廣袤無垠的黃河三角洲上，山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院黃河三角洲現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院試驗示范基地內(nèi)，有一片占地50畝、含鹽量為0.28%的鹽堿地。這是山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員萬書波團(tuán)隊的花生科研試驗田。
初冬時節(jié)，花生早已歸倉，草木已然凋零，只剩下零星的蘆葦在路邊搖曳。
5個月前，初夏時節(jié)，萬書波團(tuán)隊在這里播下一粒粒花生種子。種子發(fā)芽、生根、開花，結(jié)出累累碩果。2024年9月24日，經(jīng)過專家組現(xiàn)場實打驗收，花生畝產(chǎn)創(chuàng)新高：624.62公斤。
在黃三角鹽堿地上進(jìn)行的花生高產(chǎn)栽培技術(shù)試驗示范，萬書波團(tuán)隊櫛風(fēng)沐雨，已經(jīng)堅持了8個春秋。
集成新技術(shù)，篩選新品種
創(chuàng)建高產(chǎn)示范田
黃河三角洲有大片的鹽堿地，作為后備耕地資源，這里成為眾多農(nóng)業(yè)科研人員關(guān)注的熱點、聚集的地方。
2017年4月，萬書波研究員率領(lǐng)山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花生栽培與生理生態(tài)創(chuàng)新團(tuán)隊，進(jìn)駐黃三角農(nóng)高區(qū)鹽堿地。
他最初的想法是，在這里建立試驗示范田，長期定點開展科學(xué)研究，采用自己研發(fā)以及集成的栽培新技術(shù)，不斷創(chuàng)造鹽堿地花生高產(chǎn)紀(jì)錄，為擴(kuò)大鹽堿地花生種植面積、提高單產(chǎn)和總產(chǎn)提供技術(shù)儲備。
團(tuán)隊骨干、副研究員張佳蕾說，他們采用的花生高產(chǎn)核心技術(shù)是單粒精播。單粒精播，是為了緩解花生一穴兩株或多株的株間競爭效應(yīng)，萬書波研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊創(chuàng)立的新技術(shù)。他們通過精細(xì)選種、精確包衣、精致整地、精準(zhǔn)播種，實現(xiàn)一播全苗壯苗，穴距由16—18厘米優(yōu)化為10—12厘米，每畝用種量由雙粒穴播18000—20000粒調(diào)整為13000—15000粒，用種量減少20%以上。以往多點多次試驗證明，采用單粒精播技術(shù)，花生可提前封壟7—10天，晚收獲10—15天，促進(jìn)光合產(chǎn)物積累并向莢果運轉(zhuǎn)，增產(chǎn)10%以上。
在黃三角農(nóng)高區(qū)鹽堿地的試驗示范，除了單粒精播技術(shù)，還配套根域微地形優(yōu)化種植模式、全程可控施肥技術(shù)、微生物菌劑耦合技術(shù)、病蟲害綠色防控技術(shù)等。
試驗連續(xù)進(jìn)行了3年，期間技術(shù)不斷調(diào)整優(yōu)化。2022年，5畝田高產(chǎn)攻關(guān)實打驗收，花生畝產(chǎn)618.94公斤;2023年，機械化生產(chǎn)50畝方實打驗收，花生畝產(chǎn)578.12公斤。
2024年9月24日，由省內(nèi)作物栽培領(lǐng)域的專家組成的驗收組，走進(jìn)示范田，進(jìn)行實打驗收。經(jīng)過一番緊張工作，驗收組組長李向東教授最后宣布：這片鹽堿地花生單粒精播機械化生產(chǎn)50畝方，畝產(chǎn)624.62公斤，比周邊花生田產(chǎn)量翻了一番。
在采用栽培新技術(shù)的同時，萬書波還帶領(lǐng)團(tuán)隊通過試驗，篩選耐鹽堿的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)花生品種，為鹽堿地花生種質(zhì)資源創(chuàng)新及新品種選育等做準(zhǔn)備。試驗前，他們從吉林、河北、山東、河南、湖北、湖南、四川、廣東、廣西等地收集了87個花生品種，播種到鹽堿地里，觀察它們的耐鹽堿程度，測定產(chǎn)量。經(jīng)過幾年試驗和觀察，篩選出十余個適合鹽堿地的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)花生品種，為下一步鹽堿地良種良法配套打下基礎(chǔ)。
