进入新世纪，确保口粮安全已成为重要国家战略。南方水稻常年植稻面积3.76亿亩，占全国水稻总面积的82.7%，其中低产水稻土约占1/3。长期以来，低产水稻土的障碍因素不明、改良技术和产品缺乏、综合配套模式不足已成为制约稻田地力提升的关键瓶颈。
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所周卫团队以5大典型低产水稻土为研究对象，以破解低产障碍为目标，以“阐明低产障碍—创新改良技术—研创改良产品—集成改良模式”为研究主线，通过十余年系统研究，全面构建了南方低产水稻土改良与地力提升技术体系，大幅度提升了低产水稻土的肥力水平、产量与综合效益。其成果“南方低产水稻土改良与地力提升关键技术”获2016年国家科技进步奖二等奖。近日，《中国科学报》记者对其进行了专访。
创建生物肥力指标
我国是世界上的水稻生产大国。水稻种植多集中在南方，即长江中下游、西南、华南三大稻区。“高产水稻土是水、肥、气、热相协调的土壤。而低产土壤由于存在着种种障碍因素，导致水稻产量比较低。南方低产水稻土主要有黄泥田、白土、潜育化水稻土、反酸田/酸性田、冷泥田等5大低产类型。”周卫向记者介绍。
周卫介绍，黄泥田特点是“瘦”，其熟化度低，有机质缺乏；白土特点是“板”，其漂洗严重，淀浆板结，耕层较浅，砂多黏少；潜育化水稻土特点是“烂”，其深水久灌，土壤长期处于还原物质毒害状态；反酸田/酸性田特点是“酸”，其酸度强、全硫，H+和Al3+含量高，微生物活性差；冷泥田特点是“冷”，其水多渍害、土温低。
当多数人还在关注土壤的物理、化学性质时，周卫领衔的科研团队已开始研究土壤的生物指标，并建立了5种类型低产水稻土质量评价的最小数据集。
黄泥田质量评价的最小数据集为全氮、速效钾、有效硅、微生物量碳和丛枝菌根真菌（AMF），低产水稻土质量指数为0.50；白土为全氮、有机质、pH、脱氢酶和AMF，低产水稻土质量指数为0.50；潜育化水稻土为速效钾、微生物量碳、β-葡萄糖苷酶、总细菌和AMF，低产水稻土质量指数为0.50；反酸田/酸性田为全氮、pH、有效硅、有效锌和微生物量碳，低产水稻土质量指数为0.60；冷泥田为全氮、有效磷、酸性磷酸酶、总细菌和AMF，低产水稻土质量指数为0.43。
团队研明了低产水稻土资源状况及养分特征，发展了低产水稻土质量评价新方法，首次建立了涵盖生物肥力指标的质量评价指标体系，突破了长期以来南方水稻土低产障碍不明的关键瓶颈。
“5种类型低产水稻土的划定将对低产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，深化了对低产田障碍因素的认识。该评价方法对其他低产土壤的评价也具有重要借鉴和引领作用。”周卫表示。
藏粮于地 藏粮于技
“我们的基本思路是阐明障碍因素—创新改良技术—研创改良产品—集成改良模式。”周卫表示。历时十余年系统研究，团队全面构建了低产水稻土改良与地力提升技术体系，即黄泥田改良的有机熟化技术、白土改良的厚沃耕层技术、潜育化水稻土改良的排水氧化技术、反酸田/酸性田改良的酸性消减技术、冷泥田改良的厢垄除障技术。
具体来说，针对湖北、浙江等地黄泥田，采用种植绿肥紫云英，或基施精制有机肥、畜禽粪肥，或秸秆还田熟化土壤。针对安徽、江苏等地白土，采用深翻犁逐年加深耕层使表层粉砂与底层黏土充分掺和，并在深翻前配施腐熟的有机肥或秸秆还田。
湖南、江西等地湖区稻田深水久灌，处于还原状态，采用水稻移栽前开排水沟，或垄作配施过氧化钙。针对广东、福建等地反酸田/酸性田，水稻移栽前强化灌排洗酸2次，或施用生物有机肥，或施用酸性硫酸盐土壤改良剂调节酸度。针对四川、重庆、浙江等地冷泥田，水稻移栽前开厢或起垄，收获后原垄连续垄作，或采用覆膜旱作栽培，或施用改良剂生物碳或硅钙肥。
除了白土改良需三年见效外，其他改良当年便可见效，三年效果更佳。比如，黄泥田有机熟化下，湖北双季稻增产10.7%~24.9%，浙江增产9.5%~12.1%；连续3年熟化下，土壤总有机碳增加16%~21%，平均增加18%。
周卫告诉记者，“改土与施肥是分不开的。”在创新低产水稻土改良与地力提升关键技术的同时，团队也研创了低产水稻土改良与地力提升新产品，如用于低产水稻土改良的高效秸秆腐熟菌剂、精制有机肥、生物有机肥、反酸田改良剂以及水稻专用肥等。
