“做了幾十年土壤，如今看見曙光了。”3月16日，在“百縣萬頃土壤健康與單產(chǎn)提升示范行動(dòng)”啟動(dòng)儀式上，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院原副院長、研究員梅旭榮說。
這是一項(xiàng)改變北方旱地土壤微環(huán)境的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，將于未來兩年時(shí)間內(nèi)，在北方旱作區(qū)100個(gè)縣建立1萬公頃示范田，用帶有“顛覆性”色彩的新技術(shù)，帶動(dòng)更多中低產(chǎn)田增產(chǎn)增收。
這也是一場藏在地表下的“隱秘戰(zhàn)爭”，科學(xué)家們正在嘗試用最直接的途徑、最低的成本，改變土壤耕作層的微生物環(huán)境，和土壤退化、微生物群落紊亂、土傳病害肆虐等要打一場大面積的持久戰(zhàn)。
山西壽陽，國家野外科學(xué)觀測研究站，科研人員采集土壤。中國農(nóng)科院環(huán)發(fā)所供圖
北方旱地，中低產(chǎn)田的困境
我國是全球農(nóng)田灌溉比例最高的國家，即便如此，也仍然有超過一半的耕地完全依靠自然降水生產(chǎn)，尤其是降水普遍不足的北方旱作區(qū)，長期面臨著多種困境。
“土壤退化、連作障礙、化肥農(nóng)藥依賴等問題制約著糧食產(chǎn)能的持續(xù)提升。”中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所副所長姚宗路介紹。
二三十年前，梅旭榮就開始和團(tuán)隊(duì)行走在廣袤的北方旱作區(qū)，研發(fā)、集成了眾多保障和提升旱地農(nóng)業(yè)產(chǎn)能的技術(shù)體系，如集雨、覆蓋、節(jié)水、改土、增肥等，這些系列技術(shù)，在黃土高原、在塞北大漠、在西部戈壁、在南方丘陵中廣泛應(yīng)用，一點(diǎn)點(diǎn)改變著旱地農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式。
在山西壽陽，黃土高原上，幾十年間，玉米的畝產(chǎn)從幾百斤提升到了上千斤，且基本可以保障80%的穩(wěn)產(chǎn)率，通過時(shí)間或空間的互補(bǔ)，可以實(shí)現(xiàn)基本穩(wěn)產(chǎn)、豐產(chǎn)。
良法伴隨著良機(jī)、良種，讓北方旱地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)變了模樣，但土壤，這個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的根基，依然等待著更多的技術(shù)加以改良。
“常年高強(qiáng)度的利用，化肥農(nóng)藥的大量使用等，使得土壤中的營養(yǎng)元素在不斷減少，土壤微生物群落形態(tài)發(fā)生改變，土壤正變得板結(jié)、瘠薄。”梅旭榮說。
開創(chuàng)新路，從微生物入手
中低產(chǎn)田的改良，某種程度上，是我國特有的科研任務(wù)，我國是人口大國，人均耕地相對較少，這意味著，土地的利用率必然更高。
如美國等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國家，地多人少，通常通過輪耕、休耕等模式，實(shí)現(xiàn)土壤的養(yǎng)護(hù)和地力的恢復(fù)。但在我國，一些中低產(chǎn)田上，長期進(jìn)行一年一季甚至兩季的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，土壤面臨的困境，直接關(guān)系著14億人的食物保障。
旱地還有一個(gè)更特殊的困境，“旱地占全球耕地的81%，它們基本上都處在熱帶、亞熱帶，只有我國擁有大面積的溫帶旱地，面臨的環(huán)境更加復(fù)雜和嚴(yán)峻。”梅旭榮說，“而要在這樣的北方旱地上，實(shí)現(xiàn)旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)的現(xiàn)代化，就要開創(chuàng)新路。”
上世紀(jì)八九十年代，我國科學(xué)家們開始對旱地進(jìn)行長期的監(jiān)測和研究，幾十年來，經(jīng)過數(shù)代科學(xué)家的努力，將北方旱地上的傳統(tǒng)農(nóng)耕模式，變成了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的模樣，但土壤的改良，依然存在重重難關(guān)。
“土壤改良不只是肥力的增加，土壤本身的健康程度，也直接關(guān)系著旱地農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)能力。”梅旭榮說。
2024年，一項(xiàng)新的攻關(guān)在黃土高原上開啟?？蒲袌F(tuán)隊(duì)成員、中國農(nóng)科院環(huán)發(fā)所副研究員毛麗麗介紹，“我們從微生物入手，破解土壤改良與產(chǎn)能發(fā)展瓶頸。簡單來說，就是通過特定的菌劑，改良土壤中的微生物群落，讓土壤更健康，更有活力，進(jìn)而提高產(chǎn)能，同時(shí)也強(qiáng)化土壤抵御病蟲害的能力。”
土壤改良，幫助作物增產(chǎn)增收
這場攻堅(jiān)，從對土壤的全面診斷開始。毛麗麗介紹，針對不同的區(qū)域，科研人員首先診斷當(dāng)?shù)赝寥赖慕】禒顩r，包括耕作層適合的深度、水土氣的協(xié)同、土壤微生物群落的現(xiàn)狀等。
