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农业项目

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加拿大农业与农业食品部和中国科技部联合支持的

提升中国盐碱与干旱地区农业生产的项目的总结

周坚强,博士

加拿大农业与农业食品部国际科技合作局

黄晓东 博士

加拿大滑铁卢大学生物系副教授

加拿大滑铁卢环境生物技术有限公司副总,首席科学家 

201410月20日

一、 项目研发背景

        中国的很多地区年降雨量不超过400毫米,干旱和土壤盐碱化是造成农作物产量低而不稳的主要障碍,这两个障碍因子也是限制这些地区农业发展的主要因素。土壤中过多盐分会导致土壤结构退化、作物生长减弱,产量降低土壤植被覆盖减少以及盐碱荒漠化等问题。由于土壤盐碱化造成的农业损失十分巨大,且这种损失随着时间的推移而增加。除此之外,干旱和半干旱气候也进一步加剧了土壤盐分对农作物生产和产量的影响。为了增加盐碱地干旱和半干旱地区的农作物产,必须开发一种可促进盐碱地和干旱地区农业可持续发展的科创新技术。本研究项目旨在发展一种适合干旱和盐碱地可持续发展的农作物栽培系统这个项目与传统的以降低土壤盐分为目的方法不同,这个项目将着重促进旱地和盐碱地的农作物生长,增加农作物对盐分和水分不足的耐受性,从而增加农作物产量。本项目不仅可在水资源匮乏旱区盐碱地使用,而且为农民带来了可持续发展的经济利益此外,大量农药和化肥的大量使用也产生了极大的环境问题,对于大量施用的化肥,植物最高只能吸收2530%,其余的7075%会变成盐类物质留存在土壤中,不能被吸收,使地力更进一步的下降还要保证稳产甚至增产怎么办?只好再多施用化肥,而施化肥越多地力越下降,土壤越板结,板结又致使地力进一步下降,然后更加剧施化肥……就这样形成了土地的土层日益瘠薄, 土壤板结,盐碱化,沙漠化恶性循环。

三、项目技术创新

土壤中存在大量生物,这包括细菌, 真菌,放线菌原生动物酶类。从数量和种群来看,在植物根周围细菌密度远远地高于土壤中的其他部位,这些微生物我们称他们为根际微生物,研究发现根际微生物对作物有益, 他们是植物信息交流物质交流和能量交流的主要受体。人类对经济效益不断地追求,促进了新技术革命和生产进步,其结果是新一代技术和产品的更好的经济效益和社会效益。多年来,加拿大滑铁卢大学生物系滑铁卢环境生物技术有限公司(UW Spinoff)以其雄厚的生物学研究基础, 积多年研究之经验,,通过多年的努力研究,从世界各地的不同作物和土壤类型中,分离出上百种促进植物生长的根际微生物,从中鉴定并筛选了十几种有明显提高化肥利用率,生物有效率和促进植物生长的特异功能的根际微生物。他们利用几种不同功能的微生物组合,成功地开发出了一整套以微生物为基础的提高化肥利用率和生物有效率的新型的作物促生长剂。这最新一代产品会更有效地解决我们目前以石化燃料和矿产为基础的现代农业生产的不可持续性。

植物根际促生菌土壤中植物根系分泌物的最重要的,也是最大种群的受体。植物根际促生菌和作物的信息交流,使他们之间的物质交流和能量交流得以完成。作物和土壤之间的信息交流物质交流和能量交流是作物健康生长发育和高产稳产的保证。其机制可总结如下:  1提高营养元素的供应,如固溶解植物不可利用的钾,,钼微量元素为植物所利用,转化和储存氮,磷,钾,铁等营养元素并使之长期有效化;2生产激素如生长素细胞激动素和赤霉素等植物利用,以调解植物的生理生化功能适应环境,促进生长3调节植物环境胁迫荷尔蒙:乙烯,提高植物抗逆能力;4降解土壤中的对作物生长有抑制作用的有害物质,如农药残留和化肥污染;5大量植物促生菌的种群可抑制或减轻植物病害对作物生长发育和产量的不良影响。他们抑制病害途径有以下几种1)产生抗生素抑制植物病原微生物;2)清除植物根围可供病原菌利用的铁,钼等病原菌必须的微量元素3)诱导激活植物自身抗御机能;4)合成抗真菌代谢物;5)与病原微生物争夺根围生存空间的方式抑制病原微生物对植物的侵染。

