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华北农业的“探路者”

华北农业的“探路者”

进行地下水监测是日常工作。

科研人员在进行试验。

 

水分试验场

  “路上你可以留意,过了保定以后小麦会越来越少。”在前往中科院栾城农业生态系统试验站之前,沈彦俊给记者发了一条短信。

  中科院栾城农业试验站位于河北省石家庄市栾城区,距离石家庄市中心27公里、距北京270公里。这里是华北平原北部的太行山山前冲积扇平原,总面积4.98万平方公里,耕地3800万亩,属暖温带半湿润季风气候。其土壤类型以潮褐土为主,代表华北平原北部典型潮褐土高产农业生态类型,是我国重要的粮食产区。

  不过,近年来,正如记者收到的短信内容一样,华北平原的种植结构正在发生变化。作为栾城站站长,沈彦俊研究员以栾城站为圆心,常年在华北平原奔走。诸多在栾城站进行科学观察与试验的科学家也和他一样,正在探索华北平原农业的未来出路。

  三十年奠定基础

  栾城试验站建于1981年,1988年加入中国生态系统研究网络(CERN),1999年成为全球陆地生态系统观测网络(GTOS)成员,2005年成为国家生态系统观测研究网络(CNERN)台站。

  进入栾城站内,记者的第一印象就是地大、墒情好。试验田一块块整齐排列在阳光之下,像一幅优美的油画作品。正值深秋,试验田里收获的玉米晒满了整个园区,腾讯分分彩金灿灿的一片,很是耀眼。

  栾城站拥有完全产权土地417亩,按照CERN和GTOS监测规范,建设了标准规范的观测场与长期观测采样地,配置了先进的监测仪器,有完善的、专业配置齐全的监测技术队伍,采用监测任务责任到人的管理机制和“田间监测人员→专业质量控制组控制→数据管理员和主管站长”三级数据质量控制制度。近年来,栾城站在公共监测平台、试验研究平台、服务平台建设等方面都有了长足的发展,为逐步成为国际水平的长久性农田生态系统观测与研究基地奠定了基础。

  根据农田生态系统水分、土壤、气象和生物监测规范和野外田间试验要求,栾城站配备有国际先进的仪器设备,运行良好,为区域生态评估和科学研究提供了稳定、可靠的数据支撑。

  据中科院遗传所农业资源研究中心副研究员程一松介绍,栾城农业试验站的定位,是瞄准农业生态学的国际前沿和国家粮食安全、水资源安全的需求,围绕华北平原地下水超采区的生态环境问题,开展区域农业生态系统结构、功能及其演变过程的长期综合观测及对全球变化与集约化过程中的响应机制研究;探索农田生态系统界面能量、水分、养分传输过程及其内在调节机制和农业生态—经济复合系统的结构功能优化调控机制;重点研发、集成现代节水农业技术、清洁施肥管理技术、分子育种技术和精准农业应用技术等资源节约高效利用与管理技术;发展华北平原可持续农业生态系统管理的理论体系和区域优化示范模式。

  路在前方

  目前,栾城站围绕华北平原地下水严重超采和农田面源污染等生态环境问题,在农田水分循环过程与节水农业、农田养分循环过程与农业环境、区域信息技术与精准农业、全球变化生态学与分子育种技术领域开展了系统的研究,积累了大量的科学数据,取得了一系列重要的科研贡献。

  栾城站从上世纪70年代末到80年代初开始了以减少灌溉次数为目标的优化灌溉制度研究,确立了节水灌溉制度;90年代中期开始了“四水”转化过程试验研究,建立了区域蒸散估算模型;90年代初在国内率先开展SPAC系统水热传输机理的实验研究,提出了界面调控理论;90年代中期开展了农田蒸散结构的研究,提出了减少无效蒸发的覆盖节水理论与技术;90年代末以后加强了农田节水的作物生态生理基础研究,创立了综合节水农业模式。

  过去30年,华北平原的农业生产取得了长足的发展,农业投入、产出水平达到新的历史水平,然而,高强度的灌溉和施肥已经在区域范围内造成了严重的地下水超采和包气带土壤污染。

  由于降水量不足,这里的农业高产主要依赖抽取地下水灌溉和大量施肥,地下水严重超采。

  栾城站内有一口深达85米的井,用于观测地下水变化。自20世纪70年代以来,地下水位以每年1米左右的速度下降,目前埋深已在47米左右。

  以城市为中心的地下水复合漏斗逐渐扩大,水资源的可持续利用问题成为限制区域发展最重要的生态和环境问题,农业水资源的高效利用成为本区域农业可持续发展的核心限制要素。

  “小麦—玉米一年两熟的高强度农业必然不能持续发展。华北平原农业的未来出路在何方是诸多科学家所共同关注的问题。”沈彦俊告诉记者,华北平原现阶段面临的困境是世界各主要粮食生产区的共性问题。

  “在华北平原压缩高耗水冬小麦的播种面积,控制化肥施用水平,同时通过单季玉米品种和栽培技术的改进,将会大力补偿因缩减冬小麦种植引起的产量损失,可望有效缓解华北平原地下水资源面临的困局。”他们得出了这样的结论。

  站在栾城站的试验田里,土壤松软、田垄整齐。试验员们蹲点田间,细心采集样本资料和监测数据,心无旁骛地记录。此情此景给人一种安心之感:华北平原农业的未腾讯分分彩来出路就在前方。

  (原载于《中国科学报》 2015-11-16 第8版 平台)