在山西壽陽，厚重的黃土地，使得當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)并無缺土之虞，但黃土地瘠薄，且容易板結(jié)?？蒲袌F(tuán)隊(duì)研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)剡m合的耕作層，普遍在30厘米左右，這和當(dāng)?shù)胤N植雜糧、玉米等作物也有關(guān)系。
之后的第二步是保水。在降水量不足的北方旱地中，節(jié)水是農(nóng)技研發(fā)的永恒核心。通過地表覆蓋等不同的技術(shù)，科研人員不斷提高降水入滲的比例，并且盡可能降低土壤中水分的蒸發(fā)，讓土壤中保存更多的水。隨后，通過使用有機(jī)肥、秸稈還田等技術(shù)，增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，讓土壤更肥沃。
至為關(guān)鍵的一步，是微生物群落的改良。毛麗麗介紹，針對不同地區(qū)的土壤結(jié)構(gòu)，科研團(tuán)隊(duì)可以提供合適的菌株，在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行培養(yǎng)和擴(kuò)繁，通過特定的培養(yǎng)基，在田間地頭培養(yǎng)，同步施到田間，實(shí)現(xiàn)改善土壤微生物群落的目標(biāo)。
一年的實(shí)驗(yàn)和研發(fā)中，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)形成了一套較為完善的技術(shù)體系，且在不同的試驗(yàn)點(diǎn)取得了良好的成效。毛麗麗介紹，我們通過功能菌株的使用，降低了示范區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)作物的病蟲害發(fā)生率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了土壤改良，減少了化學(xué)肥料及農(nóng)藥的使用量，幫助作物增產(chǎn)增收，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)作物的單產(chǎn)提升。而下一步，正在計(jì)劃將研究的成果繼續(xù)推廣，幫助大面積單產(chǎn)的提升。
顛覆傳統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室搬到田間
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，改善土壤菌群的研究和成果也有許多，微生物肥料并不是新事物，甚至在市場上，有許多正在銷售的微生物肥料。
“這項(xiàng)研究的顛覆之處，可能在活菌制劑的研發(fā)和使用上。”梅旭榮介紹，“過去的微生物制劑，通常在發(fā)酵車間中制成，然后再制成微生物肥料，通過銷售網(wǎng)絡(luò)，送到農(nóng)民手中。這個(gè)過程可能需要比較長的一段時(shí)間，而且還存在資源浪費(fèi)，肥料有效期等問題。比如發(fā)酵車間，一年可能就用幾個(gè)月，其他時(shí)間閑置。還有，活菌有效的時(shí)間有限，但制成肥料商品，銷售期往往會(huì)較長，導(dǎo)致肥料效果降低甚至無效。”
而新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場發(fā)酵，一套“功能菌株-現(xiàn)場發(fā)酵-活菌現(xiàn)用”的應(yīng)用模式，幾乎省去了所有中間環(huán)節(jié)，讓微生物制劑發(fā)揮最大的作用。“這相當(dāng)于把實(shí)驗(yàn)室搬到了田間。”梅旭榮說，“過去科研人員在實(shí)驗(yàn)室，做出的成果，未必是農(nóng)民最需要的，也有可能成果出來后就束之高閣。而現(xiàn)在的模式，從診斷土壤，到選擇菌株，到現(xiàn)場發(fā)酵，都在田間，最后直接用到田里。在一線的生產(chǎn)中尋找問題，解決問題，把科研放到大地上。”
新技術(shù)體系的探索和研發(fā)，不只是實(shí)驗(yàn)的完成，還需要真正應(yīng)用到田間。2025年中央一號(hào)文件提出，主攻單產(chǎn)和品質(zhì)提升，確保糧食穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)。
“科學(xué)家試驗(yàn)田里的產(chǎn)量，如何變成農(nóng)民大田的產(chǎn)量，其中還有很大空間，也有很多的工作。”梅旭榮介紹，“到2026年，我們將在全國一百個(gè)縣建立1萬公頃示范田，每個(gè)縣100公頃，探索一條生態(tài)與經(jīng)濟(jì)雙贏的、可復(fù)制的農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型路徑。”
3月16日，項(xiàng)目課題組和山西壽陽、山東東營簽署合作協(xié)議，并同時(shí)向全國征集百個(gè)縣級示范合作單位，于4月中旬完成評審并確定合作縣。隨后進(jìn)入執(zhí)行階段，項(xiàng)目組將提供活菌供應(yīng)、技術(shù)指導(dǎo)、數(shù)據(jù)跟蹤及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，協(xié)同縣域農(nóng)技推廣中心構(gòu)建全面且具有代表性的土壤健康與單產(chǎn)提升示范區(qū)，形成可復(fù)制、可推廣的綠色防控技術(shù)體系。
