【國(guó)家獎(jiǎng)】破解適水種植世界難題 變被動(dòng)抗旱為主動(dòng)避旱

 

　　從2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上獲悉，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院副院長(zhǎng)梅旭榮研究員牽頭完成的“北方旱地農(nóng)田抗旱適水種植技術(shù)及應(yīng)用”榮獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

　　我國(guó)旱地農(nóng)業(yè)主要分布在秦嶺淮河以北地區(qū)，包括干旱、半干旱偏旱、半干旱、半濕潤(rùn)偏旱和半濕潤(rùn)區(qū)等主要類(lèi)型區(qū)，占全國(guó)耕地面積的51%，是我國(guó)主要糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護(hù)區(qū)，也是生態(tài)脆弱區(qū)和貧困人口聚集區(qū)。受全球氣候變化影響，北方旱農(nóng)區(qū)頻旱多變環(huán)境疊加水土資源過(guò)度利用，農(nóng)田生產(chǎn)穩(wěn)定性下降，危及國(guó)家糧食安全、生態(tài)安全和穩(wěn)定脫貧。因此，推動(dòng)旱地農(nóng)業(yè)由對(duì)抗型向應(yīng)變型轉(zhuǎn)變，創(chuàng)新抗旱適水型種植技術(shù)和模式，是急需解決的重大科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)難題。

 

 

　　1984年，剛到中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)氣象研究所學(xué)習(xí)的梅旭榮心中就有一個(gè)夢(mèng)想：“如果建立一種能適應(yīng)干旱變化的種植制度，并匹配相應(yīng)的抗旱適水栽培技術(shù)，該多好。這樣可以保證作物不受天氣變化的影響而減產(chǎn)，農(nóng)民有個(gè)好收成不餓肚子。”帶著這樣的想法開(kāi)始了他的研究生學(xué)習(xí)和旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)研究。1991年以來(lái)，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在北方旱農(nóng)區(qū)開(kāi)展了旱地水分平衡、降水生產(chǎn)潛力開(kāi)發(fā)和旱地秸稈還田與有機(jī)培肥等系列長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究，進(jìn)行農(nóng)田降水高效轉(zhuǎn)化機(jī)制、主要旱地作物水分生態(tài)適應(yīng)性和降水生產(chǎn)力提升等方面的研究，系統(tǒng)查明了我國(guó)北方旱地降水利用狀況，揭示了我國(guó)北方旱地農(nóng)田水分動(dòng)態(tài)平衡規(guī)律，突破了旱地適水種植的應(yīng)用基礎(chǔ)理論和抗旱節(jié)水的關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品，集成了典型旱地高效用水的種植模式及配套技術(shù)體系，形成了壽陽(yáng)旱地農(nóng)業(yè)綜合發(fā)展模式，并在北方旱地農(nóng)業(yè)區(qū)規(guī)模化應(yīng)用，取得顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

 

 

　　梅旭榮研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期扎根黃土高原東部壽陽(yáng)旱作農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站，定位觀測(cè)農(nóng)田降水高效轉(zhuǎn)化過(guò)程，創(chuàng)新旱地農(nóng)田抗旱適水種植的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和主推技術(shù)模式。自2001年以來(lái)，團(tuán)隊(duì)聯(lián)合了遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)和全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心等國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)單位協(xié)同攻關(guān)，開(kāi)展了北方旱地農(nóng)業(yè)多點(diǎn)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，摸清了主要旱地作物干旱發(fā)生規(guī)律和適水種植優(yōu)先序，闡明了旱地碳氮高效轉(zhuǎn)化機(jī)制，攻克了土壤增碳擴(kuò)容、地表覆蓋抑蒸等關(guān)鍵技術(shù)，從而破解了旱地作物適水種植世界性難題。該項(xiàng)目獲發(fā)明專(zhuān)利10項(xiàng)；制訂行業(yè)和地方標(biāo)準(zhǔn)12件；出版專(zhuān)著4部，發(fā)表論文163篇，被引用4834次；獲省部級(jí)一等獎(jiǎng)4項(xiàng)。項(xiàng)目整體水平達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。該項(xiàng)成果實(shí)現(xiàn)了旱地農(nóng)業(yè)由對(duì)抗型向應(yīng)變型轉(zhuǎn)變，為實(shí)施全國(guó)旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和旱作農(nóng)業(yè)節(jié)水示范提供了重要科學(xué)依據(jù)與關(guān)鍵技術(shù)支撐。

 

