吉林省最大单体盐碱地迎丰收!扒一扒高产背后来之不易的黑科技
盐碱地是重要的后备耕地战略资源,在保障生态的前提下挖掘潜力、科学利用,对于粮食安全意义重大。
日前,在提请全国人大常委会会议二次审议的粮食安全保障法草案中,二审稿增加了推动盐碱地综合利用等方面内容,彰显了综合利用盐碱地的重要性。党的十八大以来,习近平总书记和党中央高度重视耕地保护和利用,作出一系列重大部署。今年5月,习近平总书记强调“盐碱地综合利用是一个战略问题,必须摆上重要位置”,为综合利用盐碱地提供了根本遵循。
全国有15亿亩盐碱地,其中适宜种植粮食的有5亿亩,利用潜力十分巨大。如何唤醒沉睡的盐碱地?经过多年探索,目前盐碱地治理主要有“以地适种”和“以种适地”两大技术路线,而从改良措施上又可分为工程措施、农艺措施、化学措施和生物措施。“以地适种”主要从“改土”入手,即通过各种改良措施降低土壤盐碱含量;“以种适地”主要从“改种”入手,即通过各种手段选育耐盐碱的农作物。近年来,盐碱地治理更强调集成整合各种技术、措施,形成“良田+良种+良法”,以达到最优效果。
从沿黄渤海到离海最远的新疆,从河套平原到松嫩平原,从黄淮海平原到沿黄灌区,广大农业科技工作者正在以各种类型的盐碱地为“擂台”,各显神通,展开科技竞赛,将论文写在大地上,探索出一条条因地制宜、各具特色的治理利用路线——有的着眼“废物利用”,用磷肥厂的副产品“中和”苏打盐碱地,有的用更具“科技感”的高分子材料“随机应变”改良各类盐碱地,有的走南闯北选育出“吃盐植物”,有的用更前沿的基因技术培育出耐盐碱植物……
一套综合治理体系
十月的松嫩平原,金灿灿的稻田一望无际,秋风过处,飘来缕缕稻香。吉林省白城市大安市龙海灌片种植整改项目现场,工作人员操纵智能化农机轰鸣作业,所到之处,“吞”进稻穗,“吐”出稻粒。
眼前的这一幕让人很难想象,这片横跨五个村落、1000余公顷的新增耕地,一年前是白花花的“碱巴拉”。经过改良后,近六成的土地第一年就收获了亩产近400公斤的收成,更有三成土地亩产达到500公斤。
“借助于技术创新,我们让这片吉林省最大的单体盐碱地迎来丰收,将有效保障吉林地区实施‘千亿斤粮食’工程,也为我国盐碱地治理与综合利用打造了样板工程。”如此显著的效果让负责治理的中国中化下属中化环境控股有限公司(下称“中化环境”)总经理助理曲风臣信心大增。
截至目前,中化环境已在吉林省白城市开展了4.1万亩盐碱地(水田)治理工作,预计3至5年后完成改良修复,将为吉林省新增十等水田3.3万亩,年增产3330万斤水稻;开展的3.6万亩盐碱地(旱田)治理工作,预计3年后完成改良修复,将年增产4320万斤玉米。
民非谷不食,谷非地不生。盐碱地综合改造利用是耕地保护和改良的重要方面,我国盐碱地面积位列全球第三,各类盐碱地总面积超5亿亩,其中具有较好农业开发价值、近期具备农业改良利用潜力的盐碱地面积约为1.15亿亩,集中分布在东北、黄河中游、西北内陆、滨海和华北五大区域。
位于东北地区的大安市龙海灌片属于苏打盐碱地,土壤平均pH值为9.31,最高值10.45。由于土壤板结、碱化度高、有机质匮乏,作物在这片土地上难以生长,大片气温适宜、水源充足的广袤地块只能撂荒。
“我们吉林省后备的耕地资源不多了,大约只有365万亩,所以盐碱地开发对于保障国家粮食安全来说有着非常重要的意义。”吉林农业大学教授王鸿斌介绍说。
中化环境联合吉林农业大学、吉林省农科院等科研团队,对东北地区盐碱地成因和特征进行深入研究,形成了针对盐碱地核心问题构造的盐碱地修复技术,在当地打造了一套综合治理体系及一体化解决方案。
