中國農業大學胡樹文團隊歷經10多年攻關,探索出高效脫鹽生態治理鹽鹼地工程技術模式

讓鹽鹼荒地變生態良田(科技視點·堅持四個面向·勇攀科技高峯④)

前不久,山東省東營市新戶鎮種糧戶王甲民開墾的一片鹽鹼地上,冬小麥喜獲豐收。王甲民抓起幾棵麥穗,搓了兩把,手上留下飽滿的麥粒,“種地還是要相信科學。”他不禁發出這樣的感慨。

王甲民說的“科學”,指的是中國農業大學教授胡樹文團隊歷經10多年攻關,探索出的生態治理鹽鹼地工程技術模式。幾年前,他腳下的這片土地還是白花花的鹽鹼地,根本沒法種植作物,有的地方苗都發不出來,甚至寸草不生。如今,鹽鹼荒地變成了生態良田,“土地終於有了土地的樣子”。

根據不同鹽鹼類型,發明了生物基改性材料,使土壤的脫鹽效率提高了十幾倍

在胡樹文的辦公室牆上,掛着一幅中國地圖,一顆顆彩色圖釘標記着試驗點的位置:河套灌區、松嫩平原、黃河三角洲……他的案頭上,最顯眼的是一本近900頁的土壤學專著。“做土壤改良,我是徹頭徹尾的‘門外漢’,但是好在我比較能學習,現在理解得比較深入了。”胡樹文說。

這番話不是謙虛。胡樹文在中科院化學研究所高分子材料專業取得博士學位,即使到了中國農業大學,最初研究的也是天然高分子材料改性的功能性肥料,跟土壤改良“隔着一道山”。胡樹文回憶,2008年前後,他在研究功能性肥料時注意到,鹽鹼地對肥料特別敏感。比如,用酸性肥料能起到中和作用,莊稼就長得好一些;給肥料包上膜後,肥料溶解得慢,增產更明顯。反之,鹽鹼地要是用了速效肥,莊稼很快就“燒苗”了。

“單單一個肥料的影響就這麼大,要是土壤能改良,那有多好!”這讓胡樹文對土壤改良產生了極大的興趣,他的研究重心逐漸從功能性肥料轉向土壤改良。“這個想法非常大膽,當時有朋友勸我,‘搞鹽鹼地改良,不是你的本行,會有很多困難’。”胡樹文卻堅持自己的選擇,“科研中遇到的難題,往往是由若干因素限制形成的,不是僅靠一兩個學科就能解決的,所以需要多學科交叉。”

在閱讀很多土壤相關的文獻和專著後,胡樹文意識到,正常土壤和鹽鹼土壤的根本區別在於:正常土壤有團粒結構,透水、透氣性好;鹽鹼土壤顆粒細,無正常土壤的團粒結構,表現爲板結、乾硬、不透水、不透氣,因此鹽鹼難以隨水洗掉。“如果從改變土壤團粒結構這個角度出發,發明一種生物基的‘粘結劑’,將細小的鹽鹼土壤顆粒粘結成大顆粒,人造一種‘團粒結構’。這樣,土壤通透性提高了,鹽鹼不就能被更快速地淋洗掉嗎?”胡樹文提出了一個大膽的想法。

這是一個全新的思路,而設計材料恰恰是胡樹文的老本行。“如果設計出來的材料通過配位作用,能像‘八爪魚’一樣‘抓’住鹽鹼土壤裏的顆粒,就能促進土壤團聚體的形成。”一邊學習、一邊試驗,不斷思考、不斷深入,胡樹文就以這樣一種非常規的方式一頭扎進了新領域。“有句話叫‘人過四十不學藝’,但我是興趣驅動,只要有興趣,馬上就做。雖然我不是學這個專業的,但我從來不怕學習。”

胡樹文着手試驗了多種土壤改良劑,並反覆進行篩選,終於根據不同鹽鹼類型,發明了生物基改性材料,無毒無害,還能促使土壤團聚體形成。這樣一來,土壤的脫鹽效率一下提高了十幾倍,一次性每畝用300立方米淡水即可將耕作層鹽分基本脫除。和其他技術相比,減少淡水使用量90%以上。

打土鑽、挖剖面、測土樣、反覆探索優化方案,實地解決在實驗室裏很難想到的問題

鹽鹼地改良是世界性難題,也是複雜的系統工程。土壤結構、鹽分、養分、微生物羣落、作物品種、水利、種植管理等衆多因素交織在一起,互相影響。必須將它們全部調整到最佳狀態,作物才能健康生長。“實際治理過程中,要是缺少整體系統化的治理方案,如工程設施和土壤改良不配套,不僅作物不具備生長條件,還會不斷重複‘脫鹽—返鹽’,效果易反覆,改良週期長。”胡樹文說。

怎麼辦?不同於發明生物基改性材料的“靈光乍現”,這次胡樹文想出來的是“笨辦法”:“鹽鹼地治理還是要在鹽鹼地裏展開。要想辦法讓鹽鹼地長出莊稼來,就要把實驗室建在田間地頭,優化各種技術參數,在各鹽鹼區域建立起各種治理模式。”

