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【中国科学报】绿色·特色·本色

文章来源:中国科学报 郑千里    发布时间:2015-07-20  【字号:      】

  积极策应和组织实施研究所改革,中科院亚热带农业生态研究所(以下简称“亚热带所”)建设和培育自己的特色,近几年来,将喀斯特生态、农业面源污染、畜禽健康养殖等作为着力培育和推进的方向,科技创新取得了良好的进展。

  亚热带所主持工作的副所长吴金水说:“这些年来我们一直朝建设中科院特色研究所努力,我们应有的‘特色’是什么?无论喀斯特生态、农业面源污染还是畜禽健康养殖等,都是呈现我国生态文明建设的‘绿色’!”

  常年在田间地头摸爬滚打,吴金水的皮肤晒得黝黑发亮——他称这是他的“本色”,他和亚热带所里的男女老少一样,正是靠这种和我国亚热带地区群众打成一片的“本色”,才使亚热带所形成了今天自己的科研“特色”。

  1 真金白银的生态补偿

  喀斯特石漠化地区传统以种植玉米为主,虽然解决了农民温饱问题,但也是喀斯特地区水土流失的重要根源。地表碳酸盐岩石风化之后仅有5%残存形成土壤。坚守亚热带所“喀斯特团队”长达20余年的王克林分析说:“要形成1厘米的土壤,南方红壤丘陵地带只需几十年,而在广西等喀斯特地区则要5000年甚至更长时间,特别不适宜高强度的耕作,因其导致土壤的流失速率甚至超过红壤丘陵区,耕地迅速退化!”他认为,喀斯特地区的治本之策和最佳“产出”就是“好山好水好森林”。为此,动员干部改变“保粮”的政见,改造生态和经济效益低下的农业结构,培育农民的新技能,他们没少花费心思。

  破解中国独有的难题,他们将自己的心血融在广西边远的贫困山乡。曾馥平是其中的一个典型,他已在广西环江县扎根21年,当地老百姓叫他“真扶贫”,被环江县当作“自己人”选为县委常委和副县长。

  他们将基础研究、技术研发与推广应用、生态治理与民生改善有机结合,解决引种原本不适宜在广西种植的椪柑等特色作物的栽培技术瓶颈,使落户环江县肯福的500余户生态移民3年致富,打造出喀斯特区可持续生态移民模式,成为国家贫困人口转移扶贫的样板;在稀有人烟的大山中峰丛洼地里,建起了替代玉米种植的生态养殖和生态经济林等生态治理衍生产业示范区。

  他们在大山里建立了喀斯特生态观测研究站,部署了一系列针对喀斯特生态系统独特地表过程的原位观测集水区、长期观测研究样地、长期定位试验和农业科技应用示范区,引领了喀斯特地表过程与农业交叉研究领域,荣获中科院科技促进发展奖一等奖。

  王克林的团队经研究认为:“喀斯特地区应改变传统种植模式,减少人为干扰,通过生态治理与生态保育,向保护性种植的高值农业转变。”发展适合当地的农林牧耦合的替代型草食畜牧业生产模式,他们提出形成西南喀斯特农牧复合带发展战略的布局建议。

  环江站研究成果的推广,得到地方和行业部门的认可和重视,广西壮族自治区党委副书记危朝安及水利部、环保部、国家林业局等部门领导先后到示范区考察与调研,示范区作为桂西北喀斯特生态恢复与产业发展模式,也是国家部委和地方政府石漠化治理与生态安全屏障建设的技术推广现场。

  环江站经过多年的科研积累,成为喀斯特石漠化、水土流失等生态环境观测与研究平台技术依托单位,有力支撑了国家发展改革委“石漠化综合治理工程”、水利部“坡耕地水土流失综合治理试点工程”、环保部“土壤重金属污染修复工程”等项目的成功实施。享受到“生态红利”的环江县,日益重视生态保护和建设的重要性,并将生态立县作为第一战略。

