建設“濱海草帶”的科技緣由、內(nèi)容與對策

胥偉華 王建林 劉小京 謝 旗 楊維才 曹曉風 李振聲

1 中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所 北京 100101

2 中國科學院種子創(chuàng)新研究院 北京 100101

3 中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心 石家莊 050022

1 建設“濱海草帶”的背景與緣由

中國是世界人口最多的國家，目前已經(jīng)達到 14 億人，因此保障國家糧食安全始終是保障我國戰(zhàn)略安全的重要任務。國務院辦公廳《關于防止耕地“非糧化”穩(wěn)定糧食生產(chǎn)的意見》（國辦發(fā)〔2020〕44號）①中國政府網(wǎng). 國務院辦公廳關于防止耕地“非糧化”穩(wěn)定糧食生產(chǎn)的意見. (2020-11-17). http://www.gov.cn/zhengce/zhengceku /2020-11/17/content_5562053.htm.明確提出，堅持把確保國家糧食安全作為“三農(nóng)”工作的首要任務。隨著我國人口增長、消費結(jié)構不斷升級和資源環(huán)境承載能力趨緊，糧食產(chǎn)需仍將維持緊平衡態(tài)勢。隨著近年來國際農(nóng)產(chǎn)品市場供給不確定性增加，把穩(wěn)定糧食生產(chǎn)作為農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構性改革的前提，不斷鞏固提升糧食綜合生產(chǎn)能力，確保谷物基本自給、口糧絕對安全，切實把握國家糧食安全主動權。我國要確?？诩Z絕對安全，決定了我國耕地利用的優(yōu)先序：永久基本農(nóng)田，是依法劃定的優(yōu)質(zhì)耕地，要重點用于發(fā)展糧食生產(chǎn)，特別是保障稻谷、小麥、玉米三大谷物的種植面積；一般耕地，應主要用于糧食，棉、油、糖、蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品，以及飼草、飼料生產(chǎn)。

與此同時，隨著居民膳食結(jié)構的改變和對營養(yǎng)健康的要求不斷提高，肉蛋奶在膳食結(jié)構中的比例不斷增加。1985—2017 年，我國居民口糧消費總量在糧食消費結(jié)構中的比例從 72% 下降至 27%，人均肉蛋奶的消費量增長到 3.8 倍[1]；加上人口增長的因素，居民對肉蛋奶的消費總量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計，我國生產(chǎn)飼料糧用原糧已達到了糧食總產(chǎn)量的 50%[1]。盡管如此，我國每年仍需進口大量牧草；最近 5 年來，平均每年進口牧草 171.33 萬噸。此外，平均每年進口大豆 9 126.4 萬噸；加工后 80% 為豆粕，主要被應用于飼料（表1）。即便如此，飼草飼料供應量依然無法滿足我國對牛羊肉的需求。因此，2020 年牛羊肉進口繼續(xù)保持快速增長態(tài)勢：牛肉凈進口 211.94 萬噸，羊肉凈進口 36.33 萬噸，分別占全國總需求量的 24.0%、6.9%[2]。

