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破解負反饋 糧食增產有新招

破解負反饋 糧食增產有新招

來源:中國青年報    2025-08-11 15:01
來源: 中國青年報
2025-08-11 15:01 
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近日召開的國務院常務會議討論并原則通過《中華人民共和國耕地保護和質量提升法(草案)》。會議指出,堅持耕地數量、質量、生態一體保護,綜合施策持續恢復和提升耕地生態功能,確保永續利用。

這個消息讓中國農業大學教授、中國工程院院士張福鎖團隊很振奮。前不久,該團隊剛剛在《科學》雜志發表重要研究成果《調控植物-土壤反饋,推動農業可持續發展》,強調種地不能“頭疼醫頭,腳疼醫腳”,要把目光轉向土壤健康。

民以食為天,耕地是糧食生產的“命根子”。張福鎖在介紹課題研究背景時表示,團隊曾對華北平原小麥-玉米輪作體系長期定位試驗的105個數據點進行了數據統計測算,由于土壤問題,當前每公頃耕地存在約1.5噸的隱形糧食損失。

為何“丟了”這么多糧食?張福鎖表示,是由于“作物-土壤負反饋”。當前集約化農業生產不合理管理造成各種土壤健康問題,如壓實引起土壤結構變差,土壤化學性狀的變化包括土壤酸化、鹽漬化,土壤生物活力降低,生物群落失衡等,導致土壤內在效率下降,作物容易染病,對氣候變化的抵抗力下降等。他說:“一畝地100公斤的隱形產量損失,我們應該拿回來。”

中國農業大學副教授王光州和中國農業大學教授張俊伶告訴中青報·中青網記者,在這項研究中,團隊基于前期研究進展及科技小院16年來生產一線的實踐積累,結合團隊近年來在根際生命共同體理論研究方面的進展,將生態學研究中發展較快的“植物-土壤反饋”思想引入農田生態系統,提出了作物高產與土壤健康協同的系統化研究范式。

張俊伶和王光州指導的學生,在田間地頭的科技小院駐扎時,發現“改土”確實可以增產。

博士生欒冬冬2020年進入課題組時,在河北曲周的麥田里,看到大片即將灌漿成熟的麥子中,有不少麥穗提前枯白、干癟。“這是小麥患上了莖基腐病。”他說,這種由土傳病原真菌-鐮刀菌引起的病害,能夠侵染小麥莖基部,導致莖基部腐爛、植株早衰,甚至顆粒無收。不僅如此,這種病害還會產生有毒的脫氧雪腐鐮刀菌烯醇等,威脅糧食安全和人畜健康。

他說,研究顯示基腐病的病因有很多,具體到曲周這片土地,團隊分析,這里冬小麥和夏玉米收獲后大量秸稈還田,改變了土壤微生態環境,促進了有利于病原菌生長的微生物的富集,成為引發小麥莖基腐病的關鍵原因。

為了找到一種有益菌和病原菌進行斗爭,欒冬冬長期在田里、實驗室兩頭跑。去田里把患病的小麥樣品和土壤樣品取回,在實驗室里篩選土壤,分離出微生物。而后培養微生物、鑒定微生物,再將潛在的“對手”微生物和引發莖基腐病的病原菌進行功能拮抗試驗,驗證其是否發揮了抑制病原菌的作用,從而制備能夠抑制病原菌的有益菌劑。

在實驗室中尋找有益菌的過程雖然繁瑣,但和在酷暑里下地噴灑生防微生物菌劑比起來,卻還不算辛苦。欒冬冬說,同學們和老師經常是下午兩點就帶上菌劑,頂著火辣的日頭出門,在田里一直忙到晚上七八點。

經過4年的篩選與驗證,欒冬冬和團隊成員初步研制出了一種生防微生物菌劑。他說,團隊2024年在曲周建立了總面積近5畝、由16區塊組成的試驗田,田塊中應用生防微生物菌劑的結果令人欣喜:小麥莖基腐病發病率顯著下降,根際土壤中病原菌豐度下降超過25%,平均每畝小麥增產近17%。

和欒冬冬相似,博士生倪剛在山東東營的鹽堿地上種小麥和玉米,檢驗土壤中的微生物對作物的影響。

倪剛告訴中青報·中青網記者,他們從2021年開始,在山東東營的8畝地試驗田上,每年6月播種玉米,10月收獲,玉米收獲后再播種冬小麥,來年6月收獲。在這個輪作的過程中,他和同學們一起提取玉米、小麥根際的微生物進行研究,研制出有益于作物生長的微生物菌劑,并在大田試驗的基礎上驗證菌劑效果。

“上個月,我們剛收獲了微生物菌劑試驗的冬小麥。”倪剛說,目前,與不施加微生物菌劑的處理相比,施加微生物菌劑試驗田的冬小麥增產了約30%。

研究人員由此發現,土壤對于作物的影響遠比想象中大,而土壤健康似乎還沒有得到應有的重視。

張俊伶表示,當前以追求高產為目標的集約化農業過度依賴高產品種和外源投入,植物-土壤互作關系被削弱,造成系統負反饋作用加大,而正反饋作用減少,土壤退化嚴重,土壤健康現狀惡化。

張俊伶說,由于長期忽視土壤健康,在面對農業生產實際問題時多采用“快餐式”,“頭疼醫頭,腳疼醫腳”的片面解決方式,土壤生態系統失衡,土壤多功能性難以發揮,嚴重威脅耕地質量和農業綠色發展。因此團隊在此次研究中提出農業轉型要扎根大地,“低頭”關注土壤健康。

“不能光看一茬的產量,還要看長遠的整體效應;不能只管作物,還得看護好土壤。”張俊伶說,“我們希望大家從‘朝上看’,轉向‘朝下看’,要扎到土里去;希望大家不僅僅是看短期的作物產量,更要著眼于長遠的健康土壤培育。”

近些年,張福鎖在走訪全國各地的農田時,觀察到地方農業部門對“改土”的需求日益增長。研究團隊提出了未來農業科學研究的一些重點方向,他們希望構建作物高產與土壤健康協同提升的長效機制和管理策略,支撐農業系統的氣候韌性等。

中青報·中青網記者 張茜 實習生 劉璇來源:中國青年報

2025年08月11日 08版

【責任編輯:曹靜】
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