曲风臣告诉记者,这套技术“组合拳”包括工程举措、土壤改良、农艺措施三大环节,通过系统化方法完成盐碱地的修复治理。在大安市龙海灌片项目中,中化环境在严格保护生态前提下,构建改良和培肥物料一体化施用技术,缩短耕层淡化和熟化时间。同时,选用耐盐碱水稻品种,对未开发的盐碱地进行种植整改,通过施用微生物菌肥等地力提升材料提高水稻产量。
向盐碱地要粮,只改良土壤和修复还远远不够。根据苏打盐碱地土壤遇水易溶、水干成块易裂的特性,项目应用了先进的智能化水稻灌溉系统,在田间地头安放水渠流量监测仪。曲风臣解释说,该仪器配备pH值、压力水位、水温等多个传感器,每10分钟上传一次数据到服务器,可以通过监测数据,进行精准灌溉。
智慧化的管理并不止于此。拖拉机自动旋耕、无人驾驶插秧播种、无人机高效巡田、移动式墒情监测……农业技术的升级迭代助力盐碱地也能种出米质好、价格高的水稻品种,也给当地农户带来了实实在在的好处。
在技术支持方面,大安市建立了5000亩盐碱地改良示范基地,邀请11家技术单位运用不同土壤改良技术参与盐碱地治理试验,对比优势改良技术,进行“比武打擂”,评选出一批可复制可推广的成熟技术,并吸引省内外多家科研院所、技术团队,长期在西部地区从事盐碱地改良技术研究,积累了一批成熟技术和实践经验。
在项目管理上,吉林省对盐碱地综合利用土地整治项目前期工作、工程实施、竣工验收、后期管护等进行全方位、全流程、全周期的监督管理。截至目前,全省新增水田方面,已开工建设5万亩,其中建成2.3万亩并实现种植;改善水田方面,已完成5.3万亩种植任务。
在科技支撑方面,2022年以来,吉林省科技厅安排部署、启动实施、助推申报大项目和“十四五”国家重点研发计划项目,育成了耐苏打盐碱的良种,创建了玉米滴灌水肥一体化栽培技术,研发了盐碱地水田灌排洗盐技术等。
工业“副产品”为盐碱地“改颜色”
金秋时节,吉林省大安市红岗子乡的苏打盐碱地万亩核心示范区水稻迎来丰收:中度盐碱地亩产达633.18公斤,重度盐碱地亩产达421.2公斤。谁能想到,几年前这里还是当地农民看不上的“不毛之地”。人们还编了顺口溜:“碱地白花花,一年种一茬,小苗没多少,秋后不剩啥。”
2014年,武在洲和武再新兄弟在这里承包了300多垧地。两兄弟之前对盐碱地改良毫无经验,试过用牛粪等土办法改良土壤,结果一垧地只产五六千斤粮食,搭进去不少钱。
“苏打盐碱地,几天才透水一毫米。”中国科学院东北地理与农业生态研究所(下称东北地理所)高级工程师刘淼告诉记者,“正因为如此,改良苏打盐碱地,传统灌排洗盐的办法往往效果欠佳。”
中国科学院大安碱地生态试验站(下称大安站)的科研团队早就摸索出一套用酸性磷石膏改良盐碱地种植水稻的好办法,武在洲兄弟俩闻讯上门取经。“没想到当年每垧产量就涨了2000多斤。”武在洲说,“最初施用的量不多,后来又补了些,如今每垧平均产量达14000多斤。”
常年在大安站工作的刘淼解释:酸性磷石膏含有丰富的二水硫酸钙,能和苏打盐碱地中碱性的碳酸钠和碳酸氢钠反应生成中性的硫酸钠,然后通过灌排洗盐降碱排走。
刘淼说,对于中度盐碱地,每亩施用2吨到2.5吨酸性磷石膏就够,而重度盐碱地每亩也只需2.5吨到3吨。这种磷肥厂的副产品,“从工厂到撒到地里,每吨只需花费300元,主要成本是运费”。
去年,在当地举办的一次盐碱地治理“擂台赛”中,11支科研团队和涉农企业“比武切磋”,大安站的改良方案是成本最低的。
大安站的试验证明,用酸性磷石膏改土,当年见效,每亩产量达三四百公斤,而未改土的农田亩产不足100公斤。经过3年到5年综合治理后,试验田亩产可达五六百公斤。
