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中低產田抗旱和防御隱形災害技術
國內基于作物高效利用雨水和灌溉水的機制,發展了降水保蓄和灌溉水高效利用的統籌方法,研發了不同區域節水抗旱品種、覆膜集雨保墑和秸稈還田培肥聚墑技術,形成了“集、蓄、保、提”旱地農業豐產節水技術體系、集雨補灌技術、分根交替灌溉和調虧灌溉技術、水肥耦合技術、化學制劑應用技術、水肥一體化微灌節水技術;通過集成農藝和工程節水技術,實現了生物和化學節水、以水調水促肥、提高降水和灌溉水利用效率的目標。在挖掘中低產田弱水資源利用特別是咸水和微咸水利用方面,研發了基于土壤-水-鹽-作物相互關系的微咸水補灌制度,基于咸水結冰凍融咸淡水分離原理建立了冬季咸水結冰灌溉改良鹽堿地技術;利用咸水直灌技術配套“淡化肥沃層”和“兩相耕作抑鹽”等理論技術,集成了黃淮海中低產區鹽堿地綜合治理模式。針對不同中低產耕地分布區的隱形災害類型,通過實施土壤培肥以及控溫調水綜合管理措施,調整作物品種體系和輪作體系,輔助農業災害保險服務和中低產田改造扶持政策,提升耕地抵御農業隱形災害的能力。
適生耐逆品種選育和微生物-作物互作
國內針對障礙土壤研發了成熟的特色先鋒作物選育及配套栽培技術,開發了耐鹽大麥、燕麥、雜交油葵、地膜棉花、苜蓿、羊草、甜高粱、芒草和柳枝稷等先鋒作物體系,針對海蓬子、鹽地堿蓬、堿蓬、鹽角草和二色補血草等特色經濟植物開展了種質資源調查、引種馴化和應用。特別是近年發現“海稻?86”等高耐鹽資源可以在含鹽量達?0.5%—0.6%?的濱海鹽堿地中生長,但需要加強對基因組分析揭示其高耐鹽機理,加強基因克隆和編輯育種技術的應用。同時,國內在植物-微生物互作方面的研究也有突破,發現脂肪酸是植物傳遞給菌根真菌的主要碳源形式,通過降低植物脂肪酸的合成,能夠有效抑制白粉病病原真菌的致病性;通過改進高通量微生物培養技術,從擬南芥中分離出近?8?000?個細菌,覆蓋了?64%?的根系微生物種類,并建立了人工重組微生物群體(SynCom)的實驗體系。國內對植物-微生物共生的研究傳統上主要關注微生物本身,需要加強對植物宿主-微生物互作分子機制的研究,特別需要研究如何利用這種互作機制增加作物對障礙土壤的耐逆適生性。
目前,針對不同類型耕地的保育和改良,需要完善國家耕地質量、土壤環境基準與標準體系,查明耕地質量演變和土壤污染分布,研究地力培育與水肥資源利用的關聯機制,闡明土壤障礙和污染對耕地地力提升和作物適應性影響,發展綠色土壤生物修復技術體系,提出多水資源綜合利用技術和抵御隱形災害技術體系,發掘植物耐逆、抗逆功能基因和適生植物資源優勢,建立中低產田產能綜合提升模式,研發配套機械、改良劑和肥料產品,為實現“藏糧于地、藏糧于技”的目標提供基礎理論和技術支撐。
實施“藏糧于地、藏糧于技”戰略提升我國耕地質量的途徑問題
“藏糧于地”核心是“地”,關鍵是“藏”,需要利用農業技術措施不斷提升耕地質量,這也是“藏糧于技”的基本含義。在我國耕地數量剛性減少,糧食需求不斷增加的前提下,基礎地力的提升對保證糧食的高產穩產,縮減產量差和可持續生產具有重要的作用,是確保“藏糧于地、藏糧于技”戰略實施的有效途徑。在開展全國土壤資源普查的基礎上,需要整合現有土地,按照土地平整、集中連片、土壤肥沃、水利設施、農電配套、高產穩產、生態良好、抗災能力強的耕地綜合利用目標,與現代農業生產和經營方式相適應的統一標準,優化布局,統籌建設,初步形成了一套不同區域和不同耕地質量的保護措施與地力提升的技術模式。
高產田的穩產保育