建設(shè)臺田，上糧下漁
試驗帶狀輪作+養(yǎng)殖模式
在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院黃河三角洲現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院試驗示范基地，還建有一片臺田，試驗示范上糧下漁高效模式。
所謂上糧下漁，是指采用工程措施，挖掘水塘構(gòu)建臺田，在臺田上種植多種有利于土壤培肥增碳的糧食作物，同時針對不同的鹽度和水型，在水塘中開展?jié)O業(yè)生產(chǎn)，養(yǎng)殖羅非魚、南美白對蝦、梭魚等。在鹽堿地上建臺田、采用上糧下漁模式的目的，一方面是通過臺田田面高于原地表，相對降低地下水位，減少地下咸水中的鹽分通過土壤毛管向地表輸送，達(dá)到改良土壤鹽堿程度的目的;另一方面利用臺田周邊的生態(tài)水域，收集、消納耕地沖洗出來的高濃度鹽堿水。
從2020年開始，萬書波帶領(lǐng)團(tuán)隊科研人員，在臺田上開展花生與玉米、谷子、油葵、高粱間作的長期定位試驗。他們研究鹽堿地臺田模式下，花生與不同作物帶狀種植，對水鹽運行的調(diào)節(jié)作用，探討不同種植制度下光熱水資源利用、農(nóng)田水鹽運移等生態(tài)過程與功能，分析花生與不同作物帶狀種植模式的生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益。
作為自生固氮作物，花生在生長過程中對氮素的需求量較小。以往的研究表明，臺田土壤的全氮含量要普遍低于大田土壤。這是由于臺田土壤經(jīng)水分的反復(fù)沖刷，在水淹與落干的交替過程中，連續(xù)的礦化與反硝化作用會導(dǎo)致土壤氮素大量流失。因此，在臺面上設(shè)置不同作物與花生間套作種植，在平衡農(nóng)作物對氮等養(yǎng)分資源爭奪的同時，還可進(jìn)一步促進(jìn)花生固氮能力的提高。
2024年，科研人員對多種花生帶狀種植模式進(jìn)行測產(chǎn)驗收后，發(fā)現(xiàn)：花生/玉米4：3模式(4行花生間作3行玉米，帶寬3.8米)產(chǎn)量效益最高，平均每畝產(chǎn)出玉米439.6公斤和花生103.8公斤�；ㄉ�/高粱4：4種植模式(4行花生間作4行高粱，帶寬4.3米)，間作高粱平均畝產(chǎn)201.0公斤，間作花生平均畝產(chǎn)121.7公斤。這與單種玉米或高粱相比，每畝增加收益600元以上、凈利潤300元以上。
添加微礦粉，改良鹽堿地
久久為功造良田
在鹽堿地里種植花生，是緩解我國糧油爭地矛盾，保障糧油生產(chǎn)安全的重要途徑。花生具有中等耐鹽堿特性，但土壤鹽漬化引發(fā)的作物離子失衡、滲透脅迫等也會影響花生正常生長發(fā)育，不利于花生產(chǎn)量品質(zhì)的提升。因此，有必要利用物理或栽培措施加快鹽堿地土壤改良利用進(jìn)程。目前，常見的改良措施，包括土地平整、深耕、松土、淡水淋洗、抬高地形等方法，雖有效果但存在見效時間長、每年均需進(jìn)行田間土壤改良操作甚至還會發(fā)生返鹽等問題，有必要探索新的鹽堿地土壤改良措施。
近年來，南方科技大學(xué)劉科院士團(tuán)隊利用微礦分離技術(shù)，將煤泥、中煤、煤矸石等低質(zhì)煤中的可燃和不可燃組分高效解離后獲得一種超細(xì)礦物顆粒，稱之為微礦粉。微礦粉含有多種中量、微量元素，其中鋁、鈣、鐵、硫含量達(dá)2%以上，鉀、鎂含量約為0.5%—1%。微礦粉還具有粒度細(xì)、比表面積較大、陽離子交換量高等優(yōu)點，是一種廉價易得的土壤結(jié)構(gòu)改良材料。
自2021年起，萬書波團(tuán)隊在黃河三角洲鹽堿地中，開展微礦粉墊層施用種植花生的定位試驗，以研究微礦粉對花生產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。
2021年花生種植前，他們首先依次把試驗田中的表土(俗稱熟土，約厚20厘米)、犁底層土(俗稱生土，約厚20厘米)挖除，放置到一側(cè)。然后，在土層深度40厘米處添加微礦粉，再回填犁底層土和表土。
添加微礦粉的厚度以多少為宜?科研人員作了三組設(shè)計，厚度分別為5厘米、10厘米和15厘米。之后，按照常規(guī)種植花生。試驗期間不需要再進(jìn)行微礦粉墊施。
