导读 有机旱作农业

王娟玲

（山西农业大学，山西 太原 030031）

2017年习近平总书记视察山西时指出：有机旱作是山西农业的一大传统技术特色，山西少雨缺水，要保护生态、节水发展，要坚持走有机旱作农业的路子，完善有机旱作农业技术体系，使有机旱作农业成为我国现代农业的重要品牌。总书记话讲在山西，但旨在全国现代农业的发展。

有机旱作农业的内涵主要是充分汲取传统农业文化理念精华，充分运用现代先进技术、装备，因地制宜构建旱作农业内生性绿色高效的物质能量循环，形成健康的生态生命系统，促进用养结合，显著提高资源利用效率、土地产出能力、干旱抵御能力和产品增值能力，尽可能减少化学品投入，实现量质兼用、生态良好，推动旱作农业转型升级，可持续发展，这是一条有中国特色的旱作农业发展之路。发展有机旱作农业，就是要让地越种越肥，水、土、肥等资源高效利用，生产的农产品绿色优质，生态环境越来越好，最终实现生产与生态共赢，人与自然和谐共生。有机旱作农业包括但不等于有机农业，它既不是传统有机旱作农业的简单回归，也不是当下旱作节水农业的简单过渡，它是从思想理念、发展方式到技术途径的全方位深层次转变。针对目前我国广大旱农地区普遍存在的土壤耕层浅、质量等级低、降水资源和氮肥利用率低、土地产能下降、白色污染严重等突出问题，急需开展有机旱作农业理论创新和技术攻关，以支撑现代农业生产的绿色高效和可持续发展，助力乡村振兴和农民增产增收，保障我国重要农产品供给与国家粮食安全。

为了系统总结有机旱作农业最新优秀成果和研究进展，本专刊特组织全国有机旱作领域相关专家和科研人员，着重围绕地膜覆盖与降水资源高效利用、农田养分管理与高效利用、耕地保育与质量提升、作物抗逆种质创制与功能基因发掘4 个方面，共撰写学术论文18 篇，其中研究论文16 篇、综述2 篇。

1 地膜覆盖与降水资源高效利用研究

干旱缺水是制约我国旱作区雨养农业产量提升的重要因素，田间垄沟集雨措施是解决该问题的有效方式之一。郑诗然等[1]采用荟萃（Meta）方法对我国北方旱作区垄沟集雨措施效果进行了系统研究，结果表明，与平作相比，垄沟集雨措施作物产量和水分利用效率分别提高44%和43%，但不同作物、区域以及集雨面材料间存在显著性差异。黄土高原半干旱区的田间集雨措施增产增效最显著，产量和水分利用效率与平作相比分别提高了47.8%和49.7%。覆膜处理和不覆膜的垄沟集雨处理分别在生长季降水量为50～350、250～450 mm时效果最高，与平作相比增产率分别为49.0%～93.4%和26.0%～29.8%。该研究明确了我国北方农牧交错带、黄土高原半干旱、东部半湿润区不同垄沟集雨措施对不同作物产量及水分利用效率的影响，并探明了生长季内不同降雨量与垄沟集雨效果的关系，推荐在黄土高原半干旱区选用覆膜垄沟集雨模式，在农牧交错带地区选用覆膜或不覆膜垄沟集雨模式均可，在东部半湿润区选用不覆膜垄沟集雨模式。

晋北地区谷子种植大量采用地膜覆盖，但地膜残留问题日趋严重。叶凡等[2]研究了覆膜和不覆膜对土壤水热特征和谷子产量的影响。结果表明，谷子不覆膜与覆膜种植相比，苗期土壤温度较低，谷子株高和茎粗在苗期—孕穗期均低于覆膜种植，且单株长势较弱；生育后期不覆膜种植土壤温度、谷子长势与覆膜种植无显著差异；成熟期不覆膜种植谷子穗部性状优于覆膜种植，但是由于穗数低于覆膜种植，产量较低。不覆膜种植不论是雨养条件还是灌溉条件，各土层的土壤含水量均低于覆膜种植，生育期内谷子蒸散量高于覆膜种植。

