海涂上的生命之歌——记南京农业大学刘兆普教授海涂资源高效安全利用创新团队

文/高妍 毛艳玲



海涂上的生命之歌——记南京农业大学刘兆普教授海涂资源高效安全利用创新团队

文/高妍 毛艳玲

刘兆普教授（右）考察南菊芋9号

刘兆普，南京农业大学教授、博士生导师，多年致力于海涂资源高效利用研究，特别在海涂盐土资源、海水资源与耐盐能源植物资源的开发研究中取得了一系列创新成果。现任南京农业大学海涂工程技术中心主任，南京农业大学（海南）滩涂农业研究所所长。

海涂，指海岸潮间的浅滩。潮水涨落间将泥沙一层层堆积在岸边，最终形成平整和缓的滩面，是海岸带最主要的组成部分。

我国拥有18000千米的大陆海岸线，跨越热带、亚热带与暖温带等气候带，南北一线约有5000万亩的海涂资源，且以每年30万亩的速度淤长。

海涂是丰富的土地资源，但含盐量高，因此海涂区域盐碱土壤发育广泛，大多一片荒芜。如何高效开发利用海涂资源，已经成为沿海各国关注和研究的焦点。

“由于滨海盐土淤积物富含营养元素，出水成陆后，可以高效利用与快速改良；相对于内陆盐土，沿海地区经济发达，人口较多，有较强的海涂开发利用实力与旺盛的市场需求；而且海涂为海陆过渡地带，是对陆、对海最为敏感的环境地带，利用耐盐植物进行盐土修复与土壤固碳增汇，环境意义重大。因此海涂的高效农业利用及地力提升、建成高产稳产农田，是缓解我国沿海人多地少矛盾、守住18亿亩耕地的重大战略举措。”深耕30年，刘兆普比一般人更加清楚开发海涂资源的重要性和可行性。

刘兆普，南京农业大学教授、博士生导师，从1985年就开始与同事严少华、沈其荣一起研究海涂。这位扎根海涂30年的老科学家，与创新团队成员一起，让一片片的荒芜海涂，焕发了勃勃生机。

30年来，他潜心致力于海涂资源高效利用研究，不仅在海涂盐土资源、海水资源与耐盐能源植物资源的开发研究中取得了一系列创新成果，还带出了一支精干的创新团队——海涂资源高效安全利用创新团队，为我国海涂农业的发展积蓄了人才资源。

30年来，刘兆普带领创新团队根据农业系统理论，通过新品种选育与应用、多种水源循环利用，以及海涂健康养殖的源头技术创新，集成了海涂高效利用与地力提升的种与养复合生态技术体系，构建了3套海涂生态高值农业模式，建设了240多万亩高产稳产农田。

相关项目以企业示范应用为载体，持续进行了30年的研发，形成了植物生物和经济特性，海涂水盐时空分布、运动特征，田间农业工程构建三大方面技术体系耦合、互利、增效的一整套海涂高效利用成果，对调整海涂农业结构、提升海涂农业产业层次、提高盐土地力产生了重大引领作用。

巧用“水”，改盐土为良土

在中国，海涂的开发始于汉代，筑堤围垦始于唐代。宋代在江苏北部沿海修建的范公堤，就是开发垦殖海涂的工程之一。想利用海涂，就要先脱盐，这是先决条件。

1985年起，刘兆普开始带领团队研究海涂开发，他们也是从脱盐开始的。

雨水是自然界最卓越的“盐碱地改良大师”。当雨水在地表流动时，就会溶解土壤里的部分盐分，把它们带进河流，最终汇入大海。但在自然条件下，雨水改良盐碱地的速度是很慢的。为了更高效地利用雨水，刘兆普根据静止雨水溶解盐分多的原理，想出了囤蓄雨水洗盐改土的方法。

他们利用滩涂大面积高位的特点，框围、囤蓄雨水，建成了海涂地上“水库”，再利用雨水洗、泡、淋、抑盐，效果显著——重盐土雨水浸泡排盐达800kg/亩/年；雨水漫滩，抑制积盐而促进淋盐，使盐土脱盐率达到自然抛荒法的3倍以上，海涂可种植时间也由传统的10多年变为3年即可种植。

他们还在水库中养起了淡水鱼，并帮助、带动沿海滩涂的上万农民以此走上了致富之路，培养出了上百个拥有千万元的海涂养殖大户，创造了显著的经济效益和社会效益。

除了利用天然的雨水，刘兆普的另一个法子更简单，直接利用海水。

自1999年起，刘兆普开始带领团队进行海水及其养殖废水安全灌溉研究。

他们选取了海南乐东、江苏大丰、山东莱州三地作为南北3个气候带的代表。在多年的研究中，他们发现适量的咸水灌溉能够使土壤水势长时间保持在20kPa～30kPa（千帕）之间，而菊芋、油葵等耐盐植物则可有效利用这一渗透势的水而增加产量。