在东北地理所研究员、大安站站长梁正伟看来,盐碱地治理关键要低成本、高效率、可持续、易推广。
2003年,梁正伟率领团队组建大安站,经过多年摸索,提出“良田+良种+良法”三良一体化的盐碱地改良大安模式。得益于大安模式,白花花的盐碱地变成了肥沃的黑土地。“梁老师的头发也变白了。”刘淼说。
在吉林西部,还有脱硫石膏、生物菌肥等治盐碱的“十八般武艺”大展拳脚。其中不少改良剂都是像酸性磷石膏一样变废为宝。
在联合乡,华清农业开发有限公司利用脱硫石膏和其他改良剂改良盐碱地。改良3年后,粮食亩产能和正常农田一较高下。
在距离大安不远的松原市前郭县海峡两岸(吉林)生态农业合作先行试验区,来自台湾的张士轩正在用生物菌肥改良盐碱地。
由稻秆、稻壳、羊粪等转化而来的生物菌肥,在盐碱地里肥力能持续2年至4年,在pH值9.6到10.4的重度盐碱地实现当年改造当年收获,且4年后部分地块达到高产良田水平。
生物基高分子为盐碱地“透透气”
古有庄生梦蝶,中国农大教授胡树文却把自己想象成一株水稻。
几年前,他和学生们挤在吉林白城市一个大通铺里,晚上睡不着就琢磨“假如我是苏打盐碱地里的水稻,怎么样才能长得更好?”
白城属于典型的东北苏打盐碱地,这里的土壤颗粒细得“像面粉一样”,是最难攻克的盐碱地类型。
就在这里,胡树文晚上“化身”水稻,白天带着团队赤脚下田,夜以继日探究化“碱”为“繁”的“特效药”。
“这就是胡教授最初搭窝棚、抡铁锹、做试验的地方。”白城市大安市海御农业发展有限公司的员工管长林告诉记者,公司承包的这块地pH值在10到10.8之间,属于重度盐碱地,吓退不少人,却引来胡树文。
“盐碱地要想种出水稻简直是天方夜谭。”土生土长的管长林从没见过盐碱地能长水稻,当见到胡树文在这里种出水稻,亩产达到560多公斤时,禁不住惊呼,“没想到盐碱地种水稻能种出这样的效果来!”
有了技术支撑,海御农业也增强了信心,又一次性承包了1000公顷盐碱地。
“一次改良之后,这块地产量连续8年保持稳定,土壤肥力也持续改善。”去年10月,胡树文检测土壤发现,已经和黑土地没什么两样。而旁边的对照田采用其他治理模式,亩产至今只有300公斤,田里依然有缺苗的情况。
如今故地重游,胡树文向记者透露他的“秘方”主要分两步。
“一是保护种子。假如我是一株水稻,要在盐碱环境里存活,那穿上抗盐‘外衣’不就可以了吗?”胡树文带领团队研制出了抗盐剂,浸泡过的种子就有了抗盐能力。
“二是改良土壤。苏打盐碱土像紧紧挨着的‘面粉’,没有缝隙,水分难以下渗,水洗效果不好。我们研制出生物基高分子脱盐剂,可以把‘细面粉’变成‘面疙瘩’,缝隙变大了,水洗效率比过去提高了10倍,节约了大量淡水。”胡树文补充。
从东北松嫩平原、黄河三角洲,再到河套平原、新疆……胡树文团队在133个试验点采集超过3.2万个土壤样品,建成盐碱地“数据库”,逐渐创建、完善“重塑土壤结构”盐碱地治理系统技术工程模式。
“我们创建的‘重塑土壤结构’盐碱地治理系统技术工程模式,涉及土地整治、土壤修复、培肥、种植管理等环节,是一套整体系统性方案。”胡树文强调。
如今,胡树文团队已在全国15个省份的50多个县市建成30个千亩示范区,累计治理了190多万亩盐碱地。
2020年,在中国农学会组织的成果评价会上,胡树文团队的模式被专家组鉴定为“当年修复、当年高产、多年稳产”“成果整体达到国际领先水平”。
今年6月,胡树文应邀到联合国粮农组织总部分享中国治理盐碱地的经验。他说:“我们已经找到了盐碱地科学利用的金钥匙,可以为全球盐碱地防治提供中国方案。”
通过层层“碱验”育出“稻中硬汉”