　　發(fā)現(xiàn)了新規(guī)律。揭示了北方旱地作物水分供需變化規(guī)律，首次確定了抗旱適水種植的技術(shù)適宜性和作物優(yōu)先序。研究發(fā)現(xiàn)，30年間北方旱地主要作物種植北移西擴(kuò)1-2個(gè)經(jīng)緯度，作物種植、生育期變化與降水減少、干旱頻發(fā)重發(fā)多因素互作，作物降水滿足率降低超過(guò)5個(gè)百分點(diǎn)。旱地地表覆蓋、秸稈還田、深松耕等技術(shù)提高水分利用效率程度與降水密切相關(guān)，提升效應(yīng)最優(yōu)的降水區(qū)間為年降水量450-550mm的旱農(nóng)區(qū)。項(xiàng)目創(chuàng)建綜合多目標(biāo)的隨機(jī)水文年型適水種植診斷模型，發(fā)現(xiàn)多種作物配置能顯著增強(qiáng)旱地農(nóng)田系統(tǒng)穩(wěn)定性和水分生產(chǎn)力，據(jù)此明確了玉米、小麥、谷子、花生、大豆、馬鈴薯等作物在不同旱地類(lèi)型區(qū)的適水配置優(yōu)先序。這些結(jié)果為科學(xué)布局種植結(jié)構(gòu)并匹配適宜的節(jié)水栽培技術(shù)提供了理論依據(jù)。

 

　　建立了新理論新方法。探明了土壤增碳擴(kuò)容、地表覆蓋抑蒸、冠層塑型提效的作用機(jī)理，建立了北方旱地土壤—地表—冠層協(xié)同調(diào)控的抗旱適水種植理論和方法。研究發(fā)現(xiàn)，褐土和黑壚土連續(xù)全量秸稈還田，耕層土壤有機(jī)碳每增加1g/kg，生育期棵間蒸發(fā)減少4.7mm，0-30cm土壤蓄水增加5.2mm。產(chǎn)量、水氮利用和碳足跡綜合效益最優(yōu)時(shí)褐土和黑壚土有機(jī)碳水平為13.7g/kg和12.0g/kg，據(jù)此建模和試驗(yàn)提出了4種“高蓄積低損耗”土壤理想構(gòu)型。春玉米高留茬、秸稈覆蓋和冬小麥夏閑期生物覆蓋調(diào)控地表，0-50cm土壤蓄水增加13.5-24.5mm，土壤蒸發(fā)減少5%-8%。高稈與矮稈作物間作調(diào)控冠層，高冠層光和降水截獲比矮冠層分別增加34%-45%和45%-69%，玉米大豆、谷子花生間作水分利用效率當(dāng)量比1.13-1.19；在300-550mm降水條件下“適水定密”，每mm降水可承載覆膜春玉米9.9株。這些新理論新方法整體解決了旱地土壤-植物-大氣系統(tǒng)協(xié)同提升降水利用效率的科學(xué)問(wèn)題。

 

　　創(chuàng)新了主導(dǎo)技術(shù)。創(chuàng)建了北方主要類(lèi)型旱地抗旱適水種植主導(dǎo)技術(shù)，研制了配套技術(shù)產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。綜合集成集雨覆蓋抗旱、秸稈還田、適水種植等關(guān)鍵技術(shù)，配套研制了專(zhuān)用肥、保水劑、作業(yè)機(jī)具等技術(shù)產(chǎn)品，建立了東北風(fēng)沙半干旱區(qū)立體調(diào)控種植、西北半濕潤(rùn)偏旱區(qū)覆蓋集雨抗旱、華北丘陵半濕潤(rùn)偏旱區(qū)秸稈適水還田、華北平原東部半濕潤(rùn)區(qū)旱地小麥“早、深、平”和華北平原中部半濕潤(rùn)偏旱節(jié)水壓采區(qū)半旱地等主導(dǎo)技術(shù)，農(nóng)田降水利用率最高達(dá)75%，旱地春玉米水分利用效率最高達(dá)到3.64kg/mm·畝，產(chǎn)量波動(dòng)下降3-4個(gè)百分點(diǎn)。這些主導(dǎo)技術(shù)有力地支撐了當(dāng)?shù)睾档剞r(nóng)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，為糧食安全和農(nóng)民脫貧提供了保障。

 

 

　　我國(guó)建設(shè)現(xiàn)代化國(guó)家的號(hào)角已吹響，旱地農(nóng)業(yè)創(chuàng)新急需解決新的挑戰(zhàn)和問(wèn)題，在穩(wěn)定旱作區(qū)糧食安全的同時(shí)，不斷提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和水土資源利用效率，加速旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生態(tài)化轉(zhuǎn)型。響應(yīng)習(xí)總書(shū)記四個(gè)面向的號(hào)召，梅旭榮研究員滿懷信心帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)站在新的起點(diǎn)，秉承“振興科技、治旱興農(nóng)”的優(yōu)良傳統(tǒng)，繼續(xù)創(chuàng)新旱作農(nóng)業(yè)節(jié)水提質(zhì)增效的新理論、新方法，突破氣候智慧型旱作節(jié)水新技術(shù)新裝備新模式，促進(jìn)新時(shí)期我國(guó)旱地農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和旱作區(qū)生態(tài)化轉(zhuǎn)型。