濱海鹽堿地區(qū)“低投高效”農(nóng)作物育種策略探討

孫福來 桑衛(wèi)民 趙德勇 王 楠

（1 山東省濱州市種子管理站，濱州 256600；2 山東省土壤肥料總站，濟(jì)南 250100；3 濱州學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院，濱州 256600）

全球鹽堿化土壤約95 億hm2[1]，我國(guó)鹽堿耕地達(dá)760 萬hm2[2]，鹽堿化土壤在我國(guó)黃淮海麥區(qū)分布廣泛，環(huán)渤海灣地區(qū)農(nóng)田受鹽堿危害尤為嚴(yán)重[3]。淡水資源匱乏進(jìn)一步限制了鹽堿地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)力提升。提高鹽堿農(nóng)田的作物生產(chǎn)力對(duì)于在人口不斷增長(zhǎng)、耕地逐漸減少的情況下合理開發(fā)利用鹽堿“后備耕地”資源具有重要意義。

2018 年中央一號(hào)文件明確提出實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，指出要開展農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)投入品減量化。氮、磷等化學(xué)肥料是重要的農(nóng)業(yè)投入品，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2010-2019 年我國(guó)每hm2耕地化肥使用量為799.3～921.6kg。部分糧食主產(chǎn)區(qū)每hm2單季氮使用量超過200kg，磷使用量超過120kg[4-5]，遠(yuǎn)高于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)。由于磷礦石是不可再生資源[6]，過量使用磷肥引起的資源與環(huán)境壓力將促使未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)走向“低氮、磷供應(yīng)”模式。

培育適宜鹽堿農(nóng)田氮磷高效、節(jié)水抗旱農(nóng)作物新品種是一項(xiàng)重要任務(wù)，有助于鹽堿區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。本文在充分的文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上，結(jié)合多年的一線農(nóng)業(yè)推廣工作經(jīng)驗(yàn)，以黃河三角洲鹽堿地區(qū)為例，以周年“低投高效”為目標(biāo)，提出對(duì)應(yīng)的農(nóng)作物育種策略。

1 與鹽堿農(nóng)田農(nóng)作物輪作模式相配套的育種策略

黃河三角洲鹽堿地區(qū)地處暖溫帶，農(nóng)作物生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)一年兩熟；當(dāng)前，該地區(qū)的主要輪作模式為小麥-玉米。如果采用一年兩熟制，實(shí)現(xiàn)周年內(nèi)農(nóng)作物增產(chǎn)增效需要統(tǒng)籌兼顧輪作農(nóng)作物的生長(zhǎng)特性。為適應(yīng)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)牧業(yè)均衡發(fā)展，可適當(dāng)發(fā)展冬小麥-大豆、春小麥-玉米、燕麥-玉米、大麥-玉米生產(chǎn)模式。若采用春小麥-玉米、燕麥-玉米或大麥-玉米模式，玉米育種可選擇生產(chǎn)期適當(dāng)延長(zhǎng)的基因型，以實(shí)現(xiàn)周年增效。

2 低氮磷投入耐鹽堿農(nóng)作物新品種培育策略

為避免歧義和誤解，有必要對(duì)“低投高效”育種目標(biāo)進(jìn)行明確：在同一個(gè)較低水平的肥料投入基礎(chǔ)上，與當(dāng)前農(nóng)作物生產(chǎn)力相比，通過育種手段，實(shí)現(xiàn)綜合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益提升。育種目標(biāo)確立之后，首先需注重種質(zhì)材料的篩選鑒定工作，在較低肥料投入條件下，通過育種手段提升當(dāng)前農(nóng)作物品種的生產(chǎn)力。

