進入新世紀，確保口糧安全已成為重要國家戰略。南方水稻常年植稻面積3.76億畝，占全國水稻總面積的82.7%，其中低產水稻土約占1/3。長期以來，低產水稻土的障礙因素不明、改良技術和產品缺乏、綜合配套模式不足已成為制約稻田地力提升的關鍵瓶頸。
中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所周衛團隊以5大典型低產水稻土為研究對象，以破解低產障礙為目標，以“闡明低產障礙—創新改良技術—研創改良產品—集成改良模式”為研究主線，通過十余年系統研究，全面構建了南方低產水稻土改良與地力提升技術體系，大幅度提升了低產水稻土的肥力水平、產量與綜合效益。其成果“南方低產水稻土改良與地力提升關鍵技術”獲2016年國家科技進步獎二等獎。近日，《中國科學報》記者對其進行了專訪。
創建生物肥力指標
我國是世界上的水稻生產大國。水稻種植多集中在南方，即長江中下游、西南、華南三大稻區。“高產水稻土是水、肥、氣、熱相協調的土壤。而低產土壤由于存在著種種障礙因素，導致水稻產量比較低。南方低產水稻土主要有黃泥田、白土、潛育化水稻土、反酸田/酸性田、冷泥田等5大低產類型。”周衛向記者介紹。
周衛介紹，黃泥田特點是“瘦”，其熟化度低，有機質缺乏；白土特點是“板”，其漂洗嚴重，淀漿板結，耕層較淺，砂多黏少；潛育化水稻土特點是“爛”，其深水久灌，土壤長期處于還原物質毒害狀態；反酸田/酸性田特點是“酸”，其酸度強、全硫，H+和Al3+含量高，微生物活性差；冷泥田特點是“冷”，其水多漬害、土溫低。
當多數人還在關注土壤的物理、化學性質時，周衛領銜的科研團隊已開始研究土壤的生物指標，并建立了5種類型低產水稻土質量評價的最小數據集。
黃泥田質量評價的最小數據集為全氮、速效鉀、有效硅、微生物量碳和叢枝菌根真菌（AMF），低產水稻土質量指數為0.50；白土為全氮、有機質、pH、脫氫酶和AMF，低產水稻土質量指數為0.50；潛育化水稻土為速效鉀、微生物量碳、β-葡萄糖苷酶、總細菌和AMF，低產水稻土質量指數為0.50；反酸田/酸性田為全氮、pH、有效硅、有效鋅和微生物量碳，低產水稻土質量指數為0.60；冷泥田為全氮、有效磷、酸性磷酸酶、總細菌和AMF，低產水稻土質量指數為0.43。
團隊研明了低產水稻土資源狀況及養分特征，發展了低產水稻土質量評價新方法，首次建立了涵蓋生物肥力指標的質量評價指標體系，突破了長期以來南方水稻土低產障礙不明的關鍵瓶頸。
“5種類型低產水稻土的劃定將對低產水稻土的定性描述推向定量表征，由理化描述推向生物表征，深化了對低產田障礙因素的認識。該評價方法對其他低產土壤的評價也具有重要借鑒和引領作用。”周衛表示。
藏糧于地 藏糧于技
“我們的基本思路是闡明障礙因素—創新改良技術—研創改良產品—集成改良模式。”周衛表示。歷時十余年系統研究，團隊全面構建了低產水稻土改良與地力提升技術體系，即黃泥田改良的有機熟化技術、白土改良的厚沃耕層技術、潛育化水稻土改良的排水氧化技術、反酸田/酸性田改良的酸性消減技術、冷泥田改良的廂壟除障技術。
具體來說，針對湖北、浙江等地黃泥田，采用種植綠肥紫云英，或基施精制有機肥、畜禽糞肥，或秸稈還田熟化土壤。針對安徽、江蘇等地白土，采用深翻犁逐年加深耕層使表層粉砂與底層黏土充分摻和，并在深翻前配施腐熟的有機肥或秸稈還田。
湖南、江西等地湖區稻田深水久灌，處于還原狀態，采用水稻移栽前開排水溝，或壟作配施過氧化鈣。針對廣東、福建等地反酸田/酸性田，水稻移栽前強化灌排洗酸2次，或施用生物有機肥，或施用酸性硫酸鹽土壤改良劑調節酸度。針對四川、重慶、浙江等地冷泥田，水稻移栽前開廂或起壟，收獲后原壟連續壟作，或采用覆膜旱作栽培，或施用改良劑生物碳或硅鈣肥。
除了白土改良需三年見效外，其他改良當年便可見效，三年效果更佳。比如，黃泥田有機熟化下，湖北雙季稻增產10.7%~24.9%，浙江增產9.5%~12.1%；連續3年熟化下，土壤總有機碳增加16%~21%，平均增加18%。
周衛告訴記者，“改土與施肥是分不開的。”在創新低產水稻土改良與地力提升關鍵技術的同時，團隊也研創了低產水稻土改良與地力提升新產品，如用于低產水稻土改良的高效秸稈腐熟菌劑、精制有機肥、生物有機肥、反酸田改良劑以及水稻專用肥等。
