【中國(guó)科學(xué)網(wǎng)】記中科院大安堿地生態(tài)試驗(yàn)站：攻克東北土壤癌癥
改土增糧效果
中科院東北地理所大安堿地生態(tài)試驗(yàn)站
“堿”常被比喻為土壤之“癌癥”。東北是我國(guó)蘇打鹽堿地典型集中分布區(qū)，面積高達(dá)765萬公頃，并且每年以1.4%的速度擴(kuò)展。松嫩平原上昔日大面積的天然羊草草原多已嚴(yán)重退化，而退化后的重度鹽堿地完全喪失了原有草地的生態(tài)功能和經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值，已成為整個(gè)東北土地鹽堿荒漠化重災(zāi)區(qū)，東北糧食主產(chǎn)區(qū)的生態(tài)安全屏障面臨嚴(yán)重威脅。
2003年開始，中科院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所與吉林省大安市政府長(zhǎng)期合作，在該市蘇打鹽堿地（堿地）典型代表區(qū)域，創(chuàng)建了我國(guó)第一家以植物抗逆種質(zhì)資源利用為核心，以長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和治理蘇打鹽堿地為主要特色的大安堿地生態(tài)試驗(yàn)站（以下簡(jiǎn)稱大安站）。
建站十余年來，大安站在蘇打鹽堿地植被恢復(fù)與重建、鹽堿地改土增糧技術(shù)創(chuàng)新以及耐鹽堿水稻育種與高產(chǎn)栽培模式構(gòu)建等方面取得多項(xiàng)創(chuàng)新成果，在推動(dòng)蘇打鹽堿地治理上發(fā)揮著引領(lǐng)與示范作用。日前，大安堿地生態(tài)試驗(yàn)站團(tuán)隊(duì)獲得了中科院先進(jìn)集體榮譽(yù)稱號(hào)。
重度鹽堿地是塊硬骨頭
治理重度蘇打鹽堿地是一塊很難啃的硬骨頭。
“蘇打鹽堿地改造是一項(xiàng)關(guān)乎國(guó)土生態(tài)安全的重大公益性事業(yè)，需要幾代人的不懈努力，絕非一朝一夕之功所能完成。”這是大安站站長(zhǎng)梁正偉博士多年在一線工作的切身體會(huì)。2002年，作為中科院“引進(jìn)國(guó)外杰出人才”入選者歸國(guó)后，他組建團(tuán)隊(duì)一手主抓大安站建站工作，圍繞既定科學(xué)目標(biāo)開展科學(xué)研究，在典型堿地開展長(zhǎng)期定位定點(diǎn)觀測(cè)、科學(xué)試驗(yàn)、示范研究，一方面研究蘇打鹽堿地土壤堿化過程和機(jī)理，重點(diǎn)研發(fā)蘇打鹽堿地生態(tài)恢復(fù)與重建的理論與技術(shù)，一方面充分發(fā)掘和利用植物抗逆基因資源，選育水稻抗逆品種，研發(fā)鹽堿地以稻治堿改土增糧技術(shù)。目前該試驗(yàn)站已成為植物抗逆種質(zhì)資源挖掘、利用和保育的高水平研究平臺(tái)，近年來在羊草頂級(jí)植被恢復(fù)技術(shù)創(chuàng)新方面也取得了重大進(jìn)展。
羊草是東北最優(yōu)質(zhì)的禾本科牧草，又名堿草，是松嫩草地的頂級(jí)植被，主要分布于我國(guó)松嫩平原及內(nèi)蒙古東部等地。羊草在自然環(huán)境中采取無性繁殖為主、有性繁殖為輔的生存策略，其根莖具有強(qiáng)大的無性繁殖能力和很強(qiáng)的耐堿能力，特別適合松嫩平原的氣候特點(diǎn)與鹽堿生態(tài)環(huán)境。“但由于長(zhǎng)期過度放牧，造成羊草退化嚴(yán)重，優(yōu)質(zhì)草地變成了重度鹽堿地，羊草恢復(fù)極為困難。”梁正偉說。
大安站通過多年研究，系統(tǒng)揭示了蘇打鹽堿地植被退化機(jī)制與恢復(fù)演替過程，闡明了過度放牧、高pH值土壤理化障礙、生物學(xué)限制、水分與養(yǎng)分脅迫是導(dǎo)致植被嚴(yán)重退化、初級(jí)生產(chǎn)力急劇下降的主導(dǎo)因子。大安站科研人員發(fā)現(xiàn)，羊草實(shí)生幼苗耐鹽堿閾值為pH9.1（中度鹽堿），天然羊草根莖苗耐鹽堿閾值高達(dá)pH10.5（重度鹽堿）以上，從而提出重度鹽堿地頂級(jí)植被跨越式恢復(fù)演替理論，發(fā)明了羊草頂級(jí)植被抗鹽堿移栽克隆恢復(fù)技術(shù)，成功解決了傳統(tǒng)直播無法將羊草種源直接導(dǎo)入重度鹽堿地的技術(shù)難題。應(yīng)用該技術(shù)體系可使羊草成活率由0提高到80%以上，每公頃產(chǎn)草量由治理前的0～0.5噸提高到2～3噸，實(shí)現(xiàn)3～5年（一般10～20年）快速恢復(fù)頂級(jí)植被的治理目標(biāo)。該成果榮獲2010年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
良田改造要先行
治理東北地區(qū)重度蘇打鹽堿地，良田是基礎(chǔ)，良種是關(guān)鍵，良法是手段，三者缺一不可。應(yīng)用改土增糧創(chuàng)新技術(shù)可使鹽堿地作物取得理想產(chǎn)量。
