科技创新是第一动力--专访中国工程院院士张福锁

习近平总书记在两院院士大会上的讲话中指出,要加大应用基础研究力度,以推动重大科技项目为抓手,打通“最后一公里”,拆除阻碍产业化的“篱笆墙”,疏通应用基础研究和产业化连接的快车道,促进创新链和产业链精准对接。事实上,这也是科研工作者们一直在探索和践行的。主要从事植物营养学理论研究与养分管理技术创新和应用工作的中国工程院院士张福锁,就是其中的佼佼者。

农田土壤健康评价体系构建的若干思考

健康土壤是保障粮食安全、耕地产能提升和农业高质量发展的基础。目前土壤健康评价已成为全球土壤学领域研究的焦点和热点,国内外学者对于土壤健康评价方法及指标的选择进行了系统总结,然而缺乏具体评价过程中的实操性建议。本文重点剖析了土壤健康的特点与多功能性、评价的通用原则、指标选择的n+X模式及评价方法的选择与落地实现,提出了土壤健康差与基准值、基础指标和约束性指标的选择及指标选择的制宜性,明确了土壤健康指标体系建立需要考虑土壤质地、作物类型、土地利用方式、气候条件等因素,建议土壤健康技术和模式落地实现需要与相关政策结合。未来需要继续开展土壤健康驱动机制和健康土壤培育机理研究;基于长期定位试验和耕地质量长期监测网点,构建基于土壤质地、作物类型、土地利用、管理目标和评价尺度的指标体系和阈值、数据库和决策支持系统;结合相关政策和区域环境的约束性,形成跨区域、跨国家的共识、公约和行动,推动全球土壤健康行动落地和农业可持续发展。

pH响应材料及其在智能肥料中的应用

肥料行业的发展正从传统化肥向新型肥料转变。肥料使用在保障粮食安全方面发挥了重大作用,但传统肥料利用率低、养分损失大、环境风险加剧,大多数肥料产品不能按照作物的营养需求规律实现养分精准供应。而智能肥料的研发与创新为解决该问题提供了有效途径,在时空上更精准匹配作物对养分的需求。本文系统综述了pH响应材料的类型、来源及响应机理,探讨pH响应材料的化学结构对pH响应行为的影响,提出pH响应材料促进根肥互馈的观点,剖析pH响应材料在智能肥料中的应用前景,进一步明确pH响应材料在绿色智能肥料创制领域的应用潜力、未来的研究方向及面临的挑战。文章以根肥互馈理念为核心,综合考虑pH响应材料与作物根际酸化效应,设计并利用pH响应材料把根分泌物与智能肥料有机连接,提出开发pH响应肥料的创新思路,指出根肥互馈是协同肥料养分释放和作物养分吸收的关键,提出基于根肥互馈原理匹配作物养分需求规律且具有环境友好性的绿色智能肥料将成为新型肥料的发展趋势。

考虑微生物要素的土壤质量综合评价——以北京市平谷区为例

为探讨北京市平谷区土壤质量现状,本研究在传统的土壤质量综合评价体系基础上考虑了微生物要素,基于实地网格土壤采样的228个样本,从土壤肥力、土壤环境、土壤微生物3个维度选取11项土壤指标,采用土壤质量指数法定量分析各指标并计算土壤质量指数,综合评价北京市平谷区的土壤质量。结果表明:平谷区土壤质量综合指数(ISQI)在良好到优等范围内(0.60~0.96),平均值为0.74,平均土壤质量综合评价等级为良好。空间分布上整体呈现南低北高、西低东高的特征,北部熊儿寨乡、黄松峪乡及东部金梅湖镇等地区多为山地或林地,植被丰富,人为活动强度弱,土壤肥力水平高且微生物较为丰富,土壤质量综合评价等级相对较高;而西南部马坊镇、马昌营镇等地区土壤肥力水平低,微生物数量较少,综合质量评价等级相对较低。熊儿寨乡的ISQI最高,为0.81;平谷镇的ISQI最低,为0.64。平谷区不同土地利用类型ISQI排序为果园>林地>荒地>菜地>农田。研究表明,北京市平谷区土壤质量综合评价等级为良好,但空间差异明显,东北部多为山地和林地,综合评价等级为优等,中部及西南部多为农田菜地,综合评价等级为良好和中等,未来应注重科学施肥和土壤质量管理。

