導(dǎo)讀 有機旱作農(nóng)業(yè)

王娟玲

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，山西 太原 030031）

2017年習(xí)近平總書記視察山西時指出：有機旱作是山西農(nóng)業(yè)的一大傳統(tǒng)技術(shù)特色，山西少雨缺水，要保護生態(tài)、節(jié)水發(fā)展，要堅持走有機旱作農(nóng)業(yè)的路子，完善有機旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，使有機旱作農(nóng)業(yè)成為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要品牌?？倳浽捴v在山西，但旨在全國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

有機旱作農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵主要是充分汲取傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)文化理念精華，充分運用現(xiàn)代先進技術(shù)、裝備，因地制宜構(gòu)建旱作農(nóng)業(yè)內(nèi)生性綠色高效的物質(zhì)能量循環(huán)，形成健康的生態(tài)生命系統(tǒng)，促進用養(yǎng)結(jié)合，顯著提高資源利用效率、土地產(chǎn)出能力、干旱抵御能力和產(chǎn)品增值能力，盡可能減少化學(xué)品投入，實現(xiàn)量質(zhì)兼用、生態(tài)良好，推動旱作農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，可持續(xù)發(fā)展，這是一條有中國特色的旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展之路。發(fā)展有機旱作農(nóng)業(yè)，就是要讓地越種越肥，水、土、肥等資源高效利用，生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品綠色優(yōu)質(zhì)，生態(tài)環(huán)境越來越好，最終實現(xiàn)生產(chǎn)與生態(tài)共贏，人與自然和諧共生。有機旱作農(nóng)業(yè)包括但不等于有機農(nóng)業(yè)，它既不是傳統(tǒng)有機旱作農(nóng)業(yè)的簡單回歸，也不是當(dāng)下旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)的簡單過渡，它是從思想理念、發(fā)展方式到技術(shù)途徑的全方位深層次轉(zhuǎn)變。針對目前我國廣大旱農(nóng)地區(qū)普遍存在的土壤耕層淺、質(zhì)量等級低、降水資源和氮肥利用率低、土地產(chǎn)能下降、白色污染嚴(yán)重等突出問題，急需開展有機旱作農(nóng)業(yè)理論創(chuàng)新和技術(shù)攻關(guān)，以支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綠色高效和可持續(xù)發(fā)展，助力鄉(xiāng)村振興和農(nóng)民增產(chǎn)增收，保障我國重要農(nóng)產(chǎn)品供給與國家糧食安全。

為了系統(tǒng)總結(jié)有機旱作農(nóng)業(yè)最新優(yōu)秀成果和研究進展，本專刊特組織全國有機旱作領(lǐng)域相關(guān)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(nóng)田養(yǎng)分管理與高效利用、耕地保育與質(zhì)量提升、作物抗逆種質(zhì)創(chuàng)制與功能基因發(fā)掘4 個方面，共撰寫學(xué)術(shù)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(qū)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)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(qū)壟溝集雨措施效果進行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明，與平作相比，壟溝集雨措施作物產(chǎn)量和水分利用效率分別提高44%和43%，但不同作物、區(qū)域以及集雨面材料間存在顯著性差異。黃土高原半干旱區(qū)的田間集雨措施增產(chǎn)增效最顯著，產(chǎn)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(chǎn)率分別為49.0%～93.4%和26.0%～29.8%。該研究明確了我國北方農(nóng)牧交錯帶、黃土高原半干旱、東部半濕潤區(qū)不同壟溝集雨措施對不同作物產(chǎn)量及水分利用效率的影響，并探明了生長季內(nèi)不同降雨量與壟溝集雨效果的關(guān)系，推薦在黃土高原半干旱區(qū)選用覆膜壟溝集雨模式，在農(nóng)牧交錯帶地區(qū)選用覆膜或不覆膜壟溝集雨模式均可，在東部半濕潤區(qū)選用不覆膜壟溝集雨模式。

