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立足土壤氮素研究保障我国粮食安全
发表时间 2018-01-03 09:29 来源 本站原创

  ———记中国科学院南京土壤研究所朱兆良院士

  慕亚芹   穆英

  (江苏大学学生工作处本报编辑)

  朱兆良,我国著名的土壤-植物营养学家,土壤氮素转化与综合管理研究方面的拓荒者和学术带头人之一。他在60多年的科学研究生涯中主要进行了如下几个方面的工作:



朱兆良院士

  1.土壤供氮能力与熟制改革研究

  为追求粮食单位面积高额产量,太湖地区在20世纪六七十年代曾把“稻-麦”两熟制改为“稻——稻——麦”三熟制。耕作制改变后,农民普遍反映“氮肥胃口变大”。朱兆良和同事研究发现,氮肥施用量增大的主要原因是:太湖地区土壤供氮能力的量和质与三熟制中水稻生长的需氮规律不协调,土壤结构性质不同,这种不协调程度也不同。改制后每季水稻的生长期明显缩短,有效积温显著减少,这导致土壤对当季水稻的供氮量大大降低,因而要满足水稻高产要求,必须增加氮肥的施用量。试验结果还证明土壤结构性质的好坏对其供氮能力有较大影响。因此,朱兆良和同事认为土壤结构性质是当地熟制改革中应予以考虑的一个重要因素。

  2.水稻适宜施氮量推荐方法研究

  掌握氮肥适宜施用量是充分发挥作物生产潜力达到高产和环保的基础,氮肥适宜施用量的推荐(确定)方法一直是土壤氮素研究中的重要问题。在这方面一般多采用以土壤供氮量预测为基础的供需平衡法。朱兆良在前人研究的基础上,对稻田土壤供氮量的预测方法进行研究后发现,已有的稻田土壤供氮量的预测,由于多种原因一般只能达到半定量水平,以此为基础所确定的水稻适宜施氮量也只能是半定量。为此,朱兆良另辟蹊径探索水稻适宜施氮量推荐方法。他建立了以15N标记土壤矿化释出的铵态氮的15N丰度作为参比值的方法,并用该法测得水稻全生育期所吸收的总氮量中,约有20%是来自生长期间的非共生固氮作用。因此,用无氮区水稻地上部分累积氮量作为土壤供氮量的量度是不正确的。他还发现,不同土壤和田块之间,其犁底层的供氮量在稻田供氮量中所占的比例有很大的变幅。因此,采用稻田耕层土壤进行测试的方法不能准确预测稻田的供氮量,由此计得的适宜施氮量也只能是半定量的。

  朱兆良经过多年、多点氮肥施用量的田间试验和论证,结合我国农村生产和测试的实际情况提出了以“平均适宜施氮量”为基础的“区域总量控制与田块微调相结合”的氮肥适宜施用量的推荐方法。

  3.研究农田中氮肥去向和提出氮肥施用原则

  朱兆良和同事通过15N田间微区试验和氨挥发损失田间原位观测数据,并结合到上世纪90年代末国内有关单位的已有田间观测数据(主要是谷类作物),对我国农田中化肥氮的去向进行了粗略估计。他认为我国化肥氮的当季表观利用率约为35%,损失率高达约52%(其中氨挥发11%,表观硝化-反硝化损失34%,淋洗损失2%,径流损失5%),未知部分约为13%(可能是各项估算值的累积误差或为土壤中的残留部分,如果是后者,则这一部分氮仍可被后作继续吸收利用)。稻田氮肥当季所有损失途径中,淋洗损失很低,氨挥发和硝化-反硝化是主要损失途径。据此认为,我国氮肥利用率总体不高,损失率却高达52%,减少损失、提高利用率的潜力很大,并在研究和总结的基础上提出了减少氮肥损失的施用原则和技术。

  4.关注农业面源污染研究

  经过实地调查以及相关项目研究,朱兆良认为,与农业有关的造成我国地表水氮、磷污染的主要原因是集约化养殖场畜禽排泄物,其次才是农田中氮肥的不合理施用。他认为要改善环境急需在政策和技术方面积极促进畜禽粪便的农业利用,并关注集约化养殖场畜禽粪便的重金属含量超标等安全性问题。只有这样才能把污染物变成肥料,真正从源头治理环境,改善环境。另外他根据农田中氮肥去向的研究结果指出,施入农田的氮肥中,通过各种损失途径进入大气和水体的氮占施入氮肥量的52%,直接影响到氮肥农学效应的发挥,但是,从环境的角度来看,这些进入环境的氮素中,有相当一部分是惰性气体N2,只有约19%是对环境有影响的活性氮。这只是全国的平均数字,不同地区,不同季节损失的程度也不一样,但朱兆良认为这个数据在估算我国农田中氮肥损失对环境的影响时具有重要的参考价值。