  通过对表层岩溶带水源涵养功能的调控和水土保持研究,他们为环江县木论乡的天然矿泉水水源地保护等提供了技术支撑,2015年,木论乡的思泉瓶装高端矿泉水一经露面,就荣获了中国高端瓶装水与健康水展览会“世界好水源”和“最佳养生用水”推荐奖。

  他们开展喀斯特地貌关键水土过程、植被生态适应机制等研究,提升了环江喀斯特的科学和保护价值,支持了环江喀斯特2014年成功申报世界自然遗产。当前,环江站作为科技的支撑单位,正全力支持环江县申请广西农业科技园区和国家主体功能区划的试点县。

  2014年,环江站完成的木论喀斯特森林25公顷大型固定样地调查,成为我国乃至世界森林生态系统观测研究的平台。

  喀斯特研究团队也让环江县的生态环境有了绿色收获:2011年,该县被国家林业局列为广西唯一的“碳交易”试点县,有关“碳交易”颇具说服力的计算方法,使该县得到了真金白银的生态补偿。

  环江县4000多平方公里的裸露石峰,如今逐渐披上生命的绿色,山民的年收入也从21年前的五六百元,增加到现在的五六千元。

  2 绿狐尾藻不再神秘

  吴金水带领农业面源污染治理团队,从2008年开始承担了国家“十一五”支撑计划——城郊环保型特色农业环境技术研究与示范。

  过去治理农业面源污染,主要采取种植菖蒲、水竹、美人蕉、芦苇、雨久花等,但这些植物不仅生长期短,且长成之后就不吸收氮和磷。“既然要有所创新,我考虑到这些植物存在的问题,只作一些比对参考,但必须在植物选择上有突破。”吴金水介绍说。

  2008年春,吴金水发动肖润林等三位教授跑遍长沙,在长沙市动物园找来绿狐尾藻,这是以前少有研究过的,在水污染治理上没有人采用过。他们初步试验发现:污水通过它后变清了许多,明显优于同一试验种植的其他十多种植物。秋天其他植物开始泛黄,绿狐尾藻直到冬天仍然是绿的。

  金井镇锡福村以养鸡鸭猪,村支书王茂存是位明白人,焉能对村边发生的变化熟视无睹?2012年春,王茂存带领村干部找到吴金水:“我们每家约有50~100头猪,养殖污水使得河水又黑又臭。可否帮我们治一治?”吴金水和肖润林随即带锡福村干部到实验站实地查看,一上午不厌其烦地讲解。

  几个月运行下来,绿狐尾藻的生态湿地初步见效:进去又黑又臭的猪粪水,通过湿地出来的水很清澈。由此吴金水等得到启发:投放绿狐尾藻的生态池一是氨氮要控制好,二是进水不能有油脂。稻草可保证其功能达5个月,也比其他的材料便宜许多。

  2012年,吴金水团队的副研究员、长沙县科技特派员刘锋到开慧镇的葛家山村,做了4条生态沟。

  “2013年,完成了开慧河生态大湿地处理工程。2014年开始城郊小流域环境保育体系的构建与示范。”刘锋介绍说,“我们工程结束后也一直免费做采水样的监测。模拟绿狐尾藻多级湿地对高浓度养殖污水的处理机理,同时通过长期试验数据,计算出绿狐尾藻湿地对养殖污水的去除参数。”

  在长沙县开慧乡葛家村支书汤长顺的带领下,本报记者来到开慧乡葛家村三组实地查看。汤长顺指着通往开慧湖的几处沟渠说:“稻田里的水经过湿地后才排到湖里。亚热带所每星期都会来这里监测水质。我们在他们的悉心指导下,这里共搞成32亩的湿地,上游的水集中到这里净化,达到很好的效果。”

  2014年初的采样测定中,经绿狐尾藻生态湿地的处理,养猪场的养殖废水中无论COD,还是氨氮和磷等主要污染物浓度,都远低于国家颁布的养殖企业强制排放标准,“绿狐尾藻,能高效去除水中有机物、氨氮等。猪舍里排出的水完全可以洗手。”作为长沙县的第七批科技特派员,肖润林也满怀喜悦。

