH值平均降低7.35%,有机质增加30%以上,土壤改良效果十分明显。种植第二年,多年生羊草、老芒麦、星星草快速扩繁,植被盖度由改良前的20%~30%提高到90%以上,植被恢复效果显著。

  总的来看,种植田菁比苜蓿节省了三分之一土地与三分之二种植时间,且刈割后可再生,对牛羊来说田菁是营养丰富、口感较好的饲料。目前,我们在各地进行种植和青贮试验,初步取得良好效果,得到了相关企业的关注。

  选育耐逆饲草品种“藏粮于技”

  《瞭望》:在选育耐逆饲草品种方面还需要做哪些工作?

  曹晓风:我们团队在中科院前期“边际土地产能扩增机理与藏粮于地技术模式”和目前正在进行的“创建生态草牧业科技体系”“黑土地产能和质量提升的现代生物学技术”项目支持下,开展了多年生羊草和一年生田菁的研究,目前完成了田菁和羊草基因组测定,建立了基因组编辑体系,为深入研究和利用相关草资源提供了技术保障。

  从整体上看,我国主粮作物科研投入较林草大,而且林草管理内部林强草弱的局面长期存在,草业发展相对落后。乡土草科学研究长期被忽视,牧草生物学的基础研究还十分薄弱,主要体现为基因组信息匮乏、基因功能研究不足、生物技术体系未建立及调控牧草重要性状的关键基因未知,我国草品种培育存在技术瓶颈,草种资源和草产品供应远不能满足需求。

  为振兴草业,自2015年起国家有关部门出台了多项政策。建议继续加强适合我国生长的乡土草种基础生物学研究,构建现代高效牧草育种体系。从生理学、生态学、遗传学、发育学、分子生物学等角度系统深入开展优良牧草耐逆、高产、优质等重要性状形成的分子基础研究;快速挖掘与鉴定牧草优良性状的分子调控网络,研发牧草高通量定向分子选育新技术,筛选和创制优异新品种;利用基因编辑技术和遗传转化体系,快速高效地对牧草优异性状进行改良和选育。

  此外,建议设立国家草业技术创新中心,汇聚整合国内优势研究力量,聚焦草种业、草牧业、草原生态修复产业、国土绿化及草坪产业的科技需求,从优质草种创新创制、优质草产品加工利用、高效草原生态修复、高质量草坪建植养护等理论和技术研发上协同攻关,构建国家草业技术创新体系,发展创制高产优质、耐逆适生、具有特异应用价值的草业优异新品种分子设计育种理论和技术体系,突破限制草业发展的种源创新和边际土地利用关键技术瓶颈,提升我国草业技术创新能力,为我国草业高质量发展、保障国家粮食安全、生态安全、提升草原生态系统碳汇潜力和绿色可持续发展提供战略支撑。

  扩增边际土地产能“藏粮于地”

  《瞭望》:你对扩增边际土地产能有哪些建议?

  曹晓风:我国在“十三五”期间启动了与边际土地相关的重点研发项目,包括七大农作物育种、粮食丰产增效科技创新、化学肥料和农药减施增效综合技术研发、典型脆弱生态修复与保护研究、水资源高效开发利用、智能农机装备等。有些项目中关于边际土地的研究相对分散,针对性和系统性不足。建议设立边际土地专项任务,以培育和挖掘我国大面积边际土地的生产潜力和生态效益为出发点,系统性突破理论和技术模式,促进边际土地相关学科融合发展。

  一是制定边际土地治理规划。以我国不同类型、成片分布的边际土地为重点对象,基于空地一体化立体调查、联网定位试验、分子生物学和现代分析方法,明确我国不同类型边际土地分布规律及特征、建立边际土地清单,评价开发潜力、生态风险和生态经济效益,制定边际土地保护和治理区域规划。

  二是研究边际土地生态农业相关技术。针对生态脆弱区的干旱、盐碱、侵蚀胁迫,阐明边际土地水分、盐分、养分迁移转化和作物利用原理,研发边际土地水、肥协同利用与障碍调控技术,建立保护与产能增效的协同发展机制。

  三是开发植物根系微生物组装配技术。在选育耐逆品种和消除土壤障碍的同时,发展沃土生物群落构建理论和生物多功能调控技术,揭示微生物—土壤—植物互作关系,筛选适应植被演替、促进植物抗逆境胁迫的功能菌株,突破植物根系微生物组装配的关键技术难题。

  四是制定连片分布边际土地利用模式。聚焦黄河滩地和滨海盐碱土、东北苏打盐碱土和西北内陆盐碱土、西北黄绵土,集成耐逆品种、水热资源高效利用技术、土壤障碍消减技术,以及植物—土壤—微生物互作培肥技术,构建边际土地分类利用技术模式,为我国开展大面积边际土地改造提供示范样板。例如,集成微域地形改造、咸水灌溉和种养技术,建立滨海盐碱地生态农场模式,在坡顶建立咸水灌溉经济植物模式,在坡面建立生物降盐牧草种植模式,开沟喷灌种植羊草、碱茅、田菁等耐盐植物,配合接种根瘤菌、高效纤维素降解菌等沃土微生物,促进田菁等生长改良土壤。□


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