基于这一发现，他们率定了3个气候带海涂海水及其养殖废水安全灌溉的各项指标，首次研发了海水定向调控特质植物品质的关键技术。在此项技术的指导下，他们用适量海水灌溉，使库拉索芦荟叶中多糖和芦荟甙的含量提高3倍，使长春花中一类广谱性抗肿瘤药物（长春碱与长春新碱）的含量提高了46%。

此外，他们还集成了海涂“适”用咸水、“巧”用雨水的源头关键技术，集成了不同来源养殖废水（微咸水）对土壤发育与植物生长的安全灌溉量、淋洗份数、灌溉时间等关键技术体系，提高了海涂农业生产系统的自净化能力，确保了陆源氮（N）、磷（P）不入海。

育耐盐新品，变滩涂为良田

近年的江苏大丰海涂，正在发生变化。往年的冷清荒芜，已被大片的绿色覆盖。如果是秋天，迎接你的还有满眼的淡黄色小花。

这样的变化还发生在海南乐东、山东莱州等地。让曾经的盐碱地重新焕发生机的功臣，就是菊芋。

菊芋，又叫洋姜，鬼子姜，是一种并不起眼的草本植物。它的独特之处在于生命力顽强，不挑土壤，普通的菊芋就能在有轻微盐度的土壤里生长。

而在江苏大丰海涂上茂盛生长的菊芋，则是刘兆普带领团队通过十多年悉心研究培育出的耐盐菊芋1号与9号。这种菊芋的本领不止是能够在盐碱地上生长，更重要的，它们能够在短时间内快速降低土壤中的盐度。“我们选育的菊芋形象地称天上一把伞（茎叶遮盖抑制返盐），中间一个库（茎杆贮盐），地下一张网（发达的根系穿插促进土壤脱盐），种一年的话，能使盐土脱盐达每亩200公斤到300公斤。”刘兆普介绍。

这就意味着，一片海涂盐碱地经过两三年的耐盐菊芋种植后，就可以变成良田，可种植玉米、大豆甚至水稻等农作物。这对于拥有丰富海涂资源，且耕地资源紧缺的中国来说，意义非同小可。

海水灌溉芦芸试验田

这神奇的“吸、抑、脱盐植物”到底怎么来的？

刘兆普介绍，他们首先选取了普通菊芋的3个主要品种，在海涂4个典型地段进行了连续两年的田间试验，以探索菊芋与块茎产量相关的因子。结果表明，菊芋的分枝数与其块茎产量的鲜重、干重的产量第1年相关系数R2达0.9809与0.9719，第2年为0.9514与0.9504，均达到极显著水平。

然后，他们建立了选育耐盐菊芋的高产新品种的株型模型，并在各地试验验证。而后是连续3年的室内与大田反复交叉试验，最终创建了咸水组培与栽培交替胁迫以筛选耐盐高效植物新品种方法。简单来说，耐盐菊芋就是一代一代在海水里泡大的，经过了近十年的耐盐实验才选育成功，连海水都不怕，更别提盐度低于海水的滩涂了。

就是利用上述方法，刘兆普带领团队先后育成了海涂适生、高产、优质、低肥水需求、盐土生物修复功能显著的菊芋、油菜、海水蔬菜等新品种8个。其中，“南菊芋1号”仅需亩施纯氮6kg左右，在盐土上长出的块茎鲜重却达3吨/亩，比传统品种增产20%以上，而后选育的南菊芋9号更具明显的优势；耐盐油菜品种的亩产菜籽达300公斤以上，含油量超过传统品种的40%。

新品种的选育克服了重重困难才得以成功，而新品种从实验室种到海涂间，更是难以在短时间完成。如何标准化种植？如何规范施肥？这都是问题。

为了实现从实验室到海涂场的跨越，刘兆普带领团队开展了栽培技术研究。

种在高盐的海涂上，如何科学施肥？

他们首先着重探索了营养元素氮（N）、磷（P）、钙（Ca）对各种植物盐害的缓解机制。他们发现，“P主要提高芦荟等植物根系的活力，增强根系对K+、Ca2+的选择吸收，而阻挡Na+、Cl-进入根部的机制；N主要通过增加菊芋等植物体内有机渗调物的含量以增强植物渗调能力来提高植物耐海水能力； Ca2+的功能是通过调控丙二醛含量以维持膜透性，同时调高TDC与POC的酶活，以提高长春花次生代谢产物长春碱与长春碱的含量。”

以上述机制探索为依据，他们进行了多年的大田试验，分别在江苏、山东及海南等省海涂集成了菊芋、油葵、籽粒苋、芦荟、长春花等耐盐特质植物盐土施肥技术体系，系统地研究了菊芋海涂种植、促进菊芋经济产量形成的水肥、田间管理技术体系与操作规程。

