導讀 有機旱作農業

王娟玲

（山西農業大學，山西 太原 030031）

2017年習近平總書記視察山西時指出：有機旱作是山西農業的一大傳統技術特色，山西少雨缺水，要保護生態、節水發展，要堅持走有機旱作農業的路子，完善有機旱作農業技術體系，使有機旱作農業成為我國現代農業的重要品牌。總書記話講在山西，但旨在全國現代農業的發展。

有機旱作農業的內涵主要是充分汲取傳統農業文化理念精華，充分運用現代先進技術、裝備，因地制宜構建旱作農業內生性綠色高效的物質能量循環，形成健康的生態生命系統，促進用養結合，顯著提高資源利用效率、土地產出能力、干旱抵御能力和產品增值能力，盡可能減少化學品投入，實現量質兼用、生態良好，推動旱作農業轉型升級，可持續發展，這是一條有中國特色的旱作農業發展之路。發展有機旱作農業，就是要讓地越種越肥，水、土、肥等資源高效利用，生產的農產品綠色優質，生態環境越來越好，最終實現生產與生態共贏，人與自然和諧共生。有機旱作農業包括但不等于有機農業，它既不是傳統有機旱作農業的簡單回歸，也不是當下旱作節水農業的簡單過渡，它是從思想理念、發展方式到技術途徑的全方位深層次轉變。針對目前我國廣大旱農地區普遍存在的土壤耕層淺、質量等級低、降水資源和氮肥利用率低、土地產能下降、白色污染嚴重等突出問題，急需開展有機旱作農業理論創新和技術攻關，以支撐現代農業生產的綠色高效和可持續發展，助力鄉村振興和農民增產增收，保障我國重要農產品供給與國家糧食安全。

為了系統總結有機旱作農業最新優秀成果和研究進展，本?？亟M織全國有機旱作領域相關專家和科研人員，著重圍繞地膜覆蓋與降水資源高效利用、農田養分管理與高效利用、耕地保育與質量提升、作物抗逆種質創制與功能基因發掘4 個方面，共撰寫學術論文18 篇，其中研究論文16 篇、綜述2 篇。

1 地膜覆蓋與降水資源高效利用研究

干旱缺水是制約我國旱作區雨養農業產量提升的重要因素，田間壟溝集雨措施是解決該問題的有效方式之一。鄭詩然等[1]采用薈萃（Meta）方法對我國北方旱作區壟溝集雨措施效果進行了系統研究，結果表明，與平作相比，壟溝集雨措施作物產量和水分利用效率分別提高44%和43%，但不同作物、區域以及集雨面材料間存在顯著性差異。黃土高原半干旱區的田間集雨措施增產增效最顯著，產量和水分利用效率與平作相比分別提高了47.8%和49.7%。覆膜處理和不覆膜的壟溝集雨處理分別在生長季降水量為50～350、250～450 mm時效果最高，與平作相比增產率分別為49.0%～93.4%和26.0%～29.8%。該研究明確了我國北方農牧交錯帶、黃土高原半干旱、東部半濕潤區不同壟溝集雨措施對不同作物產量及水分利用效率的影響，并探明了生長季內不同降雨量與壟溝集雨效果的關系，推薦在黃土高原半干旱區選用覆膜壟溝集雨模式，在農牧交錯帶地區選用覆膜或不覆膜壟溝集雨模式均可，在東部半濕潤區選用不覆膜壟溝集雨模式。

晉北地區谷子種植大量采用地膜覆蓋，但地膜殘留問題日趨嚴重。葉凡等[2]研究了覆膜和不覆膜對土壤水熱特征和谷子產量的影響。結果表明，谷子不覆膜與覆膜種植相比，苗期土壤溫度較低，谷子株高和莖粗在苗期—孕穗期均低于覆膜種植，且單株長勢較弱；生育后期不覆膜種植土壤溫度、谷子長勢與覆膜種植無顯著差異；成熟期不覆膜種植谷子穗部性狀優于覆膜種植，但是由于穗數低于覆膜種植，產量較低。不覆膜種植不論是雨養條件還是灌溉條件，各土層的土壤含水量均低于覆膜種植，生育期內谷子蒸散量高于覆膜種植。