“黃泥田改良常采用畜禽糞肥，直接施用易于燒苗，且難以運輸。我們團隊發明了生物濾塔除臭技術，利用畜禽糞肥研發出精制有機肥，其腐熟程度高，養分釋放快。該肥料比等養分的畜禽糞肥水稻增產6.0%~8.5%。”周衛舉例道。
在此基礎上，團隊集成了土壤改良、高效施肥、水分管理、適宜品種選擇等技術，形成了不同類型低產水稻土改良與地力提升技術模式，并實現了大規模應用。
經濟生態雙贏
應用低產水稻土改良與地力提升技術集成模式，低產水稻土障礙因素得以消除，農田地力至少提升了一個等級。數據顯示，黃泥田有機碳增加18%，白土表層黏粒含量增加1倍，反酸田/酸性田pH值提高1.0~1.7個單位，潛育化水稻土和冷泥田還原物質降低40%~60%。
提高土壤肥力的同時，保護生態環境也很重要。高效秸稈腐熟菌劑的研發將秸稈腐解時間從40天縮短至14~18天，既提高了效率，又促進了秸稈還田技術推廣，減少了秸稈焚燒，具有重大生態環境效益。
團隊利用規模化養殖畜禽糞肥生產精制有機肥和生物有機肥技術，則有效減少了畜禽糞肥面源污染。
在產量上，大幅度提高了單位面積水稻產量，水稻平均增產超過100千克/畝。“對于保障國家糧食安全、促進農民增產增收意義重大。”周衛告訴《中國科學報》記者，“經濟效益除了體現在提高水稻單產上外，還體現在充分利用有機肥和秸稈資源，節約化肥，降低農業生產成本等方面。”
團隊成果通過“試驗示范+科技專業戶+農戶”模式或以秸稈腐熟劑、精制有機肥、生物有機肥、酸性改良劑、低產田專用肥等物化形式推廣應用，已在南方11個省區市規模化應用，近3年累計示范推廣5730萬畝，技術覆蓋率達51.5%，技術產投比達7:1，經濟社會生態效益巨大。
在推動學科發展、引領科技創新方面，周衛表示，“僅就涵蓋生物肥力指標的質量評價指標體系而言，研究成果獲得了國際同行的高度認可，推動了土壤學科發展，也增強了國際影響力和競爭力。”
團隊全面構建了南方低產水稻土改良與地力提升技術體系，獲授權發明專利10項，軟件著作權2項；發表研究論文173篇，其中SCI論文60篇，出版專著1部。
“我們的成果為我國水稻產業發展提供了有力支撐，我們的研究方法和思路對其他低產土壤的改良也具有重要借鑒和引領作用。”周衛說。
《中國科學報》 (2017-01-25 第6版 科研)
中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所周衛團隊以5大典型低產水稻土為研究對象，以破解低產障礙為目標，以“闡明低產障礙—創新改良技術—研創改良產品—集成改良模式”為研究主線，通過十余年系統研究，全面構建了南方低產水稻土改良與地力提升技術體系，大幅度提升了低產水稻土的肥力水平、產量與綜合效益。其成果“南方低產水稻土改良與地力提升關鍵技術”獲2016年國家科技進步獎二等獎。近日，《中國科學報》記者對其進行了專訪。
創建生物肥力指標
我國是世界上的水稻生產大國。水稻種植多集中在南方，即長江中下游、西南、華南三大稻區。“高產水稻土是水、肥、氣、熱相協調的土壤。而低產土壤由于存在著種種障礙因素，導致水稻產量比較低。南方低產水稻土主要有黃泥田、白土、潛育化水稻土、反酸田/酸性田、冷泥田等5大低產類型。”周衛向記者介紹。
周衛介紹，黃泥田特點是“瘦”，其熟化度低，有機質缺乏；白土特點是“板”，其漂洗嚴重，淀漿板結，耕層較淺，砂多黏少；潛育化水稻土特點是“爛”，其深水久灌，土壤長期處于還原物質毒害狀態；反酸田/酸性田特點是“酸”，其酸度強、全硫，H+和Al3+含量高，微生物活性差；冷泥田特點是“冷”，其水多漬害、土溫低。
當多數人還在關注土壤的物理、化學性質時，周衛領銜的科研團隊已開始研究土壤的生物指標，并建立了5種類型低產水稻土質量評價的最小數據集。
黃泥田質量評價的最小數據集為全氮、速效鉀、有效硅、微生物量碳和叢枝菌根真菌（AMF），低產水稻土質量指數為0.50；白土為全氮、有機質、pH、脫氫酶和AMF，低產水稻土質量指數為0.50；潛育化水稻土為速效鉀、微生物量碳、β-葡萄糖苷酶、總細菌和AMF，低產水稻土質量指數為0.50；反酸田/酸性田為全氮、pH、有效硅、有效鋅和微生物量碳，低產水稻土質量指數為0.60；冷泥田為全氮、有效磷、酸性磷酸酶、總細菌和AMF，低產水稻土質量指數為0.43。
