宋顯偉

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所 研究員

提到東北，大家自然會想到黑土地大糧倉。的確，我國東北地區(qū)擁有大面積的黑土地，產(chǎn)出了國家1/3以上的商品糧，所以在保證國家糧食安全方面，發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。但是在這廣袤的黑土地之間，也點綴著一點白，也就是我們今天的主角蘇打鹽堿地。

我國東北地區(qū)擁有蘇打鹽堿地的面積近5,000萬畝，如果加以改良和利用，將極大緩解我國人多地少，人均耕地不足世界1/4水平，所帶來的糧食安全的隱患。但是談到改良談何容易，蘇打鹽堿地被譽為土壤的癌癥，具有堿、硬、瘦、死的特點。

堿，從它的名字上可以得出它含有蘇打成分碳酸鈉，碳酸氫鈉，高pH值，高堿化度。硬，是指它土壤的結(jié)構(gòu)，旱的時候堅硬板結(jié)，透水透氣性極差，植物在其上很難扎根生存。瘦，是指它貧瘠，有機質(zhì)含量非常的低，養(yǎng)分有效性很低，比如說磷的有效率通常小于20%。死，是指土壤的生物含量很低，缺乏土壤微生物和土壤動物。當(dāng)?shù)厝诵蜗蟮谋扔魇秋L(fēng)吹沙土遍地跑，鹽堿地上不長草，可見改良的難度還是非常大的。

在八年前，面向國家的需求，我們團隊的leader曹曉風(fēng)院士，就謀求研究方向的轉(zhuǎn)型，瞄準(zhǔn)了鹽堿地。當(dāng)時說實話，我們對鹽堿地還是一無所知。當(dāng)我把這個想法，跟我一個東北長期從事鹽堿地研究的同學(xué)說了之后，他就苦心勸我，你們最好不要碰，因為蘇打鹽堿地太難了，特別是鹽堿的旱地，很可能你一頭扎進去之后，到頭來一無所獲。但是本著無知者無畏的這種態(tài)度，我們決定還是要試一試。

怎么去改良呢？首先要改良它，第一點就得認(rèn)識它，所以我們就用了長達一年多的時間，進行了實地的調(diào)研，我們走訪了多個鹽堿地塊，同農(nóng)民進行聊天，也實地取一些樣品進行化驗和測試。后來我們認(rèn)識到，鹽堿地的一些特殊的性質(zhì)，比如說它的異質(zhì)性，俗話講就是鹽堿地上是一步三換土，就是說每一塊的鹽堿地，鹽堿程度都是不一樣的。還有蘇打鹽堿地由于它的成因的關(guān)系，通常地勢比較低洼，所以在雨季的時候它很容易積水，發(fā)生澇害。再有就是跟其他的鹽堿類型一樣，蘇打鹽堿地也存在著鹽隨水來，鹽隨水去，一年四季動態(tài)的變化。我們也了解到，在重度鹽堿地上，要么是寸草不生，要么就長一些原生的，沒有什么特別大的經(jīng)濟價值的植物，比如堿蓬、星星草、蘆葦、虎尾草等。

我們同時也了解到，目前鹽堿地還沒有好的治療的方法，以往的工程的、農(nóng)藝的、化學(xué)的改良方法，在一定程度上確實有效，但是要么成本太高，對于資源的耗費太大，要么它存在著反復(fù)，以及二次污染的風(fēng)險，所以目前沒有大面積應(yīng)用的可能。而生物改良其實作為一種新型的手段，通過種植耐鹽堿的植物，然后逐年改良的方法把土壤變好，被認(rèn)為是最經(jīng)濟，同時也是最有前途的一種方法，所以我們就把我們的目標(biāo)，鎖定在了生物改良方面。

生物改良的核心，就是要找到這種合適的植物。通過我們前期的調(diào)研，對于蘇打鹽堿地的了解，我們總結(jié)了這種超級的植物首先要耐堿，其次它還要耐澇，同樣最重要的要讓老百姓能接受，還要有用，即能產(chǎn)生經(jīng)濟價值。

