7月31日召开的国务院常务会议讨论并原则通过《中华人民共和国耕地保护和质量提升法(草案)》。会议指出,坚持耕地数量、质量、生态一体保护,综合施策持续恢复和提升耕地生态功能,确保永续利用。
这个消息让中国农业大学教授、中国工程院院士张福锁团队很振奋。前不久,该团队刚刚在《科学》杂志发表重要研究成果《调控植物-土壤反馈,推动农业可持续发展》,强调种地不能“头疼医头,脚疼医脚”,要把目光转向土壤健康。
民以食为天,耕地是粮食生产的“命根子”。张福锁在介绍课题研究背景时表示,团队曾对华北平原小麦-玉米轮作体系长期定位试验的105个数据点进行了数据统计测算,由于土壤问题,当前每公顷耕地存在约1.5吨的隐形粮食损失。
为何“丢了”这么多粮食?张福锁表示,是由于“作物-土壤负反馈”。当前集约化农业生产不合理管理造成各种土壤健康问题,如压实引起土壤结构变差,土壤化学性状的变化包括土壤酸化、盐渍化,土壤生物活力降低,生物群落失衡等,导致土壤内在效率下降,作物容易染病,对气候变化的抵抗力下降等。他说:“一亩地100公斤的隐形产量损失,我们应该拿回来。”
中国农业大学副教授王光州和中国农业大学教授张俊伶告诉中青报·中青网记者,在这项研究中,团队基于前期研究进展及科技小院16年来生产一线的实践积累,结合团队近年来在根际生命共同体理论研究方面的进展,将生态学研究中发展较快的“植物-土壤反馈”思想引入农田生态系统,提出了作物高产与土壤健康协同的系统化研究范式。
张俊伶和王光州指导的学生,在田间地头的科技小院驻扎时,发现“改土”确实可以增产。
博士生栾冬冬2020年进入课题组时,在河北曲周的麦田里,看到大片即将灌浆成熟的麦子中,有不少麦穗提前枯白、干瘪。“这是小麦患上了茎基腐病。”他说,这种由土传病原真菌-镰刀菌引起的病害,能够侵染小麦茎基部,导致茎基部腐烂、植株早衰,甚至颗粒无收。不仅如此,这种病害还会产生有毒的脱氧雪腐镰刀菌烯醇等,威胁粮食安全和人畜健康。
他说,研究显示基腐病的病因有很多,具体到曲周这片土地,团队分析,这里冬小麦和夏玉米收获后大量秸秆还田,改变了土壤微生态环境,促进了有利于病原菌生长的微生物的富集,成为引发小麦茎基腐病的关键原因。
为了找到一种有益菌和病原菌进行斗争,栾冬冬长期在田里、实验室两头跑。去田里把患病的小麦样品和土壤样品取回,在实验室里筛选土壤,分离出微生物。而后培养微生物、鉴定微生物,再将潜在的“对手”微生物和引发茎基腐病的病原菌进行功能拮抗试验,验证其是否发挥了抑制病原菌的作用,从而制备能够抑制病原菌的有益菌剂。
在实验室中寻找有益菌的过程虽然繁琐,但和在酷暑里下地喷洒生防微生物菌剂比起来,却还不算辛苦。栾冬冬说,同学们和老师经常是下午两点就带上菌剂,顶着火辣的日头出门,在田里一直忙到晚上七八点。
经过4年的筛选与验证,栾冬冬和团队成员初步研制出了一种生防微生物菌剂。他说,团队2024年在曲周建立了总面积近5亩、由16区块组成的试验田,田块中应用生防微生物菌剂的结果令人欣喜:小麦基腐病发病率显著下降,根际土壤中病原菌丰度下降超过25%,平均每亩小麦增产近17%。
和栾冬冬相似,博士生倪刚在山东东营的盐碱地上种小麦和玉米,检验土壤中的微生物对作物的影响。
倪刚告诉中青报·中青网记者,他们从2021年开始,在山东东营的8亩地试验田上,每年6月播种玉米,10月收获,玉米收获后再播种冬小麦,来年6月收获。在这个轮作的过程中,他和同学们一起提取玉米、小麦根际的微生物进行研究,研制出有益于作物生长的微生物菌剂,并在大田试验的基础上验证菌剂效果。
“上个月,我们刚收获了微生物菌剂试验的冬小麦。”倪刚说,目前,与不施加微生物菌剂的处理相比,施加微生物菌剂试验田的冬小麦增产了约30%。
研究人员由此发现,土壤对于作物的影响远比想象中大,而土壤健康似乎还没有得到应有的重视。
张俊伶表示,当前以追求高产为目标的集约化农业过度依赖高产品种和外源投入,植物-土壤互作关系被削弱,造成系统负反馈作用加大,而正反馈作用减少,土壤退化严重,土壤健康现状恶化。
张俊伶说,由于长期忽视土壤健康,在面对农业生产实际问题时多采用“快餐式”,“头疼医头,脚疼医脚”的片面解决方式,土壤生态系统失衡,土壤多功能性难以发挥,严重威胁耕地质量和农业绿色发展。因此团队在此次研究中提出农业转型要扎根大地,“低头”关注土壤健康。
“不能光看一茬的产量,还要看长远的整体效应;不能只管作物,还得看护好土壤。”张俊伶说,“我们希望大家从‘朝上看’,转向‘朝下看’,要扎到土里去;希望大家不仅仅是看短期的作物产量,更要着眼于长远的健康土壤培育。”
近些年,张福锁在走访全国各地的农田时,观察到地方农业部门对“改土”的需求日益增长。研究团队提出了未来农业科学研究的一些重点方向,他们希望构建作物高产与土壤健康协同提升的长效机制和管理策略,支撑农业系统的气候韧性等。
来源:中国青年报
作者:张茜 刘璇
编辑:李偲