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农业绿色发展“绿”从何来

2021-08-24 18:05:43

农业绿色发展“绿”从何来


导    读


加快推进农业绿色发展,迫切需要突破一批绿色发展关键技术和重大产品。只有革新集成绿色农业技术,实现高水平科技自立自强,农业发展才能真正“绿”起来。

编辑:赵竹村 

来源:中国农业大学资讯网(2021年8月10日)


“植物生理学是合理的农业的基础”,这是俄国农业科学之父、植物生理学家季米里亚捷夫1897年3月15日在莫斯科历史博物馆演讲的题目,阐述了植物对于土壤、水分、空气、太阳光等正常生存条件的依存关系。一百二十多年过去了,植物生理学发展早已今非昔比,然而季米里亚捷夫关注的“地、水、风、火”等自然要素对于栽培植物的影响问题,依然是农业绿色发展绕不开的重大课题。新中国成立以来,中国农业大学始终是植物生理学人才培养和科学研究的学术重镇,一大批学者以理学之“理”攻坚农学之“实”,不断打开农业绿色发展的科学大门。有关学术成果可谓汗牛充栋,笔者不揣谫陋,试为读者作简要先容。


“根深蒂固”:探秘作物和土壤的相互作用


作物因土壤而扎根生长,根深则叶茂;土壤因作物而化土成壤,地力常新壮。2002年1月,中国农业大学建立“植物-土壤相互作用”教育部重点实验室。2006年8月,“首届全国根际研究高级论坛”在学校召开。在“根际”这个概念提出一百余年后,根际科学越来越成为一个系统科学,不断揭开作物和土壤相互作用的神秘面纱,使人们从“根”上认识土壤-作物系统,走出“绿色革命”的新路。


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根际物理(A)、化学(B)和生物(C)互作过程及其调控机制的理论模型(资讯网2020年8月21日对张福锁院士工作室-申建波教授课题组观点文章的报道)


张福锁院士等提出“根际生命共同体”理论,认为“根系”作为植物吸取养分的主要器官,将植物地上与地下连为一体;“根际”作为重要枢纽,控制植物-土壤系统物质、能量流动和信息交换;还有“菌丝际”及其他微生物,使植物吸取利用土壤养分的范围与功能得以极大拓展。以根际互作为核心,“植物-根系-根际-菌丝际-土体及其微生物”形成了“牵一发而动全身”的根际生命共同体。这就为撬动农业绿色发展提供一个支点,可谓“四两拨千斤”。


什么是土壤?我国土壤学的创始人之一李连捷院士认为,土壤是土地的核心,土壤学绝不是只研究那二亩半土地,而要把眼光放在九百六十多万平方公里国土的开发和治理上。老一辈耕作学家孙渠教授认为,从作物和土壤的关系来看,没有土壤就没有植物,没有植物也没有土壤。土壤微生物及细菌分类学家陈文新院士发现,禾本科植物与豆科植物间、混种植能够促进生物固氮。2011年9月,中国农业大学吉林梨树实验站揭牌成立,加快“黑土地”研究的脚步。从某种意义上说,土壤之学就是扎根之学。


科学认识作物和土壤的相互作用,要落实到耕作实践上。地在人种,耕作有道。黑土地保护与利用的“梨树模式”,通过适宜的耕作改善土壤物理-生物-化学性状,有力促进了作物根系下扎和地力生成。只要运用现代科学技术的“火眼金睛”看透根际,地终将越种越好。


“细水长流”:植物/作物抗旱适应与有效用水


传统上,老百姓种庄稼讲究“浇地”,而实际上真正口渴的是地里的作物,要把用水观念从“浇地”转到“浇作物”上来,还真不是一件容易的事。2003年4月,中国农业大学成立“中国农业水问题研究中心”。2006年,“农业节水与水资源有效利用”团队入选教育部创新团队。通过农业部作物有效用水武威科学观测试验站、北京通州农业节水综合试验站、内蒙古河套灌区综合试验站等平台,以水-土-植物有机结合、工程措施和农业生物措施相统一为特色,系统开展了植物有效用水机制等系列深入研究。


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大型称重式蒸渗仪、HL20植物生理生态监测系统(图片来源:中国农业水问题研究中心网站)


20世纪60年代以来,“土壤-植物-大气水连续体”概念的提出,使人们对用水规律的认识不断深化。从1988年开始,曾德超院士主持开展了一系列研究。21世纪,康绍忠院士发展了旱区土壤-植物-大气连续体水热传输与水碳耦合理论及作物耗水计算方法。通过研究揭示流域内数十种主要农作物和防风固沙植物的耗水规律,中国农业大学石羊河实验站打出助力西北旱区绿色发展的“组合拳”。