那么這種植物怎么去找呢？《中國植物志》當(dāng)中所記載的植物，超過了3萬多種，如果直接去找，無異乎大海撈針，所以我們就從我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)當(dāng)中，去尋找線索。我們注意到，我們的老祖宗，經(jīng)常是用一種綠肥的植物做肥料，去種植莊稼，千百年來保證了，我國的土壤沒有退化。

比如《齊民要術(shù)》當(dāng)中就說：凡美田之法，綠豆為上，小豆，胡麻次之。這也凸顯出豆科綠肥是非常好的，為什么呢？因為豆科綠肥通常蛋白質(zhì)含量高，而且整株比較幼嫩，更重要的是一些豆科的綠肥，具有結(jié)瘤固氮的功能。利用它跟根瘤菌的共生，能夠產(chǎn)生固氮的根瘤，然后將空氣中的氮固定下來，轉(zhuǎn)變成氨被植物所吸收和利用，也就是為植物供給氮肥。所以在農(nóng)業(yè)上也有言：綠肥種三年，瘦地變肥田，可見它改土培肥的效果是非常好的。

接下來就把我們的研究精力重點放在綠肥上，我們通過跟合作者一起，收集了800多份的綠肥，然后把它種在我們東北最重的鹽堿地當(dāng)中。種完了之后，問題接踵而至，因為我剛才說了，鹽堿地上是一步三換土，每一塊的鹽堿程度都是不一樣的。那么如何評價植物的耐鹽堿性？我們當(dāng)時也是經(jīng)過了思考，采用了一種看似非常笨的方法，就是把長出來植物旁邊的土壤進行測定。把它得到的pH值，跟它長勢進行對應(yīng)，這樣來評價。800多份的植物，每個三個重復(fù)，每個重復(fù)測三個點，這樣大概7000多個樣點的測定，我們在一周之內(nèi)，頂著7月份的酷暑，在這個大田當(dāng)中完成了。

當(dāng)我們在一種植物，也就是我們今天的主角田菁當(dāng)中，把它周圍的土壤測定了之后，發(fā)現(xiàn)pH值表現(xiàn)出10.02的時候，我們現(xiàn)場所有的人都非常的興奮，也都為田菁點贊。

田菁確實很耐鹽堿，左邊這張圖是在我們pH值10.02的一個田塊當(dāng)中，它跟耐鹽堿的先鋒植物堿蓬可以長在一起，而且長勢非常的好，后期能達到一人多高。在右邊盆栽當(dāng)中可以更加明顯的看到，被譽為牧草之王的紫花苜蓿，在堿土當(dāng)中是不能生長的，田菁的生長卻是不受抑制的，這也就滿足了我們所要尋找的，超級植物的第一個特點是耐堿。

我們在發(fā)現(xiàn)它耐堿之后的第二年，在吉林的長嶺有這樣一塊田，平均的pH值達到9.5，我們春天把田菁種上去之后，出苗和生長都完全沒有問題，但是也伴隨著雜草叢生。我們當(dāng)時還是苦于沒有合適的除草劑可用的時候，天空中下了兩場大雨，半個月之后再進去一看，雜草已經(jīng)被泡死了，但是田菁仍然堅挺地活著，而且長得特別好。田菁在水淹條件下，能誘導(dǎo)它產(chǎn)生發(fā)達的水生根和海綿組織，能夠抵御它進行水淹的脅迫，所以田菁也滿足我們要找的超級植物，第二個特點耐澇。

那么田菁是否有用呢？古人給它起的名字為什么叫田菁？古人視之為田地的精華，我們也發(fā)現(xiàn)在鹽堿地的條件下，它可以產(chǎn)生大量的根瘤，而且這種根瘤都是有活性的，固氮效率也很高，所以田菁可以固氮，能夠提供有機的氮肥，供土壤和供植物進行吸收，所以它還是很有用的。

