從2020年度國家科學技術獎勵大會上獲悉，中國農(nóng)業(yè)科學院副院長梅旭榮研究員牽頭完成的“北方旱地農(nóng)田抗旱適水種植技術及應用”榮獲國家科技進步二等獎。

　　我國旱地農(nóng)業(yè)主要分布在秦嶺淮河以北地區(qū)，包括干旱、半干旱偏旱、半干旱、半濕潤偏旱和半濕潤區(qū)等主要類型區(qū)，占全國耕地面積的51%，是我國主要糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護區(qū)，也是生態(tài)脆弱區(qū)和貧困人口聚集區(qū)。受全球氣候變化影響，北方旱農(nóng)區(qū)頻旱多變環(huán)境疊加水土資源過度利用，農(nóng)田生產(chǎn)穩(wěn)定性下降，危及國家糧食安全、生態(tài)安全和穩(wěn)定脫貧。因此，推動旱地農(nóng)業(yè)由對抗型向應變型轉變，創(chuàng)新抗旱適水型種植技術和模式，是急需解決的重大科學問題和技術難題。

 

 

　　1984年，剛到中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)氣象研究所學習的梅旭榮心中就有一個夢想：“如果建立一種能適應干旱變化的種植制度，并匹配相應的抗旱適水栽培技術，該多好。這樣可以保證作物不受天氣變化的影響而減產(chǎn)，農(nóng)民有個好收成不餓肚子。”帶著這樣的想法開始了他的研究生學習和旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)研究。1991年以來，他帶領團隊在北方旱農(nóng)區(qū)開展了旱地水分平衡、降水生產(chǎn)潛力開發(fā)和旱地秸稈還田與有機培肥等系列長期定位試驗研究，進行農(nóng)田降水高效轉化機制、主要旱地作物水分生態(tài)適應性和降水生產(chǎn)力提升等方面的研究，系統(tǒng)查明了我國北方旱地降水利用狀況，揭示了我國北方旱地農(nóng)田水分動態(tài)平衡規(guī)律，突破了旱地適水種植的應用基礎理論和抗旱節(jié)水的關鍵技術與產(chǎn)品，集成了典型旱地高效用水的種植模式及配套技術體系，形成了壽陽旱地農(nóng)業(yè)綜合發(fā)展模式，并在北方旱地農(nóng)業(yè)區(qū)規(guī)模化應用，取得顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。

 

 

　　梅旭榮研究員帶領團隊長期扎根黃土高原東部壽陽旱作農(nóng)業(yè)試驗站，定位觀測農(nóng)田降水高效轉化過程，創(chuàng)新旱地農(nóng)田抗旱適水種植的基礎理論、關鍵技術和主推技術模式。自2001年以來，團隊聯(lián)合了遼寧省農(nóng)業(yè)科學院、甘肅省農(nóng)業(yè)科學院、山西省農(nóng)業(yè)科學院、青島農(nóng)業(yè)大學和全國農(nóng)業(yè)技術推廣服務中心等國內優(yōu)勢單位協(xié)同攻關，開展了北方旱地農(nóng)業(yè)多點長期定位試驗，摸清了主要旱地作物干旱發(fā)生規(guī)律和適水種植優(yōu)先序，闡明了旱地碳氮高效轉化機制，攻克了土壤增碳擴容、地表覆蓋抑蒸等關鍵技術，從而破解了旱地作物適水種植世界性難題。該項目獲發(fā)明專利10項；制訂行業(yè)和地方標準12件；出版專著4部，發(fā)表論文163篇，被引用4834次；獲省部級一等獎4項。項目整體水平達到國際領先水平。該項成果實現(xiàn)了旱地農(nóng)業(yè)由對抗型向應變型轉變，為實施全國旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和旱作農(nóng)業(yè)節(jié)水示范提供了重要科學依據(jù)與關鍵技術支撐。

 