“如果這些蘇打鹽堿地能夠得到高效治理，不僅可以生長(zhǎng)優(yōu)質(zhì)牧草，也能生產(chǎn)糧食，那么對(duì)東北‘生態(tài)糧倉(cāng)’乃至全國(guó)糧食增產(chǎn)都將起到積極的推進(jìn)作用。”梁正偉說。
改良土壤，傳統(tǒng)的鹽堿地治理方法，一般采取翻耕、施肥旋耕、泡田洗鹽等常規(guī)方式，然而用大量的淡水“洗鹽”，對(duì)于重度蘇打鹽堿地的治理效果非常有限。梁正偉告訴記者，這種傳統(tǒng)方法最適合濱海鹽堿地或輕度蘇打鹽堿地。但對(duì)于東北中度及重度蘇打鹽堿地而言，單純的泡田洗鹽法，即使增加淋洗次數(shù)和時(shí)間，淋鹽效果也不理想。同時(shí)，還會(huì)浪費(fèi)大量寶貴的淡水資源，土壤中的養(yǎng)分也會(huì)大量白白流失，增加水體環(huán)境富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。
為此，梁正偉率領(lǐng)的大安站科研團(tuán)隊(duì)圍繞“重度蘇打鹽堿地有水也無法短期成功種稻”的重大難題，有針對(duì)性地提出了“以耕層改土治堿為基礎(chǔ)、以灌排洗鹽為支撐”的快速改良理論及技術(shù)路線，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，創(chuàng)建了重度鹽堿地物理化學(xué)同步快速改良技術(shù)，結(jié)合良種良法配套，成功實(shí)現(xiàn)了改土當(dāng)年即可使pH值為10.5的重度鹽堿地水稻產(chǎn)量達(dá)400 公斤/畝以上（不改土一般0~100 公斤/畝）的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了一次性改土治堿、多年可持續(xù)高效利用的鹽堿地增糧目標(biāo)。該成果榮獲2015年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
抗逆品種不可少
“以稻治堿離不開抗逆品種，因?yàn)橐粋€(gè)優(yōu)良的抗逆性品種往往比普通品種可增產(chǎn)30%以上。對(duì)于育種行業(yè)而言，有時(shí)候一個(gè)好品種的問世，甚至需要數(shù)十年。”水稻育種專家楊福研究員坦言。
大安站目前已收集、保存水稻種質(zhì)資源3000余份。每年配制雜交組合100~200個(gè)，現(xiàn)有高世代材料400余份。從2007年起，先后培育審定東稻1號(hào)、東稻2號(hào)、東稻3號(hào)、東稻4號(hào)等水稻新品種。
“雜交育種成敗的關(guān)鍵在親本選擇。我們選擇了吉林當(dāng)?shù)乜鼓嫘暂^強(qiáng)的‘農(nóng)大10號(hào)’作為母本，日本的優(yōu)質(zhì)米品種‘秋田小町’作為父本進(jìn)行雜交。”楊福介紹，“歷時(shí)16年，最終成功培育出耐鹽堿、高產(chǎn)的水稻新品種，我們將其命名為‘東稻4號(hào)’。”該品種集高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗、理想株型及廣適性于一體，2010年獲吉林省水稻新品種高產(chǎn)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)，創(chuàng)下吉林省畝產(chǎn)849.37公斤的歷史最高紀(jì)錄。東稻4號(hào)已成為吉林省中早熟至中熟的主推品種，2010~2014年累計(jì)推廣面積達(dá)530萬畝，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。2014年“超高產(chǎn)耐鹽堿水稻新品種東稻4號(hào)的育成與推廣”獲吉林省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。2005年以來大安堿地生態(tài)試驗(yàn)站團(tuán)隊(duì)先后榮獲吉林省生態(tài)省建設(shè)先進(jìn)集體，中國(guó)科學(xué)院科技促進(jìn)發(fā)展科技貢獻(xiàn)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)及中科院先進(jìn)集體等榮譽(yù)稱號(hào)。
“以稻治堿是實(shí)現(xiàn)鹽堿地資源高效利用的重要途徑，兼具恢復(fù)生態(tài)和發(fā)展經(jīng)濟(jì)的雙重作用。將荒蕪、廢棄的鹽堿地變?yōu)榱继铮蔀橛懈咝Ю脙r(jià)值的土地資源，讓中國(guó)人的飯碗牢牢地端在自己手中，這是我們的夢(mèng)想，也是我們最終想達(dá)到的目標(biāo)。”梁正偉以樸素的話語(yǔ)描述著大安站科學(xué)家的心聲。（王晨緋）
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