张福锁:“三品一标”引领农业绿色发展

从农业科技的角度谈品牌的重要性新的“三品一标”从品种、品质到品牌跟原来的三品有很大的差别,确实是农业高质置发展一个非常重要的抓手但是,所有这些都要建立在全产业链绿色发展的基础上。我们不仅仅要有绿色的产地环境,而且要有绿色的投人品,生产过程是绿色的,产品是绿色的,不能浪费资源、破坏生态环境,必须是资源高效、绿水青山。

中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径

总结了近年来在全国粮食主产区进行的1 333个田间试验结果,分析了目前条件下中国主要粮食作物水稻、小麦和玉米氮磷钾肥的偏生产力、农学效率、肥料利用率和生理利用率等,发现水稻、小麦和玉米的氮肥农学效率分别为10.4 kg kg-1、8.0 kg kg-1和9.8 kg kg-1,氮肥利用率分别为28.3%、28.2%和26.1%,远低于国际水平,与20世纪80年代相比呈下降趋势。造成肥料利用率低的主要原因包括高产农田过量施肥,忽视土壤和环境养分的利用,作物产量潜力未得到充分发挥以及养分损失未能得到有效阻控等。要大幅度提高肥料利用率就必须从植物营养学、土壤学、农学等多学科联合攻关入手,充分利用来自土壤和环境的养分资源,实现根层养分供应与高产作物需求在数量上匹配、时间上同步、空间上一致,同时提高作物产量和养分利用效率,协调作物高产与环境保护。

绿色智能肥料:从原理创新到产业化实现

肥料作为粮食安全的物质基础,在支撑我国粮食产量、农产品品质、人类营养健康等方面发挥了至关重要的作用。迈入新时代,在全国社会经济特别是工农业绿色转型的大好形势下,肥料创新面临着协同实现粮食安全、资源高效、环境友好、营养健康、绿色低碳的巨大挑战。为破解这一重大难题,本文提出了绿色智能肥料概念与产业化途径,通过系统阐述土壤-植物-微生物-肥料-环境之间的协同原理,构建了匹配土壤、匹配作物、匹配气候环境条件的绿色智能肥料创制新学术思路,提出了绿色智能肥料的理论框架、关键科学问题、研发路径以及未来突破的重点,为多学科交叉创新、工农融合全产业链绿色发展的解决方案设计与实现提供借鉴,旨在推动我国化肥产业绿色转型升级,支撑农业绿色发展。

中国土壤和植物养分管理现状与改进策略

针对当前我国农业生产面临增肥不增产、土壤养分过量累积、化肥施用过量和养分利用效率下降等重大问题,本文综述了中国土壤养分与植物营养状况的历史演变和研究进展,提出中国植物营养科学研究应在跟踪国际科学前沿的同时,紧密结合中国农业生产实际,通过大幅度提高养分效率和作物产量为农业可持续发展做出应有的贡献。

苹果抗缺铁基因型差异的生理生化指标研究

在缺铁胁迫条件下，抗缺铁的苹果实生苗小金海棠与对缺铁敏感的山定子相比根际有明显的酸化趋势，根系对Ｆｅ（Ⅲ）的还原能力显著增强。当以麦根酸铁为铁源时，缺铁预培养的小金海棠根系形成质外体铁库的能力比山定子强，且对这一铁库中铁的活化利用能力也较强，从而使新叶叶绿素含量及地上部铁吸收量都明显增高。这说明根际酸化、根系对Ｆｅ（Ⅲ）还原能力的增强和在有适宜铁源的情况下根质外体铁库的形成强度与植物对该铁库的活化利用能力大小可以作为筛选抗缺铁苹果树种的重要生理生化指标。