　　發(fā)現(xiàn)了新規(guī)律。揭示了北方旱地作物水分供需變化規(guī)律，首次確定了抗旱適水種植的技術適宜性和作物優(yōu)先序。研究發(fā)現(xiàn)，30年間北方旱地主要作物種植北移西擴1-2個經(jīng)緯度，作物種植、生育期變化與降水減少、干旱頻發(fā)重發(fā)多因素互作，作物降水滿足率降低超過5個百分點。旱地地表覆蓋、秸稈還田、深松耕等技術提高水分利用效率程度與降水密切相關，提升效應最優(yōu)的降水區(qū)間為年降水量450-550mm的旱農(nóng)區(qū)。項目創(chuàng)建綜合多目標的隨機水文年型適水種植診斷模型，發(fā)現(xiàn)多種作物配置能顯著增強旱地農(nóng)田系統(tǒng)穩(wěn)定性和水分生產(chǎn)力，據(jù)此明確了玉米、小麥、谷子、花生、大豆、馬鈴薯等作物在不同旱地類型區(qū)的適水配置優(yōu)先序。這些結果為科學布局種植結構并匹配適宜的節(jié)水栽培技術提供了理論依據(jù)。

 

　　建立了新理論新方法。探明了土壤增碳擴容、地表覆蓋抑蒸、冠層塑型提效的作用機理，建立了北方旱地土壤—地表—冠層協(xié)同調控的抗旱適水種植理論和方法。研究發(fā)現(xiàn)，褐土和黑壚土連續(xù)全量秸稈還田，耕層土壤有機碳每增加1g/kg，生育期棵間蒸發(fā)減少4.7mm，0-30cm土壤蓄水增加5.2mm。產(chǎn)量、水氮利用和碳足跡綜合效益最優(yōu)時褐土和黑壚土有機碳水平為13.7g/kg和12.0g/kg，據(jù)此建模和試驗提出了4種“高蓄積低損耗”土壤理想構型。春玉米高留茬、秸稈覆蓋和冬小麥夏閑期生物覆蓋調控地表，0-50cm土壤蓄水增加13.5-24.5mm，土壤蒸發(fā)減少5%-8%。高稈與矮稈作物間作調控冠層，高冠層光和降水截獲比矮冠層分別增加34%-45%和45%-69%，玉米大豆、谷子花生間作水分利用效率當量比1.13-1.19；在300-550mm降水條件下“適水定密”，每mm降水可承載覆膜春玉米9.9株。這些新理論新方法整體解決了旱地土壤-植物-大氣系統(tǒng)協(xié)同提升降水利用效率的科學問題。

 

　　創(chuàng)新了主導技術。創(chuàng)建了北方主要類型旱地抗旱適水種植主導技術，研制了配套技術產(chǎn)品并實現(xiàn)了技術標準化。綜合集成集雨覆蓋抗旱、秸稈還田、適水種植等關鍵技術，配套研制了專用肥、保水劑、作業(yè)機具等技術產(chǎn)品，建立了東北風沙半干旱區(qū)立體調控種植、西北半濕潤偏旱區(qū)覆蓋集雨抗旱、華北丘陵半濕潤偏旱區(qū)秸稈適水還田、華北平原東部半濕潤區(qū)旱地小麥“早、深、平”和華北平原中部半濕潤偏旱節(jié)水壓采區(qū)半旱地等主導技術，農(nóng)田降水利用率最高達75%，旱地春玉米水分利用效率最高達到3.64kg/mm·畝，產(chǎn)量波動下降3-4個百分點。這些主導技術有力地支撐了當?shù)睾档剞r(nóng)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，為糧食安全和農(nóng)民脫貧提供了保障。

 

 

　　我國建設現(xiàn)代化國家的號角已吹響，旱地農(nóng)業(yè)創(chuàng)新急需解決新的挑戰(zhàn)和問題，在穩(wěn)定旱作區(qū)糧食安全的同時，不斷提升農(nóng)產(chǎn)品品質和水土資源利用效率，加速旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生態(tài)化轉型。響應習總書記四個面向的號召，梅旭榮研究員滿懷信心帶領團隊站在新的起點，秉承“振興科技、治旱興農(nóng)”的優(yōu)良傳統(tǒng)，繼續(xù)創(chuàng)新旱作農(nóng)業(yè)節(jié)水提質增效的新理論、新方法，突破氣候智慧型旱作節(jié)水新技術新裝備新模式，促進新時期我國旱地農(nóng)業(yè)高質量發(fā)展和旱作區(qū)生態(tài)化轉型。