根系是作物獲取氮、磷營(yíng)養(yǎng)的重要器官，同種作物不同根構(gòu)型的基因型在氮、磷獲取和利用方式上存在顯著差異。育種實(shí)踐中應(yīng)注重探索根系性狀與養(yǎng)分利用關(guān)系，將根系性狀作為后代材料取舍的參考。同時(shí)，氮、磷供應(yīng)量與供應(yīng)深度對(duì)作物根系發(fā)育存在顯著影響，育種工作要在適當(dāng)?shù)牡⒘走\(yùn)籌栽培條件下進(jìn)行。開花后莖稈及葉片氮素向籽粒轉(zhuǎn)移的效率也會(huì)影響最終氮素利用效率，需要對(duì)育種材料的根系、地上植株生理性狀綜合評(píng)估。

由于磷素在土壤中難以轉(zhuǎn)移，在表土層分布占比較大的根系構(gòu)型更有助于作物適應(yīng)低磷環(huán)境[7]。例如，有研究表明玉米冠根數(shù)目較多的基因型相對(duì)于冠根較少的基因型根系分布深度降低24%，而葉片磷含量增加了37%[8]。除根系發(fā)育早期外，根系總長(zhǎng)度的絕大部分由側(cè)根長(zhǎng)組成，側(cè)根長(zhǎng)主要由側(cè)根數(shù)目和單條側(cè)根平均長(zhǎng)度決定，側(cè)根性狀與表土層的磷素利用極為密切[9]。Jia 等[10]發(fā)現(xiàn)側(cè)根分枝密度較大的玉米基因型更有利于磷素吸收。磷高效利用選擇育種要兼顧這些已知的根系性狀與磷利用關(guān)系。

3 節(jié)水耐鹽堿農(nóng)作物新品種培育策略

與低氮磷投入耐鹽堿農(nóng)作物培育策略類似，首先要確立節(jié)水耐鹽堿農(nóng)作物育種工作目標(biāo)：即在雨養(yǎng)旱地或限水條件下進(jìn)一步改良當(dāng)前農(nóng)作物，獲得“新基因型”提高生產(chǎn)力。節(jié)水耐鹽堿新品種培育工作要注重探索根系發(fā)育進(jìn)程與降雨或水分供應(yīng)的關(guān)系。在淡水資源緊缺地區(qū)，可采用燕麥-玉米或春小麥-玉米生產(chǎn)模式，育種實(shí)踐中注重選擇根系性狀與自然降水匹配度較好的后代材料。

4 討論與展望

鹽堿地區(qū)“低投高效”農(nóng)業(yè)發(fā)展模式是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要種業(yè)管理部門、從事育種的科研院所與企業(yè)、農(nóng)業(yè)合作社、農(nóng)民經(jīng)營(yíng)個(gè)體等多方面參與。鹽堿區(qū)農(nóng)作物新品種審定和推廣是鹽堿地區(qū)農(nóng)業(yè)的“低投高效”系統(tǒng)工程的重要一環(huán)，需要建立完善鹽堿地區(qū)“低投高效”農(nóng)作物新品種評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。建議在鹽堿地區(qū)設(shè)立專門農(nóng)作物新品種評(píng)定專業(yè)委員會(huì)，負(fù)責(zé)組織農(nóng)作物品種（系）區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果提交省級(jí)品種審定委員會(huì)審定。在濱海鹽堿地區(qū)，新品種審定應(yīng)劃分專門耐鹽堿組別。以低肥投入、節(jié)水抗旱為目標(biāo)的育種工作，又可進(jìn)一步細(xì)化設(shè)置耐鹽堿低肥組、耐鹽堿旱肥組等。

科研院所和企業(yè)育種單位應(yīng)注重加強(qiáng)新品種的推廣工作，充分調(diào)動(dòng)農(nóng)業(yè)合作社、農(nóng)民經(jīng)營(yíng)個(gè)體的生產(chǎn)積極性。隨著制度逐步完善、社會(huì)各方面的逐漸重視，適宜鹽堿農(nóng)田周年“低投高效”農(nóng)作物育種策略可將農(nóng)作物新品種的增效“基因”最終表達(dá)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)效益上。