很早,人们就认识到,植物具有自身的抗旱适应特性。中国农业大学主持完成“北方主要作物抗旱节水综合技术研究与区域展示”等课题研究,积极参与和支撑旱作农业试验区建设,化“干旱”为资源。


“气象万千”:农业与空气、气象、气候


空气,从地上到地下,无所不在、无孔不入,使植物/作物对其深度依赖。其中,空气中的“碳”“氮”成为密切关系农业绿色发展的因素。而其“源和汇”的问题,则涉及大气科学。2013年2月20日,刘学军、张福锁教授等发表研究论文,系统揭示了过去30年来我国氮沉降动态及其与人为活性氮排放的关系,为破解农业绿色发展难题提供了坚实支撑。2021年7月14日,中国农业大学国家农业科技战略研究院组织召开了“碳达峰碳中和”战略与农业发展对策座谈会,前瞻谋划“双碳”农业发展。


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陈阜教授对发展气候智慧型农业及其发展前景进行阐述(来源:资讯网对“碳达峰碳中和”战略与农业发展对策座谈会的报道)


“二十四节气——中国人通过观察太阳周年运动而形成的时间常识体系及其实践”,这是我国优良传统农耕文明的智慧。中国农业大学资源与环境学院参与发起成立二十四节气保护传承联盟,举行“气候变化对农业的影响与适应”青年学者论坛,在农业气象、气象变化、防灾减灾等领域加强研究,以智慧气象服务于生产生活。


农业病虫害比如蝗虫灾害的防治,也离不开对空气、气象、气候的认识。中国农业大学主持的公益性行业科研(农业)专项“我国迁移性蝗害绿色防控技术研究与展示”项目研究成果,在全国蝗虫绿色防控中发挥重要作用。中国农业大学农业无人机系统研究院开展植保无人机准确施药,做到以绿色植保更好地保障农业绿色发展。


“骄阳似火”:食物就是“太阳光线的罐头”


早在20世纪30年代,北平大学农学院就译介《农业哲学》,其中阐述农业之所以不可能被“食粮品合成法”所取代,很重要的一个原因就是“植物利用所谓日光之无偿动力”。实际上,现代农业对于太阳光线的利用更加多样。2011年,石元春院士出版著作《决胜生物质》,倡导“开辟农业‘第三战场’,种出一个绿色大庆”。


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中国农业大学资讯网有关生物质、温室的历史报道


中国农业大学作为国内较早开展生物质科学与工程研究工作的高校之一,在木质纤维素降解、生物天然气与先进生物燃料、生物基高性能材料与产品、生物质工程技术与工程设计等方面不断取得进展。2019年9月,中美农业设施环境与生物能源学科前端暑期交流项目启动实施,师生就现代化温室园艺、太阳能节能建筑等进行参观考察。


充分利用太阳光,还需要大力发展畜牧业和农产品深加工,将植物能进一步转化为动物能。2019年12月,中国农业大学动物科技学院成立智能养殖与环境科学系,着眼畜牧业可持续发展的重大问题开展基础和应用研究。


“逆境生长”:植物/作物的逆境应对之道


中国农业大学建有植物生理学与生物化学国家重点实验室,长期围绕“植物抗逆、高效的生理生化及分子生物学基础”,进行系统的、原创性的基础和应用基础研究,比较系统深入地探讨植物对高盐、低温、水分和养分亏缺等非生物逆境胁迫的响应机理,深刻理解其生存之道。


2006年6月30日,植物生理学与生物化学国家重点实验室武维华研究组在国际著名刊物《Cell》杂志上发表“植物响应低钾胁迫的分子调控”研究成果。该成果基于研究结果,提出了“植物响应低钾胁迫的钾吸取分子调控理论模型”, 在认知植物钾吸取利用的分子调控机理方面有理论科学意义,对于植物钾营养性状的改良有潜在应用价值。“植物响应低钾胁迫及钾高效性状表达的分子调控网络机理研究”入选2006年度“中国高校十大科技进展”。

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SnRKs-ARRs互作拮抗调控植物抗干旱能力(资讯网转载“植物科学前沿”微信公众号 2018年05月11日报道)


杨淑华/施怡婷团队与巩志忠教授团队合作完成的研究成果,则揭示了植物激素平衡植物生长发育和抗逆性的机理。研究发现,植物激素ABA信号关键蛋白激酶SnRK2s、细胞分裂素信号响应调节子ARR两者发生相互作用。植物激素信号调控网络,在植物逆境响应胁迫中有着精密调控机制。近年来,杨淑华教授团队在植物响应低温胁迫的分子机理研究中,又取得一系列重要进展,为农业抗寒提供依据。


加快推进农业绿色发展,迫切需要突破一批绿色发展关键技术和重大产品。只有创新集成绿色农业技术,实现高水平科技自立自强,农业发展才能真正“绿”起来。


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