绿色智能肥料:矿产资源养分全量利用的创新思路与产业化途径

肥料是工农业绿色发展的纽带,是支撑绿色转型发展的重要物质。新时期我国工业和农业绿色发展均面临着生产环境代价大、资源利用效率低等重大挑战,尤其是肥料生产过程中产生了大量的养分资源无法实现高效利用。为更好解决工农业发展所面临的关键问题,本文提出了矿产资源养分全量利用思路与产业化途径,着重介绍了矿产资源养分全量利用的基本概念与内涵、利用策略和产业化途径,以期为工农交叉融合创新的绿色智能肥料产业发展提供解决方案,促进科技创新解决产业关键问题,为创新绿色智能肥料与推动化肥产业绿色转型升级提供战略支撑。

根际动态过程与植物营养

养分的有效性是由土壤物理、化学和生物学特性,特别是根系主导的根际动态过程所决定的。根系引起根际pH值和氧化还原电位、根分泌物以及由此引起微生物种群、数量和活性的改变,从根本上决定着根际养分的动态。而根系主导的根际动态又具有明显的基因型差异,并受植物营养状况的诱导和调控。因此,根际动态变化的方向和强度对植物适应土壤化学和物理逆境具有重要意义。本文从根际的一般概念入手,综述了近十余年来国内外根际动态研究的新成果,重点讨论了根际动态与植物营养的关系,并运用根际微生态系统的概念,把根际动态与植物对养分胁迫的适应性及其调控机理紧密联系起来,使根际动态和植物矿质营养基因型差异机理两个基础性研究热点融为一体,为解决重大的全球性环境、生态以及农业持续发展问题提供新的途径和理论依据。

不同小麦品种(品系)耐缺锰能力的比较研究

在四川平原水旱轮作的缺锰土壤上，采用田间和盆栽试验相结合的方法研究了15个不同小麦品种（品系）的耐缺锰能力。结果表明，不同小麦品种的耐缺锰能力存在很大差异。多数小麦品种对缺锰敏感，少数品种具有较强的耐性。其中，小麦品系“80-8”既具有较强的耐缺锰能力，也是供试小麦品种中产量最高的，在缺锰土壤上具有很好的推广应用价值。通过盆栽试验可对不同小麦品种进行初步筛选。在缺锰条件下，不同小麦品种间地上部锰浓度没有显著差异，不宜作为判别小麦耐缺锰能力的指标。缺锰可见症状与缺锰耐性有较好的一致性，可作为初步筛选指标。田间试验相对产量是最可靠的鉴定指标。根系发达，根冠比较高是小麦耐缺锰的一个重要因素。

根际微生态系统理论框架的初步构建

本文简述了根际研究的历史进程及根际微生态学的发展概况,讨论了根际微生态系统的基本概念和理论模型,初步构建了其理论框架,明确了其结构、边界、特征、研究范畴及内容,提出了令后个体、群体水平根际微生态系统理论研究的思路和重点.

肥料投入水平与养分资源高效利用的关系

提高资源利用效率是实现农业可持续发展目标的核心,本文以山东省和全国作物施肥现状研究为基础,探讨了肥料投入与养分资源效率及环境风险的关系。从区域、农户和 吨粮田不同层次上的分析表明,高投入下可以实现高效率,关键是提高综合管理的科学水平;经济作物生产中存在经济效益和资源效率分离的现象,生产者受经济利益驱动,大量投入肥料,由此会带来极低的资源效率和巨大的环境风险;在注意经济发达地区高化肥投入带来的环境问题的同时,还需要关注发展高经济价值作物带来的低资源效率和高环境风险。

根际微生态系统养分有效性及植物适应性机理

文章以铁营养为例,从植物—土壤—微生物及其环境条件所组成的微生态系统角度,讨论了养分的迁移途径和植物对营养胁迫适应性反应的机理,及植物营养效(?)基因型差异的实质,对今后的研究重点提出了设想。

