近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)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(guān)鍵技術(shù)”成果榮獲2020年國家科學(xué)技術(shù)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(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，溫室氣體增排，土壤酸化，影響農(nóng)民增產(chǎn)增收。為此，實行化肥減施增效，推進農(nóng)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(chǔ)上，創(chuàng)建基于產(chǎn)量反應(yīng)與農(nóng)學(xué)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(guān)鍵技術(shù)，研創(chuàng)肥料新產(chǎn)品，集成主要糧食作物化肥減施增效技術(shù)模式，大幅度提高了養(yǎng)分資源效率、作物產(chǎn)量和綜合效益，為國家化肥零增長行動和農(nóng)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(guān)性差，以及小農(nóng)戶經(jīng)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(chǔ)，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(yīng)、肥料農(nóng)學(xué)效率與作物產(chǎn)量反應(yīng)的量化關(guān)系，首次創(chuàng)建了基于產(chǎn)量反應(yīng)和農(nóng)學(xué)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(yīng)用NE系統(tǒng)比習(xí)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(nóng)戶不具備測試條件下的肥料推薦。該推薦施肥技術(shù)入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部主推技術(shù)。

 

　　創(chuàng)建了資源高效利用新技術(shù)

 

　　我國豐富的有機肥資源未能充分利用，每年產(chǎn)生10億多噸農(nóng)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(dǎo)致減產(chǎn)；新型肥料尤其是微生物肥料應(yīng)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(fù)施用化肥所改變的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，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(diào)節(jié)機理，創(chuàng)建了水田秸稈粉碎翻埋/旱地滅茬還田結(jié)合氮素調(diào)控的高效還田技術(shù)；研制出基于固氮解磷功能菌的微生物肥料產(chǎn)品，突破了養(yǎng)分資源高效利用的關(guān)鍵瓶頸。

 

 

　　隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變及機械化發(fā)展，對施肥技術(shù)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(shù)，結(jié)合應(yīng)用創(chuàng)制的新型肥料產(chǎn)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(shù)模式，并規(guī)模化應(yīng)用，在大面積上實現(xiàn)了作物平均增產(chǎn)5%～10%，減施化學(xué)氮肥10%～30%，減施化學(xué)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(chǎn)區(qū)玉米、小麥和水稻上近三年共推廣應(yīng)用7990 萬畝，增產(chǎn)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(jīng)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(nóng)業(yè)化學(xué)家張乃鳳研究員創(chuàng)立植物營養(yǎng)學(xué)科，后在劉更另院士、林葆研究員、金繼運研究員等幾代科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)下不斷發(fā)展壯大。周衛(wèi)師從林葆研究員，1995年獲博士學(xué)位。1996年，周衛(wèi)申請獲批了國際科學(xué)基金和國家自然科學(xué)基金項目后，領(lǐng)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(lǐng)域創(chuàng)新團隊于2015年獲批，周衛(wèi)為團隊負責(zé)人。主要學(xué)術(shù)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(jīng)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(quán)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(lǐng)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(chǎn)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(shù)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(nóng)田養(yǎng)分協(xié)同優(yōu)化原理與方法研究方面起引領(lǐng)作用，在養(yǎng)分高效利用技術(shù)與產(chǎn)品方面服務(wù)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。