宋显伟：绿肥田菁，让“八百里瀚海”破“碱”重生

松嫩平原超过4500万亩的苏打盐碱地就如癣斑一样在黑土地上逐年扩大，蔓延之处寸草不生，他们向自然学习，躬耕于此，在光板地上种出了一人多高的耐盐碱高产饲草——田菁，让“碱巴拉”的土地“破碱”重生。

宋显伟

中国科学院遗传与发育生物学研究所 研究员

我国东北地区拥有苏打盐碱地的面积近5,000万亩，如果加以改良和利用，将极大缓解我国人多地少，人均耕地不足世界1/4水平，所带来的粮食安全的隐患。但是谈到改良谈何容易，苏打盐碱地被誉为土壤的癌症，具有碱、硬、瘦、死的特点。

碱，从它的名字上可以得出它含有苏打成分碳酸钠，碳酸氢钠，高pH值，高碱化度。硬，是指它土壤的结构，旱的时候坚硬板结，透水透气性极差，植物在其上很难扎根生存。瘦，是指它贫瘠，有机质含量非常的低，养分有效性很低，比如说磷的有效率通常小于20%。死，是指土壤的生物含量很低，缺乏土壤微生物和土壤动物。当地人形象的比喻是风吹沙土遍地跑，盐碱地上不长草，可见改良的难度还是非常大的。

在八年前，面向国家的需求，我们团队的leader曹晓风院士，就谋求研究方向的转型，瞄准了盐碱地。当时说实话，我们对盐碱地还是一无所知。当我把这个想法，跟我一个东北长期从事盐碱地研究的同学说了之后，他就苦心劝我，你们最好不要碰，因为苏打盐碱地太难了，特别是盐碱的旱地，很可能你一头扎进去之后，到头来一无所获。但是本着无知者无畏的这种态度，我们决定还是要试一试。

怎么去改良呢？首先要改良它，第一点就得认识它，所以我们就用了长达一年多的时间，进行了实地的调研，我们走访了多个盐碱地块，同农民进行聊天，也实地取一些样品进行化验和测试。后来我们认识到，盐碱地的一些特殊的性质，比如说它的异质性，俗话讲就是盐碱地上是一步三换土，就是说每一块的盐碱地，盐碱程度都是不一样的。还有苏打盐碱地由于它的成因的关系，通常地势比较低洼，所以在雨季的时候它很容易积水，发生涝害。再有就是跟其他的盐碱类型一样，苏打盐碱地也存在着盐随水来，盐随水去，一年四季动态的变化。我们也了解到，在重度盐碱地上，要么是寸草不生，要么就长一些原生的，没有什么特别大的经济价值的植物，比如碱蓬、星星草、芦苇、虎尾草等。

我们同时也了解到，目前盐碱地还没有好的治疗的方法，以往的工程的、农艺的、化学的改良方法，在一定程度上确实有效，但是要么成本太高，对于资源的耗费太大，要么它存在着反复，以及二次污染的风险，所以目前没有大面积应用的可能。而生物改良其实作为一种新型的手段，通过种植耐盐碱的植物，然后逐年改良的方法把土壤变好，被认为是最经济，同时也是最有前途的一种方法，所以我们就把我们的目标，锁定在了生物改良方面。

生物改良的核心，就是要找到这种合适的植物。通过我们前期的调研，对于苏打盐碱地的了解，我们总结了这种超级的植物首先要耐碱，其次它还要耐涝，同样最重要的要让老百姓能接受，还要有用，即能产生经济价值。

那么这种植物怎么去找呢？《中国植物志》当中所记载的植物，超过了3万多种，如果直接去找，无异乎大海捞针，所以我们就从我国传统农业当中，去寻找线索。我们注意到，我们的老祖宗，经常是用一种绿肥的植物做肥料，去种植庄稼，千百年来保证了，我国的土壤没有退化。

比如《齐民要术》当中就说：凡美田之法，绿豆为上，小豆，胡麻次之。这也凸显出豆科绿肥是非常好的，为什么呢？因为豆科绿肥通常蛋白质含量高，而且整株比较幼嫩，更重要的是一些豆科的绿肥，具有结瘤固氮的功能。利用它跟根瘤菌的共生，能够产生固氮的根瘤，然后将空气中的氮固定下来，转变成氨被植物所吸收和利用，也就是为植物供给氮肥。所以在农业上也有言：绿肥种三年，瘦地变肥田，可见它改土培肥的效果是非常好的。