9月底,43岁的王麒和团队要去参加一场重要的现场考试。考场设在黑龙江省安达市先源乡八里岗村的农田里。
王麒是国家耐盐碱水稻技术创新中心东北中心(下称东北中心)的水稻育种专家,这次考的就是他们团队培育的耐盐碱水稻品种“龙稻21”。考官是来自国家耐盐碱水稻技术创新中心、崖州湾国家实验室、中国农科院、中科院东北地理所、黑龙江农科院、辽宁农科院等多家机构的11位“水稻大咖”,还有五十多位来自全国各地的科研机构代表现场观摩。
事实上,有“稻中硬汉”之称的“龙稻21”在前两年已经经过了小范围的内部“模拟考”。“我们内部测量的结果为:在pH值为8.5的地里亩产为550公斤,当pH值为9时,亩产达450公斤。”王麒说。
这回是“龙稻21”第一次在pH值为9的中重度盐碱地上大面积种植。
这里以前是没人看得上的盐碱荒地,56岁的刘宏亮如今是这片地的种植户。他说,当地流传着一句话:“盐碱地里种水稻,只剩破铁和塑料”。破铁说的是农机农具,塑料指地膜。2019年,不信邪的他承包了800亩盐碱地,第一年就赔了50万。
第二年,东北中心的科研团队送来“龙稻21”让他试种。他拿出300亩试一试,没想到当年亩产达到750斤。有了底气的刘宏亮不断扩大承包面积,今年一次性拿出3000亩种“龙稻21”。
“大家可以来预测一下产量。”测产专家组组长、中国科学院院士钱前站在田边提议。记者听到有人估500公斤,有人猜550公斤。
“再往里的那块田长势更好,产量应该更高。”在田边观察的中国科学院东北地理所研究员梁正伟说。
最后测产结果公布:亩产为508.6公斤。国家耐盐碱水稻技术创新中心理事长、湖南省农科院党委书记柏连阳院士点赞说,“龙稻21”果然是“尖子生”。
“结果远超预期。”王麒激动地说,“原本以为不到500公斤,没想到超过全省水稻亩产平均水平!”
黑龙江有盐碱地超过1000万亩。黑龙江农科院水稻研究所所长冯延江说,东北中心近几年已审定推广了21个耐盐碱水稻品种。
据了解,国家耐盐碱水稻技术创新中心分设华南、华东、东北、西北四个中心,目标是到2030年培育出适合不同盐碱地生态区种植的具有重大应用价值的水稻新品种10个到15个,在全国推广面积达1亿亩,亩产达到300公斤以上。不久前,在新疆塔克拉玛干沙漠北缘的一块土壤含盐量3‰以上、pH值8.5以上的盐碱地上,西北中心耐盐碱水稻测产结果为573.8公斤/亩。
全国各地的盐碱地上,耐盐碱水稻“种子选手”正传来更多好消息……
基因技术精准培育“耐碱斗士”
在河套平原核心区域的宁夏银川市通规乡,远处高扬的甜高粱枝叶,成为地平线上一处惹眼的凸起。
站在“得意之作”旁,玉米等作物种质创新及分子育种全国重点实验室主任、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员,60岁的谢旗兴奋得像个孩子,他扒开地头的碱蓬草,露出高粱根部的灰白色泥土,“这片地属于中重度盐碱地,我们的甜高粱仍能长到3米到4米”。
为了“向白土要粮”,培育耐盐碱作物成为突破点,谢旗把希望寄托高粱上。
谢旗说,植物选育不是“凭空造物”,高粱最初生长在西非,那里和我国西北盐碱地区环境相似,在漫长进化中高粱具备了很强的耐盐碱潜力。
“我们培育的‘中科’系列粮食高粱、酿酒高粱、甜高粱能很好契合西北旱地农业、畜牧养殖的要求。”谢旗说。
甜高粱其实是由普通高粱突变形成的,得益于生物学新科技,在继承高粱耐盐碱基本功的基础上,“耐碱斗士”还具备了更多优良属性。由于天生身材高大,即使在盐碱地上,一亩甜高粱也能产出青储饲料4吨到8吨左右。
