认知生态规律 服务区域农业

　　今年是中国科学院栾城农业生态系统试验站成立30周年。30年来，栾城站围绕区域国家战略需求与区域生态问题，以服务农业、服务地方为宗旨，积极探索农业发展的道路与关键支撑技术，在我国现代农业关键技术研发、区域示范及探索农业可持续发展模式方面，取得了一系列有影响的成果，在我国农业发展史和长期生态学研究上书写了浓墨重彩的一笔，为农业发展起到了积极的推动作用。

　　栾城站位于黄淮海平原北部的太行山前平原，属暖温带半湿润季风气候，年平均气温12.2℃，降雨量536.8毫米，土壤为潮褐土，是黄淮海平原典型的集约高产农业生态类型，代表区域面积约5万平方公里，耕地3800万亩。

　　历史回顾与目标定位

　　1978年，中央批准栾城县为全国农业现代化综合科学实验基地县之一。时年6月，中国科学院与河北省联合组织大批专家开展了栾城县农业资源综合科学考察与农业区划。刚刚成立的中国科学院石家庄农业现代化研究所组织了由多学科组成的科技队伍进驻栾城县各乡镇，开展农业综合试验研究。1981年选址栾城县聂家庄，成立栾城农业综合试验站（简称栾城站，当地称185站）。1987年7月，经中国科学院批准，更名为中国科学院石家庄农业现代化研究所栾城生态农业试验站。1988年成为中国科学院生态系统研究网络（CERN）的第一批野外台站之一。1993年与中国科学院地理所大屯站合并成立联合站，更名为中国科学院栾城农业生态系统试验站。1999年成为联合国粮农组织“全球陆地观测系统（GTOS）”的成员单位。2005年成为国家野外科学观测研究站（CEORN）之一。

　　栾城站的目标定位是针对华北平原地下水超采与农业面源污染等主要生态环境问题，研究农田生态系统关键生态过程的转化机制、界面通量、调控途径和关键技术，发展资源节约型农业生态系统管理的理论体系和区域优化示范模式。

　　创新农田水分界面调控理论发展节水农业技术体系

　　上世纪70年代以来，开采地下水灌溉快速发展，造成地下水位持续下降。围绕农田水分高效利用，栾城站建立了农田节水灌溉与水分循环长期定位试验，率先利用波文比、涡度相关测定能量平衡，大型蒸渗仪结合小型棵间蒸发器和稳定性同位素测定农田蒸散发量，系统研究了土壤―植物―大气系统界面水分传输过程，量化了山前平原高产区冠层―大气界面和土壤―大气界面水分传输通量、组成和分配以及土壤、作物和气候对水分传输通量的影响。

　　围绕土壤―大气界面水分调控，以覆盖减少土壤蒸发为核心环节，栾城站从上世纪80年代开始了小麦秸秆覆盖夏玉米田的长期定位试验，证实秸秆覆盖可显著提高水分利用率。为了解决秸秆覆盖还田的生产技术问题，上世纪80年代中期以来，栾城站先后自主研制了新型小麦秸秆切碎机、小麦整秸覆盖免耕播种机等保护性耕作机具，集成机械化秸秆全程覆盖还田技术。这些技术成功推动了上世纪90年代以来大面积的秸秆还田，为区域减少秸秆焚烧、提高肥力、保墒节水发挥了重要作用；围绕冠层―大气界面调控，以提高作物蒸腾效率为核心，实证了品种间存在着明显水分利用效率差异，培育并示范一批小麦节水品种，挖掘了生物节水潜力；揭示了作物对水分亏缺的生理生态响应规律和适度缺水对生长和产量的补偿效应，提出了作物水分适度胁迫下的作物“反冲响应机制”，建立了提高蒸腾效率的土壤水分和作物水分调控指标体系等。

　　基于上述多年来农田水分界面调控理论与调控技术研究，栾城站制定了适合华北平原不同节水策略的主动调亏灌溉制度、最小灌溉制度和关键期补水灌溉制度等3种灌溉制度；筛选出8项农业节水技术，组装配套和集成4套农业节水模式，提出4套相关的技术体系标准；研制了玉米整秸覆盖小麦全免耕种植模式及配套机组、预付费IC卡井灌控制装置，实现了节水技术成套化、系列化、标准化，节水增产效果显著，在华北地区累计推广面积两千多万亩，取得社会经济效益2亿多元，节水7.8亿方。灌溉水利用率由0.7 提高到0.85以上，作物水分生产率平均由1.3 kg/m3提高到1.98 kg/m3，达到国际先进水平。这些成果先后获得国家科技进步奖二等奖3项、河北省科技进步奖一等奖1项、河北省自然科学奖二等奖1项和河北省技术发明奖二等奖1项。

　　量化农田氮素通量过程 发展清洁施肥技术

　　华北山前平原是我国典型的高产农区，农业面源污染已成为危害环境的重要来源。上世纪80年代初，围绕农田养分循环、平衡与高效利用，布置了有机无机结合、NPK配合等一系列长期定位试验，开展了动态监测研究。从上世纪90年代开始，利用箱式法、原位培养法、微气象法、土壤溶液采集器等田间原位监测方法，对“土壤―大气”、“土壤―水体”、“土壤―作物”界面氮素通量进行了系统测定。1990年在全国率先完成农田N2O原位测定研究，通过连续20年来的系统研究，定量了华北山前平原小麦玉米两熟农田N2O排放、氨挥发、硝态氮淋失通量，揭示了深层土壤反硝化脱氮机制与酶学调控机制。围绕控制界面氮损失途径，提出了适合山前平原的测土配方施肥技术、氮素数字诊断技术、变量施肥技术。1994年成功研制“涂层尿素”，并配套综合施肥技术，开创了缓控释肥料应用的先河，推广面积2600多万亩，平均增产10%，肥料利用率提高6%，纯增经济效益1.76 亿元。这一领域先后获得国家科技进步奖二等奖1项、国家科技进步奖三等奖1项、中科院科技进步奖二等奖1项和河北省科技进步奖二等奖1项。

