破解負反饋 糧食增產有新招
中青報·中青網記者 張茜 實習生 劉璇
7月31日召開的國務院常務會議討論並原則通過《中華人民共和國耕地保護和質量提升法（草案）》。會議指出，堅持耕地數量、質量、生態一體保護，綜合施策持續恢復和提升耕地生態功能，確保永續利用。
這個消息讓中國農業大學教授、中國工程院院士張福鎖團隊很振奮。前不久，該團隊剛剛在《科學》雜誌發表重要研究成果《調控植物-土壤反饋，推動農業可持續發展》，強調種地不能“頭疼醫頭，腳疼醫腳”，要把目光轉向土壤健康。
民以食爲天，耕地是糧食生產的“命根子”。張福鎖在介紹課題研究背景時表示，團隊曾對華北平原小麥-玉米輪作體系長期定位試驗的105個數據點進行了數據統計測算，由於土壤問題，當前每公頃耕地存在約1.5噸的隱形糧食損失。
爲何“丟了”這麼多糧食？張福鎖表示，是由於“作物-土壤負反饋”。當前集約化農業生產不合理管理造成各種土壤健康問題，如壓實引起土壤結構變差，土壤化學性狀的變化包括土壤酸化、鹽漬化，土壤生物活力降低，生物羣落失衡等，導致土壤內在效率下降，作物容易染病，對氣候變化的抵抗力下降等。他說：“一畝地100公斤的隱形產量損失，我們應該拿回來。”
中國農業大學副教授王光州和中國農業大學教授張俊伶告訴中青報·中青網記者，在這項研究中，團隊基於前期研究進展及科技小院16年來生產一線的實踐積累，結合團隊近年來在根際生命共同體理論研究方面的進展，將生態學研究中發展較快的“植物-土壤反饋”思想引入農田生態系統，提出了作物高產與土壤健康協同的系統化研究範式。
張俊伶和王光州指導的學生，在田間地頭的科技小院駐紮時，發現“改土”確實可以增產。
博士生欒鼕鼕2020年進入課題組時，在河北曲周的麥田裡，看到大片即將灌漿成熟的麥子中，有不少麥穗提前枯白、乾癟。“這是小麥患上了莖基腐病。”他說，這種由土傳病原真菌-鐮刀菌引起的病害，能夠侵染小麥莖基部，導致莖基部腐爛、植株早衰，甚至顆粒無收。不僅如此，這種病害還會產生有毒的脫氧雪腐鐮刀菌烯醇等，威脅糧食安全和人畜健康。
他說，研究顯示基腐病的病因有很多，具體到曲周這片土地，團隊分析，這裡冬小麥和夏玉米收穫後大量秸稈還田，改變了土壤微生態環境，促進了有利於病原菌生長的微生物的富集，成爲引發小麥莖基腐病的關鍵原因。
爲了找到一種有益菌和病原菌進行鬥爭，欒鼕鼕長期在田裡、實驗室兩頭跑。去田裡把患病的小麥樣品和土壤樣品取回，在實驗室裡篩選土壤，分離出微生物。而後培養微生物、鑑定微生物，再將潛在的“對手”微生物和引發莖基腐病的病原菌進行功能拮抗試驗，驗證其是否發揮了抑制病原菌的作用，從而製備能夠抑制病原菌的有益菌劑。
在實驗室中尋找有益菌的過程雖然繁瑣，但和在酷暑裡下地噴灑生防微生物菌劑比起來，卻還不算辛苦。欒鼕鼕說，同學們和老師經常是下午兩點就帶上菌劑，頂着火辣的日頭出門，在田裡一直忙到晚上七八點。
經過4年的篩選與驗證，欒鼕鼕和團隊成員初步研製出了一種生防微生物菌劑。他說，團隊2024年在曲周建立了總面積近5畝、由16區塊組成的試驗田，田塊中應用生防微生物菌劑的結果令人欣喜：小麥基腐病發病率顯著下降，根際土壤中病原菌丰度下降超過25%，平均每畝小麥增產近17%。
和欒鼕鼕相似，博士生倪剛在山東東營的鹽鹼地上種小麥和玉米，檢驗土壤中的微生物對作物的影響。
倪剛告訴中青報·中青網記者，他們從2021年開始，在山東東營的8畝地試驗田上，每年6月播種玉米，10月收穫，玉米收穫後再播種冬小麥，來年6月收穫。在這個輪作的過程中，他和同學們一起提取玉米、小麥根際的微生物進行研究，研製出有益於作物生長的微生物菌劑，並在大田試驗的基礎上驗證菌劑效果。
“上個月，我們剛收穫了微生物菌劑試驗的冬小麥。”倪剛說，目前，與不施加微生物菌劑的處理相比，施加微生物菌劑試驗田的冬小麥增產了約30%。
研究人員由此發現，土壤對於作物的影響遠比想象中大，而土壤健康似乎還沒有得到應有的重視。
張俊伶表示，當前以追求高產爲目標的集約化農業過度依賴高產品種和外源投入，植物-土壤互作關係被削弱，造成系統負反饋作用加大，而正反饋作用減少，土壤退化嚴重，土壤健康現狀惡化。
張俊伶說，由於長期忽視土壤健康，在面對農業生產實際問題時多采用“快餐式”，“頭疼醫頭，腳疼醫腳”的片面解決方式，土壤生態系統失衡，土壤多功能性難以發揮，嚴重威脅耕地質量和農業綠色發展。因此團隊在此次研究中提出農業轉型要紮根大地，“低頭”關注土壤健康。
“不能光看一茬的產量，還要看長遠的整體效應；不能只管作物，還得看護好土壤。”張俊伶說，“我們希望大家從‘朝上看’，轉向‘朝下看’，要扎到土裡去；希望大家不僅僅是看短期的作物產量，更要着眼於長遠的健康土壤培育。”
近些年，張福鎖在走訪全國各地的農田時，觀察到地方農業部門對“改土”的需求日益增長。研究團隊提出了未來農業科學研究的一些重點方向，他們希望構建作物高產與土壤健康協同提升的長效機制和管理策略，支撐農業系統的氣候韌性等。
來源：中國青年報客戶端