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    [農民日報] 艾超:深耕培肥研究讓土壤更健康

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      “莊稼一枝花,全靠肥當家”。肥料是糧食的“糧食”,土壤養分的豐缺對糧食作物生長發育、產量及質量有巨大影響。如何科學培肥地力、提高養分資源利用效率是關系到耕地健康和糧食安全的重大科技難題。中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所植物營養創新團隊青年助理首席艾超副研究員緊緊圍繞耕地肥力這個“要害”,在土壤培肥與養分循環機理方面開展了系統研究,作為主要參與人完成的“主要糧食作物養分資源高效利用關鍵技術”,大幅提高了養分資源效率、作物產量和綜合效益,為落實國家“藏糧于地”戰略提供了重要科技支撐?!?/p>

      艾超從小生長在湖南農村,親身看見了周邊農村和農業的巨大變化。2005年,他來到河北農業大學農業資源與環境專業,正式開啟了農學生涯。通過系統的專業課學習,艾超逐漸意識到,化肥是保障全球糧食安全的基石,但同時它又是一把雙刃劍,不合理施用會帶來很多負面問題。如何合理施用化肥將成為今后農業發展的關鍵問題,這將是大有可為的領域。2009年,艾超進入中國農業科學院攻讀博士學位并留院工作。

     

      艾超工作照

      

      談起從事農業科研的初心,艾超深情地回憶道:我老家屋后面有小河,小時候是那么清澈透明,經常在那里釣魚。大學畢業回去再看時,已經全變成了渾濁的綠水,再后來,就變成了一條無人問津的臭水溝。我深知這條河流演變的內在原因,那就是化肥過量施用所引起的水體富營養化。我有一些愧疚,因為所學的知識沒能拯救這條小小的河流。全中國可能還有很多這樣的小河,如果我們還不行動起來,那些曾經美好的風景終將消失在我們面前。這些是鄉村振興中亟待解決的問題,也是我們農業科技工作者的主戰場。

      我國化肥不合理施用情況嚴重,單位耕地面積化肥用量是世界平均水平的3倍,是歐美國家的2.5倍,肥料利用率遠低于發達國家。過量施用的化肥并不能完全被作物吸收利用,大量剩余養分進入了環境,引起系列的環境問題,如水體富營養化、溫室效應、土壤酸化、土壤生物多樣性降低等問題。針對我國化肥過量施用,而畜禽糞肥/秸稈等有機養分資源未充分利用這一突出問題,艾超把科研方向鎖定了“有機肥部分替代化肥條件下土壤養分轉化的微生物學機理”。

      我國農作物秸稈資源量每年達7.2億噸,所含氮磷鉀養分量高達1980萬噸,主要畜禽糞尿資源量每年達23.2億噸,所含氮磷鉀養分量達3014萬噸。然而,這樣一個巨大的肥料“寶庫”沒有被充分的利用。艾超告訴記者:當前,我國農田秸稈直接還田和有機肥還田不到50%,大量秸稈或畜禽糞肥被隨意丟棄或不合理處理,造成大量養分資源浪費和系列環境污染問題。當前制約我國有機養分資源高效利用的關鍵瓶頸之一是有機養分循環過程和生物有效性不明,導致肥效不穩定。艾超參與完成的“主要糧食作物養分資源高效利用關鍵技術”,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,構建了作物高效內生固氮復合菌系,闡明了潮土秸稈分解的氮素調節機理。相關技術在我國7省推廣應用,大幅提高了肥料養分利用效率、作物產量和綜合效益,并榮獲2020年度國家科學技術進步二等獎。

      農業科研就像在黑暗中摸索前進的道路,過程漫長而艱辛?;叵肫鹂蒲兄返狞c點滴滴,艾超說:“誠者,天之道也;思誠者,人之道也??蒲行枰量嗟母冻?,但每一分辛苦都沒有白費,一次次實驗數據的積累為科研順利開展的奠定了良好基礎?!痹诮斩挿纸馕⑸飳W機理研究中,如何獲得高豐度同位素標記秸稈樣本是困擾很多實驗室的難題。當時主要樣本從國外購買,價格十分昂貴,使得大規模試驗成本巨大。通過前期大量的密閉環境植物生長試驗,科研團隊研究設計了“一種培養高豐度同位素碳、氮雙標記植物樣品的循環系統”,能夠低成本制備13C和15N豐度大于95%的秸稈材料,獲得了相關專利,為后續大規模秸稈機理研究奠定了很好的基礎。2017年,在中國科協青年托舉人才工程項目的支持下,開展了“我國不同土壤類型秸稈分解的微生物學過程與調控機理”相關研究。艾超帶領學生走在大江南北的農田里,從最北端的漠河采土一直到最南端的三亞,與當地農戶交流,采集和分析大量樣品,通過大尺度田間土壤樣品采集,分析秸稈還田條件下不同土壤類型微生物群落響應機制的異同,闡明不同區域秸稈分解的“通用型核心微生物區系”和“地域型核心微生物區系”群落組成和生態功能,揭示外源秸稈腐解菌株與土著微生物的互作關系,為秸稈資源高效利用提供重要理論依據和技術支撐。

      作為一個“80后”科研工作者,艾超與他的學生亦師亦友。學生試驗進程受阻時,他會親自參與到試驗中去,傳授試驗過程中的關鍵技巧,他希望帶領學生們快樂科研,把科研當成一份愛好、有興趣的工作來做。

      面向農業綠色發展和鄉村振興戰略國家重大需求,艾超表示,將繼續在肥料養分資源高效利用的研究科研道路上腳踏實地,深耕易耨,讓土壤更健康,讓糧食更安全。

      

    (單位:中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所 )
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