“黄泥田改良常采用畜禽粪肥，直接施用易于烧苗，且难以运输。我们团队发明了生物滤塔除臭技术，利用畜禽粪肥研发出精制有机肥，其腐熟程度高，养分释放快。该肥料比等养分的畜禽粪肥水稻增产6.0%~8.5%。”周卫举例道。
在此基础上，团队集成了土壤改良、高效施肥、水分管理、适宜品种选择等技术，形成了不同类型低产水稻土改良与地力提升技术模式，并实现了大规模应用。
经济生态双赢
应用低产水稻土改良与地力提升技术集成模式，低产水稻土障碍因素得以消除，农田地力至少提升了一个等级。数据显示，黄泥田有机碳增加18%，白土表层黏粒含量增加1倍，反酸田/酸性田pH值提高1.0~1.7个单位，潜育化水稻土和冷泥田还原物质降低40%~60%。
提高土壤肥力的同时，保护生态环境也很重要。高效秸秆腐熟菌剂的研发将秸秆腐解时间从40天缩短至14~18天，既提高了效率，又促进了秸秆还田技术推广，减少了秸秆焚烧，具有重大生态环境效益。
团队利用规模化养殖畜禽粪肥生产精制有机肥和生物有机肥技术，则有效减少了畜禽粪肥面源污染。
在产量上，大幅度提高了单位面积水稻产量，水稻平均增产超过100千克/亩。“对于保障国家粮食安全、促进农民增产增收意义重大。”周卫告诉《中国科学报》记者，“经济效益除了体现在提高水稻单产上外，还体现在充分利用有机肥和秸秆资源，节约化肥，降低农业生产成本等方面。”
团队成果通过“试验示范+科技专业户+农户”模式或以秸秆腐熟剂、精制有机肥、生物有机肥、酸性改良剂、低产田专用肥等物化形式推广应用，已在南方11个省区市规模化应用，近3年累计示范推广5730万亩，技术覆盖率达51.5%，技术产投比达7:1，经济社会生态效益巨大。
在推动学科发展、引领科技创新方面，周卫表示，“仅就涵盖生物肥力指标的质量评价指标体系而言，研究成果获得了国际同行的高度认可，推动了土壤学科发展，也增强了国际影响力和竞争力。”
团队全面构建了南方低产水稻土改良与地力提升技术体系，获授权发明专利10项，软件著作权2项；发表研究论文173篇，其中SCI论文60篇，出版专著1部。
“我们的成果为我国水稻产业发展提供了有力支撑，我们的研究方法和思路对其他低产土壤的改良也具有重要借鉴和引领作用。”周卫说。
《中国科学报》 (2017-01-25 第6版 科研)
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所周卫团队以5大典型低产水稻土为研究对象，以破解低产障碍为目标，以“阐明低产障碍—创新改良技术—研创改良产品—集成改良模式”为研究主线，通过十余年系统研究，全面构建了南方低产水稻土改良与地力提升技术体系，大幅度提升了低产水稻土的肥力水平、产量与综合效益。其成果“南方低产水稻土改良与地力提升关键技术”获2016年国家科技进步奖二等奖。近日，《中国科学报》记者对其进行了专访。
创建生物肥力指标
我国是世界上的水稻生产大国。水稻种植多集中在南方，即长江中下游、西南、华南三大稻区。“高产水稻土是水、肥、气、热相协调的土壤。而低产土壤由于存在着种种障碍因素，导致水稻产量比较低。南方低产水稻土主要有黄泥田、白土、潜育化水稻土、反酸田/酸性田、冷泥田等5大低产类型。”周卫向记者介绍。
周卫介绍，黄泥田特点是“瘦”，其熟化度低，有机质缺乏；白土特点是“板”，其漂洗严重，淀浆板结，耕层较浅，砂多黏少；潜育化水稻土特点是“烂”，其深水久灌，土壤长期处于还原物质毒害状态；反酸田/酸性田特点是“酸”，其酸度强、全硫，H+和Al3+含量高，微生物活性差；冷泥田特点是“冷”，其水多渍害、土温低。
当多数人还在关注土壤的物理、化学性质时，周卫领衔的科研团队已开始研究土壤的生物指标，并建立了5种类型低产水稻土质量评价的最小数据集。
黄泥田质量评价的最小数据集为全氮、速效钾、有效硅、微生物量碳和丛枝菌根真菌（AMF），低产水稻土质量指数为0.50；白土为全氮、有机质、pH、脱氢酶和AMF，低产水稻土质量指数为0.50；潜育化水稻土为速效钾、微生物量碳、β-葡萄糖苷酶、总细菌和AMF，低产水稻土质量指数为0.50；反酸田/酸性田为全氮、pH、有效硅、有效锌和微生物量碳，低产水稻土质量指数为0.60；冷泥田为全氮、有效磷、酸性磷酸酶、总细菌和AMF，低产水稻土质量指数为0.43。
