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[农民日报] 艾超:深耕培肥研究让土壤更健康

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  “庄稼一枝花,全靠肥当家”。肥料是粮食的“粮食”,土壤养分的丰缺对粮食作物生长发育、产量及质量有巨大影响。如何科学培肥地力、提高养分资源利用效率是关系到耕地健康和粮食安全的重大科技难题。中国农业科学院农业资源与农业区划研究所植物营养创新团队青年助理首席艾超副研究员紧紧围绕耕地肥力这个“要害”,在土壤培肥与养分循环机理方面开展了系统研究,作为主要参与人完成的“主要粮食作物养分资源高效利用关键技术”,大幅提高了养分资源效率、作物产量和综合效益,为落实国家“藏粮于地”战略提供了重要科技支撑。 

  艾超从小生长在湖南农村,亲身看见了周边农村和农业的巨大变化。2005年,他来到河北农业大学农业资源与环境专业,正式开启了农学生涯。通过系统的专业课学习,艾超逐渐意识到,化肥是保障全球粮食安全的基石,但同时它又是一把双刃剑,不合理施用会带来很多负面问题。如何合理施用化肥将成为今后农业发展的关键问题,这将是大有可为的领域。2009年,艾超进入中国农业科学院攻读博士学位并留院工作。

 

  艾超工作照

  

  谈起从事农业科研的初心,艾超深情地回忆道:我老家屋后面有小河,小时候是那么清澈透明,经常在那里钓鱼。大学毕业回去再看时,已经全变成了浑浊的绿水,再后来,就变成了一条无人问津的臭水沟。我深知这条河流演变的内在原因,那就是化肥过量施用所引起的水体富营养化。我有一些愧疚,因为所学的知识没能拯救这条小小的河流。全中国可能还有很多这样的小河,如果我们还不行动起来,那些曾经美好的风景终将消失在我们面前。这些是乡村振兴中亟待解决的问题,也是我们农业科技工作者的主战场。

  我国化肥不合理施用情况严重,单位耕地面积化肥用量是世界平均水平的3倍,是欧美国家的2.5倍,肥料利用率远低于发达国家。过量施用的化肥并不能完全被作物吸收利用,大量剩余养分进入了环境,引起系列的环境问题,如水体富营养化、温室效应、土壤酸化、土壤生物多样性降低等问题。针对我国化肥过量施用,而畜禽粪肥/秸秆等有机养分资源未充分利用这一突出问题,艾超把科研方向锁定了“有机肥部分替代化肥条件下土壤养分转化的微生物学机理”。

  我国农作物秸秆资源量每年达7.2亿吨,所含氮磷钾养分量高达1980万吨,主要畜禽粪尿资源量每年达23.2亿吨,所含氮磷钾养分量达3014万吨。然而,这样一个巨大的肥料“宝库”没有被充分的利用。艾超告诉记者:当前,我国农田秸秆直接还田和有机肥还田不到50%,大量秸秆或畜禽粪肥被随意丢弃或不合理处理,造成大量养分资源浪费和系列环境污染问题。当前制约我国有机养分资源高效利用的关键瓶颈之一是有机养分循环过程和生物有效性不明,导致肥效不稳定。艾超参与完成的“主要粮食作物养分资源高效利用关键技术”,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,构建了作物高效内生固氮复合菌系,阐明了潮土秸秆分解的氮素调节机理。相关技术在我国7省推广应用,大幅提高了肥料养分利用效率、作物产量和综合效益,并荣获2020年度国家科学技术进步二等奖。

  农业科研就像在黑暗中摸索前进的道路,过程漫长而艰辛。回想起科研之路的点点滴滴,艾超说:“诚者,天之道也;思诚者,人之道也。科研需要辛苦的付出,但每一分辛苦都没有白费,一次次实验数据的积累为科研顺利开展的奠定了良好基础。”在秸秆分解微生物学机理研究中,如何获得高丰度同位素标记秸秆样本是困扰很多实验室的难题。当时主要样本从国外购买,价格十分昂贵,使得大规模试验成本巨大。通过前期大量的密闭环境植物生长试验,科研团队研究设计了“一种培养高丰度同位素碳、氮双标记植物样品的循环系统”,能够低成本制备13C和15N丰度大于95%的秸秆材料,获得了相关专利,为后续大规模秸秆机理研究奠定了很好的基础。2017年,在中国科协青年托举人才工程项目的支持下,开展了“我国不同土壤类型秸秆分解的微生物学过程与调控机理”相关研究。艾超带领学生走在大江南北的农田里,从最北端的漠河采土一直到最南端的三亚,与当地农户交流,采集和分析大量样品,通过大尺度田间土壤样品采集,分析秸秆还田条件下不同土壤类型微生物群落响应机制的异同,阐明不同区域秸秆分解的“通用型核心微生物区系”和“地域型核心微生物区系”群落组成和生态功能,揭示外源秸秆腐解菌株与土著微生物的互作关系,为秸秆资源高效利用提供重要理论依据和技术支撑。

  作为一个“80后”科研工作者,艾超与他的学生亦师亦友。学生试验进程受阻时,他会亲自参与到试验中去,传授试验过程中的关键技巧,他希望带领学生们快乐科研,把科研当成一份爱好、有兴趣的工作来做。

  面向农业绿色发展和乡村振兴战略国家重大需求,艾超表示,将继续在肥料养分资源高效利用的研究科研道路上脚踏实地,深耕易耨,让土壤更健康,让粮食更安全。

  

(单位:中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 )
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