晉北地區(qū)谷子種植大量采用地膜覆蓋，但地膜殘留問題日趨嚴(yán)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(chǎn)量的影響。結(jié)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(yōu)于覆膜種植，但是由于穗數(shù)低于覆膜種植，產(chǎn)量較低。不覆膜種植不論是雨養(yǎng)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(nèi)谷子蒸散量高于覆膜種植。

地膜覆蓋在西北旱作區(qū)春玉米生產(chǎn)中起著重要作用，然而，生產(chǎn)上農(nóng)膜厚度普遍偏低，且傳統(tǒng)上在玉米收獲后揭膜，導(dǎo)致殘膜回收困難，造成環(huán)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(nóng)田土壤溫度、含水量、玉米產(chǎn)量及地膜回收率的影響。結(jié)果表明，0.012 mm 厚度地膜覆蓋較其他厚度提高了拔節(jié)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(zhì)積累、產(chǎn)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(chǎn)量及水分利用效率，且地膜回收率得到顯著提升。

2 農(nóng)田養(yǎng)分管理與高效利用研究

有機肥替代化肥能夠提高土壤養(yǎng)分含量和酶活性。王含瑞等[4]2018—2021年連續(xù)4 a 在山西省臨汾市浮山縣定位監(jiān)測生物有機肥替代化肥對旱地玉米土壤養(yǎng)分和產(chǎn)量的影響。結(jié)果顯示，施肥能提高旱地玉米土壤養(yǎng)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(nèi)土壤有機質(zhì)、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(chǎn)量略有增加；隨著生物有機肥逐年替代，土壤養(yǎng)分含量和酶活提升效果增加。

為了提高設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的養(yǎng)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(chǔ)上，研究追肥量和追肥間隔對設(shè)施黃瓜生長發(fā)育的影響。結(jié)果表明，追肥量以及追肥量與追肥間隔交互作用對設(shè)施黃瓜莖粗影響顯著；中氮（0.31 t/hm2）追肥下設(shè)施黃瓜長勢較好，產(chǎn)量最高，為266.46 t/hm2，各處理設(shè)施黃瓜凈光合速率顯著提高，總?cè)~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(chǔ)上適時適度追肥有利于設(shè)施黃瓜的生長，合理的追肥量和追肥間隔能夠提高設(shè)施黃瓜光合性能和產(chǎn)量，改善品質(zhì)。推薦設(shè)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(dǎo)致谷子產(chǎn)量不穩(wěn)，品質(zhì)降低等問題，盧華雨等[6]研究了不同種類肥料對谷子農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、籽粒品質(zhì)的影響。結(jié)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(zhì)量、單穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量（P<0.05）；但堆肥處理對谷子籽粒品質(zhì)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(fù)合肥和堆肥處理（P<0.05）。本研究結(jié)果對谷子優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供了技術(shù)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(jié)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(yīng)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(xiàn)升高趨勢，促進了谷子營養(yǎng)功能作用。

為了解析生物炭施用量在烤煙上的應(yīng)用效果，蔡何青等[8]采用長期定位施肥試驗，設(shè)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(fā)育、鉀素積累特征和產(chǎn)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(chǎn)量提高18.7%，而且上等煙產(chǎn)量提高21.7%；過量施用生物炭（40 t/hm2）導(dǎo)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(chǎn)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(tài)特征和CO2排放的影響。結(jié)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(zhì)，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(guān)性分析表明，烤煙根系與土壤CO2排放量的關(guān)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(huán)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(zhì)量提升研究