表1 2016—2020年中國牧草和大豆進口量Table 1 China’s forage and soybean imports in 2016–2020

我國既要確保口糧絕對安全，又要通過畜牧業(yè)改善膳食結(jié)構。然而，我國耕地資源有限，能用于種植飼草的耕地少之又少；土地利用效率是影響中國糧食供給安全的重要因素[3]，這就決定了飼草、飼料種植不能“與糧爭地”。中國鹽堿地總面積約為 9 900 萬公頃[4]；其中，濱海鹽堿地約占鹽堿地總面積的7%[5]，主要分布在環(huán)渤海和沿黃海地區(qū)。2013 年，由我國著名農(nóng)業(yè)科學家、中國科學院院士李振聲牽頭，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心研究員劉小京主持，在環(huán)渤海地區(qū)實施了“渤海糧倉科技示范工程”，對 4 000 萬畝中低產(chǎn)田進行了改良[6]，這為鹽堿地的開發(fā)與利用提供了科技示范作用。然而，該區(qū)域及江蘇省的沿海地區(qū)還有近 2 000 萬畝的鹽堿地尚未被開發(fā)利用②江蘇省人民政府網(wǎng). 自然資源. [2021-04-26]. http://www.jiangsu.gov.cn/col/col31361/index.html.，提高這些土地的利用率可為飼草飼料供應量的提升奠定良好的物質(zhì)基礎。在環(huán)渤海和沿黃海地區(qū)，地下水位淺（1—3 米）、鹽漬化程度高（＞0.3%）、改良成本大；這些地區(qū)主要種植以籽粒為收獲物的農(nóng)作物，但普遍存在產(chǎn)量低且不穩(wěn)、生產(chǎn)效益較差的問題。牧草種植則是以收獲莖葉等營養(yǎng)體為目的，對生長期內(nèi)氣候和土地資源的時間匹配性要求相對不嚴，能更充分地利用氣候、土地和生物資源，使單位面積的生物量大幅度提高[7]。李振聲在“渤海糧倉科技示范工程”成功實施之后，非常關注國家“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略。在河北省滄州市海興縣和南皮縣、唐山市曹妃甸區(qū)，以及山東省東營市多年調(diào)研和研究選育的長穗偃麥草、甜高粱、黑麥草等新品種實地試驗結(jié)果的基礎上，他結(jié)合中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所（以下簡稱“遺傳發(fā)育所”）“甜高粱—湖羊—發(fā)酵—有機肥還田”循環(huán)農(nóng)業(yè)試點進展，提出建設“濱海草帶”的設想，為此遺傳發(fā)育所成立了專班推進“濱海草帶”建設。

利用濱海地區(qū)的鹽堿地資源，在鹽堿荒地種植優(yōu)質(zhì)耐鹽牧草，發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)，不僅可以滿足人們生活水平提高后對肉蛋奶在膳食結(jié)構中的比例不斷增加的需求；通過建設“濱海草帶”，擴大飼草種植面積，還可以解決“草糧爭地”的矛盾。利用濱海鹽堿荒地生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牧草，促進畜牧業(yè)發(fā)展，是國家“糧食安全”的重要組成部分。

2 “濱海草帶”的主要研究內(nèi)容

2.1 利用基因工程加快耐鹽耐澇牧草品種選育

“濱海草帶”是在不適宜生產(chǎn)糧食的濱海鹽堿地上建立牧草生產(chǎn)體系，其立地環(huán)境是高鹽堿、低海拔，這就決定了適宜的牧草品種必須同時具備耐鹽和耐澇特征。然而，自 1978 年我國開展牧草品種審定以來，迄今共通過國家審定牧草品種 604 個，其中耐鹽牧草品種不足 20 個，而且同時具備耐鹽和耐澇特征的優(yōu)良牧草品種少之又少。目前，同時具備耐鹽和耐澇特征的牧草主要有長穗偃麥草、甜高粱、田菁等。

（1）長穗偃麥草（Elytrigiaelongata (Host) Nevski.）。禾本科偃麥草屬多年生草本植物，具有極強的抗逆能力。李振聲曾以長穗偃麥草為親本與小麥進行遠緣雜交，培育了“小偃”系列優(yōu)質(zhì)高抗小麥品種。目前，“小偃”系列小麥品種已成為“渤海糧倉”的主導品種，為我國糧食生產(chǎn)作出了巨大貢獻。遺傳發(fā)育所李振聲研究組在東營、海興和曹妃甸等濱海鹽堿地種植長穗偃麥草結(jié)果顯示：長穗偃麥草在含鹽量 1% 以下的鹽堿地可以正常生長，連續(xù) 7 天淹水條件下可正常成活；每年畝產(chǎn)鮮草 1 515—2 658 千克；干草中的粗蛋白占 13.4%—15.3%、粗脂肪占 3.4%—3.9%、可溶性碳水化合物占 1.8%—2.4%③實驗數(shù)據(jù)尚未公開發(fā)表。。

