作者:王晨绯 来源:中国科学报 发布时间:2016/4/18 9:58:49
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记中科院大安碱地生态试验站:攻克东北土壤癌症

改土增粮效果

 

大安站

■本报记者 王晨绯

“碱”常被比喻为土壤之“癌症”。东北是我国苏打盐碱地典型集中分布区,面积高达765万公顷,并且每年以1.4%的速度扩展。松嫩平原上昔日大面积的天然羊草草原多已严重退化,而退化后的重度盐碱地完全丧失了原有草地的生态功能和经济利用价值,已成为整个东北土地盐碱荒漠化重灾区,东北粮食主产区的生态安全屏障面临严重威胁。

2003年开始,中科院东北地理与农业生态研究所与吉林省大安市政府长期合作,在该市苏打盐碱地(碱地)典型代表区域,创建了我国第一家以植物抗逆种质资源利用为核心,以长期监测和治理苏打盐碱地为主要特色的大安碱地生态试验站(以下简称大安站)。

建站十余年来,大安站在苏打盐碱地植被恢复与重建、盐碱地改土增粮技术创新以及耐盐碱水稻育种与高产栽培模式构建等方面取得多项创新成果,在推动苏打盐碱地治理上发挥着引领与示范作用。日前,大安碱地生态试验站团队获得了中科院先进集体荣誉称号。

重度盐碱地是块硬骨头

治理重度苏打盐碱地是一块很难啃的硬骨头。

“苏打盐碱地改造是一项关乎国土生态安全的重大公益性事业,需要几代人的不懈努力,绝非一朝一夕之功所能完成。”这是大安站站长梁正伟博士多年在一线工作的切身体会。2002年,作为中科院“引进国外杰出人才”“百人计划”入选者归国后,他组建团队一手主抓大安站建站工作,围绕既定科学目标开展科学研究,在典型碱地开展长期定位定点观测、科学试验、示范研究,一方面研究苏打盐碱地土壤碱化过程和机理,重点研发苏打盐碱地生态恢复与重建的理论与技术,一方面充分发掘和利用植物抗逆基因资源,选育水稻抗逆品种,研发盐碱地以稻治碱改土增粮技术。目前该试验站已成为植物抗逆种质资源挖掘、利用和保育的高水平研究平台,近年来在羊草顶级植被恢复技术创新方面也取得了重大进展。

羊草是东北最优质的禾本科牧草,又名碱草,是松嫩草地的顶级植被,主要分布于我国松嫩平原及内蒙古东部等地。羊草在自然环境中采取无性繁殖为主、有性繁殖为辅的生存策略,其根茎具有强大的无性繁殖能力和很强的耐碱能力,特别适合松嫩平原的气候特点与盐碱生态环境。“但由于长期过度放牧,造成羊草退化严重,优质草地变成了重度盐碱地,羊草恢复极为困难。”梁正伟说。

大安站通过多年研究,系统揭示了苏打盐碱地植被退化机制与恢复演替过程,阐明了过度放牧、高pH值土壤理化障碍、生物学限制、水分与养分胁迫是导致植被严重退化、初级生产力急剧下降的主导因子。大安站科研人员发现,羊草实生幼苗耐盐碱阈值为pH9.1(中度盐碱),天然羊草根茎苗耐盐碱阈值高达pH10.5(重度盐碱)以上,从而提出重度盐碱地顶级植被跨越式恢复演替理论,发明了羊草顶级植被抗盐碱移栽克隆恢复技术,成功解决了传统直播无法将羊草种源直接导入重度盐碱地的技术难题。应用该技术体系可使羊草成活率由0提高到80%以上,每公顷产草量由治理前的0~0.5吨提高到2~3吨,实现3~5年(一般10~20年)快速恢复顶级植被的治理目标。该成果荣获2010年度国家科学技术进步奖二等奖。

良田改造要先行

治理东北地区重度苏打盐碱地,良田是基础,良种是关键,良法是手段,三者缺一不可。应用改土增粮创新技术可使盐碱地作物取得理想产量。

“如果这些苏打盐碱地能够得到高效治理,不仅可以生长优质牧草,也能生产粮食,那么对东北‘生态粮仓’乃至全国粮食增产都将起到积极的推进作用。”梁正伟说。

改良土壤,传统的盐碱地治理方法,一般采取翻耕、施肥旋耕、泡田洗盐等常规方式,然而用大量的淡水“洗盐”,对于重度苏打盐碱地的治理效果非常有限。梁正伟告诉记者,这种传统方法最适合滨海盐碱地或轻度苏打盐碱地。但对于东北中度及重度苏打盐碱地而言,单纯的泡田洗盐法,即使增加淋洗次数和时间,淋盐效果也不理想。同时,还会浪费大量宝贵的淡水资源,土壤中的养分也会大量白白流失,增加水体环境富营养化风险。

为此,梁正伟率领的大安站科研团队围绕“重度苏打盐碱地有水也无法短期成功种稻”的重大难题,有针对性地提出了“以耕层改土治碱为基础、以灌排洗盐为支撑”的快速改良理论及技术路线,经反复试验,创建了重度盐碱地物理化学同步快速改良技术,结合良种良法配套,成功实现了改土当年即可使pH值为10.5的重度盐碱地水稻产量达400 公斤/亩以上(不改土一般0~100 公斤/亩)的目标,实现了一次性改土治碱、多年可持续高效利用的盐碱地增粮目标。该成果荣获2015年度国家科学技术进步奖二等奖。

抗逆品种不可少

“以稻治碱离不开抗逆品种,因为一个优良的抗逆性品种往往比普通品种可增产30%以上。对于育种行业而言,有时候一个好品种的问世,甚至需要数十年。”水稻育种专家杨福研究员坦言。

大安站目前已收集、保存水稻种质资源3000余份。每年配制杂交组合100~200个,现有高世代材料400余份。从2007年起,先后培育审定东稻1号、东稻2号、东稻3号、东稻4号等水稻新品种。

“杂交育种成败的关键在亲本选择。我们选择了吉林当地抗逆性较强的‘农大10号’作为母本,日本的优质米品种‘秋田小町’作为父本进行杂交。”杨福介绍,“历时16年,最终成功培育出耐盐碱、高产的水稻新品种,我们将其命名为‘东稻4号’。”该品种集高产、优质、多抗、理想株型及广适性于一体,2010年获吉林省水稻新品种高产竞赛一等奖,创下吉林省亩产849.37公斤的历史最高纪录。东稻4号已成为吉林省中早熟至中熟的主推品种,2010~2014年累计推广面积达530万亩,社会经济效益显著。2014年“超高产耐盐碱水稻新品种东稻4号的育成与推广”获吉林省科技进步奖一等奖。2005年以来大安碱地生态试验站团队先后荣获吉林省生态省建设先进集体,中国科学院科技促进发展科技贡献奖一等奖及中科院先进集体等荣誉称号。

“以稻治碱是实现盐碱地资源高效利用的重要途径,兼具恢复生态和发展经济的双重作用。将荒芜、废弃的盐碱地变为良田,成为有高效利用价值的土地资源,让中国人的饭碗牢牢地端在自己手中,这是我们的梦想,也是我们最终想达到的目标。”梁正伟以朴素的话语描述着大安站科学家的心声。

《中国科学报》 (2016-04-18 第5版 创新周刊)
 
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