  3 控需求、减投入、阻迁移、治污染

  1998年,吴金水从英国归来,发现我国许多地区不再有从前比比皆是的清澈水体,一直留心寻找一个合适的小流域开展亚热带农业环境过程与农业污染治理研究与示范。直到十一年之后,吴金水争取国家支撑计划,拿到了建立流域农业环境与污染治理研究与示范基地的第一桶金。2010年出差的航班从长沙起飞,他透过飞机舷窗外发现了一片大小适中,四周由山区围起的独立小流域,恰似梦中开展农业环境过程与农业污染治理研究的“风水宝地”。回来后他立即到实地寻找,原来这个地方竞是他的团队长期开展研究的所在流域,不禁庆幸和感叹。

  2011年,长沙农业环境实验站“水到渠成”,由亚热带所、湖南省长沙县人民政府、湖南湘丰茶业有限公司三家联合共建。吴金水要求团队将所有项目需要部署的试验集中一处,在3年中建立了覆盖105平方公里包括水文及土壤、大气、水环境观测系统,以及面积达30公顷的试验和示范区。尽管各个项目的目标不一,但设计的中心目标却很独特,首先是构建“控需求、减投入、阻迁移、治点污”的流域农业环境污染源头综合防控体系,其次是试验和示范亚热带生态高值循环农业系统,两者相互结合、相互支撑。

  以绿狐尾藻生态湿地为关键技术,对养殖废水进行治理引起了很大反响,2013年4月1日,中科院副院长丁仲礼院士来锡福村现场考察,给予其高度赞赏和肯定,认为这是目前治理污水最实用、最简单、最科学的模式。

  随即,该模式在浙江省嘉兴和绍兴得到了推广。存栏各为五千头猪的嘉兴五丰牧业、嘉兴科皇牧业以及存栏七万头猪的绍兴富强牧业等规模化养殖场,采用该技术治理养殖污染均实现了达标排放。

  亚热带所承担的中科院重点部署课题——平原高密度养殖区废弃物污染减控技术构建与示范,让绿狐尾藻当治污先锋,建立了绿狐尾藻生态湿地、河床底泥活化改造、生态滤床拦截等关键技术,使嘉兴明月河的水质明显改善。据嘉兴市环保局现场提供的检测数据,高锰酸盐、氨氮、总磷等污染物显著降低,水质指标达到地表水IV类和III类的标准。

  治理面源污染,以绿狐尾藻的处理能力,200亩地只需用1亩边角荒弃地做氮磷消纳湿地。且绿狐尾藻种了三年基本都不用管,非常简易可行。吴金水说:“之前养一头猪产生的养殖废物,至少需要10平方米土地来降解污染,中国没有这么多土地。我们把一头猪压缩到2~3平方米的土地解决问题。”

  用绿狐尾藻喂鸡,每只鸡每天消耗1公斤多鲜草,锡福村10多家农户喂鸡,基本上能把治污的绿狐尾藻利用掉,长成的鸡和下的蛋卖到城里很受欢迎。王茂存说:“我们村吃绿狐尾藻长成的土鸡,一只就能卖一百多元!”

  “绿狐尾藻收获后可替代饲料,粗略估计,一亩湿地的绿狐尾藻可取代5亩地的玉米,故此,我们治理养殖污染是在节约用地。”陪同本报记者采访开慧乡的王毅博士介绍。

  江西万年县每年至少数十万头肉猪出口香港,过去养殖污水排放未能很好解决。经印遇龙院士介绍,2014年春节后,万年县县长带着养猪专业户来到亚热带所,“接受公司的委托,我们2014年10月就帮他们解决了养殖污染问题。”吴金水说。

  2014年11月21日,中科院科技服务网络计划增添了一道绿色——“绿狐尾藻治理污水技术区域适应性研究与示范”,该项目在长沙通过了专家论证。项目示范地区覆盖了湖北、湖南等省,是基于财政部“率先在南方10省市开展绿狐尾藻生态治理废水技术示范”的总体部署。