定位試驗開展3年后，于2024年9月邀請專家對試驗示范田進(jìn)行測產(chǎn)驗收(稱取鮮果后，按折干率55%換算)，微礦粉墊層試驗示范田平均畝產(chǎn)花生337.6公斤，對照田平均畝產(chǎn)307.5公斤，試驗田比對照田增產(chǎn)9.8%。
同時，對在試驗田中收獲的花生籽仁進(jìn)行品質(zhì)測定，結(jié)果顯示，與對照組相比，蛋白質(zhì)含量在墊層厚度10厘米下降低15.5%，而脂肪含量在墊層厚度5、10、15厘米下分別提高5.4%、4.0%、4.8%，可產(chǎn)出更多花生油。
設(shè)計土培根窖試驗
探究根果協(xié)同生長機制
花生地上開花，地下結(jié)果。由于雌蕊授粉、下針之后，果實發(fā)育的過程都在土壤中進(jìn)行，正常情況下，人眼無法窺見其詳細(xì)過程，更不用說揭示其機理奧秘了。
萬書波團(tuán)隊設(shè)計了一個土培根窖試驗，試圖揭示花生有關(guān)生理過程的奧妙。根窖總共有14個，每個長、寬都是3.8米，高2.2米�？蒲腥藛T事先在根窖的土壤中埋設(shè)了若干個傳感器，通過探頭獲取土壤理化數(shù)據(jù)變化;在根窖玻璃窗周圍安裝高清攝像頭，對根系和果實發(fā)育情況實時監(jiān)控，并遠(yuǎn)程操作直接傳輸?shù)诫娔X中，以供后期分析使用。
團(tuán)隊成員高華鑫博士介紹，這項試驗的基本做法是，以花生/玉米間作體系的花生為研究對象，通過設(shè)置不同的氮供應(yīng)強度，重點研究低氮條件下花生莢果發(fā)育的重要時期(下針期、結(jié)莢初期、飽果期和成熟期)間作花生的根系分泌物特征變化、根際氮代謝相關(guān)微生物基因表達(dá)差異、根系形態(tài)結(jié)構(gòu)變化、根果氮分配模式差異。然后，將土壤氮養(yǎng)分周轉(zhuǎn)與植株根系發(fā)育和氮素在植株體內(nèi)的分配聯(lián)系起來，從土壤—微生物—植物三個層次，闡明花生/玉米間作體系低氮促進(jìn)花生根果氮利用的機制。
試驗的最終目的，在于闡明土壤氮代謝(硝化與反硝化作用)相關(guān)根系分泌物和微生物對土壤氮供應(yīng)能力的調(diào)控效應(yīng);明確與玉米間作條件下，花生根系形態(tài)指標(biāo)對根層氮供應(yīng)強度的響應(yīng)。
目前，這項試驗進(jìn)展順利。
遇暴雨襲擊，遭野兔啃苗
堅守陣地不退縮
回憶起來云淡風(fēng)輕，但做起來并不容易，團(tuán)隊不時遇到難以預(yù)料的困難。
在做添加微礦粉試驗時，挖表土、加墊層，要求嚴(yán)格按照設(shè)計進(jìn)行，馬虎不得，且動用土方工程量較大。團(tuán)隊的王建國博士、高華鑫博士盯在工地上，一連干了4天。
試驗田里，不同地塊土壤鹽分含量不勻，有些地方較高，導(dǎo)致播種之后難以出苗，出現(xiàn)斷壟現(xiàn)象，他們就及時補種。
最令人擔(dān)心的，是突然遭遇臺風(fēng)、暴雨襲擊。2024年8月26日，臺風(fēng)掠過黃三角，暴雨傾盆而下，當(dāng)?shù)亟涤炅科骄哌_(dá)194.7毫米。已經(jīng)進(jìn)入生長發(fā)育后期的花生試驗田全部被淹，如不及時排水，將導(dǎo)致花生減產(chǎn)甚至絕收。暴雨剛停，科研人員就立即調(diào)集人力向外排水。同時，緊急聯(lián)系無人機，開始噴藥，防治葉斑病、網(wǎng)斑病、莖腐病，噴葉面肥(磷酸二氫鉀)保葉。
這是天災(zāi)，雖然氣象臺預(yù)報了天氣情況，但人力無法阻擋，只能事后采取措施，及時補救。
有時，科研團(tuán)隊還會遇到一些意想不到的災(zāi)禍。2022年夏天，花生播種后不久就出苗了，本來綠油油一片，甚是喜人，可是過了幾天，意外出現(xiàn)了，有些地方的花生幼苗竟被野兔吃了。
無論面對突然而至的臺風(fēng)暴雨之類的天災(zāi)，還是科研過程中遇到的困難阻力，年逾花甲的萬書波都是目光堅定，坦然處之。他表示，科學(xué)研究探索的是未知的世界，困難在所難免，阻力隨處都有。作為科研人員，只有不斷克服困難、沖破阻力，甘坐冷板凳，久久為功，長期堅持，才能取得大進(jìn)步、作出大成果。走進(jìn)鹽堿地，扎根黃河三角洲，開展長期定位試驗，助力糧油產(chǎn)業(yè)發(fā)展，保障國家糧油安全，就是這樣一項艱苦但充滿成就感的事業(yè)。 |