但要讓老百姓能接受，似乎還不夠，接下來我們就發(fā)現(xiàn)田菁還有飼用的價值。這個發(fā)現(xiàn)其實多虧了一只野兔，這個是我們在發(fā)現(xiàn)田菁耐鹽堿篩選的田中，恰好碰見一只野兔在津津有味的吃田菁。我們就想，說不定動物會很喜歡吃田菁，采摘了一些進行了牛和羊的飼喂，發(fā)現(xiàn)它們都還很喜歡吃，這也就引發(fā)了我們對田菁飼用價值的挖掘。其實田菁蛋白含量還是蠻高的，它幼嫩時期的粗蛋白含量能達到20%，葉片的蛋白含量更能超過30%，完全可以媲美目前高蛋白的飼草，牧草之王苜蓿。所以田菁耐堿、耐澇、而且還有用，完全符合我們所找的超級植物的三個特點。

那么如何把它用好？我們所用的這種田菁，其實種質(zhì)目前多半還都是野生未馴化的，還有一些不良的性狀，比如說炸莢性狀，還有花序是無限生長的，這樣就給它生產(chǎn)種子帶來很大的不便；再比如田菁其實容易掉葉，尤其是后期；而且它容易發(fā)生木質(zhì)化，這樣會影響它作為飼草的品質(zhì)；所以我們也在積極研究，如何用一些育種的方式，把它從野生變?yōu)轳Z化，也就是打造這種超級植物的升級版。

此外在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，大家都知道，其實種子，栽培方法和田塊，共同決定了最后的產(chǎn)量。那么有了好的種子之后，一定要有好的栽培方法，這個我們也是深有體會，當(dāng)時我們就因為苦于沒有合適的播種機器，沒有合適的播種深度，經(jīng)常出苗非常的慘淡，同時出來之后，也苦于沒有合適的除草劑，經(jīng)常是從草里頭找苗。但是經(jīng)過我們和合作者幾年的努力，我們現(xiàn)在也完全把這一方面克服了，良種和良法進行了配套之后，我們就對于一塊鹽堿地，進行了治療。

這一塊是在吉林長嶺的，一塊100畝左右的鹽堿荒地。從以往的衛(wèi)星圖上可以看到，以往8月份都是莊稼長得非常茂盛的時候，但是在這個地里看不到一絲的綠意。我們當(dāng)年種植了田菁之后，在8月份可以看到，它長的是郁郁蔥蔥，為這里平添了一絲的綠意。同時對比相鄰的地塊，基本上沒有長出任何的莊稼來，田菁可以說是初見成效。

那么對土壤的治療效果又是怎么樣的呢？我們通過土壤的剖面對比看到，沒種植田菁，土壤會更加的緊致，一看就是通透性很差，但是種了田菁，田菁的根扎進去之后，土壤的疏松性變得更加的疏松，也就變得更加的通透。

我們也進行了化驗，我們也把田菁作為綠肥翻壓回田，第二年當(dāng)它腐爛了堆漚之后，我們再測土壤的pH值發(fā)現(xiàn)，pH值下降了，同時土壤的養(yǎng)分升高了，也就是說田菁讓鹽堿地變得更加肥沃了。

最直觀的例子是什么呢？就是后續(xù)種植莊稼的效果，這是我們選取了種植田菁一年的地塊再種植玉米，它相較于沒有種植田菁，而直接種植玉米來講，變得效果更加的好了，也就是說田菁讓鹽堿地更適合種植莊稼。

光伏是清潔能源，是現(xiàn)在非常熱門的一個產(chǎn)業(yè)，國家也大力提倡，光伏下面必須發(fā)展農(nóng)業(yè)，也就是光伏加農(nóng)業(yè)，這也是一種新型的農(nóng)業(yè)形式。理想的狀態(tài)情況下，它是充分利用土地的空間，在上方架設(shè)光伏板用來發(fā)電，在下方種植一些作物或者是一些草，發(fā)展農(nóng)業(yè)，這個理想是很豐滿的，現(xiàn)實卻很骨感。

在我國東北地區(qū)，光伏經(jīng)常會落在大量的鹽堿地上，僅白城地區(qū)，就有15萬余畝，當(dāng)?shù)氐钠髽I(yè)和政府，苦于沒有合適的植物種植，常年處于撂荒的狀態(tài)。