提高作物养分资源利用效率的生物学途径

本文提出养分资源的新概念,讨论了提高作物养分资源利用效率的可能途径,其中重点举例说明了生物学途径的可行性。

小金海棠和山定子幼苗根自由空间铁累积量和活化量

不同基因型苹果幼苗根系自由空间铁累积量和活化利用能力不同。在缺铁胁迫条件下，抗缺铁的苹果基因型小金海棠幼苗与对缺铁敏感的山定于幼苗相比，根系自由空间铁累积量大，且它对此铁库的活化利用能力强。此外，供给铁源不同，在植物根中形成的自由空间铁库大小就不同；不同植物基因型对此铁库的活化利用能力也不同，因此，根自由空间铁库的大小及植物对该铁库中铁的活化能力大小可作为不同基因型苹果铁营养效率的筛选指标。

根分泌物与禾本科植物对缺铁胁迫的适应机理

本文系统地总结了自然基金重点项目“根分泌物在根际微生态系统中的营养机理”的研究进展和部分主要成果。研究表明,养分专一性根分泌物是植物营养遗传特性控制基因的标记物,它受某一养分缺乏的诱导,是在植物体内合成并可通过主动分泌作用进入根际的代谢产物。它的合成和分泌只受该养分胁迫的专一诱导和控制,只要改善这一营养状况就能抑制或阻止其合成和分泌。当植物缺乏这一养分时,植物体可通过自身的调节能力,合成专一性物质并自根分泌到根际,促进该养分的活化并提高植物对其吸收利用效率,从而达到克服或缓解该营养胁迫的目的。用单基因突变材料进行的研究表明,植物铁载体的生物合成和吸收利用是受单基因控制的过程。这一发现不仅使人类有可能运用生物学研究技术来解决营养缺乏问题,而且也为有效地利用自然资源、降低生产成本、减少环境污染提供了可能性。麦根酸类(mugineic acids)植物铁载体(phytosiderophores)在缺铁禾本科植物体内的生物合成,从植物根内向根际的分泌、在根际环境中对铁的活化及植物对F6^(3+)—植物铁载体螯合体的吸收四个过程组成了禾本科植物对缺铁胁迫的适应机理。植物铁载体只在早晨日出后2～6h内大量分泌的节律性增加了它们在根际土壤中的相对浓度,减少了它们与土壤颗粒的接触和被吸附;分泌部位集中在微生物尚未侵染的根尖避开了微生物的破坏和分解,同时也增加了它们在土壤微区中的相对浓度。分泌作用和螯合作用不受介质pH值和Ca^(2+)离子浓度影响的特性使该机理在经常出现缺铁现象的石灰性土壤上具有特殊意义。研究结果还表明,缺铁可以诱导激活根细胞原生质膜上可能存在的Fe^(3+)—植物铁载体复合体的专一性吸收和运载蛋白,高pH值和CaCO_3对这一蛋白的载体功能只有很小的抑制作用,即使在pH值和CaCO_3含量都较高的石灰性土壤上,也能有效地发挥作用。这一结论揭示了小麦等禾本科植物适应铁胁迫的实质及其生态学意义。

根分泌物及其在植物营养中的作用(综述)

在植物生长过程中,根系一方面从生长介质中摄取养分和水分,同时也向生长介质中分泌质子,溢泌或分泌大量的有机物质。

旱地小麦生产第一因素

旱地小麦生产的主要制约因素是“旱”和“薄”,根据多年调查和试验,年降水低于300mm时,“旱”是主要矛盾,是小麦生产的第一制约因素;降水高于300mm,低于800mm时,“薄”是主要矛盾。“肥力”是小麦生产的第一制约因素。但在一般情况下,我国北方95%以上的旱地年降水都高于300mm,“薄”是小麦生产的主要矛盾。在临汾地区,山区旱地的年降水高于平川旱地,但山区旱地的小麦产量却低于平川旱地,这一事实证明了以上观点。