  肖和艾是吴金水循环农业团队的成员,从2012年开始,他就在金井镇的脱甲村开展生态循环农业研究与示范,核心理念是:“生态、高质、循环。”2013年,长沙农业环境实验站引进60头国外品种的肉牛,全靠试验站田边地头的杂草、20亩低产田的转种牧草以及水稻、玉米等作为收获之后的生物质养殖,牛的排泄物全部作为试验站作物的有机肥,50余亩地两年来基本不施化肥。

  印遇龙院士对生态循环农业系统很感兴趣,他对肖和艾说,牛喝茶可以排毒消炎杀菌,亦即在牛养殖的过程中让牛“喝茶”,可消炎杀菌排除体内毒素,增加牛肉品质。牛吃完牧草1小时后即让牛“喝茶”。冬天红茶为主,夏天绿茶为主;早上红茶,中午绿茶,晚上黑茶。

  “一头牛相当于10个人的喝茶量,每年得喝20斤茶叶。”肖和艾说,牛到固定时间没有喂茶,就会哞哞叫以示“抗议”。去年5月母牛下的崽,现在一头即可卖7000~8000元。今年6月母牛又产下两头小牛,肖和艾为小牛取名“欢欢”和“莉莉”。

  4 重金属污染农田修复可期

  2006年1月,株洲马家河镇爆发严重的镉污染事件,黄道友研究员因多年致力农业环境研究,被湖南省政府聘为专家组的成员,第一批进入马家河镉污染事件区域,在中央环境保护专项的资助下,在马家河镇中路村建立试验研究基地,开展镉污染稻田的修复治理研究工作,提出了重金属超标农田农业安全利用的研究策略及“摸清家底、因地制宜、分区施策、科学治理”的总体研究思路。

  与湖南省农业资源与环境保护管理站的合作,黄道友等对长株潭工矿区、污灌区和城郊区三类重点区域195万亩农田进行调查,逐步摸清了以镉为主的重金属污染元素、污染程度及其分布,并根据农田重金属污染程度的差异,对轻度、中度和重度污染农田,分别提出不同的技术模式,形成“重金属超标土壤的农业安全利用关键技术研究与应用”技术成果,获得2012年度湖南省科技进步奖二等奖。

  黄道友等针对我国轻度污染农田,先后研发了兼具作物需肥供应和降低土壤中镉、铅有效性的功能性新型复混肥,获得3项国家发明专利授权;针对中度污染农田,研发了高效降低土壤中镉、铅活性的复合钝化剂产品,获得4项国家发明专利授权;针对重度污染农田,研发了麻类作物高产高效替代种植技术模式,获得5项国家发明专利授权,共同组成“镉铅污染农田原位钝化修复与安全生产技术体系创建及应用”,获得了2014年度湖南省技术发明奖一等奖。

  2014年,国家启动“湖南重金属污染耕地修复及农作物种植结构调整试点”,黄道友研究员被聘为专家组的成员,代表本所承担了湘潭市的重金属污染耕地修复及农作物种植结构调整的技术指导工作。

  为了推广应用更加经济、高效的技术产品,2015年春,黄道友他们和湘潭市原种场通力合作,开展镉污染农田修复新技术新产品的集中展示区建设,先后接受来自湖南、上海、广东、湖北、辽宁等地53个单位寄送来的包括土壤调理剂、微生物菌剂、具有降镉功能的叶面肥(叶面阻控剂)及其复合产品。

  由湘潭原种厂厂长何刀山陪同,本报记者在雨湖区棋盘村看到,在几百亩的水稻集中展示区,每个田块和产品都竖立有顺序编码。何刀山厂长介绍说:“我们采用严格的田间小区试验,亦即3次重复试验以及每个产品4~5亩的大田示范相结合的方式,各小区及示范田块统一管理,到秋季将统一取样送测,试验结果统一公布,确保结果的可靠性和公正性,为试点工作的顺利实施提供支撑。”

  5 研究牛反刍管好“猪屁股”

