1927年，為了證明瀝青不是固體，澳大利亞科學(xué)家托馬斯·帕內(nèi)爾設(shè)計(jì)了著名的瀝青滴漏試驗(yàn)。過去的近百年中，共有9滴瀝青從漏斗滴落至燒杯中。
農(nóng)業(yè)科研領(lǐng)域也有這樣的“世紀(jì)長(zhǎng)跑”。
在閩侯縣白沙鎮(zhèn)林柄村，有一處農(nóng)業(yè)野外科學(xué)觀測(cè)站(以下簡(jiǎn)稱“臺(tái)站”)。省農(nóng)科院資源環(huán)境與土壤肥料研究所在這里布設(shè)了多項(xiàng)野外長(zhǎng)期定位試驗(yàn)。其中，15年以上的試驗(yàn)有8個(gè)，最長(zhǎng)的一個(gè)已持續(xù)進(jìn)行了40年。
漫長(zhǎng)歲月里，一代代科研工作者巨細(xì)靡遺地記錄著試驗(yàn)田的細(xì)微變化。這些海量而連續(xù)的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)軸上串成了不同走向的曲線。從中，我們可以讀懂土壤質(zhì)量演變規(guī)律，重新思考人與土地的關(guān)系，為更好保護(hù)和利用土地、推進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。
跨世紀(jì)研究
10月中旬，在稻谷成熟的季節(jié)，記者走進(jìn)白沙臺(tái)站。這是一片約1畝大小的水稻田，被劃分成了12個(gè)小區(qū)，每4個(gè)為一組，對(duì)應(yīng)4種施肥方式——不施肥、單施化肥、化肥＋牛糞、化肥＋稻草還田。
61歲的農(nóng)民劉慎斌已在此服務(wù)了40年，見證了這片試驗(yàn)田的變遷。2005年之前，這里和福州大部分地區(qū)一樣，種的是雙季稻，早稻收割后連作晚稻，冬田閑置。后來，在“雙改單”浪潮中，改為只種一季中稻。
劉慎斌不僅要負(fù)責(zé)試驗(yàn)田水肥和植保管理，還要記錄田間數(shù)據(jù)。什么時(shí)候插秧，什么時(shí)候施肥用藥，什么時(shí)候灌溉烤田，什么時(shí)候返青、分蘗、抽穗揚(yáng)花、灌漿結(jié)實(shí)，分蘗數(shù)多少，穗粒數(shù)多少，千粒重多少，空殼率多少……必須原原本本體現(xiàn)在試驗(yàn)日志上�？蒲腥藛T則定期采集土壤與植株樣本，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、不同營(yíng)養(yǎng)元素含量等數(shù)據(jù)。
目的很明確：通過長(zhǎng)期連續(xù)對(duì)照試驗(yàn)，用第一手?jǐn)?shù)據(jù)探索不同施肥方式對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)以及土壤質(zhì)量的影響，為土壤保育與科學(xué)施肥提供依據(jù)。
“農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)展緩慢，短期試驗(yàn)不足以揭示其長(zhǎng)期變化規(guī)律。”省農(nóng)科院資源環(huán)境與土壤肥料研究所所長(zhǎng)王飛介紹說，即便在實(shí)驗(yàn)室條件下，也無法人工模擬所有環(huán)境因子。而野外長(zhǎng)期定位試驗(yàn)可以從累積的大量數(shù)據(jù)中總結(jié)科學(xué)規(guī)律，因此成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域不可替代的研究手段，也是國際上研究土壤質(zhì)量演變機(jī)理及其調(diào)控對(duì)策的通用做法。
最負(fù)盛名的，當(dāng)屬誕生于1843年的英國洛桑試驗(yàn)站。該站的小麥?zhǔn)┓试囼?yàn)，至今已持續(xù)整整180年。洛桑試驗(yàn)站因此被譽(yù)為“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)的發(fā)源地”。
上世紀(jì)70年代末，化肥工業(yè)興起，改變了千百年來我國以有機(jī)肥源為主的用肥結(jié)構(gòu)，也讓糧食產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了倍數(shù)增長(zhǎng)。但長(zhǎng)期施用化肥，會(huì)不會(huì)引發(fā)土壤肥力退化？有機(jī)肥真的無用武之地了嗎？有機(jī)、無機(jī)肥配施是否能達(dá)到量質(zhì)齊升？
要回答這些問題，必須用長(zhǎng)期累積的數(shù)據(jù)說話。