（2）甜高粱（Sorghum dochna (Forssk.) Snowden）。禾本科高粱屬一年生植物，具有抗旱、耐澇、耐鹽堿等特性。甜高粱對生長的環(huán)境條件要求不嚴，對土壤的適應能力強，特別是對鹽堿的忍耐力極強——在 pH 值 5.0—8.5 的土壤上甜高粱都能生長。甜高粱是 C4 高能作物，其光合轉(zhuǎn)化率高達 18%—28%，株高可達 4 米以上，具有較強的生物學優(yōu)勢；植株含糖量比青貯玉米高 2 倍，無氮浸出物和粗灰分均高過青貯玉米。遺傳發(fā)育所謝旗研究組在東營市含鹽量 0.25%—0.3% 的鹽堿地種植結(jié)果表明，生物量可以達到 4—7 噸/畝④未發(fā)表最新實驗數(shù)據(jù)。。

（3）田菁（Sesbania cannabina (Retz.) Poir.）。又叫堿青、澇豆，是豆科田菁屬一年生植物。田菁結(jié)瘤固氮能力較強，植株茂盛、生物量大、植株粗蛋白含量豐富，是優(yōu)質(zhì)的豆科飼料。從其別名可以直接看出田菁具有超強的耐鹽堿和耐澇能力，對土壤要求不嚴格：當土壤中含鹽量低于 0.5% 時，可以正常生長。鹽堿地上種植田菁，可以明顯降低耕層土壤鹽分，耕層鹽當年分平均下降 30%—50%⑤數(shù)據(jù)來源于曹曉風院士組未發(fā)表試驗數(shù)據(jù)。。耐澇性強是田菁的另一大特點，成齡植株長期淹水時，只要頂部不淹沒，就能正常生長[8]。

上述 3 種牧草具備了耐鹽耐澇的基本特征，但仍需要進一步提高它們的耐鹽耐澇性，以便于在更廣闊的濱海鹽堿地利用；同時，要提高牧草的生物產(chǎn)量，改善其營養(yǎng)品質(zhì)和適口性。利用現(xiàn)代分子設計育種手段和基因編輯技術，可以加快耐鹽耐澇牧草品種選育進程，為我國利用濱海鹽堿荒地發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)提供技術支撐。

2.2 構建濱海鹽堿地飼草高產(chǎn)栽培技術體系

濱海鹽堿地土壤鹽漬化程度高、地下水位高、土壤肥力差、水肥利用效率低下，嚴重制約作物生長。針對制約因子，提出解決方案，構建濱海鹽堿地飼草高產(chǎn)栽培技術體系，是濱海鹽堿地利用的重要方面。

（1）在水分利用方面。鹽分是影響牧草水分利用的重要因素之一，“鹽隨水來，鹽隨水去”是鹽堿地水鹽運移的典型規(guī)律。灌水時，土壤鹽分隨入滲水向下遷移，表土鹽分的淋洗脫鹽；停止灌水后，在土壤蒸發(fā)作用下鹽分又在土壤表面聚集[9]。我國濱海鹽堿地的季節(jié)性降水均在 500 毫米以上，會發(fā)生規(guī)律的脫鹽和返鹽交替。因此，需要加強牧草微咸水灌溉及水分利用機制研究，既要充分利用夏季降水促進牧草快速生長，也要防止春季土壤蒸發(fā)造成返鹽。

（2）在土壤肥力方面。濱海鹽堿地普遍存在土壤有機質(zhì)含量低、土壤酶活性低、微生物含量少、孔隙度小、易于板結(jié)、透氣性差等障礙。針對上述障礙因子，需要開展有機肥、化肥、微生物菌肥、土壤調(diào)理劑等種類和用量的配比施肥研究，制定合理的土壤保育施肥措施，開發(fā)活性微生物鹽漬土壤專用有機肥，以有效提升鹽漬土壤肥力水平。