地膜覆蓋在西北旱作區春玉米生產中起著重要作用，然而，生產上農膜厚度普遍偏低，且傳統上在玉米收獲后揭膜，導致殘膜回收困難，造成環境污染。丁云鵬等[3]分析了3 種地膜厚度與2 個揭膜時期對旱作農田土壤溫度、含水量、玉米產量及地膜回收率的影響。結果表明，0.012 mm 厚度地膜覆蓋較其他厚度提高了拔節期至抽雄期土壤貯水量，顯著提高了三葉期至乳熟期5 cm 土層土壤溫度，因此，春玉米干物質積累、產量及水分利用效率都有明顯提高；抽雄期揭膜較收獲后揭膜降低了土壤貯水量，且顯著降低了乳熟期至成熟期5 cm 土層土壤溫度，但并不影響作物產量及水分利用效率，且地膜回收率得到顯著提升。

2 農田養分管理與高效利用研究

有機肥替代化肥能夠提高土壤養分含量和酶活性。王含瑞等[4]2018—2021年連續4 a 在山西省臨汾市浮山縣定位監測生物有機肥替代化肥對旱地玉米土壤養分和產量的影響。結果顯示，施肥能提高旱地玉米土壤養分和酶活性，其中化肥減量30%+生物有機肥處理效果最佳，與單施化肥相比，4 a 內土壤有機質、全氮、速效磷和速效鉀含量分別提高了6.90%、24.65%、51.20%和5.47%，產量略有增加；隨著生物有機肥逐年替代，土壤養分含量和酶活提升效果增加。

為了提高設施蔬菜生產的養分利用效率，周靜等[5]以密刺60 為研究對象，在適施有機肥基礎上，研究追肥量和追肥間隔對設施黃瓜生長發育的影響。結果表明，追肥量以及追肥量與追肥間隔交互作用對設施黃瓜莖粗影響顯著；中氮（0.31 t/hm2）追肥下設施黃瓜長勢較好，產量最高，為266.46 t/hm2，各處理設施黃瓜凈光合速率顯著提高，總葉綠素含量、葉綠素a、葉綠素b 和類胡蘿卜素含量均顯著高于其他處理（P<0.05）。該研究明確了在有機肥適宜施肥量確定基礎上適時適度追肥有利于設施黃瓜的生長，合理的追肥量和追肥間隔能夠提高設施黃瓜光合性能和產量，改善品質。推薦設施黃瓜適宜追肥施氮量為0.31 t/hm2，追肥間隔為14 d/次。

為了解決長期施用化肥導致谷子產量不穩，品質降低等問題，盧華雨等[6]研究了不同種類肥料對谷子農藝性狀、產量、籽粒品質的影響。結果表明，微生物菌肥能夠提升谷子群體的抗倒伏能力，顯著提高單穗質量、單穗粒質量、千粒質量和產量（P<0.05）；但堆肥處理對谷子籽粒品質的提升效果較為明顯，堆肥處理下粗脂肪和總氨基酸含量最高，分別為2.7、10.68 g/100 g，顯著高于復合肥和堆肥處理（P<0.05）。本研究結果對谷子優質高效生產提供了技術支撐。

鐵是植物生長必需的微量元素之一，陳向陽等[7]研究了葉面噴施鐵肥對谷子各器官鐵元素分布的影響及品種差異。結果表明，谷子灌漿期葉面噴施七水硫酸亞鐵溶液能夠顯著提升谷子米粒、谷糠、頂三葉和莖稈中鐵元素含量，其中頂三葉中鐵元素的積累量提升最高，但對谷子下部葉和根系中鐵元素含量影響較??；且不同谷子品種對噴施溶液的響應不同，谷子籽粒中鐵元素含量隨七水硫酸亞鐵噴施濃度的增加呈現升高趨勢，促進了谷子營養功能作用。

為了解析生物炭施用量在烤煙上的應用效果，蔡何青等[8]采用長期定位施肥試驗，設置不同生物炭用量，研究了生物炭不同施用量對烤煙生長發育、鉀素積累特征和產量的影響。研究表明，施用5 t/hm2生物炭能夠促進烤煙各生育期鉀素積累，其中成熟期烤煙葉、莖、根部鉀素積累分別增加了19.1%、37.6%和31.9%，全株鉀素積累增加24.5%，烤后煙葉總產量提高18.7%，而且上等煙產量提高21.7%；過量施用生物炭（40 t/hm2）導致烤煙各生育期葉面積下降，成熟期烤煙全株鉀的積累量下降27.0%，烤后煙葉總產量顯著下降。