1979年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院依托全國化肥網(wǎng)項(xiàng)目，開始在全國布置長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，研究不同氣候、土壤、耕作制度類型下，不同施肥方式對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)與土壤肥力的影響。之后的10年里，全國化肥網(wǎng)在福建布置了9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，涉及烏泥田、冷浸田、灰泥田、黃泥田、埭田等福建水稻土中的典型土種。
這些長(zhǎng)期定位試驗(yàn)點(diǎn)，還有2個(gè)保留至今，均位于白沙臺(tái)站內(nèi)，所代表的土種為黃泥土。其中一個(gè)便是記者探訪的試驗(yàn)點(diǎn)，始建于1983年。
數(shù)據(jù)的力量
白沙臺(tái)站保留了這個(gè)定位試驗(yàn)40年間的所有土壤樣品，以及1995年以后的所有植株樣本，積累了數(shù)以萬計(jì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。如果把這些孤立的數(shù)據(jù)放到坐標(biāo)軸上，串點(diǎn)成線，40年間與土壤有關(guān)的奧秘便一覽無遺——
與單施化肥相比，“化肥＋牛糞”平均增產(chǎn)13.5%，“化肥＋稻草還田”平均增產(chǎn)10.9%；有機(jī)肥無機(jī)肥配施模式下，農(nóng)田固碳速率是單施化肥的1.3到1.6倍；每年每公頃輸入5.29噸外源有機(jī)碳，約可增加1噸土壤有機(jī)碳；每千克土壤有機(jī)碳含量每增加1克，可實(shí)現(xiàn)每公頃土地增產(chǎn)198千克……
這些看似抽象的數(shù)據(jù)結(jié)論，最終服務(wù)于具象的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
據(jù)介紹，福建水稻土多為紅壤發(fā)育而成，而紅壤是在高溫高濕自然條件下自然風(fēng)化形成的，最大特點(diǎn)是酸、黏、瘦。體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，最直觀的結(jié)果就是產(chǎn)量低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)80年代初，全省共有低產(chǎn)水稻土402.34萬畝，占水稻土總面積的25.06%。這些低產(chǎn)水稻土可歸為冷浸田、淺瘦田、砂漏田、鹽潰田、毒質(zhì)田等5類。其中又以淺瘦田占比最大，占低產(chǎn)田總面積的42.44%。淺瘦田中，黃泥田占比超80%。
“這類土壤由于生產(chǎn)條件較差，經(jīng)營(yíng)集約化程度低，土壤熟化度不高，性狀不良，水稻單產(chǎn)長(zhǎng)期在低位徘徊�！笔∞r(nóng)科院資源環(huán)境與土壤肥料研究所副研究員李清華說，當(dāng)時(shí)福建黃泥田單季稻平均畝產(chǎn)低于300公斤，雙季稻平均畝產(chǎn)低于500公斤，“且受氣候、水源等因素影響，產(chǎn)量極不穩(wěn)定”。
上世紀(jì)80年代，我省開展中低產(chǎn)田改良攻關(guān)�；诎咨撑_(tái)站長(zhǎng)期定位試驗(yàn)積累的數(shù)據(jù)，省農(nóng)科院科研團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了黃泥田改良利用技術(shù)，填補(bǔ)了當(dāng)時(shí)全省黃泥田研究的空白。從上世紀(jì)80年代到90年代，該團(tuán)隊(duì)累計(jì)向全省65個(gè)縣(市、區(qū))推廣以黃泥田為主的優(yōu)化施肥技術(shù)1670.4萬畝，推動(dòng)平均畝增產(chǎn)稻谷22.9公斤，累計(jì)增產(chǎn)3.8億公斤，增收2.6億元。
而土壤施肥試驗(yàn)，僅僅是白沙臺(tái)站眾多長(zhǎng)期定位試驗(yàn)中的一個(gè)。
以全國化肥網(wǎng)布設(shè)的化肥試驗(yàn)為起點(diǎn)，白沙臺(tái)站之后又相繼開展了多項(xiàng)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，涉及農(nóng)田土壤改良、優(yōu)化施肥、綠肥利用、農(nóng)業(yè)面源污染監(jiān)測(cè)、生物多樣性監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，涵蓋水稻、蔬菜、花生、甘薯、茶葉等作物類型。
“臺(tái)站經(jīng)過長(zhǎng)期持續(xù)的試驗(yàn)研究，積累了大量系統(tǒng)、連續(xù)和規(guī)范的試驗(yàn)資料，并開放共享。”王飛說，通過這些數(shù)據(jù)，科研人員在化肥減量、耕地地力提升、土壤酸化治理等領(lǐng)域獲得了一批原創(chuàng)性科學(xué)成果，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了決策依據(jù)。
異地重生后