數據統計,在我國的20億畝耕地中,只有?4?億畝能夠達到高產農田生產能力的要求,集中分布在平原以及灌溉水平較高的綠洲區,此類耕地基礎地力較高,生產穩定性好。雖然高產田基本不存在限制農業生產的障礙因素,但仍需持續實行耕地保育措施,強化耕地資源的保護利用。因地制宜地加強建立耕地用途監測監管平臺,實施耕地質量監測、測土配方施肥、有機質提升技術(休耕輪作、秸稈還田等),完善農田水利建設工程,提高農電配套設施,實施現代化播種耕作技術及基本信息數字化技術等。實現使用與養護相結合的方式開展農業生產,保證足夠數量的高產田耕地面積尤其是將優質耕地永久保護起來,并鞏固提升農田的“藏糧”能力。實現?2016?年中央一號文件提出的“到?2020?年確保建成?0.53?億公頃、力爭建成?0.67?億公頃集中連片、旱澇保收、穩產高產、生態友好的高標準農田”的目標。
中低產田的地力提升
中低產田是我國重要的耕地資源,具有很大的增產潛力,占耕地面積的?70%?左右。改良和提升中低產田的土壤地力是“藏糧于地”戰略實施的重要保障,對我國糧食產量和安全及農業可持續發展起到積極推動作用。2008?年?11月發布的《國家糧食安全中長期規劃綱要(2008—2020?年)》中提出要加快中低產田改造,力爭到?2020?年中低產田所占比重降低到?50%?左右。
中低產田改良過程中,需要遵循改良、使用和養護相結合的方式,依靠土壤地力定向培育理論,構建土壤障礙消減和地力提升的核心技術體系。我國中低產田形成的主要障礙因素包括:耕層變淺、干旱缺水、瘠薄、坡耕地、鹽堿、風沙、漬澇、酸化及污染嚴重等。科學認知土壤障礙形成過程及消減原理,對于中低產田改良具有重要的指導意義。通過土壤改良和農業增產相結合的工程措施與耕作培肥等技術相配套的綜合措施,加深耕作層、改善土壤結構、提高養分含量和保水保肥能力、促進生物功能等,從而提升土壤地力。
我國中低產田特點是:種類較多,分布廣泛,構成復雜,土壤類型多樣,區域分布差異較大。因此,進行改造的任務和重點不同,所需的改良和提升技術也有所不同(圖?2)。
(1)東北黑土區。該地區是我國中低產田分布最集中的地區之一,由于高強度利用、重用輕養、土壤侵蝕等原因,導致黑土地土層變薄、有機質含量下降、土壤退化嚴重。需要加快實施黑土地保護策略規劃,通過用養結合,水土流失防治,改良培肥等措施,保護黑土地資源。
(2)華北區。該地區中低產田分布較廣,耕層變淺,土壤蓄水保肥能力下降,水利設施和降水條件成為耕地產能的制約性因素。應改善現有農田水利設施,發展節水灌溉技術,實現耕地資源的質量保護;此外,應重點改善耕層結構,提高耕層質量。
(3)長江中下游及南方地區。自然條件優越,是我國熱量資源和水資源最豐富的地區,但也是中產田分布較多的地區。近年來,我國南方地區土壤酸化日益加劇,污染嚴重。重點在于治酸控污,制定土壤酸化和污染治理與修復規劃,開展治理與修復工程及示范;土地治理過程中應注意改造低產坡耕地或退耕恢復植被。
(4)西北和黃土高原干旱區。該地區氣候變化劇烈,降水稀少以及土地不合理利用,導致干旱缺水,耕地退化和次生鹽漬化嚴重,依靠農業灌溉程度高。注重水資源優化調配,大力發展節水農業以及退耕還林還草,治理水土流失,防治次生鹽漬化,改善生態環境。
(5)青藏高原區。由于海拔高,年平均氣溫較低,干燥缺水,生態脆弱,不利于農業生產。應以保護和改善區域生態環境為主要方向,結合自然地理和氣候環境條件采取合理的改良措施,開展高原特色生態農田建設,恢復植被,減少水土流失,有效治理土地沙化現象,全面提升其生態服務功能。
在中低產田地力改良過程中,一些現實的意義不可忽視。例如,中產田的增產潛力、增產效益均比低產田高,改造費用也相對低廉,因此在中低產田的改良過程中應以改造中產田為主攻對象,在條件允許的情況下有計劃地改良低產田。我國西北干旱區、黃土高原區、青藏高原區由于自然條件的限制,生態環境脆弱、基礎地力差、耕地退化嚴重,使得這些區域低產田改良難度較大,需要投入更大的人力、物力和財力。基于我國當前的經濟實力,很難在這些地區實施大范圍的中低產田改良。