接下来就把我们的研究精力重点放在绿肥上，我们通过跟合作者一起，收集了800多份的绿肥，然后把它种在我们东北最重的盐碱地当中。种完了之后，问题接踵而至，因为我刚才说了，盐碱地上是一步三换土，每一块的盐碱程度都是不一样的。那么如何评价植物的耐盐碱性？我们当时也是经过了思考，采用了一种看似非常笨的方法，就是把长出来植物旁边的土壤进行测定。把它得到的pH值，跟它长势进行对应，这样来评价。800多份的植物，每个三个重复，每个重复测三个点，这样大概7000多个样点的测定，我们在一周之内，顶着7月份的酷暑，在这个大田当中完成了。

当我们在一种植物，也就是我们今天的主角田菁当中，把它周围的土壤测定了之后，发现pH值表现出10.02的时候，我们现场所有的人都非常的兴奋，也都为田菁点赞。

田菁确实很耐盐碱，左边这张图是在我们pH值10.02的一个田块当中，它跟耐盐碱的先锋植物碱蓬可以长在一起，而且长势非常的好，后期能达到一人多高。在右边盆栽当中可以更加明显的看到，被誉为牧草之王的紫花苜蓿，在碱土当中是不能生长的，田菁的生长却是不受抑制的，这也就满足了我们所要寻找的，超级植物的第一个特点是耐碱。

我们在发现它耐碱之后的第二年，在吉林的长岭有这样一块田，平均的pH值达到9.5，我们春天把田菁种上去之后，出苗和生长都完全没有问题，但是也伴随着杂草丛生。我们当时还是苦于没有合适的除草剂可用的时候，天空中下了两场大雨，半个月之后再进去一看，杂草已经被泡死了，但是田菁仍然坚挺地活着，而且长得特别好。田菁在水淹条件下，能诱导它产生发达的水生根和海绵组织，能够抵御它进行水淹的胁迫，所以田菁也满足我们要找的超级植物，第二个特点耐涝。

那么田菁是否有用呢？古人给它起的名字为什么叫田菁？古人视之为田地的精华，我们也发现在盐碱地的条件下，它可以产生大量的根瘤，而且这种根瘤都是有活性的，固氮效率也很高，所以田菁可以固氮，能够提供有机的氮肥，供土壤和供植物进行吸收，所以它还是很有用的。

但要让老百姓能接受，似乎还不够，接下来我们就发现田菁还有饲用的价值。这个发现其实多亏了一只野兔，这个是我们在发现田菁耐盐碱筛选的田中，恰好碰见一只野兔在津津有味的吃田菁。我们就想，说不定动物会很喜欢吃田菁，采摘了一些进行了牛和羊的饲喂，发现它们都还很喜欢吃，这也就引发了我们对田菁饲用价值的挖掘。其实田菁蛋白含量还是蛮高的，它幼嫩时期的粗蛋白含量能达到20%，叶片的蛋白含量更能超过30%，完全可以媲美目前高蛋白的饲草，牧草之王苜蓿。所以田菁耐碱、耐涝、而且还有用，完全符合我们所找的超级植物的三个特点。

那么如何把它用好？我们所用的这种田菁，其实种质目前多半还都是野生未驯化的，还有一些不良的性状，比如说炸荚性状，还有花序是无限生长的，这样就给它生产种子带来很大的不便；再比如田菁其实容易掉叶，尤其是后期；而且它容易发生木质化，这样会影响它作为饲草的品质；所以我们也在积极研究，如何用一些育种的方式，把它从野生变为驯化，也就是打造这种超级植物的升级版。

此外在农业生产上，大家都知道，其实种子，栽培方法和田块，共同决定了最后的产量。那么有了好的种子之后，一定要有好的栽培方法，这个我们也是深有体会，当时我们就因为苦于没有合适的播种机器，没有合适的播种深度，经常出苗非常的惨淡，同时出来之后，也苦于没有合适的除草剂，经常是从草里头找苗。但是经过我们和合作者几年的努力，我们现在也完全把这一方面克服了，良种和良法进行了配套之后，我们就对于一块盐碱地，进行了治疗。

这一块是在吉林长岭的，一块100亩左右的盐碱荒地。从以往的卫星图上可以看到，以往8月份都是庄稼长得非常茂盛的时候，但是在这个地里看不到一丝的绿意。我们当年种植了田菁之后，在8月份可以看到，它长的是郁郁葱葱，为这里平添了一丝的绿意。同时对比相邻的地块，基本上没有长出任何的庄稼来，田菁可以说是初见成效。

那么对土壤的治疗效果又是怎么样的呢？我们通过土壤的剖面对比看到，没种植田菁，土壤会更加的紧致，一看就是通透性很差，但是种了田菁，田菁的根扎进去之后，土壤的疏松性变得更加的疏松，也就变得更加的通透。