其實(shí)，白沙臺(tái)站最初的站址不在林柄村。2021年，它經(jīng)歷了一次“搬家”，從約8公里之外的白沙鎮(zhèn)溪頭村喬遷至此。
當(dāng)時(shí)，白沙臺(tái)站所在地被當(dāng)?shù)貏潪榻ㄔO(shè)用地，包括1983年化肥試驗(yàn)在內(nèi)的一眾長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，面臨中斷危機(jī)。這是農(nóng)業(yè)野外長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的普遍困境。由于經(jīng)費(fèi)短缺、用地緊張、為城市建設(shè)讓路等原因，全國不少定位試驗(yàn)點(diǎn)都曾中途夭折。
擺在白沙臺(tái)站面前的有兩條路：中斷試驗(yàn)，另起爐灶；易地搬遷，再續(xù)生命�？紤]到長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的不可替代性，科研人員選擇了后者。但為土壤“搬家”，絕不是把一坨土從一個(gè)地方運(yùn)到另一個(gè)地方那么簡(jiǎn)單。
“經(jīng)過長(zhǎng)期演化與耕作，土壤已形成了穩(wěn)定的層次與理化性質(zhì)。”李清華說，若用常規(guī)分層方式轉(zhuǎn)移土壤，必將引發(fā)巨大擾動(dòng)，異地轉(zhuǎn)移后的土壤，就不再是原來那片土壤，長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的連續(xù)性便被打破，試驗(yàn)數(shù)據(jù)失去了參考價(jià)值。
解決方案是原狀土搬遷——將試驗(yàn)田切割成若干土方，壓入模具，起吊運(yùn)輸至新址，原封不動(dòng)地按順序拼接成最初的樣子。
這是個(gè)巨大的工程。劉慎斌還記得，2021年的夏天，大型切割機(jī)與起吊機(jī)進(jìn)駐白沙臺(tái)站，開始了一個(gè)在福建歷史上沒有先例的搬遷。
經(jīng)過前期充分論證，科研人員確定了土壤切塊尺寸——1米長(zhǎng)、1米寬、1.1米深，為此專門定制了相應(yīng)尺寸的鐵框模具。每個(gè)鐵框自重700公斤，承載的土方重1430公斤。
由于土質(zhì)黏重，必須用大型全自動(dòng)切割機(jī)精準(zhǔn)切割。其間，難免遇到地下石塊，這時(shí)就要更換專用鋸片將其鋸開。之后，這些土方被一塊塊運(yùn)輸至林柄村提前挖好的基墾中，像拼積木一樣一塊塊拼接。新址是多番考察后的最優(yōu)選。為了盡量減少環(huán)境變量，新舊址在氣候類型、成土母質(zhì)、土壤類型、地下水位等方面必須盡量接近。
就這樣，溪頭村的8個(gè)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)點(diǎn)，艱難地遷入新址。2021年8月，劉慎斌重新為1983年試驗(yàn)田插上了秧苗。盡管因搬遷稍微耽誤了農(nóng)時(shí)，但這個(gè)伴隨他從青年步入老年的試驗(yàn)，幸運(yùn)地實(shí)現(xiàn)了異地重生。
“洛桑試驗(yàn)站”
今年，白沙臺(tái)站迎來了40歲生日。9月底，來自全國各地的土肥專家相聚白沙，參與建站40周年活動(dòng)。在研討中，他們集思廣益，為農(nóng)業(yè)野外長(zhǎng)期定位試驗(yàn)出謀劃策。
農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地質(zhì)量建設(shè)專家組組長(zhǎng)徐明崗研究員認(rèn)為，臺(tái)站應(yīng)在數(shù)據(jù)挖掘上下更大功夫，為土壤酸化治理等當(dāng)前農(nóng)業(yè)熱點(diǎn)問題提供更多解題思路；華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研究員李永濤建議引入智慧監(jiān)測(cè)手段，實(shí)時(shí)采集土壤指標(biāo)的細(xì)微變化，并通過大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，深度解析數(shù)據(jù)背后的更多價(jià)值……
經(jīng)過40年發(fā)展，白沙臺(tái)站已成為集監(jiān)測(cè)、研究、示范、科普等功能于一體的綜合性試驗(yàn)站。王飛希望能夠把白沙臺(tái)站打造成中國的“洛桑試驗(yàn)站”，同時(shí)構(gòu)建一站多點(diǎn)的野外監(jiān)測(cè)研究分布格局，輻射閩北、閩東、閩南等區(qū)域，針對(duì)區(qū)域發(fā)展問題，因地制宜布設(shè)更多長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，為全省耕地質(zhì)量提升、農(nóng)業(yè)資源高效利用與生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供有力支撐。(記者 張輝)