“传统育种像一个‘黑箱子’,遗传学规律决定了,你即使知道概率,也不知道下一个出来的是红球还是蓝球。”谢旗说,现在有了基因工具作为传统育种的有力补充,科学家就能从基因层面把控育种过程,“黑箱子透明了”。
照亮黑箱子的,首先是作为“观察员”的分子标记技术。“举个例子,我们甜高粱的秆之所以那么甜,是由一个已经被科学家发现的,叫做DRY1的基因贡献的。假设选取具有甜秆表现的母一代高粱,杂交产生了100颗子一代高粱种子,我们现在可以‘阅读’这些种子的基因,用分子标记技术检索其中是否存在DRY1片段,就可以在种子阶段直接筛选出这25颗我们需要的甜秆种子,不必像过去等到‘开花结果’才知晓答案。”
而基因编辑技术,则能帮助科学家找到类似DRY1这样的关键基因片段。
“基因编辑技术在育种中,担当‘检验器’和‘加速器’功能,帮助我们确认性状表现与基因片段的对应关系。我们发现有的高粱个体格外耐盐碱,这很可能是某种基因突变导致的,于是我们把该高粱的基因与耐碱性较差的高粱的基因进行比对,最终找到与耐盐碱相关基因AT1。”谢旗说,在后续田间试验中,通过基因编辑技术改良AT1的个体耐盐碱能力果然大幅提升,这就证实了AT1和高粱耐盐碱之间的对应关系,“未来选育新品种高粱时,我们直接到自然界中寻找天生缺失AT1的突变体,就能在子代中稳定精确地继承这一耐盐高产性状”。
有了分子标记技术的“眼”和基因编辑技术的“验”,育种时间从7年到8年缩短到2年到3年。
“我们培育甜高粱,就使用了这两种技术作为辅助。”谢旗认为,在分子育种时代,找到更多的“关键基因”也是科学家的重要使命。
今年3月,谢旗团队在《科学》上发表文章,宣布在高粱中首次发现了与耐盐碱相关基因AT1,并发现这一基因在水稻、玉米、小麦、谷子等作物中普遍存在。
在中科院大安碱地生态试验站的试验田中,利用AT1基因改良后的耐盐碱水稻因为籽粒饱满、穗粒增加而压弯了稻穗。经测产得出,改良后水稻可以实现增产22.4%到27.8%,表现优异。
盐碱地原来还可以这样“变废为宝”
在全国各地治理盐碱地实践中,除“以地适种”和“以种适地”两大主要路线外,科学家们还因地制宜,创新思路,探索出了许多“脑洞大开”的综合治理“新方法”。从养牛养羊到养鱼养虾,从种花种药到观光旅游……有了新科技的帮助,盐碱地原来还可以这样“变废为宝”!
这里的海鲜离海“最远”
新疆是我国离海最远的地方,科学家把新疆“盐碱水”调配成“人工海水”,宁波大学还筛选耐盐碱鱼虾苗,培育出青蟹、南美白对虾、美国红鱼、大黄鱼等近十种盐碱海鲜品种,新疆也能“生产”海鲜了。
这里的海滩披上“红霞”
辽宁盘锦的红海滩为什么这样红,答案就是碱蓬草。碱蓬草是沿海滩涂盐碱地的原生植物,每年秋季,碱蓬草由绿转红。美似朝霞的碱蓬草,如今成为盘锦的文旅名片之一,吸引大量游客前来观赏。
这里的药材偏爱“咸口”
肉苁蓉是我国西北的“原住民”,偏偏喜欢生长在轻度盐碱地上。肉苁蓉的经济价值很高。“重口味+好身价”,以肉苁蓉为代表的盐碱地原生药材,为盐碱地农业开拓了发展的新思路。
这里的牛羊大有“口福”
在山东潍坊,农户在滨海种植耐盐碱饲草养牛,从美国引进的安格斯牛膘肥体壮,成了特色产业。在宁夏,吃了耐盐碱饲草的羊腥膻味轻,广受消费者欢迎,价格是普通羊肉的2倍,带动了一方“盐碱地滩羊经济”。
这里的荒滩披上“银甲”
在河北沧州,原本光秃秃的盐碱地如今披上“银甲”。当地把光伏板“种”在盐碱地上,发展农光互补农业,在光伏板间种植小麦、玉米,“一地多收”,还用光伏发电收入补贴盐碱地改良,为当地乡村振兴作贡献。
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