周衛(wèi)：創(chuàng)新養(yǎng)分資源高效利用之路

本刊記者 王 軍

周衛(wèi)：創(chuàng)新養(yǎng)分資源高效利用之路

本刊記者 王 軍

周衛(wèi)

“耰耡不憚勤，常恐地力瘦。”這首《藝圃》詩(shī)中直接點(diǎn)出了“地力”，也就是土壤肥沃程度對(duì)于農(nóng)作物生長(zhǎng)的重要性。隨著科學(xué)的發(fā)展，“地力”的內(nèi)涵越來(lái)越具體，比如人們已經(jīng)知道土壤的水、養(yǎng)、氣、熱、生等狀況，就是影響土地肥沃的重要因素，而土壤肥力正是作物高產(chǎn)的基石。

如何才能讓土壤更肥沃，養(yǎng)分更高效？作為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所二級(jí)研究員、創(chuàng)新工程植物營(yíng)養(yǎng)團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家、“973”計(jì)劃首席科學(xué)家周衛(wèi)一直在考慮讓地力“肥”起來(lái)，讓養(yǎng)分更高效的策略。長(zhǎng)期以來(lái)，他以養(yǎng)分資源高效利用為核心，以“土壤培肥—平衡施肥—養(yǎng)分管理”為主線，在養(yǎng)分資源高效利用的理論、方法與技術(shù)等方面做出了突出貢獻(xiàn)。

窮思索，向土壤要高產(chǎn)

“北麥南稻”是我國(guó)糧食種植的主要格局。在我國(guó)南方，常年種植水稻面積高達(dá)3.76億畝，其中低產(chǎn)田占了1/3。細(xì)究起來(lái)，這些低產(chǎn)田還有著不同的類型，以黃泥田、白土、潛育化水稻土、反酸田/酸性田、冷泥田這5類為主，對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)分別是瘦、板、爛、酸、冷。

黃泥田“瘦”，有機(jī)質(zhì)低、團(tuán)聚體穩(wěn)定性也低；白土“板”，耕層淺薄、表土層粘粒含量低；潛育化水稻土“爛”，因其氧化還原電位低。顧名思義，反酸田/酸性田自然是“酸”，硫、H+和Al3+含量高，微生物活性差，土壤酸度強(qiáng)；冷泥田的“冷”則多源自長(zhǎng)期淹水引起的Fe2+、Mn2+毒害。

這些結(jié)論源自由周衛(wèi)闡明的低產(chǎn)水稻土的質(zhì)量特征與低產(chǎn)成因，他首次創(chuàng)建了涵蓋土壤酶、微生物等生物肥力指標(biāo)的質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，發(fā)現(xiàn)了西南稻區(qū)大面積缺磷，東南稻區(qū)土壤酸化明顯，速效鉀和有效硅含量低。

聽起來(lái)似乎較為簡(jiǎn)單，但實(shí)際上低產(chǎn)水稻土的障礙機(jī)理長(zhǎng)期以來(lái)并不明確，而缺乏有針對(duì)性的改良技術(shù)也已經(jīng)成為制約稻田地力提升的瓶頸。周衛(wèi)早早就帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)關(guān)注起土壤的生物指標(biāo)研究。在國(guó)家科技支撐計(jì)劃、農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)支持下，他通過(guò)10余年的研究積累，終于在理論和技術(shù)上取得了雙重突破。

找到了“病因”，當(dāng)然就該“對(duì)癥下藥”。周衛(wèi)和他的團(tuán)隊(duì)隨即開發(fā)了一系列有針對(duì)性的低產(chǎn)水稻土改良關(guān)鍵技術(shù)，比如黃泥田有機(jī)熟化、白土厚沃耕層、潛育化水稻土排水氧化、反酸田/酸性田酸性消減、冷泥田廂壟除障等。