當(dāng)一個企業(yè)的老總，得知我們在吉林松原種植田菁的事之后，他就主動找到我們。這是沒有種植之前 6月19號，我們可以看到，它的堿斑的比例，其實超過了50%，而且它的pH值也非常的高，當(dāng)時我們也是心里很打鼓的，這個田比我們之前改良松原長嶺那一塊田，環(huán)境條件更加的惡劣。當(dāng)把我們新研制的品種中科菁一號，以及我們新研發(fā)的一些固氮的菌劑，一些微生物的菌劑摻進去之后，它的效果還是非常不錯的。到了8月11號，它就基本上把原來堿斑很大的土地，進行了綠色的覆蓋，到了9月份之后，它長勢就非常的郁郁蔥蔥，可以達到一人多高。當(dāng)?shù)氐钠髽I(yè)和當(dāng)?shù)卣娜?，感到非常的震驚。

我們都知道，東北草原鹽堿的面積要更大。比如說作為最大的草原松嫩草原，鹽堿化的面積已達到了240萬公頃，占它總面積的2/3以上，并以每年很快的比例進行遞增。導(dǎo)致的后果就是，優(yōu)勢的建植種羊草的比例顯著的降低，再也不復(fù)當(dāng)年風(fēng)吹草低現(xiàn)牛羊的景象，多半現(xiàn)在都是左邊那個圖這樣的景觀，急需進行生態(tài)修復(fù)，恢復(fù)羊草的覆蓋度。

那么怎么進行恢復(fù)呢？首先我們就要了解一下羊草，羊草其實被譽為禾草之王，它耐逆性很強，耐寒、耐旱、耐鹽堿、耐踩踏、營養(yǎng)價值高、適口性好，更重要的是它地下根莖非常發(fā)達，像竹子一樣，它有很大的空間拓展能力，防風(fēng)固沙，涵養(yǎng)水源。但是它自身也存在著，前期長勢非常弱的特點，第一年種子種下去之后，它長得非常瘦弱，像一根針，第二年呢，由于空間擴展能力非常的強，就能連成一條線，而等到了第三年，就能連成一大片。

如果要恢復(fù)它的覆蓋度，首先就要從早期建植入手，因為鹽堿地惡劣的環(huán)境，極其抑制羊草的早期的建植，我們就想田菁既然非常耐鹽堿，而且它改土培肥能力也很強，能不能把田菁跟羊草混著進行播種，為羊草的早期的建植，創(chuàng)造一個比較好的立地的環(huán)境。

帶著這個思路，我們也是結(jié)合了一些耕作栽培方式，經(jīng)過了幾年的努力，我們建立了在鹽堿化草原羊草田菁混播的改良技術(shù)，這項技術(shù)應(yīng)用之后效果是非常好的，我們已經(jīng)在東北地區(qū)，進行了15,000余畝草原的生態(tài)修復(fù)，產(chǎn)生了很好的效果和效益。

田菁這么耐鹽堿，那么它的基因組肯定含有一些很獨特的，耐鹽堿的基因，如果能將它挖掘出來，進行作物的改良，那將對于應(yīng)對全球氣候逐漸的惡化是非常有意義的。我們也是通過全基因組測序，挖掘到了一類田菁特有的，跟磷高效利用相關(guān)的一個基因家族。很可能緩解了在鹽堿條件下，由于缺磷所導(dǎo)致的缺磷的脅迫，而賦予了田菁更加的耐鹽堿。

我們也非常的幸運，能夠獲得了田菁這個超級的植物，我們也再次能感受到大自然的力量，能夠創(chuàng)造出這么多形形色色，擁有超能力的植物，也需要我們更多的人，去發(fā)揮我們的智慧和努力去把它挖掘好，把它利用好，把它用在最恰當(dāng)?shù)牡胤健?/p>

我今天只講了關(guān)于田菁耐堿方面的故事，其實田菁還很耐鹽，還很耐酸，為此我們也擬定了一個田菁的培優(yōu)計劃，就是利用我們的力量，以及跟很多的合作者一起，能夠從種質(zhì)創(chuàng)新角度，培育適合不同用途，不同氣候特點的優(yōu)質(zhì)的良種，我們堅信田菁一定會大有作為。

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