【国家奖】创新养分高效利用技术 保障农业绿色发展

 

　　近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所周卫研究员牵头完成的“主要粮食作物养分资源高效利用关键技术”成果荣获2020年国家科学技术进步二等奖。

 

　　我国以占全球9%的耕地，用去了世界1/3的化肥，但肥料利用率不足40%，低于发达国家10～20个百分点；有机资源中畜禽粪肥还田率不足一半，秸秆还田率仅为35%。大量养分通过不同途径损失，危害生态环境安全，导致水体富营养化，温室气体增排，土壤酸化，影响农民增产增收。为此，实行化肥减施增效，推进农业绿色发展已成为国家重要战略和重大行动。该成果以水稻、小麦、玉米等主要粮食作物为对象，以化肥减施增效为目标，在阐明作物养分需求特征基础上，创建基于产量反应与农学效率的推荐施肥新方法，创新有机肥、秸秆等养分资源高效利用关键技术，研创肥料新产品，集成主要粮食作物化肥减施增效技术模式，大幅度提高了养分资源效率、作物产量和综合效益，为国家化肥零增长行动和农业绿色发展战略作出了贡献。

 

 

　　针对我国施肥缺乏先进轻简的养分推荐方法，土壤氮素测试值与推荐量相关性差，以及小农户经营下不具备测土施肥条件的现状和问题，该成果以田间试验数据库为基础，阐明了玉米、小麦和水稻氮磷钾需求特征，建立了土壤养分供应、肥料农学效率与作物产量反应的量化关系，首次创建了基于产量反应和农学效率的推荐施肥新方法，研发了玉米、小麦和水稻推荐施肥养分专家系统（Nutrient Expert，简称NE），应用NE系统比习惯施肥平均减施氮磷分别达到27.5%和16.6%，氮肥和磷肥利用率分别提高11.5% 和6.3%。该方法解决了长期以来氮肥难以推荐的重大难题，实现了小农户不具备测试条件下的肥料推荐。该推荐施肥技术入选农业农村部主推技术。

 

　　创建了资源高效利用新技术

 

　　我国丰富的有机肥资源未能充分利用，每年产生10亿多吨农作物秸秆和38亿多吨畜禽粪便，但有效还田率不50%。畜禽有机肥供肥缓慢，秸秆还田碳氮比过高，微生物与作物争氮，导致减产；新型肥料尤其是微生物肥料应用于化肥减施增效的潜力尚未完全发挥。该成果率先揭示了有机肥施用能够恢复施用化肥所改变的土壤微生物群落结构，提出了旱地和水田有机肥对化肥氮素的适宜替代率分别为30%和20%；阐明秸秆分解的氮素调节机理，创建了水田秸秆粉碎翻埋/旱地灭茬还田结合氮素调控的高效还田技术；研制出基于固氮解磷功能菌的微生物肥料产品，突破了养分资源高效利用的关键瓶颈。

 

 

　　随着农业生产方式转变及机械化发展，对施肥技术配套提出了新需求，但综合解决方案不足。该成果系统集成NE系统推荐施肥、有机肥资源利用、秸秆高效还田、化肥机械深施等技术，结合应用创制的新型肥料产品，建立了玉米、小麦和水稻基于“NE 系统+”有机替代、“NE 系统+”秸秆还田、“NE系统+”养分增效技术模式，并规模化应用，在大面积上实现了作物平均增产5%～10%，减施化学氮肥10%～30%，减施化学磷肥10%～20%，氮肥利用率提高10～15 个百分点，研究成果在粮食主产区玉米、小麦和水稻上近三年共推广应用7990 万亩，增产粮食53.32 亿公斤，减施化肥氮磷养分41.32 万吨，增收节支122.86 亿元，新增纯收入108.03 亿元，社会经济效益巨大。

 

　　培养养分高效利用新团队

 

　　养分资源高效利用团队的历史可追溯到20世纪50年代，由我国著名农业化学家张乃凤研究员创立植物营养学科，后在刘更另院士、林葆研究员、金继运研究员等几代科学家带领下不断发展壮大。周卫师从林葆研究员，1995年获博士学位。1996年，周卫申请获批了国际科学基金和国家自然科学基金项目后，领衔组建了养分资源高效利用研究团队。依托于该团队，科技部养分资源高效利用重点领域创新团队于2015年获批，周卫为团队负责人。主要学术带头人包括周卫研究员、何萍研究员、艾超副研究员。团队以养分资源高效利用为核心，经过25年的不懈努力，先后主持荣获国家科技进步奖二等奖3项，省部级一等奖两项；获授权发明专利21项，发表论文229篇（含SCI收录126篇），成果整体达到国际领先水平。

 

　　站在新起点，团队未来发展规划是，针对我国中低产田面积大、肥料利用率低的问题，继续以养分资源高效利用为核心，从养分循环机理、养分推荐方法、养分利用技术等三个方面进行深入研究。力争在养分循环分子生态研究方面保持在国际前沿，在农田养分协同优化原理与方法研究方面起引领作用，在养分高效利用技术与产品方面服务于国家战略需求；培养和造就一支有重大国际影响力的一流创新团队。