　　培育高产优质高效品种保障国家粮食安全

　　保障国家粮食安全始终是国家重要的战略目标。围绕高产、优质、高效，栾城站30年来积极开展化学诱变育种、染色体工程育种、分子标记聚合育种方面的研究。在染色体工程育种领域，首次发现了八倍体小偃麦染色体组的重组现象，揭示了其形成规律，确立了八倍体小偃麦染色体组型，明确了八倍体小偃麦与普通小麦杂种后代育种程序，创造了一批异附加系、异代换系和异位系新种质，先后培育了早优504、高优503、科农9204、科农199等品种。2001年通过国审的高优503小麦品种是我国优质、高产小麦新品种，其面筋含量、蛋白质含量等重要指标已达到国际市场标准，开启了中国食用小麦打入国际市场的“破冰之旅”。这一成果获得2002年国家科技进步奖二等奖。

　　2003年培育的小麦“科农9204”是黄淮麦区代表性氮高效品种，在黄淮麦区大面积示范推广，亩产489.2 公斤。新品种“科农199”（国审麦2006017）聚合了多个骨干亲本、骨干品种的有益基因，节水、节肥特点突出，抗寒、抗病性好，平均亩产544.2公斤。该品种已推广4000多万亩，在我国小麦生产中正在发挥重要作用。这一领域先后培育出22个小麦、大豆品种，获得国家科技进步奖二等奖4项，中科院科技进步奖一等奖1项、二等奖1项，河北省突出贡献奖1项和科技进步奖二等奖1项。

　　积极探索农业发展模式服务区域农业经济发展

　　30年来，栾城站积极探索可持续的区域农业发展模式。上世纪80年代中期开始了农牧果结合的城郊型农业模式和生态循环农业模式集成示范。1984年承担了中国科学院重点科技攻关项目――栾城城郊型农业发展研究。项目提出并实施了面向城市市场、积极调整产业结构、努力发展三大产业、尽快由农村型经济向城郊型经济转变的战略与措施，为我国城郊型农业发展探索了一条切实可行的路子。这一成果获得中国科学院科技进步奖二等奖。

　　如前所述，生态站在上世纪90年代初还提出了以节水技术为核心的资源节约型农业模式示范以及以秸秆资源利用转化为主体的资源节约型农牧结合生态模式。

　　21世纪初，该站又开始了以信息技术为核心的都市农业模式示范实践。2000年开始帮助栾城县范台村建设以精准农业和生态观光为特色的草莓采摘园区, 当年产值收入达每公顷30万元以上, 并以电脑走进大棚、田园超市为特征引起媒体的广泛关注，石家庄电视台、《石家庄日报》、《农民日报》先后进行了报道。该成果获得河北省科技进步奖二等奖。

　　拓展国际合作 构建开放平台

　　栾城站已成为具有国际影响力的长期生态学观测平台。栾城站作为联合国粮农组织“全球陆地观测系统（GTOS）”的成员单位，联网监测气候变化、植被覆盖、土地利用、水土资源动态等，长期观测研究陆地生态系统与全球气候变化及人类社会、经济和土地利用之间相互作用的耦合关系。美国马里兰大学全球变化研究所、日本国际农业研究中心也将该站选为东亚季风气候变化模拟和灾害气候对粮食安全生产影响进行研究的基点站之一；与日本千叶大学、筑波大学、东京大学合作联合建立了华北N38°生态样带的水文水资源长期动态监测网络，研究华北地区水资源从山区―平原―低平原―滨海的不同地区气候变化导致的生态系统蒸散的变化、水资源消耗规律。

　　在农业节水、精准农业、作物育种、水氮管理、温室气体排放等研究领域，该站与美国、日本、澳大利亚、德国、荷兰等建立了长期合作关系，已成为国际上有一定影响的长久性农田生态系统研究平台。

　　近年来，到栾城站进行学术访问和合作研究的国外科学家和研究人员每年平均20余人次，与栾城站有合作和交流的国家和地区包括美国、德国、荷兰、英国、日本、澳大利亚等20多个。

　　30年来，栾城站几代人艰苦创业、发奋图强、锐意创新，先后荣获国家、省部科技成果奖励38项，其中国家科技进步奖二等奖9项；以站为基地发表论文1151篇，SCI论文231篇，出版专著26部；获授权专利65项；审定品种22个；制订地方标准4项；培养了博士生10名、研究生35名，并有在读博士生10名、硕士生11名。

　　展望未来，栾城站将以科学发展观为统筹，秉承中国科学院的优良传统，发扬“爱国奉献、创新为民”的精神，始终围绕监测、研究、示范三大任务，突出人才、平台、开放、示范四大核心环节，脚踏实地、求实创新，努力将栾城站建设成为具有国际水平的长久性农田生态系统观测与研究基地、具有区域特色的农业高新技术研发基地、高度开放的国内外合作交流平台和人才培养平台。

　　栾城站豪情满怀，信心百倍，将潜心钻研，跨越前行，谱写新时代的崭新篇章。