  5.推动学科发展平台建设

  我国土壤氮素的研究工作起步较晚,直到1986年仅出版过由中国土壤学会两个专业委员会组织的国内第一次氮素工作会议的论文集和分散发表在学术期刊上的有关研究论文,因此亟需一本专著系统梳理已有的研究成果。正是在这样的背景下,朱兆良和文启孝组织编写出版《中国土壤氮素》一书。该书英文版出版后在国际土壤氮素研究领域被广泛引用并获得很高的评价。

  朱兆良借鉴已有的长期试验的经验并结合国情,于1986年开始在在封丘试验站建立肥料长期定位试验。与国内外其他长期定位试验一样,今天封丘的肥料长期定位试验的作用远超过朱兆良当初的想象。今天管理试验田的老师说:“现在从事土壤肥力、土壤化学、土壤物理、土壤微生物、温室气体等领域的很多研究工作人员都会因研究需要到这里采土。由于试验田的土壤很宝贵,除非一些重大课题,否则已经不允许在这里采土。试验田的土壤已成为众多学科发展的一个大数据库。”

  6.出谋划策保障粮食安全

  作为一名土壤-植物营养专家,朱兆良从不同的层次、不同视角思考如何保障我国粮食安全,期望能获得经济效益、农学效益和环境效益的统一。

  首先,把粮食安全目标锁定为口粮、饲料粮、工业用粮和其它用粮的总需求与总供应的平衡或基本平衡的观念,转变为以保证口粮自给为主要目标;其次,朱兆良认为农业生产中,必须切实贯彻“高产、优质、高效、生态、安全”的指导思想;第三,加强提高中低产区农业基础设施建设,发挥其粮食生产的潜力,将是未来争取社会效益、经济效益和环境效益共赢的重要举措;第四,提倡适度规模经营将有利于先进施肥技术的推广,满足既保障粮食产量、又减少环境压力的可持续发展的要求;最后,他认为可以利用发展草食型畜禽来部分满足人们的日常需求,以减少饲料用粮。

  7.提升中国土壤氮素研究国际影响力

  朱兆良于1979年10月参加在泰国清迈举行的“东南亚季风区氮素循环学术会议”,并做了题为“中国江苏苏州稻田中氮素循环和氮肥去向”的报告,受到国外参会人员的关注。1987年在马来西亚吉隆坡举行的尿素肥料会上,朱兆良做了题为“中国作物生产中尿素的效用”的报告,受到与会专家的高度评价。1990年,他应邀在国际土壤学大会分组会议上做“稻田的氮肥管理与氮素转化的关系”的报告,受到会议主持人的高度赞誉。朱兆良一次又一次在国际舞台上做学术报告,既提升了我国土壤氮素研究工作者的国际地位,又促进了与国外的合作。在他的努力和有关方面的积极支持下,2004年10月第3次国际氮素大会在南京召开,并签订《南京宣言》。这次大会的召开,进一步加快了我国在土壤氮素研究领域与国外合作的步伐。

  朱兆良院士简介

  朱兆良,祖籍浙江奉化,1932年8月出生于青岛。1953年山东大学化学系毕业后分配到中国科学院南京土壤研究所工作至今,长期从事土壤氮素研究。1999年-2004年任中国土壤学会理事长;1990-1994年任国际土壤学会水稻土工作组主席;1993年-1997年任国际科联环境问题科学委员会(SCOPE) “全球氮素循环和迁移”课题的科学顾问委员会委员;2002-2004年,任国际氮素启动项目(INI)专家组成员。1993年,获得陈嘉庚农业科学奖,并于同年当选为中国科学院生物学部学部委员。



朱兆良院士出席院士大会

  朱兆良先后获得国家、江苏省和中国科学院各种奖项,共计11项,其中主持的“稻田土壤的供氮能力和氮肥施用量的推荐”项目以及参与的“太湖地区高产土壤的培育和合理施肥的研究”项目获国家科技进步二等奖;与文启孝合作主编的《中国土壤氮素》一书,获1991年度华东地区科技出版社优秀科技图书二等奖和中国科学院自然科学奖二等奖,该书于1997年在荷兰由Kluwer Academic Publishers出版英文版。朱兆良培养了十几名研究生,发表论文150余篇,主编和参编专著9部。2004年10月,朱兆良主持了在南京召开的第3次国际氮素大会,并签订了《南京宣言》。

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