（3）在牧草品種方面。要針對牧草品種特性，加強牧草耐鹽生理機制研究，并開展機械化播種/保苗技術、水-肥-鹽耦合調(diào)控技術、肥料控釋增效技術、綠色植保技術、機械化收割技術等方面研究；量身定做栽培技術，形成品種-栽培-農(nóng)機-農(nóng)藝“四位一體”的濱海牧草高產(chǎn)高效栽培技術體系。

2.3 研發(fā)優(yōu)質(zhì)牧草與農(nóng)作物秸稈混合青/黃貯技術

農(nóng)作物生物產(chǎn)量的一半以上是秸稈。早在 1997年，時任國務委員陳俊生在山東考察時就指出，大力發(fā)展秸稈養(yǎng)畜是畜牧業(yè)持續(xù)發(fā)展的根本出路[10]。秸稈依然是我國最重要的飼草來源。以山東省為例，其 2018 年牛羊肉總產(chǎn)量為 113.2 萬噸，占全國牛羊肉總產(chǎn)量的 10%，排在全國第 2 位，僅次于內(nèi)蒙古自治區(qū)[11]。而人工種草的面積，山東省為 228.4 萬畝，僅占全國人工種草面積的 1%[12]。山東省每年秸稈生產(chǎn)量約為 6 000 萬—7 000 萬噸，用于飼草的約為 1 200 萬—1 400 萬噸⑥山東省統(tǒng)計局.山東統(tǒng)計年鑒（2016—2020）. [2022-02-12]. http://tjj.shandong.gov.cn/col/col6279/index.html.。筆者在山東省肉羊養(yǎng)殖大縣利津縣（年出欄肉羊 160 萬只[13]）調(diào)查結(jié)果表明，該縣飼草的 90% 以上來自于山東、河北、河南 3 省的作物秸稈。作物秸稈的飼草化利用在牛羊養(yǎng)殖中起到了至關重要的作用。秸稈飼草化不僅解決了牛羊飼料不足的問題，同時也解決了豬禽精飼料的生產(chǎn)與加工的問題。目前，隨著收割機械的進步，部分地區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)了糧食和秸稈同步分收。主要糧食作物小麥、玉米、水稻等禾本科農(nóng)作物秸稈具有纖維素含量高、蛋白質(zhì)含量低的特點。牛羊等草食動物可以將纖維素轉(zhuǎn)化為糖進行利用，因此秸稈是育肥的重要能量來源。為了更好地利用秸稈，通過“濱海草帶”生產(chǎn)高蛋白牧草與高纖維素農(nóng)作物秸稈合理配比，實現(xiàn)生物質(zhì)資源利用的最大化。

把“濱海草帶”作為飼草的重要蛋白來源，不僅解決飼草量不足的問題，還能更好地解決秸稈蛋白質(zhì)含量低的問題。因此，需要研究牛羊不同生長階段日糧的養(yǎng)分結(jié)構，從而確定高蛋白牧草與高纖維素秸稈的比例關系；研究青牧草與黃秸稈適宜混合發(fā)酵水分含量、篩選適宜菌群，從而開發(fā)混合青/黃貯技術。