團隊研明了低產水稻土資源狀況及養分特征，發展了低產水稻土質量評價新方法，首次建立了涵蓋生物肥力指標的質量評價指標體系，突破了長期以來南方水稻土低產障礙不明的關鍵瓶頸。
“5種類型低產水稻土的劃定將對低產水稻土的定性描述推向定量表征，由理化描述推向生物表征，深化了對低產田障礙因素的認識。該評價方法對其他低產土壤的評價也具有重要借鑒和引領作用。”周衛表示。
藏糧于地 藏糧于技
“我們的基本思路是闡明障礙因素—創新改良技術—研創改良產品—集成改良模式。”周衛表示。歷時十余年系統研究，團隊全面構建了低產水稻土改良與地力提升技術體系，即黃泥田改良的有機熟化技術、白土改良的厚沃耕層技術、潛育化水稻土改良的排水氧化技術、反酸田/酸性田改良的酸性消減技術、冷泥田改良的廂壟除障技術。
具體來說，針對湖北、浙江等地黃泥田，采用種植綠肥紫云英，或基施精制有機肥、畜禽糞肥，或秸稈還田熟化土壤。針對安徽、江蘇等地白土，采用深翻犁逐年加深耕層使表層粉砂與底層黏土充分摻和，并在深翻前配施腐熟的有機肥或秸稈還田。
湖南、江西等地湖區稻田深水久灌，處于還原狀態，采用水稻移栽前開排水溝，或壟作配施過氧化鈣。針對廣東、福建等地反酸田/酸性田，水稻移栽前強化灌排洗酸2次，或施用生物有機肥，或施用酸性硫酸鹽土壤改良劑調節酸度。針對四川、重慶、浙江等地冷泥田，水稻移栽前開廂或起壟，收獲后原壟連續壟作，或采用覆膜旱作栽培，或施用改良劑生物碳或硅鈣肥。
除了白土改良需三年見效外，其他改良當年便可見效，三年效果更佳。比如，黃泥田有機熟化下，湖北雙季稻增產10.7%~24.9%，浙江增產9.5%~12.1%；連續3年熟化下，土壤總有機碳增加16%~21%，平均增加18%。
周衛告訴記者，“改土與施肥是分不開的。”在創新低產水稻土改良與地力提升關鍵技術的同時，團隊也研創了低產水稻土改良與地力提升新產品，如用于低產水稻土改良的高效秸稈腐熟菌劑、精制有機肥、生物有機肥、反酸田改良劑以及水稻專用肥等。
“黃泥田改良常采用畜禽糞肥，直接施用易于燒苗，且難以運輸。我們團隊發明了生物濾塔除臭技術，利用畜禽糞肥研發出精制有機肥，其腐熟程度高，養分釋放快。該肥料比等養分的畜禽糞肥水稻增產6.0%~8.5%。”周衛舉例道。
在此基礎上，團隊集成了土壤改良、高效施肥、水分管理、適宜品種選擇等技術，形成了不同類型低產水稻土改良與地力提升技術模式，并實現了大規模應用。
經濟生態雙贏
應用低產水稻土改良與地力提升技術集成模式，低產水稻土障礙因素得以消除，農田地力至少提升了一個等級。數據顯示，黃泥田有機碳增加18%，白土表層黏粒含量增加1倍，反酸田/酸性田pH值提高1.0~1.7個單位，潛育化水稻土和冷泥田還原物質降低40%~60%。
提高土壤肥力的同時，保護生態環境也很重要。高效秸稈腐熟菌劑的研發將秸稈腐解時間從40天縮短至14~18天，既提高了效率，又促進了秸稈還田技術推廣，減少了秸稈焚燒，具有重大生態環境效益。
團隊利用規模化養殖畜禽糞肥生產精制有機肥和生物有機肥技術，則有效減少了畜禽糞肥面源污染。
在產量上，大幅度提高了單位面積水稻產量，水稻平均增產超過100千克/畝。“對于保障國家糧食安全、促進農民增產增收意義重大。”周衛告訴《中國科學報》記者，“經濟效益除了體現在提高水稻單產上外，還體現在充分利用有機肥和秸稈資源，節約化肥，降低農業生產成本等方面。”
團隊成果通過“試驗示范+科技專業戶+農戶”模式或以秸稈腐熟劑、精制有機肥、生物有機肥、酸性改良劑、低產田專用肥等物化形式推廣應用，已在南方11個省區市規模化應用，近3年累計示范推廣5730萬畝，技術覆蓋率達51.5%，技術產投比達7:1，經濟社會生態效益巨大。
在推動學科發展、引領科技創新方面，周衛表示，“僅就涵蓋生物肥力指標的質量評價指標體系而言，研究成果獲得了國際同行的高度認可，推動了土壤學科發展，也增強了國際影響力和競爭力。”
團隊全面構建了南方低產水稻土改良與地力提升技術體系，獲授權發明專利10項，軟件著作權2項；發表研究論文173篇，其中SCI論文60篇，出版專著1部。
“我們的成果為我國水稻產業發展提供了有力支撐，我們的研究方法和思路對其他低產土壤的改良也具有重要借鑒和引領作用。”周衛說。
《中國科學報》 (2017-01-25 第6版 科研)