地膜覆盖在西北旱作区春玉米生产中起着重要作用，然而，生产上农膜厚度普遍偏低，且传统上在玉米收获后揭膜，导致残膜回收困难，造成环境污染。丁云鹏等[3]分析了3 种地膜厚度与2 个揭膜时期对旱作农田土壤温度、含水量、玉米产量及地膜回收率的影响。结果表明，0.012 mm 厚度地膜覆盖较其他厚度提高了拔节期至抽雄期土壤贮水量，显著提高了三叶期至乳熟期5 cm 土层土壤温度，因此，春玉米干物质积累、产量及水分利用效率都有明显提高；抽雄期揭膜较收获后揭膜降低了土壤贮水量，且显著降低了乳熟期至成熟期5 cm 土层土壤温度，但并不影响作物产量及水分利用效率，且地膜回收率得到显著提升。

2 农田养分管理与高效利用研究

有机肥替代化肥能够提高土壤养分含量和酶活性。王含瑞等[4]2018—2021年连续4 a 在山西省临汾市浮山县定位监测生物有机肥替代化肥对旱地玉米土壤养分和产量的影响。结果显示，施肥能提高旱地玉米土壤养分和酶活性，其中化肥减量30%+生物有机肥处理效果最佳，与单施化肥相比，4 a 内土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量分别提高了6.90%、24.65%、51.20%和5.47%，产量略有增加；随着生物有机肥逐年替代，土壤养分含量和酶活提升效果增加。

为了提高设施蔬菜生产的养分利用效率，周静等[5]以密刺60 为研究对象，在适施有机肥基础上，研究追肥量和追肥间隔对设施黄瓜生长发育的影响。结果表明，追肥量以及追肥量与追肥间隔交互作用对设施黄瓜茎粗影响显著；中氮（0.31 t/hm2）追肥下设施黄瓜长势较好，产量最高，为266.46 t/hm2，各处理设施黄瓜净光合速率显著提高，总叶绿素含量、叶绿素a、叶绿素b 和类胡萝卜素含量均显著高于其他处理（P<0.05）。该研究明确了在有机肥适宜施肥量确定基础上适时适度追肥有利于设施黄瓜的生长，合理的追肥量和追肥间隔能够提高设施黄瓜光合性能和产量，改善品质。推荐设施黄瓜适宜追肥施氮量为0.31 t/hm2，追肥间隔为14 d/次。

为了解决长期施用化肥导致谷子产量不稳，品质降低等问题，卢华雨等[6]研究了不同种类肥料对谷子农艺性状、产量、籽粒品质的影响。结果表明，微生物菌肥能够提升谷子群体的抗倒伏能力，显著提高单穗质量、单穗粒质量、千粒质量和产量（P<0.05）；但堆肥处理对谷子籽粒品质的提升效果较为明显，堆肥处理下粗脂肪和总氨基酸含量最高，分别为2.7、10.68 g/100 g，显著高于复合肥和堆肥处理（P<0.05）。本研究结果对谷子优质高效生产提供了技术支撑。

铁是植物生长必需的微量元素之一，陈向阳等[7]研究了叶面喷施铁肥对谷子各器官铁元素分布的影响及品种差异。结果表明，谷子灌浆期叶面喷施七水硫酸亚铁溶液能够显著提升谷子米粒、谷糠、顶三叶和茎秆中铁元素含量，其中顶三叶中铁元素的积累量提升最高，但对谷子下部叶和根系中铁元素含量影响较小；且不同谷子品种对喷施溶液的响应不同，谷子籽粒中铁元素含量随七水硫酸亚铁喷施浓度的增加呈现升高趋势，促进了谷子营养功能作用。

为了解析生物炭施用量在烤烟上的应用效果，蔡何青等[8]采用长期定位施肥试验，设置不同生物炭用量，研究了生物炭不同施用量对烤烟生长发育、钾素积累特征和产量的影响。研究表明，施用5 t/hm2生物炭能够促进烤烟各生育期钾素积累，其中成熟期烤烟叶、茎、根部钾素积累分别增加了19.1%、37.6%和31.9%，全株钾素积累增加24.5%，烤后烟叶总产量提高18.7%，而且上等烟产量提高21.7%；过量施用生物炭（40 t/hm²）导致烤烟各生育期叶面积下降，成熟期烤烟全株钾的积累量下降27.0%，烤后烟叶总产量显著下降。