2.4 打造“濱海草帶”生態(tài)屏障

牧草具有很強的防止水土流失、涵養(yǎng)水分、培肥地力的功能。① 防止水土流失。近年來，全球氣候變化、海平面上升加速等現(xiàn)象進一步加劇了海岸侵蝕風險，緩解海岸侵蝕、抵御沿海地區(qū)洪水災害刻不容緩?！盀I海草帶”在抵御海浪、控制侵蝕方面功能顯著[14]。有研究表明，在濱海灘涂種植大米草有明顯的消浪促淤作用：凡生長大米草的潮灘都有促淤效果，而不管原來是否侵蝕[15]。牧草覆蓋的土壤表面可以防止風蝕作用——牧草的根須可以鎖住泥土，防止水土流失，對濱海地區(qū)土壤起到很好的保護作用。② 改良土壤。種植牧草可以降低土壤含鹽量。例如，種植田菁、蘇丹草、苜蓿、堿蓬半年后，0—80 厘米土層的土壤脫鹽率達到 26%—35%[16]。種植牧草可以提高土壤肥力。例如，種植 4 年的苜蓿地，0—10 厘米土層中全氮、全磷分別提高 20.9%、23.7%[17]。種植牧草還可以改良土壤土滲透性和通氣狀況，提高了土壤保肥蓄水的能力。例如，種植 4 年的苜蓿地，0—60 厘米土壤容重下降 7.5%—7.9%、土壤孔隙度提高 8.8%—9.3%[18]。

通過“濱海草帶”建設，可以在濱海地區(qū)構建起一道生態(tài)屏障，防止海水對岸邊的侵蝕，加大濱海鹽堿荒地的覆蓋率，改善濱海地區(qū)微氣候，減少水分蒸發(fā)，降低土壤含鹽量，改善土壤理化性質(zhì)?！盀I海草帶”對維護濱海生態(tài)系統(tǒng)健康、提升生態(tài)系統(tǒng)服務功能具有重要作用。因此，要深入研究“濱海草帶”建植的防蝕促於效應及其動力學機理，為生態(tài)防波堤建設提供科學依據(jù)；研究“濱海草帶”覆蓋鹽堿荒地如何改變蒸發(fā)/蒸騰和水鹽運移規(guī)律，降低鹽分的表聚，以及改良土壤的機理，以促進“濱海草帶”的建植和生產(chǎn)力的形成。

2.5 實現(xiàn)“濱海草帶”的碳匯生態(tài)價值

碳匯生態(tài)價值是區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展－自然資源可持續(xù)利用的重要保障[19]。濱海鹽堿非耕地具有較大的固碳潛力。隨著原生植被群落的演替（光灘→鹽篙→茅草），濱海土壤中有機碳、微生物碳、可溶性碳含量均依次增加[20]。通過建植植被形成土壤-植被系統(tǒng)是提高區(qū)域碳儲量的有效途徑[21]。墾殖后，土壤有機碳含量較未墾殖鹽堿地均表現(xiàn)為顯著提高，鹽堿地墾殖顯著增加了 0—40 厘米土壤的碳儲量，且隨墾殖年限增加而增加[22]。種植 4 年的苜蓿地，牧草根系轉(zhuǎn)化為土壤有機碳，0—10 厘米土層中提高固碳能力 47.7%，形成重要的碳匯[17]。濱海鹽堿地通過牧草種植，可以從 4 個方面增加土壤碳：① 凋落物；② 根生物量的生長和周轉(zhuǎn)；③ 根系分泌物；④ 土壤微生物碳的增加。同時，飼草過腹還田的牛羊糞便返回到鹽堿地中，可以提升土壤有機質(zhì)含量，促進鹽堿土壤的有機碳固定。

通過研究牧草種植對土壤固碳規(guī)律和潛力影響，可為我國碳達峰、碳中和提供數(shù)據(jù)支撐。因此，要研究刈割方式、殘茬量對土壤碳蓄積的影響；研究鹽漬化程度對細根周轉(zhuǎn)、根系分泌物形成規(guī)律的影響；研究牧草根瘤菌和叢枝菌根對濱海鹽堿地土壤微生物的影響，以及牛羊糞便發(fā)酵還田對促進濱海鹽堿地熟化耕層的形成的作用。