我们也进行了化验，我们也把田菁作为绿肥翻压回田，第二年当它腐烂了堆沤之后，我们再测土壤的pH值发现，pH值下降了，同时土壤的养分升高了，也就是说田菁让盐碱地变得更加肥沃了。

最直观的例子是什么呢？就是后续种植庄稼的效果，这是我们选取了种植田菁一年的地块再种植玉米，它相较于没有种植田菁，而直接种植玉米来讲，变得效果更加的好了，也就是说田菁让盐碱地更适合种植庄稼。

光伏是清洁能源，是现在非常热门的一个产业，国家也大力提倡，光伏下面必须发展农业，也就是光伏加农业，这也是一种新型的农业形式。理想的状态情况下，它是充分利用土地的空间，在上方架设光伏板用来发电，在下方种植一些作物或者是一些草，发展农业，这个理想是很丰满的，现实却很骨感。

在我国东北地区，光伏经常会落在大量的盐碱地上，仅白城地区，就有15万余亩，当地的企业和政府，苦于没有合适的植物种植，常年处于撂荒的状态。

当一个企业的老总，得知我们在吉林松原种植田菁的事之后，他就主动找到我们。这是没有种植之前 6月19号，我们可以看到，它的碱斑的比例，其实超过了50%，而且它的pH值也非常的高，当时我们也是心里很打鼓的，这个田比我们之前改良松原长岭那一块田，环境条件更加的恶劣。当把我们新研制的品种中科菁一号，以及我们新研发的一些固氮的菌剂，一些微生物的菌剂掺进去之后，它的效果还是非常不错的。到了8月11号，它就基本上把原来碱斑很大的土地，进行了绿色的覆盖，到了9月份之后，它长势就非常的郁郁葱葱，可以达到一人多高。当地的企业和当地政府的人，感到非常的震惊。

我们都知道，东北草原盐碱的面积要更大。比如说作为最大的草原松嫩草原，盐碱化的面积已达到了240万公顷，占它总面积的2/3以上，并以每年很快的比例进行递增。导致的后果就是，优势的建植种羊草的比例显著的降低，再也不复当年风吹草低现牛羊的景象，多半现在都是左边那个图这样的景观，急需进行生态修复，恢复羊草的覆盖度。

那么怎么进行恢复呢？首先我们就要了解一下羊草，羊草其实被誉为禾草之王，它耐逆性很强，耐寒、耐旱、耐盐碱、耐踩踏、营养价值高、适口性好，更重要的是它地下根茎非常发达，像竹子一样，它有很大的空间拓展能力，防风固沙，涵养水源。但是它自身也存在着，前期长势非常弱的特点，第一年种子种下去之后，它长得非常瘦弱，像一根针，第二年呢，由于空间扩展能力非常的强，就能连成一条线，而等到了第三年，就能连成一大片。

如果要恢复它的覆盖度，首先就要从早期建植入手，因为盐碱地恶劣的环境，极其抑制羊草的早期的建植，我们就想田菁既然非常耐盐碱，而且它改土培肥能力也很强，能不能把田菁跟羊草混着进行播种，为羊草的早期的建植，创造一个比较好的立地的环境。

带着这个思路，我们也是结合了一些耕作栽培方式，经过了几年的努力，我们建立了在盐碱化草原羊草田菁混播的改良技术，这项技术应用之后效果是非常好的，我们已经在东北地区，进行了15,000余亩草原的生态修复，产生了很好的效果和效益。

田菁这么耐盐碱，那么它的基因组肯定含有一些很独特的，耐盐碱的基因，如果能将它挖掘出来，进行作物的改良，那将对于应对全球气候逐渐的恶化是非常有意义的。我们也是通过全基因组测序，挖掘到了一类田菁特有的，跟磷高效利用相关的一个基因家族。很可能缓解了在盐碱条件下，由于缺磷所导致的缺磷的胁迫，而赋予了田菁更加的耐盐碱。

我们也非常的幸运，能够获得了田菁这个超级的植物，我们也再次能感受到大自然的力量，能够创造出这么多形形色色，拥有超能力的植物，也需要我们更多的人，去发挥我们的智慧和努力去把它挖掘好，把它利用好，把它用在最恰当的地方。

我今天只讲了关于田菁耐碱方面的故事，其实田菁还很耐盐，还很耐酸，为此我们也拟定了一个田菁的培优计划，就是利用我们的力量，以及跟很多的合作者一起，能够从种质创新角度，培育适合不同用途，不同气候特点的优质的良种，我们坚信田菁一定会大有作为。