為探究生物炭對烤煙根系特性和土壤CO2排放的影響，李彩斌等[9]采用長期定位試驗，研究生物炭不同施用量對烤煙根系形態特征和CO2排放的影響。結果表明，施用15 t/hm2生物炭烤煙總根體積增加了0.9%～7.3%，土壤CO2排放累積量和碳排放累積量均降低了3.4%，且改善了土壤物理性質，提高了烤煙生長前期土壤溫度，降低了土壤濕度；高量施用生物炭（40 t/hm2）處理會抑制烤煙根系生長，降低烤煙總根體積，增加土壤CO2排放量。相關性分析表明，烤煙根系與土壤CO2排放量的關系緊密。因此，適量施用生物炭（15 t/hm2）有利于改良烤煙土壤環境，促進烤煙根系生長，降低烤煙土壤CO2排放。

3 耕地保育與質量提升研究

高強度的農業生產導致一系列生態問題，對農業可持續發展產生了重大影響。加快發展生態保育型農業是我國農業可持續發展面臨的緊迫任務。黃彬香等[10]綜述了生態保育型農業研究進展，內涵及實現途徑，展望了當前生態保育型農業亟需研究的科學問題。文章認為生態保育型農業目的就是促進資源可持續利用，環境改善、生產力提高、建立農業可持續發展的農業生產制度與技術體系。實現生態保育型農業的途徑包括水分保育、養分保育、固沙保育、適度投入、綜合保育等。當前生態保育型農業亟需研究的關鍵科學問題為農業生產與生態系統的互饋機制、農業生產能力與區域資源環境承載力的協同提升、生態保育機制及其區域化途徑等。

脫硫石膏是改良鹽堿地常見改良劑，可以改善鹽堿土壤的理化性質。張文新等[11]選用3 種改良劑（脫硫石膏+羊糞、脫硫石膏+生物炭和脫硫石膏）研究改良劑對土壤鹽堿指標和養分的影響。結果表明，3 種改良劑中脫硫石膏在滴灌作用下均可降低土壤酸堿度、土壤全鹽量和土壤鈉吸附比（SAR），對土壤速效鉀含量影響不大；脫硫石膏改良劑可以提高土壤中銨態氮和硝態氮的含量；脫硫石膏+羊糞和脫硫石膏+生物炭則能明顯增加有效磷的含量。

可溶性有機碳（DOC）和氮（DON）在土壤物質循環和養分流動等動態過程中的作用越來越受到關注，已成為生態學、環境學、土壤學、水文學等研究領域的熱點之一。孫盛凱等[12]綜述了DOC 和DON 相關的國內外研究進展，分析了土壤DOC 和DON 含量的影響因素及淋失問題，并提出了土壤DOC 和DON 淋失的防控措施。土壤DOC 和DON為組分復雜的可溶性有機混合物，在土壤中的移動性較強，可能影響周邊環境，造成生態系統碳氮虧缺并對周邊水體的質量產生影響。為進一步探索土壤DOC 和DON 的生物和化學屬性，開展全球氣候變化影響DOC 和DON 的機制，探究DOC 和DON 向深層土壤遷移以及二者之間的轉化和淋溶是今后研究的重要方向。

為明確朔州市平魯區耕地質量的空間分布和地理格局，對耕地進行分區保護，韓小英等[13]深入分析了平魯區2016年耕地質量數據，采用ArcGIS對數據進行可視化，并從不同尺度對平魯區耕地質量空間分布特征進行建模，提出了耕地分區保護方案。平魯區耕地質量空間分布主要呈現出西北和東南高，西南及中部區域低的格局；村級自然等、利用等、經濟等的Moran’s I 值均低于區級的水平；結合平魯區3 類耕地質量指數空間局部自相關結果，將平魯區耕地劃分為4 類保護區，并針對各區的特點提出了符合現狀的耕地保護措施。