为探究生物炭对烤烟根系特性和土壤CO2排放的影响，李彩斌等[9]采用长期定位试验，研究生物炭不同施用量对烤烟根系形态特征和CO2排放的影响。结果表明，施用15 t/hm2生物炭烤烟总根体积增加了0.9%～7.3%，土壤CO2排放累积量和碳排放累积量均降低了3.4%，且改善了土壤物理性质，提高了烤烟生长前期土壤温度，降低了土壤湿度；高量施用生物炭（40 t/hm2）处理会抑制烤烟根系生长，降低烤烟总根体积，增加土壤CO2排放量。相关性分析表明，烤烟根系与土壤CO2排放量的关系紧密。因此，适量施用生物炭（15 t/hm2）有利于改良烤烟土壤环境，促进烤烟根系生长，降低烤烟土壤CO2排放。

3 耕地保育与质量提升研究

高强度的农业生产导致一系列生态问题，对农业可持续发展产生了重大影响。加快发展生态保育型农业是我国农业可持续发展面临的紧迫任务。黄彬香等[10]综述了生态保育型农业研究进展，内涵及实现途径，展望了当前生态保育型农业亟需研究的科学问题。文章认为生态保育型农业目的就是促进资源可持续利用，环境改善、生产力提高、建立农业可持续发展的农业生产制度与技术体系。实现生态保育型农业的途径包括水分保育、养分保育、固沙保育、适度投入、综合保育等。当前生态保育型农业亟需研究的关键科学问题为农业生产与生态系统的互馈机制、农业生产能力与区域资源环境承载力的协同提升、生态保育机制及其区域化途径等。

脱硫石膏是改良盐碱地常见改良剂，可以改善盐碱土壤的理化性质。张文新等[11]选用3 种改良剂（脱硫石膏+羊粪、脱硫石膏+生物炭和脱硫石膏）研究改良剂对土壤盐碱指标和养分的影响。结果表明，3 种改良剂中脱硫石膏在滴灌作用下均可降低土壤酸碱度、土壤全盐量和土壤钠吸附比（SAR），对土壤速效钾含量影响不大；脱硫石膏改良剂可以提高土壤中铵态氮和硝态氮的含量；脱硫石膏+羊粪和脱硫石膏+生物炭则能明显增加有效磷的含量。

可溶性有机碳（DOC）和氮（DON）在土壤物质循环和养分流动等动态过程中的作用越来越受到关注，已成为生态学、环境学、土壤学、水文学等研究领域的热点之一。孙盛凯等[12]综述了DOC 和DON 相关的国内外研究进展，分析了土壤DOC 和DON 含量的影响因素及淋失问题，并提出了土壤DOC 和DON 淋失的防控措施。土壤DOC 和DON为组分复杂的可溶性有机混合物，在土壤中的移动性较强，可能影响周边环境，造成生态系统碳氮亏缺并对周边水体的质量产生影响。为进一步探索土壤DOC 和DON 的生物和化学属性，开展全球气候变化影响DOC 和DON 的机制，探究DOC 和DON 向深层土壤迁移以及二者之间的转化和淋溶是今后研究的重要方向。

为明确朔州市平鲁区耕地质量的空间分布和地理格局，对耕地进行分区保护，韩小英等[13]深入分析了平鲁区2016年耕地质量数据，采用ArcGIS对数据进行可视化，并从不同尺度对平鲁区耕地质量空间分布特征进行建模，提出了耕地分区保护方案。平鲁区耕地质量空间分布主要呈现出西北和东南高，西南及中部区域低的格局；村级自然等、利用等、经济等的Moran’s I 值均低于区级的水平；结合平鲁区3 类耕地质量指数空间局部自相关结果，将平鲁区耕地划分为4 类保护区，并针对各区的特点提出了符合现状的耕地保护措施。

