【國家獎】創(chuàng)新養(yǎng)分高效利用技術 保障農業(yè)綠色發(fā)展

 

　　近日，中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所周衛(wèi)研究員牽頭完成的“主要糧食作物養(yǎng)分資源高效利用關鍵技術”成果榮獲2020年國家科學技術進步二等獎。

 

　　我國以占全球9%的耕地，用去了世界1/3的化肥，但肥料利用率不足40%，低于發(fā)達國家10～20個百分點；有機資源中畜禽糞肥還田率不足一半，秸稈還田率僅為35%。大量養(yǎng)分通過不同途徑損失，危害生態(tài)環(huán)境安全，導致水體富營養(yǎng)化，溫室氣體增排，土壤酸化，影響農民增產增收。為此，實行化肥減施增效，推進農業(yè)綠色發(fā)展已成為國家重要戰(zhàn)略和重大行動。該成果以水稻、小麥、玉米等主要糧食作物為對象，以化肥減施增效為目標，在闡明作物養(yǎng)分需求特征基礎上，創(chuàng)建基于產量反應與農學效率的推薦施肥新方法，創(chuàng)新有機肥、秸稈等養(yǎng)分資源高效利用關鍵技術，研創(chuàng)肥料新產品，集成主要糧食作物化肥減施增效技術模式，大幅度提高了養(yǎng)分資源效率、作物產量和綜合效益，為國家化肥零增長行動和農業(yè)綠色發(fā)展戰(zhàn)略作出了貢獻。

 

 

　　針對我國施肥缺乏先進輕簡的養(yǎng)分推薦方法，土壤氮素測試值與推薦量相關性差，以及小農戶經營下不具備測土施肥條件的現(xiàn)狀和問題，該成果以田間試驗數(shù)據(jù)庫為基礎，闡明了玉米、小麥和水稻氮磷鉀需求特征，建立了土壤養(yǎng)分供應、肥料農學效率與作物產量反應的量化關系，首次創(chuàng)建了基于產量反應和農學效率的推薦施肥新方法，研發(fā)了玉米、小麥和水稻推薦施肥養(yǎng)分專家系統(tǒng)（Nutrient Expert，簡稱NE），應用NE系統(tǒng)比習慣施肥平均減施氮磷分別達到27.5%和16.6%，氮肥和磷肥利用率分別提高11.5% 和6.3%。該方法解決了長期以來氮肥難以推薦的重大難題，實現(xiàn)了小農戶不具備測試條件下的肥料推薦。該推薦施肥技術入選農業(yè)農村部主推技術。

 

　　創(chuàng)建了資源高效利用新技術

 

　　我國豐富的有機肥資源未能充分利用，每年產生10億多噸農作物秸稈和38億多噸畜禽糞便，但有效還田率不50%。畜禽有機肥供肥緩慢，秸稈還田碳氮比過高，微生物與作物爭氮，導致減產；新型肥料尤其是微生物肥料應用于化肥減施增效的潛力尚未完全發(fā)揮。該成果率先揭示了有機肥施用能夠恢復施用化肥所改變的土壤微生物群落結構，提出了旱地和水田有機肥對化肥氮素的適宜替代率分別為30%和20%；闡明秸稈分解的氮素調節(jié)機理，創(chuàng)建了水田秸稈粉碎翻埋/旱地滅茬還田結合氮素調控的高效還田技術；研制出基于固氮解磷功能菌的微生物肥料產品，突破了養(yǎng)分資源高效利用的關鍵瓶頸。

 

 

　　隨著農業(yè)生產方式轉變及機械化發(fā)展，對施肥技術配套提出了新需求，但綜合解決方案不足。該成果系統(tǒng)集成NE系統(tǒng)推薦施肥、有機肥資源利用、秸稈高效還田、化肥機械深施等技術，結合應用創(chuàng)制的新型肥料產品，建立了玉米、小麥和水稻基于“NE 系統(tǒng)+”有機替代、“NE 系統(tǒng)+”秸稈還田、“NE系統(tǒng)+”養(yǎng)分增效技術模式，并規(guī)?；瘧茫诖竺娣e上實現(xiàn)了作物平均增產5%～10%，減施化學氮肥10%～30%，減施化學磷肥10%～20%，氮肥利用率提高10～15 個百分點，研究成果在糧食主產區(qū)玉米、小麥和水稻上近三年共推廣應用7990 萬畝，增產糧食53.32 億公斤，減施化肥氮磷養(yǎng)分41.32 萬噸，增收節(jié)支122.86 億元，新增純收入108.03 億元，社會經濟效益巨大。

 

　　培養(yǎng)養(yǎng)分高效利用新團隊

 

　　養(yǎng)分資源高效利用團隊的歷史可追溯到20世紀50年代，由我國著名農業(yè)化學家張乃鳳研究員創(chuàng)立植物營養(yǎng)學科，后在劉更另院士、林葆研究員、金繼運研究員等幾代科學家?guī)ьI下不斷發(fā)展壯大。周衛(wèi)師從林葆研究員，1995年獲博士學位。1996年，周衛(wèi)申請獲批了國際科學基金和國家自然科學基金項目后，領銜組建了養(yǎng)分資源高效利用研究團隊。依托于該團隊，科技部養(yǎng)分資源高效利用重點領域創(chuàng)新團隊于2015年獲批，周衛(wèi)為團隊負責人。主要學術帶頭人包括周衛(wèi)研究員、何萍研究員、艾超副研究員。團隊以養(yǎng)分資源高效利用為核心，經過25年的不懈努力，先后主持榮獲國家科技進步獎二等獎3項，省部級一等獎兩項；獲授權發(fā)明專利21項，發(fā)表論文229篇（含SCI收錄126篇），成果整體達到國際領先水平。

 

　　站在新起點，團隊未來發(fā)展規(guī)劃是，針對我國中低產田面積大、肥料利用率低的問題，繼續(xù)以養(yǎng)分資源高效利用為核心，從養(yǎng)分循環(huán)機理、養(yǎng)分推薦方法、養(yǎng)分利用技術等三個方面進行深入研究。力爭在養(yǎng)分循環(huán)分子生態(tài)研究方面保持在國際前沿，在農田養(yǎng)分協(xié)同優(yōu)化原理與方法研究方面起引領作用，在養(yǎng)分高效利用技術與產品方面服務于國家戰(zhàn)略需求；培養(yǎng)和造就一支有重大國際影響力的一流創(chuàng)新團隊。