他们根据海涂水盐运动规律，建立了盐土免耕播种立苗、中耕覆垄、周年生物覆盖的立体种植等海涂特质植物种植核心技术体系，并在海涂首次大面积推广菊芋—马铃薯、菊芋—油菜等10多种立体种植模式，亩产值4000元以上。最终集成了菊芋—马铃薯、菊芋—油菜等间套作新型栽培与种植制度，形成滨海盐土植物生产管理配套体系6套。

该成果实现节肥约50%、节水约66%、节约成本30%，在海涂高效植物轻简种植技术及耕作与种植制度的完整性与可操作性上，达到了国际领先水平。

随着海涂资源的开发，海涂盐土农业逐渐兴起，产业链开始慢慢形成。

作为最了解自己作品的人，刘兆普创新团队也在耐盐特质植物的高值化利用方面投入了很大精力，并取得了一定的成果。

他们成功构建了具有自主知识产权的菊粉酶高产工程菌株6525，在50L中试发酵罐中糟液酒精度达12%（V/V）；创建了菊芋叶片活性物质提取方法，获国家发明专利，并从南菊芋1号叶片中得到了8个酚酸单体，验证了其具有显著的杀、抑菌功能；完成了菊芋块茎生产菊粉的生产工艺。

此外，他们还对芦荟、长春花等高效植物的多糖与生物碱的提取分离工艺进行了比较深入的研究，取得了一些重要成果，为海涂盐土农业产业链的构建提供了坚实的技术支撑。

创“混套”新模式，提升地力互利增效

在滩涂上筑笛，而后脱盐，之后要么发展水产，要么种植作物。大部分人都是这么做的，但刘兆普创新团队却走出了一条不同寻常的路——

他们没有遵循以往单一的养殖模式，而是让改造后的海涂水、陆并存，水中养鱼，陆上种麦或田菁，混套种养，从而创建了新型海涂高值生态农业模式。

这一模式的研究创建也是从上世纪80年代末开始的。他们根据滨海盐土向盐渍化土过渡的土壤发育规律，按照创建新型海涂高值生态农业模式与最终建成高产稳产农田的目标，大胆创新，积极探索，创建了盐土高位蓄雨养鱼与田菁混作养，鱼与麦套作养两种“前后相互衔接、有序过渡”的海涂高效利用模式。

“该模式的创新点之一，是高效利用水生生物的光合潜力，攻克了盐土高盐分抑制植物对光能吸收转化的瓶颈，盐土脱盐周期缩短2/3。”刘兆普介绍，第二个创新点则体现在该模式所产出的效益上。“经能值分析，3年田间试验种养复合模式的能值产出率、净经济效益及系统贮存能值都大幅增加，分别是单一养殖模式的1.36、1.35与1.71倍，且基础能值改变一直为正值，这证明了海涂种养复合模式三大效益的高效性与可持续性。”

多年的研究中，刘兆普带领创新团队集成了鱼和麦/田菁套混作复合生态结构中“相互兼容”的种植与养殖的深度跨界融合技术体系6套，包括种植与养殖复合的品种组合与兼容技术、田间生产管理、放养与播种、收获与起捕等，并配置了相应深度“兼容”的农业工程化体系，使海涂土壤亩产值5000元以上（为抛荒法100倍以上），地力提升速度提高30%左右，系统内自净化能力提高80%以上。

相关数据显示，鱼和麦/田菁套混作复合模式下，土壤中有机碳的增加幅度在22.11%～70.02%之间，3年盐土累计固碳1032.1万吨；同时，盐土中磷的有效性也显著提高，田菁水植养鱼有效磷比例比田菁旱作提高了29.33%；而全氮的增幅则是单一模式的3～5倍，盐土的地力得到了持续提升。

各方面的数据表明，该模式既适于大面积植物机械种植管理与机械收获，又便于水产养殖与大规模起捕的田间农业工程设计，能够保证海涂各种利用模式转换、衔接与兼容，对海涂盐土农业的结构调整与长远发展具有重要意义。

用脚步丈量科研成果，在大地上书写论文。刘兆普和他的创新团队，就是这样的人。30年来，他们奔波在祖国南北各地的海涂上，用汗水哺育了多项创新成果与技术的诞生。

他们先后获发明专利10项、新品种8个（含保护权等），仅2012年～2014年，就将新品种和新技术推广1883.85万亩次，新增产值376.3666亿元，节支增收137.908亿元，节水54.421亿m3。

他们完成企业标准3项；发表核心期刊论文180篇，其中SCI论文45篇，较早发表的20篇被Plant Cell等国际知名杂志共引用303次；多次获得科技进步奖励。

他们先后建立了5个万亩规模自负盈亏的基地进行试验示范，培育了如“江苏盐土大地”、“江苏明天滩涂”、“江苏省海北农业科技”等6个规模超过10万亩海涂的农业企业，带动万户农民走上了致富之路。

他们都是普通的科研工作者，却都拥有”化腐朽为神奇“的力量，他们让荒芜已久的海涂，涌动起了美妙的生命之歌。