3 加快“濱海草帶”建設的對策與建議

3.1 優(yōu)化牧草品種審定機制

我國現(xiàn)行的牧草品種實行的是國家、?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）兩級審定制。在這種制度下，適應區(qū)域特殊自然稟賦的牧草很難通過審定，這也是耐鹽耐澇牧草品種少的主要原因。以耐鹽耐澇的長穗偃麥草為例，在牧草審定體系中沒有長穗偃麥草這一物種，因此無法進行審定。目前，我國農(nóng)作物在品種審定中劃分為主要農(nóng)作物和非主要農(nóng)作物。主要農(nóng)作物實行國家、?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）兩級審定制，確保主要農(nóng)作物品種不出問題，保障國家糧、棉、油安全；非主要農(nóng)作物實行登記制，可以因地制宜應用，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整和農(nóng)民增產(chǎn)增收。牧草作為特殊的農(nóng)作物，無疑均為“非主要農(nóng)作物”。建議：將牧草品種審定制優(yōu)化為部分登記制，將有助于適宜濱海鹽堿地的耐鹽耐澇牧草品種選育，為“濱海草帶”建設提供物質(zhì)保障。

3.2 扶持規(guī)?；菽翀鼋ㄔO

牧草生產(chǎn)的季節(jié)性強，收儲、加工條件嚴格，收割不及時、霉變、發(fā)黃會導致牧草失去其應有的營養(yǎng)價值。濱海地區(qū)降水量大，地下水位淺，收儲條件更加苛刻。一家一戶小規(guī)模分散種植，難以實現(xiàn)牧草機械化快速收儲作業(yè)；同時，牧草種植與畜牧養(yǎng)殖分離容易造成養(yǎng)殖場壓價或者種植戶抬價，不利于草牧業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。建議：① 充分利用濱海地方經(jīng)濟發(fā)達的優(yōu)勢，鼓勵工商資本特別是當?shù)毓ど藤Y本建設集牧草生產(chǎn)、飼料加工、牛羊養(yǎng)殖、肉聯(lián)生產(chǎn)于一體的集約化、規(guī)模化、標準化現(xiàn)代草牧場，就地消費牛羊肉產(chǎn)品，從而節(jié)約牧草和肉制品運輸成本。② 在土地、稅收等方面出臺扶持政策，實現(xiàn)非農(nóng)土地集約化、規(guī)?；?；同時，對牧草種植納入糧食種植補貼，牧草生產(chǎn)機械納入農(nóng)機補貼，以促進“濱海草帶”畜牧產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

3.3 建立“濱海草帶”生態(tài)補償機制

非農(nóng)濱海鹽堿地無疑是生態(tài)脆弱區(qū)?！盀I海草帶”建設可以防止水土流失、涵養(yǎng)區(qū)域水源、提高土壤肥力、促進土壤碳蓄積、維持生物多樣性、改善生態(tài)環(huán)境、保持生態(tài)系統(tǒng)平衡，大幅度提高區(qū)域生態(tài)服務功能，生態(tài)效益顯著。然而，我國濱海地區(qū)大多屬于經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)。在濱海鹽堿地種草養(yǎng)畜，雖有利于促進畜牧業(yè)特別是草食家畜發(fā)展，可以獲得較高的經(jīng)濟效益，但相對于該地區(qū)的其他產(chǎn)業(yè)而言，經(jīng)濟上的比較效益并無優(yōu)勢。建議：通過評估“濱海草帶”生態(tài)服務功能價值，建立生態(tài)補償機制，促進“濱海草帶”持續(xù)健康發(fā)展。

總之，在我國耕地資源有限，既要確?？诩Z絕對安全，又要滿足牛羊肉消費量快速增加的大背景下，利用濱海鹽堿地解決飼草、飼料種植不“與糧爭地”的問題，將是保障國家糧食安全的重要途徑。通過建設資源高效、經(jīng)濟高質(zhì)、環(huán)境友好的“濱海草帶”，利用非農(nóng)土地發(fā)展畜牧業(yè)，將有助于拓寬我國動物性蛋白供給渠道，為我國糧食安全作出重要貢獻，并在濱海建立起一道綠色生態(tài)屏障。