中科院封丘农业生态站:科技支撑中原粮仓稳产

通过对中国最大粮食生产基地黄淮海平原农田生态系统的长期监测和研究,中国科学院封丘农业生态实验站几代科研人员逐步探索出资源高效、环境友好、生产力持续提高的农田生产理论、技术和模式,为“中原粮仓”的黄淮海地区粮食持续稳定生产提供科技支撑,并为国家粮食安全建设提供决策依据。

“封丘模式”大幅提高粮食产量

作为中国黄河、淮河、海河、滦河冲积的大平原,黄淮海平原地势平坦,气候生产潜力高,历史上农耕发达,是中华文明主要发源地。但随着经济发展和人口增加,依靠自然生产力发展农业生产已不能满足社会需求,通过人工改造,构建新的生态系统提高生产力已成为迫切需求。

中科院南京土壤研究所研究员、中科院封丘农业生态实验站站长张佳宝介绍说,1954年,以熊毅和席成藩两位院士为代表的一支600多人的队伍奔赴黄淮海平原,对该地区土壤进行为期3年的全面调查,发现旱涝盐碱瘠薄是该地区生产力难以提升的主要原因。

从1963年开始,熊毅和席成藩带领大批科研人员在黄淮海平原中部腹地——河南省封丘县建立基地,研究水分、养分、盐碱运行规律,发明“井灌井排”控水控盐碱增产技术,并于1965年取得大面积示范成功。

上世纪80年代初,开发黄淮海提上国家议事日程,中科院封丘农业生态实验站以长期研究积累为依据,以“井灌井排”技术为核心,集成配套农艺、生态等技术,完成农业区域综合治理“封丘模式”开发,并在河南等地区大面积推广,粮食产量大幅提高。该成果作为“黄淮海区域综合治理”的一部分,上世纪90年代初获国家科技进步特等奖。

1983年,中科院封丘农业生态实验站在该院封丘盐碱良试验基地基础上正式建立,1992年成为“中国生态系统研究网络”重点站,2000年成为联合国“全球陆地观测系统”联网站,2006年成为科技部“河南封丘国家野外科学观测研究站”。

粮食持续生产须全面提升耕地地力

中国农田生态系统长期通过施用化肥维持粮食产量能否持续?中科院封丘农业生态站经过20多年的长期养分循环试验,并与其他地区的长期试验结果进行比较发现:在中国长江以南地区长期施用化肥不能持续,而淮河以北的北方地区,只要长期平衡施用化肥,能持续保持高产。

这不仅挑战了“长期施用化肥不能持续生产”科学神话,也为中国北方地区至今保持稳定的粮食生产能力提供了依据,还解释了中国由过去“南粮北调”转变成“北粮南运”的主要原因之一。

同时,中科院封丘农业生态站的研究指出:长期施用化肥对地力的贡献不大,还导致高产对大量施用化肥的长期依赖。这就为中国粮食生产能力的持续提升提出一个必须要解决的重大课题,就是要全面提升中国农田(耕地)地力,提高农田土壤对产量的贡献率。

张佳宝称,经过研究和试验示范,提升地力主要技术包括激发式秸秆还田培育地力技术、保护性耕作培育地力技术、养殖废弃物资源化回田提升技术等三个方面,中科院封丘农业生态站正在制定这三个技术规范。

激发式秸秆还田培育地力技术:针对机械化秸秆粉碎直接还田衍生出的一系列问题,研发配套包括改善播种质量的机械化精播匀播技术、病虫害爆发防治技术、精制有机肥激发式秸秆还田技术和行间掩埋式秸秆还田技术,通过集成形成一体化机械秸秆还田技术。

保护性耕作培育地力技术:以免耕播种技术、秸秆处理技术、深松技术、杂草及病虫害控制技术为核心,与先进机械及适宜模式集成,形成一体化的机械作业系统。试验表明,农田需要3年耕翻一次,产量与常规耕作无差异,但地力得到大幅度提升,并节省大量人工和机械动力。

养殖废弃物资源化回田提升技术:激发式秸秆还田需要大量的精制有机肥,而养殖废弃物的有机肥化是最主要来源,但采用传统堆腐技术耗时长劳动强度大,难以推广。中科院封丘农业生态站研发出特制的催腐反应系统和环保型催腐组剂,可在短时间内完成畜禽粪便无害化和腐解,还研制出相关设备,并都已在工厂实现规模化生产。

推广新一代中低产田治理技术

到2020年,国家新增500亿千克粮食生产能力的1/3有赖于黄淮海地区贡献,因此,挖掘黄淮海平原大面积中低产田生产潜力,已成为中国提升粮食产能的最主要战略之一。然而,随着农村劳动力的大量转移和农业生产方式向规模化、现代化转变,已有中低产田改造经验和技术已难以满足新形势需求。

针对新形势下中低产田改造所面临的技术难题,中科院封丘农业生态站以河南封丘为基地,在多年研究积累的基础上,又集成创新研发出新一代中低产田治理技术,即地力—产量双跨越技术,其通过土壤属因子消减和农田基础地力提升两方面技术突破,以及现代工程治理和以良种为中心的水肥高效技术配套,实现中低产田地力、产量双跨越和生产方式向现代化、规模化的转变,大幅提高中低产田的生产力、资源利用效率、经济效益和可持续性,为黄淮海粮食生产再创新高做出贡献。

2009年5月,中科院与河南省政府签署合作协议,在河南省5个县推广中科院封丘农业生态站集成创新的新一代中低产田治理技术,进行大面积均衡增产试验示范,经过3年推广取得重大效益。2012年,中科院与河南省政府决定在河南23个县市进行推广,以带动该省农业增产增效。

中科院封丘农业生态站科研人员将新一代中低产田治理和高标准农田建设工程技术标准概括为“五化”,即工程治理的机械作业标准化;灌排系统的井—渠—管网化;农田电力供应的电网化;农田基本信息的数字化;农田墒、旱、渍情监控和灌排的智能化。这“五化”在封丘当地推广应用效果显著,不仅能实现旱涝渍害长效防控和生态条件改善,而且能适应生产方式向高技术集成和现代化、规模化经营方式转变。

在科技支撑“中原粮仓”持续稳产的同时,中科院封丘农业生态站还根据当地土壤与地理条件,因地制宜研发推广经济作物种植技术,帮助农民致富,助力当地经济发展。该站联合中国药科大学,用10年时间开发药用植物金银花规范化种植技术,在封丘推广达1亿平方米,年增经济效益4.2亿;2007年,该站又联合多家研究机构开展树莓规范化种植技术研究,目前已在封丘规范化种植树莓667万平方米,预计很快扩大到约3333~4000万平方米。

中科院封丘农业生态站建站近50年来对黄淮海平原粮食增产稳产所作出的巨大贡献,与该站一代代科研人员的努力和奉献密不可分,中科院南京土壤所周凌云、赵炳梓两位研究员就是杰出代表。中科院封丘农业生态站副站长周凌云1983年大学毕业就被“发配”到位于贫困落后农村的“封丘站”,迄今已有29年,每年都要在封丘工作200天以上,足迹已踏遍封丘的每一块土地,当地6600多万平方米中低产田改造技术方案无一不出自他手。

作为一名女科研人员,赵炳梓当年被导师带到封丘实验站时泪流满面,也很后悔,但为了一个学位,她想坚持干3年。这一坚持至今就是22年,当她发现病毒在不同土壤中迁移规律后,寻找防止病毒污染地下水途径的钻研一发而不可收拾。她和站里同事共同研究的激发式秸秆还田技术,被农业部选为30项大力推广技术正在中国冬麦区推广应用。