有了這些技術(shù)的保障，經(jīng)過(guò)示范應(yīng)用顯示，農(nóng)田地力在3年里至少提升了1個(gè)等級(jí)，水稻平均增產(chǎn)超過(guò)100kg/畝，比改良前節(jié)約氮、磷和鉀肥10%～15%，養(yǎng)分更加高效。研究成果已在南方11省規(guī)模化應(yīng)用，近3年累計(jì)示范推廣5730萬(wàn)畝，新增純收入131.9億元。相關(guān)研究論文發(fā)表在Biololy and Fertility of Soils、Gerderma、Soil & Tillage Research等主流國(guó)際期刊，主著著作《低產(chǎn)水稻土改良理論、方法與技術(shù)》出版，“一種黃泥田有機(jī)熟化的改良方法”獲發(fā)明專利，而周衛(wèi)以第一完成人領(lǐng)銜的“南方低產(chǎn)水稻土改良與地力提升關(guān)鍵技術(shù)”也被授予2016年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

勤鉆研，促資源最高效

當(dāng)土壤里不能提供作物生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)時(shí)，通常就需要施肥了。合理施肥是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保的一個(gè)重要措施。在我國(guó)，施肥現(xiàn)狀為重大量和微量元素，輕中量元素，這樣一來(lái)，土壤硫素嚴(yán)重缺乏且呈急劇增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，酸性和砂質(zhì)土壤缺鈣以及果樹和蔬菜生理缺鈣也普遍發(fā)生。

為了解決這一難題，周衛(wèi)揭示了土壤硫素轉(zhuǎn)化與植物有效性機(jī)理，創(chuàng)造性地提出作物鈣素非維管束吸收與果面營(yíng)養(yǎng)理論。他利用放射性同位素35S示蹤，發(fā)現(xiàn)了酯鍵硫、碳鍵硫和惰性硫均可礦化供作物吸收利用，且新施入土壤的有機(jī)硫具有較高的植物有效性，并發(fā)現(xiàn)水稻根系能顯著促進(jìn)硫磺的氧化。更為重要的是，他發(fā)現(xiàn)Ca2+是通過(guò)共質(zhì)體途徑在花生莢果中組織運(yùn)輸?shù)模欢┯谔O果葉片的鈣極少向果實(shí)轉(zhuǎn)移，鈣直接施至幼果上才能被有效吸收，蘋果果肉質(zhì)膜微囊Ca2+-ATP酶就能推動(dòng)Ca2+主動(dòng)運(yùn)輸。

以此為基礎(chǔ)，他建立了硫肥和鈣肥高效施用技術(shù)。該技術(shù)體系下，他提出了新的區(qū)分旱地和水稻土有效硫臨界值，這是對(duì)國(guó)際土壤缺硫臨界值的一次修正，并已用于國(guó)家測(cè)土施肥行動(dòng)；所提出的鈣肥高效施用技術(shù)有效解決了花生、果樹和蔬菜缺鈣難題。

周衛(wèi)的這項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)際合作等項(xiàng)目的支持，推動(dòng)了硫肥和鈣肥在我國(guó)14省大面積應(yīng)用，共示范推廣9477萬(wàn)畝，新增純收入43.9億元，成果入選了《國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目?jī)?yōu)秀成果選編（2001-2005）》。相關(guān)研究論文發(fā)表在Biololy and Fertility of Soils、Gerderma、《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)》等期刊上，而他也因該項(xiàng)工作獲得2005年國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和2004年度北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，且均為第一完成人。