  2009年6月,来自国内生猪产业的企业、高校和科研机构在长沙共同宣布,联合组建我国首个生猪产业新型产学研合作组织——生猪产业技术创新战略联盟。亚热带所既是联盟发起单位,也是联盟的首任理事长单位。

  根据联盟成员企业提出的科研任务,他们分别前往双胞胎集团等国内生猪产业龙头企业,开展产学研技术攻关,将实验室搬到了养殖场,与企业共同研发的绿色环保饲料和饲料添加剂技术产品,已被全国16个省市19家企业直接采用,累计帮助企业新增利润34.11亿元,新增税收13.7亿元。

  2013年10月,经科技部批准,国家生猪产业技术创新战略联盟成立,该联盟由亚热带所印遇龙院士发起并担任理事长。

  为了管好“猪屁股”,从提高动物营养的有效吸收率做起,“动物营养的有效吸收率提高,饲料就用得就少,其粪便排放也就少。提高动物营养的有效吸收率,是保障粮食战略安全和保护生态环境一项最基础的工作。”本报记者采访同样是农民“本色”的印遇龙院士,他显得有些讷言,几乎都是亚热带所副所长谭支良帮着介绍。

  印遇龙所领导的团队建立了猪氮/氨基酸评价方法体系,其中,“仔猪肠道健康调控关键技术及其在饲料产业化中应用”获得2010年国家科技进步奖二等奖(排名第一)。该技术应用到全国100多家企业,产生较好的社会经济效益。美国营养学会会刊高度评价: 印遇龙团队提供的氮代谢与调控新技术和新发现,解决了国际猪营养学和饲料科学研究与应用中的许多重大技术难题。有利于养殖业减少氮排放和提高经济效益。

  印遇龙带领的团队把技术成果应用于饲料配方,促进粗蛋白体系向可利用氨基酸体系转化,打破了外资企业对我国饲料高端市场的垄断。

  印遇龙带领其课题小组,制定出肉猪生长对各种营养原料的需要量。“猪氨基酸营养代谢与调控”研究成果被收入“中国饲料库”并被广泛应用。运用该成果研制出的浓缩蛋白质饲料和预混料,产生经济效益1.3亿元。

  2014年10月,印遇龙获得了两项荣誉:他在德国慕尼黑百奥明世界营养论坛的大会报告论文,荣获得了百奥明世界营养论坛world nutrition奖;获得汤森路透为他颁发的中国引文桂冠奖。

  谭支良说:“印老师带领我们作研究,一是猪肉为什么不好吃?我们研究了肉质性状的形成机理。二是为什么牛胃里会产生温室气体?我国牛消化道甲烷排放的问题,一直缺乏基础数据支撑,主要采自IPCC的数据,我们为此做出了反刍家畜甲烷排放量评估模型。三是为什么有机肥回不了田?关键在哪?因为饲料添加剂使用太多等原因,粪便就不能回田。”

  据统计,牛反刍排出的甲烷占农业37%,为提高能量利用效率,减少甲烷的排放,谭支良研究团队目前的一项工作,是收集数据估算我国牛反刍排放的甲烷量,并将此和国际水平相比较。

  “我们搞农业生态研究,就必须像农民一样吃苦耐劳,我会用手挤奶是在读大学本科时就学会的,一头牛挤半小时,两手都是酸的。” 谭支良说,“我们跟着印遇龙院士,要学习他吃苦耐劳的精神。中心另一位副主任周传社博士的项目在西藏,一般人会选择8月去,他因STS项目的需要冬季进站,在西藏一工作就是20多天。”

  王敏副研究员是谭支良的助手,他介绍工作中遇到的困难说:“我们有时干的是体力活:测牛排放的甲烷,把牛关到呼吸代谢室,只有4个平方米,我们前拉后赶,再费力气都没用,只能顺着它走,把它引导过去。”“在实验区工作时,我们在牛的屋里装上了空调,自己没有空调也不觉得很委屈。”

  (原载于《中国科学报》 2015-07-20 第7版 团队)



(责任编辑:侯茜)

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