团队研明了低产水稻土资源状况及养分特征，发展了低产水稻土质量评价新方法，首次建立了涵盖生物肥力指标的质量评价指标体系，突破了长期以来南方水稻土低产障碍不明的关键瓶颈。
“5种类型低产水稻土的划定将对低产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，深化了对低产田障碍因素的认识。该评价方法对其他低产土壤的评价也具有重要借鉴和引领作用。”周卫表示。
藏粮于地 藏粮于技
“我们的基本思路是阐明障碍因素—创新改良技术—研创改良产品—集成改良模式。”周卫表示。历时十余年系统研究，团队全面构建了低产水稻土改良与地力提升技术体系，即黄泥田改良的有机熟化技术、白土改良的厚沃耕层技术、潜育化水稻土改良的排水氧化技术、反酸田/酸性田改良的酸性消减技术、冷泥田改良的厢垄除障技术。
具体来说，针对湖北、浙江等地黄泥田，采用种植绿肥紫云英，或基施精制有机肥、畜禽粪肥，或秸秆还田熟化土壤。针对安徽、江苏等地白土，采用深翻犁逐年加深耕层使表层粉砂与底层黏土充分掺和，并在深翻前配施腐熟的有机肥或秸秆还田。
湖南、江西等地湖区稻田深水久灌，处于还原状态，采用水稻移栽前开排水沟，或垄作配施过氧化钙。针对广东、福建等地反酸田/酸性田，水稻移栽前强化灌排洗酸2次，或施用生物有机肥，或施用酸性硫酸盐土壤改良剂调节酸度。针对四川、重庆、浙江等地冷泥田，水稻移栽前开厢或起垄，收获后原垄连续垄作，或采用覆膜旱作栽培，或施用改良剂生物碳或硅钙肥。
除了白土改良需三年见效外，其他改良当年便可见效，三年效果更佳。比如，黄泥田有机熟化下，湖北双季稻增产10.7%~24.9%，浙江增产9.5%~12.1%；连续3年熟化下，土壤总有机碳增加16%~21%，平均增加18%。
周卫告诉记者，“改土与施肥是分不开的。”在创新低产水稻土改良与地力提升关键技术的同时，团队也研创了低产水稻土改良与地力提升新产品，如用于低产水稻土改良的高效秸秆腐熟菌剂、精制有机肥、生物有机肥、反酸田改良剂以及水稻专用肥等。
“黄泥田改良常采用畜禽粪肥，直接施用易于烧苗，且难以运输。我们团队发明了生物滤塔除臭技术，利用畜禽粪肥研发出精制有机肥，其腐熟程度高，养分释放快。该肥料比等养分的畜禽粪肥水稻增产6.0%~8.5%。”周卫举例道。
在此基础上，团队集成了土壤改良、高效施肥、水分管理、适宜品种选择等技术，形成了不同类型低产水稻土改良与地力提升技术模式，并实现了大规模应用。
经济生态双赢
应用低产水稻土改良与地力提升技术集成模式，低产水稻土障碍因素得以消除，农田地力至少提升了一个等级。数据显示，黄泥田有机碳增加18%，白土表层黏粒含量增加1倍，反酸田/酸性田pH值提高1.0~1.7个单位，潜育化水稻土和冷泥田还原物质降低40%~60%。
提高土壤肥力的同时，保护生态环境也很重要。高效秸秆腐熟菌剂的研发将秸秆腐解时间从40天缩短至14~18天，既提高了效率，又促进了秸秆还田技术推广，减少了秸秆焚烧，具有重大生态环境效益。
团队利用规模化养殖畜禽粪肥生产精制有机肥和生物有机肥技术，则有效减少了畜禽粪肥面源污染。
在产量上，大幅度提高了单位面积水稻产量，水稻平均增产超过100千克/亩。“对于保障国家粮食安全、促进农民增产增收意义重大。”周卫告诉《中国科学报》记者，“经济效益除了体现在提高水稻单产上外，还体现在充分利用有机肥和秸秆资源，节约化肥，降低农业生产成本等方面。”
团队成果通过“试验示范+科技专业户+农户”模式或以秸秆腐熟剂、精制有机肥、生物有机肥、酸性改良剂、低产田专用肥等物化形式推广应用，已在南方11个省区市规模化应用，近3年累计示范推广5730万亩，技术覆盖率达51.5%，技术产投比达7:1，经济社会生态效益巨大。
在推动学科发展、引领科技创新方面，周卫表示，“仅就涵盖生物肥力指标的质量评价指标体系而言，研究成果获得了国际同行的高度认可，推动了土壤学科发展，也增强了国际影响力和竞争力。”
团队全面构建了南方低产水稻土改良与地力提升技术体系，获授权发明专利10项，软件著作权2项；发表研究论文173篇，其中SCI论文60篇，出版专著1部。
“我们的成果为我国水稻产业发展提供了有力支撑，我们的研究方法和思路对其他低产土壤的改良也具有重要借鉴和引领作用。”周卫说。
《中国科学报》 (2017-01-25 第6版 科研)