溫云杰等[14]研究了添加豬糞、玉米秸稈、油菜秸稈后3 種不同黏粒含量的土壤中微生物量碳和氮、球囊霉素含量以及磷脂脂肪酸含量的變化。結果表明，3 種有機物料理化性狀差異較大，豬糞有機肥碳/氮較低，含較多烷基碳和含氮烷基碳，可顯著提高土壤球囊霉素、微生物量碳和氮含量以及細菌、真菌和總磷脂脂肪酸含量；玉米秸稈含較多木質素，腐解較為緩慢，土壤球囊霉素、微生物量碳和氮含量以及細菌、真菌和總磷脂脂肪酸含量顯著低于其他處理。土壤黏粒含量較低處理的微生物量碳和氮以及總磷脂脂肪酸含量較低，微生物活性較弱，導致土壤球囊霉素含量低于黏粒含量較高的處理。然而土壤黏粒含量過高會降低真菌的磷脂脂肪酸含量。綜上所述，豬糞有機肥可快速促進微生物的生長繁殖，提高土壤球囊霉素的含量，且與土壤黏粒含量密切相關。

為探索適宜山西中晚熟玉米種植區抗旱保苗蓄墑的耕作方式，姜春霞等[15]采用了層次遞進分析法對晉中市榆次區抗旱保苗蓄墑的適宜耕作方式進行了篩選。結果顯示，秋隔年深松+秋旋耕、秋隔年深松+春旋耕抗旱保苗蓄墑能力優于其他處理，較對照增加0～30 cm 土壤含水量，出苗率分別為93.3%和93.0%；深松耕作處理明顯發揮了納雨蓄墑作用，提高土壤含水量和0～200 cm 土壤貯水量，有利于提高土壤的蓄水能力。

4 植物抗逆種質資源與功能基因發掘

糖基化修飾是黃酮類化合物合成途徑中的最后一步，對植物黃酮類化合物的代謝具有重要意義，同時黃酮類化合物可防止植物因干旱脅迫而失水。為了研究大蔥類黃酮糖基化修飾的關鍵基因對干旱脅迫的響應。張宇辰等[16]從干旱脅迫的大蔥中分離到UFGT基因，命名為AfUFGT2，并對該基因的結構、蛋白理化性質和表達模式進行了研究。結果表明，AfUFGT2編碼一個酸性親水蛋白屬于糖基轉移酶GTB 型蛋白質超家族，且AfUFGT2參與大蔥黃酮類化合物3-O 位置糖基化修飾，并推測AfUFGT2 以UDP-葡萄糖為主要糖基供體，具有葡萄糖基轉移酶活性；干旱脅迫下大蔥會通過提高AfUFGT2的表達量來促進類黃酮化合物合成，進而增強植株抵御干旱的能力。

土壤鹽漬化嚴重限制小麥產量進一步提高。克隆小麥鹽脅迫相關基因，發掘優異耐鹽單倍型，并開發分子標記，對培育篩選耐鹽小麥新種質具有重要意義。吳丹萌等[17]從小麥中克隆到一個受鹽脅迫調控的組蛋白編碼基因TaHis3.2，共獲得2 種TaHis3.2序列，開放閱讀框均為411 bp，存在8 個單核苷酸多態性位點，編碼同一種氨基酸；結構域預測發現，TaHis3.2 蛋白包含Histon 保守結構域。小麥基因組中共398 個該家族成員，在各染色體上均有分布，且主要位于染色體兩端。TaHis3.2主要在根部表達，鹽脅迫能夠抑制該基因的表達。

燕麥（Avena sativaL.）是禾本科燕麥屬一年生草本植物，具有抗寒、抗旱、耐鹽堿、耐貧瘠、產草量高、營養成分含量高等優點，屬于糧飼兼用型作物。為了篩選適合河北壩上地區種植的燕麥品種資源及其最佳刈割期，陳麗雪等[18]以壩莜18 號、壩莜3 號、冀張莜4 號和壩燕4 號4 個燕麥品種為材料，基于產量和品質篩選適合在該區域種植的燕麥品種及最佳刈割期。結果表明，在抽穗期刈割收獲，壩莜18 號燕麥干草產量最高，為7 794.80 kg/hm2；在灌漿期刈割收獲，壩莜3 號燕麥干草產量顯著高于其他3 個品種，為9 425.07 kg/hm2；在成熟期刈割收獲，冀張莜4號干草產量最高，為9 859.20 kg/hm2。不同刈割收獲時間飼草品質差異顯著，在抽穗期壩燕4 號、灌漿期壩莜3 號的品質最優。根據燕麥干草團體標準綜合比較，選用壩燕4 號在抽穗期收獲和選用壩莜3 號在灌漿期收獲可獲得較高的飼草產量和優質燕麥干草。