化肥是一柄雙刃劍，它是農(nóng)作物高產(chǎn)的保障，但過(guò)度使用化肥又容易造成環(huán)境污染。近年來(lái)，我國(guó)提出了化肥使用量零增長(zhǎng)的目標(biāo)，而周衛(wèi)也早在“973”計(jì)劃、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系等項(xiàng)目支持下去解決肥料利用率低下、有機(jī)肥資源未能充分利用以及測(cè)土施肥實(shí)現(xiàn)困難等養(yǎng)分管理難題。在這個(gè)過(guò)程中，他闡明了有機(jī)肥資源替代化肥養(yǎng)分的作用機(jī)理，尤其是提出有機(jī)肥施用和秸稈還田對(duì)化肥養(yǎng)分的替代率為20%以上。基于產(chǎn)量反應(yīng)與農(nóng)學(xué)效率的推薦施肥方法是一項(xiàng)重大技術(shù)革新，所研發(fā)的水稻、小麥和玉米推薦施肥專家系統(tǒng)，能夠有效解決測(cè)土施肥中氮素難以推薦的重大難題，可以在沒(méi)有土壤測(cè)試條件下使用。相關(guān)研究在Soil Biology& Biochemistry、Applied Soil Ecology、Field Crops Research等期刊上發(fā)表了一系列論文，而經(jīng)過(guò)我國(guó)11省的推廣應(yīng)用，周衛(wèi)的有機(jī)替代與推薦施肥技術(shù)被證明，在保證產(chǎn)量的前提下，可以將水稻、小麥和玉米化學(xué)氮肥用量減少10%～30%，將氮素利用率提高到10個(gè)百分點(diǎn)以上，切切實(shí)實(shí)地為我國(guó)農(nóng)田養(yǎng)分管理和化肥減施增效提供了新途徑。

苦耕耘，讓事業(yè)更高遠(yuǎn)

土壤培肥、化肥減施，是關(guān)乎我國(guó)糧食安全的兩大技術(shù)難題。“民以食為天”，選擇進(jìn)入植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域，周衛(wèi)就習(xí)慣了站在更宏觀的戰(zhàn)略角度去思考問(wèn)題。除了擔(dān)任行業(yè)專項(xiàng)、“973”計(jì)劃首席科學(xué)家，近年來(lái)，他還牽頭了“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“沃土工程關(guān)鍵支撐技術(shù)”總體設(shè)計(jì)，參與編制國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)“化學(xué)肥料和農(nóng)藥減施增效綜合技術(shù)研發(fā)”實(shí)施方案，為我國(guó)沃土工程、有機(jī)質(zhì)提升、測(cè)土配方施肥及化肥零增長(zhǎng)等重大行動(dòng)計(jì)劃提供了有力支撐。他本人也先后入選農(nóng)業(yè)部有突出貢獻(xiàn)的中青年專家、人事部“新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程國(guó)家級(jí)人選”、農(nóng)業(yè)部首批“全國(guó)農(nóng)業(yè)科研杰出人才”等，并享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼。

周衛(wèi)在科研上一直都有著對(duì)于卓越的堅(jiān)持，不只嚴(yán)于律己，還致力于打造一支精于攻堅(jiān)、勇于創(chuàng)新的高水平團(tuán)隊(duì)。在他的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)近年來(lái)主持國(guó)家級(jí)科研課題12項(xiàng)。在他的指導(dǎo)下，團(tuán)隊(duì)發(fā)表學(xué)術(shù)論文112篇（SCI論文56篇），其中周衛(wèi)作為責(zé)任作者論文80篇，含SCI論文41篇。而他培養(yǎng)的11位博士、8位碩士，以及指導(dǎo)的3位博士后，也均有出色表現(xiàn)。鑒于“養(yǎng)分資源高效利用重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”的杰出表現(xiàn)，周衛(wèi)也作為負(fù)責(zé)人在2015年入選了科技部創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃。

登山不憚遠(yuǎn)，研海不憚勤。堅(jiān)持以養(yǎng)分資源高效利用為核心，保障國(guó)家糧食安全，是他們的“遠(yuǎn)”；腳踏實(shí)地，不懼挑戰(zhàn)，提高養(yǎng)分資源利用率，為化肥減施增效提供理論和技術(shù)支撐，是他們的“勤”。他們以此為使命。