高強度的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致一系列生態(tài)問題，對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。加快發(fā)展生態(tài)保育型農(nóng)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的緊迫任務(wù)。黃彬香等[10]綜述了生態(tài)保育型農(nóng)業(yè)研究進展，內(nèi)涵及實現(xiàn)途徑，展望了當(dāng)前生態(tài)保育型農(nóng)業(yè)亟需研究的科學(xué)問題。文章認(rèn)為生態(tài)保育型農(nóng)業(yè)目的就是促進資源可持續(xù)利用，環(huán)境改善、生產(chǎn)力提高、建立農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制度與技術(shù)體系。實現(xiàn)生態(tài)保育型農(nóng)業(yè)的途徑包括水分保育、養(yǎng)分保育、固沙保育、適度投入、綜合保育等。當(dāng)前生態(tài)保育型農(nóng)業(yè)亟需研究的關(guān)鍵科學(xué)問題為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)系統(tǒng)的互饋機制、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力與區(qū)域資源環(huán)境承載力的協(xié)同提升、生態(tài)保育機制及其區(qū)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(zhì)。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(biāo)和養(yǎng)分的影響。結(jié)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(tài)氮和硝態(tài)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(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分流動等動態(tài)過程中的作用越來越受到關(guān)注，已成為生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)、土壤學(xué)、水文學(xué)等研究領(lǐng)域的熱點之一。孫盛凱等[12]綜述了DOC 和DON 相關(guān)的國內(nèi)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(fù)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(huán)境，造成生態(tài)系統(tǒng)碳氮虧缺并對周邊水體的質(zhì)量產(chǎn)生影響。為進一步探索土壤DOC 和DON 的生物和化學(xué)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(zhuǎn)化和淋溶是今后研究的重要方向。

為明確朔州市平魯區(qū)耕地質(zhì)量的空間分布和地理格局，對耕地進行分區(qū)保護，韓小英等[13]深入分析了平魯區(qū)2016年耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)，采用ArcGIS對數(shù)據(jù)進行可視化，并從不同尺度對平魯區(qū)耕地質(zhì)量空間分布特征進行建模，提出了耕地分區(qū)保護方案。平魯區(qū)耕地質(zhì)量空間分布主要呈現(xiàn)出西北和東南高，西南及中部區(qū)域低的格局；村級自然等、利用等、經(jīng)濟等的Moran’s I 值均低于區(qū)級的水平；結(jié)合平魯區(qū)3 類耕地質(zhì)量指數(shù)空間局部自相關(guān)結(jié)果，將平魯區(qū)耕地劃分為4 類保護區(qū)，并針對各區(qū)的特點提出了符合現(xiàn)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(jié)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(xì)菌、真菌和總磷脂脂肪酸含量；玉米秸稈含較多木質(zhì)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(xì)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(dǎo)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(guān)。

為探索適宜山西中晚熟玉米種植區(qū)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(qū)抗旱保苗蓄墑的適宜耕作方式進行了篩選。結(jié)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(yōu)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(fā)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(zhì)資源與功能基因發(fā)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(guān)鍵基因?qū)Ω珊得{迫的響應(yīng)。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(jié)構(gòu)、蛋白理化性質(zhì)和表達模式進行了研究。結(jié)果表明，AfUFGT2編碼一個酸性親水蛋白屬于糖基轉(zhuǎn)移酶GTB 型蛋白質(zhì)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(zhuǎn)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(yán)重限制小麥產(chǎn)量進一步提高?？寺⌒←滬}脅迫相關(guān)基因，發(fā)掘優(yōu)異耐鹽單倍型，并開發(fā)分子標(biāo)記，對培育篩選耐鹽小麥新種質(zhì)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(diào)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(tài)性位點，編碼同一種氨基酸；結(jié)構(gòu)域預(yù)測發(fā)現(xiàn)，TaHis3.2 蛋白包含Histon 保守結(jié)構(gòu)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(chǎn)草量高、營養(yǎng)成分含量高等優(yōu)點，屬于糧飼兼用型作物。為了篩選適合河北壩上地區(qū)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(chǎn)量和品質(zhì)篩選適合在該區(qū)域種植的燕麥品種及最佳刈割期。結(jié)果表明，在抽穗期刈割收獲，壩莜18 號燕麥干草產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量最高，為9 859.20 kg/hm2。不同刈割收獲時間飼草品質(zhì)差異顯著，在抽穗期壩燕4 號、灌漿期壩莜3 號的品質(zhì)最優(yōu)。根據(jù)燕麥干草團體標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)量和優(yōu)質(zhì)燕麥干草。