就這樣,胡樹文帶着團隊,一起打土鑽、挖剖面、測土樣、反覆探索優化方案,實地解決那些在實驗室裏很難想到的問題。

“天津、河北、江蘇、山東等地的沿海灘塗地下水位淺,土壤易受到海潮侵蝕,改良好的土壤容易重新返鹽。首先要築堤建閘,控制地下水位,防止返鹽,同時改良土壤。”

“在河北、山西、內蒙古一些區域,礦化水灌溉帶來了鹽鹼,渠道滲漏抬高地下水位,造成鹽化土壤帶,導致鹽鹼與乾旱並存。要建立灌排系統、控制地下水位,將鹽分導出;重塑土壤結構、快速脫除土壤耕作層鹽分,同時節水灌溉、保持土壤水分。”

胡樹文站在地圖前,如數家珍般介紹起各鹽鹼區的情況。這些經驗,來源於他們團隊長期“浸泡”在鹽鹼地一線,在全國建立起133個試驗點,挖掘超過300個土壤剖面,採集超過3.2萬個土壤樣品……大量豐富的一手資料,既形成了“數據庫”,也幫助他們創建出系統的治理技術模式。

經過艱苦探索,胡樹文團隊在全國建立了十幾個大型示範區。在吉林松原前郭爾羅斯蒙古族自治縣,蘇打型鹼土改良示範田裏,水稻產量達到506公斤/畝;在內蒙古巴彥淖爾臨河區,向日葵的保苗率顯著提高,產量達到174公斤/畝;在山西朔州、甘肅酒泉等地種植的旱地作物,當年實現中高產量,第二、第三年即達到當地平均產量,示範田在連續耕種、控制地下水位的條件下,均沒有出現鹽鹼反覆的情況……

在此基礎上,胡樹文團隊針對鹽鹼土壤的組成和肥力,開發出專用功能性肥料、抗鹽鹼種子處理劑和抗逆材料。他們還與國內同行專家緊密合作,致力解決鹽鹼土微生物羣落結構單一問題,開展耐鹽品種篩選等,最終創建了以“重塑土壤,高效脫鹽,疏堵結合,墾造良田”爲原則的生態修復鹽鹼地系統工程技術體系,不斷地通過降雨、灌溉將鹽鹼從耕作層脫除,並把鹽鹼導出。

做科研不能急功近利,要有“流水不爭先,爭的是綿綿不絕”的態度,更重要的是“把論文寫在祖國大地上”

鹽鹼地大都分佈在偏遠地區,交通不便。胡樹文每年有七八個月都在地裏,他的學生在外時間更長。他們在田間地頭建起試驗站,簡易的平房,既當實驗室、辦公室,也當食堂和宿舍。休息時,胡樹文和學生們一起擠大通鋪。喫起飯來,七八碗麪條往桌上一擺,一盤豆芽炒肉、一盤尖椒豆皮,師生們一起喫得很香……

喫住都不講究,開展試驗卻從不馬虎。爲了測試土壤,胡樹文有時顧不上穿靴子,赤着腳站在稻田裏踩一踩,他說“這比穿靴子更能瞭解土壤的犁底層情況”。爲了採集鹽鹼土樣,學生們跳進土坑挖剖面,一蹲就是半天,風吹日曬,讓這些90後年輕人的皮膚像老農民一樣黝黑。“我的學生們都是好樣的!他們有很強的使命感,對鹽鹼地治理事業有着無限的熱愛。他們取得的點滴進步,都使我很快樂。”胡樹文的話裏透着驕傲。

都說“做給農民看,帶着農民幹”,胡樹文在地裏“多”做了一件事,就是向農民學習。“對於我們搞農業的來說,農民朋友是最接地氣、最有經驗的老師。他們有豐富的實戰經驗,對當地的氣候、種植條件更熟悉,也真正瞭解鹽鹼土壤存在的各種問題,積累下來一些碎片化的經驗。”胡樹文說,“我們的理論知識剛好能把農民朋友這些碎片化的知識串起來,從而更快地形成科學的系統的治理模式。”

中國農業大學在鹽鹼地治理方面有着深厚的積澱。得益於學校多學科優勢及各方面的支持,胡樹文團隊集合了育種、水利、土壤、肥料、栽培等多個領域的教授和研究生,全方位開展鹽鹼地治理試驗示範。“學生來團隊前,科研經歷普遍比較少,對科研工作了解也不多,每個學期開學,我都會和學生座談,和他們交流自己幾十年來的科研經歷和心得。”胡樹文說,自己經常告訴學生,做科研不能急功近利,要有“流水不爭先,爭的是綿綿不絕”的態度。

胡樹文搞土壤改良,是先做工程和技術模式,發表論文反倒放在了後面。“最近幾年,我們工程技術模式做得已經很成熟了,論文發表的情況也很不錯,因爲到了這個階段,發論文是水到渠成的事。”他說,“更重要的是‘把論文寫在祖國大地上’,治理鹽鹼地,就是要想方設法讓鹽鹼地長出莊稼來,而且產量要比較高。不斷圍繞着鹽鹼地中的各種問題,反覆推敲、試驗、反饋,直至解決問題。這是新時代賦予我們的使命,也是我們最值得自豪的地方。”

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