植物根际促生菌和作物之间的信息交流物质交流和能量交流对农作物的功效表现:1)促进农作物的生长和发育,尤其农作物根系的生长发育;2)提高并加强农作物的生理生化功能;3)改善农作物的土壤营养条件,增加施肥效,减少化肥施用量;4)提高并加强农作物的抗逆功能,如干旱,盐碱危害等;5)改善土壤结构,培肥地力;6)改善农产品的品质,提高农作物的产量。

二、 项目技术目标

目前中国土地盐碱化的严重程度,土地盐碱化已经成为我国,最为严重的生态环境问题。根据中国土地盐碱化的现状和需要,本项目引进加拿大抗盐碱作物品种和世界领先生物技术研发并生产生物型作物促生长产品,提高作物的抗盐碱性和综合抗逆性,提高产量,改善品质,并逐步修复和改良盐碱

目标:在盐碱化的严重的无植物覆盖的土地上,修复土地的植被,发展牧草产业;利用筛选的耐盐抗旱作物品种如燕麦,大麦,杂交高粱草,杂交谷草与作物促生产品以及缓慢释放的复合平衡肥,开发新作物栽培技术体系,大力提高盐碱化旱区农业的牧草生产,促进盐碱旱区的农业的可持续发展。中国西北黄土高原的干旱气候环境下的盐碱地,东北地区的白浆土盐碱地以及环海地区的盐碱滩涂地。在无植被覆盖的土地上种植饲草将阻止盐水向地表渗透,因此在连续几年的种植之后,可以减少地表的土壤盐份,逐渐的修复盐碱地。该技术将促进中国盐碱化旱区农业的牧草生产植被修复,引导一种真正的可持续发展的盐碱旱区农业生态改造。

目标:在盐碱化的不严重,有作物生产的土地,提高作物抗盐性,增加产量,改善品质;本项目开发的生物作物促生产品与新的平衡复合肥将用于促进中国盐碱化旱区农业的发展。这项新技术的引进将会提高当地种植作物的产量、增加农民收入,而使中国盐碱化旱区地区(常常是贫困地区)的农民摆脱农作物的低产和低经济收入的状态。从长远来看,这个技术体系可以修复目前利用价值很小的干旱地和盐碱地,从而农民可以种植产量更高和经济收入更多的新的农作物。

目标:在受盐碱威胁的土地上,尤其是由于大量化肥,农药的使用引起的次生盐渍化土地,使用生物促生长剂,减少化肥的使用,提高化肥的利用率在保证作物高产稳产的同时,减缓化肥,农药对土壤的损害和次生盐渍化的过程,保持和提高土壤的良好结构,并逐步恢复地力,使农业种植呈现良好的投入和产出循环。

这些内容的研发和产品上市对中国干旱盐碱地农业的发展,以及土地次生化的控制必将产生巨大的促进和示范作用。合作各方具备产学研优化的研发结构,能够将科研成果迅速转化为生产力。

四、技术的应用和效益

生产和使用新一代生物技术的经济效益都远远高于对石化燃料和矿产的依赖的化肥。在农业生产过程中,新一代生物技术产品,作物促生长剂使用可提高矿质营养效率,减少用量30-50%。在等量应用的条件下,新一代作物促生长剂的对农业生产的使用效率远远高于化肥,使农作物增产20-50%,使经济效益的增长30-50%。因此,生产和销售新一代作物促生长剂会有更高的利润,其利润率常常是化肥的几倍。在常规大田,使用新一代生物技术产品可使作物增加收入2-3百元/亩;在蔬菜上使用,可使作物增加收入4-8百元/亩以上。新一代的生物技术产品就是我们追求新技术革命和生产不断进步的结果,因此,他们具有更好的经济效益和不可争辩的社会效益。在我们人类不解地努力下新一代生物技术产品会改我们农业生产和保护我们的环境和资源。为保障我们农业的农业可持续发展,维护粮食安全,保护食品卫生和安全,我们必须让农业脱离对石化燃料和矿产的依赖的化肥和农药。新一代生物技术产品会引领我们到达我们的目的。

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