温云杰等[14]研究了添加猪粪、玉米秸秆、油菜秸秆后3 种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变化。结果表明，3 种有机物料理化性状差异较大，猪粪有机肥碳/氮较低，含较多烷基碳和含氮烷基碳，可显著提高土壤球囊霉素、微生物量碳和氮含量以及细菌、真菌和总磷脂脂肪酸含量；玉米秸秆含较多木质素，腐解较为缓慢，土壤球囊霉素、微生物量碳和氮含量以及细菌、真菌和总磷脂脂肪酸含量显著低于其他处理。土壤黏粒含量较低处理的微生物量碳和氮以及总磷脂脂肪酸含量较低，微生物活性较弱，导致土壤球囊霉素含量低于黏粒含量较高的处理。然而土壤黏粒含量过高会降低真菌的磷脂脂肪酸含量。综上所述，猪粪有机肥可快速促进微生物的生长繁殖，提高土壤球囊霉素的含量，且与土壤黏粒含量密切相关。

为探索适宜山西中晚熟玉米种植区抗旱保苗蓄墒的耕作方式，姜春霞等[15]采用了层次递进分析法对晋中市榆次区抗旱保苗蓄墒的适宜耕作方式进行了筛选。结果显示，秋隔年深松+秋旋耕、秋隔年深松+春旋耕抗旱保苗蓄墒能力优于其他处理，较对照增加0～30 cm 土壤含水量，出苗率分别为93.3%和93.0%；深松耕作处理明显发挥了纳雨蓄墒作用，提高土壤含水量和0～200 cm 土壤贮水量，有利于提高土壤的蓄水能力。

4 植物抗逆种质资源与功能基因发掘

糖基化修饰是黄酮类化合物合成途径中的最后一步，对植物黄酮类化合物的代谢具有重要意义，同时黄酮类化合物可防止植物因干旱胁迫而失水。为了研究大葱类黄酮糖基化修饰的关键基因对干旱胁迫的响应。张宇辰等[16]从干旱胁迫的大葱中分离到UFGT基因，命名为AfUFGT2，并对该基因的结构、蛋白理化性质和表达模式进行了研究。结果表明，AfUFGT2编码一个酸性亲水蛋白属于糖基转移酶GTB 型蛋白质超家族，且AfUFGT2参与大葱黄酮类化合物3-O 位置糖基化修饰，并推测AfUFGT2 以UDP-葡萄糖为主要糖基供体，具有葡萄糖基转移酶活性；干旱胁迫下大葱会通过提高AfUFGT2的表达量来促进类黄酮化合物合成，进而增强植株抵御干旱的能力。

土壤盐渍化严重限制小麦产量进一步提高。克隆小麦盐胁迫相关基因，发掘优异耐盐单倍型，并开发分子标记，对培育筛选耐盐小麦新种质具有重要意义。吴丹萌等[17]从小麦中克隆到一个受盐胁迫调控的组蛋白编码基因TaHis3.2，共获得2 种TaHis3.2序列，开放阅读框均为411 bp，存在8 个单核苷酸多态性位点，编码同一种氨基酸；结构域预测发现，TaHis3.2 蛋白包含Histon 保守结构域。小麦基因组中共398 个该家族成员，在各染色体上均有分布，且主要位于染色体两端。TaHis3.2主要在根部表达，盐胁迫能够抑制该基因的表达。

燕麦（Avena sativaL.）是禾本科燕麦属一年生草本植物，具有抗寒、抗旱、耐盐碱、耐贫瘠、产草量高、营养成分含量高等优点，属于粮饲兼用型作物。为了筛选适合河北坝上地区种植的燕麦品种资源及其最佳刈割期，陈丽雪等[18]以坝莜18 号、坝莜3 号、冀张莜4 号和坝燕4 号4 个燕麦品种为材料，基于产量和品质筛选适合在该区域种植的燕麦品种及最佳刈割期。结果表明，在抽穗期刈割收获，坝莜18 号燕麦干草产量最高，为7 794.80 kg/hm2；在灌浆期刈割收获，坝莜3 号燕麦干草产量显著高于其他3 个品种，为9 425.07 kg/hm2；在成熟期刈割收获，冀张莜4号干草产量最高，为9 859.20 kg/hm2。不同刈割收获时间饲草品质差异显著，在抽穗期坝燕4 号、灌浆期坝莜3 号的品质最优。根据燕麦干草团体标准综合比较，选用坝燕4 号在抽穗期收获和选用坝莜3 号在灌浆期收获可获得较高的饲草产量和优质燕麦干草。