现代农业科学学院

 利用基因工程加快耐盐耐涝牧草品种选育

      “滨海草带”是在不适宜生产粮食的滨海盐碱地上建立牧草生产体系，其立地环境是高盐碱、低海拔，这就决定了适宜的牧草品种必须同时具备耐盐和耐涝特征。然而，自 1978 年我国开展牧草品种审定以来，迄今共通过国家审定牧草品种 604 个，其中耐盐牧草品种不足 20 个，而且同时具备耐盐和耐涝特征的优良牧草品种少之又少。目前，同时具备耐盐和耐涝特征的牧草主要有长穗偃麦草、甜高粱、田菁等。

1.长穗偃麦草（Elytrigiaelongata (Host) Nevski.）

      禾本科偃麦草属多年生草本植物，具有极强的抗逆能力。李振声曾以长穗偃麦草为亲本与小麦进行远缘杂交，培育了“小偃”系列优质高抗小麦品种。目前，“小偃”系列小麦品种已成为“渤海粮仓”的主导品种，为我国粮食生产作出了巨大贡献。遗传发育所李振声研究组在东营、海兴和曹妃甸等滨海盐碱地种植长穗偃麦草结果显示：长穗偃麦草在含盐量 1% 以下的盐碱地可以正常生长，连续 7 天淹水条件下可正常成活；每年亩产鲜草 1 515—2 658 千克；干草中的粗蛋白占 13.4%—15.3%、粗脂肪占 3.4%—3.9%、可溶性碳水化合物占 1.8%—2.4%^③。

 2.甜高粱（Sorghum dochna (Forssk.) Snowden） 

      禾本科高粱属一年生植物，具有抗旱、耐涝、耐盐碱等特性。甜高粱对生长的环境条件要求不严，对土壤的适应能力强，特别是对盐碱的忍耐力极强——在 pH 值 5.0—8.5 的土壤上甜高粱都能生长。甜高粱是 C4 高能作物，其光合转化率高达 18%—28%，株高可达 4 米以上，具有较强的生物学优势；植株含糖量比青贮玉米高 2 倍，无氮浸出物和粗灰分均高过青贮玉米。遗传发育所谢旗研究组在东营市含盐量 0.25%—0.3% 的盐碱地种植结果表明，生物量可以达到 4—7 吨/亩^④。

 3.田菁（Sesbania cannabina (Retz.) Poir.）

      又叫碱青、涝豆，是豆科田菁属一年生植物。田菁结瘤固氮能力较强，植株茂盛、生物量大、植株粗蛋白含量丰富，是优质的豆科饲料。从其别名可以直接看出田菁具有超强的耐盐碱和耐涝能力，对土壤要求不严格：当土壤中含盐量低于 0.5% 时，可以正常生长。盐碱地上种植田菁，可以明显降低耕层土壤盐分，耕层盐当年分平均下降 30%—50%^⑤。耐涝性强是田菁的另一大特点，成龄植株长期淹水时，只要顶部不淹没，就能正常生长。

       上述 3 种牧草具备了耐盐耐涝的基本特征，但仍需要进一步提高它们的耐盐耐涝性，以便于在更广阔的滨海盐碱地利用；同时，要提高牧草的生物产量，改善其营养品质和适口性。利用现代分子设计育种手段和基因编辑技术，可以加快耐盐耐涝牧草品种选育进程，为我国利用滨海盐碱荒地发展畜牧业生产提供技术支撑。 

       滨海盐碱地土壤盐渍化程度高、地下水位高、土壤肥力差、水肥利用效率低下，严重制约作物生长。针对制约因子，提出解决方案，构建滨海盐碱地饲草高产栽培技术体系，是滨海盐碱地利用的重要方面。

       盐分是影响牧草水分利用的重要因素之一，“盐随水来，盐随水去”是盐碱地水盐运移的典型规律。灌水时，土壤盐分随入渗水向下迁移，表土盐分的淋洗脱盐；停止灌水后，在土壤蒸发作用下盐分又在土壤表面聚集。我国滨海盐碱地的季节性降水均在 500 毫米以上，会发生规律的脱盐和返盐交替。因此，需要加强牧草微咸水灌溉及水分利用机制研究，既要充分利用夏季降水促进牧草快速生长，也要防止春季土壤蒸发造成返盐。

       滨海盐碱地普遍存在土壤有机质含量低、土壤酶活性低、微生物含量少、孔隙度小、易于板结、透气性差等障碍。针对上述障碍因子，需要开展有机肥、化肥、微生物菌肥、土壤调理剂等种类和用量的配比施肥研究，制定合理的土壤保育施肥措施，开发活性微生物盐渍土壤专用有机肥，以有效提升盐渍土壤肥力水平。 

      要针对牧草品种特性，加强牧草耐盐生理机制研究，并开展机械化播种/保苗技术、水-肥-盐耦合调控技术、肥料控释增效技术、绿色植保技术、机械化收割技术等方面研究；量身定做栽培技术，形成品种-栽培-农机-农艺“四位一体”的滨海牧草高产高效栽培技术体系。

       农作物生物产量的一半以上是秸秆。早在 1997年，时任国务委员陈俊生在山东考察时就指出，大力发展秸秆养畜是畜牧业持续发展的根本出路。秸秆依然是我国最重要的饲草来源。以山东省为例，其 2018 年牛羊肉总产量为 113.2 万吨，占全国牛羊肉总产量的 10%，排在全国第 2 位，仅次于内蒙古自治区。而人工种草的面积，山东省为 228.4 万亩，仅占全国人工种草面积的 1%。山东省每年秸秆生产量约为 6 000 万—7 000 万吨，用于饲草的约为 1 200 万—1 400 万吨^⑥。笔者在山东省肉羊养殖大县利津县（年出栏肉羊 160 万只）调查结果表明，该县饲草的 90% 以上来自于山东、河北、河南 3 省的作物秸秆。作物秸秆的饲草化利用在牛羊养殖中起到了至关重要的作用。秸秆饲草化不仅解决了牛羊饲料不足的问题，同时也解决了猪禽精饲料的生产与加工的问题。目前，随着收割机械的进步，部分地区已经实现了粮食和秸秆同步分收。主要粮食作物小麦、玉米、水稻等禾本科农作物秸秆具有纤维素含量高、蛋白质含量低的特点。牛羊等草食动物可以将纤维素转化为糖进行利用，因此秸秆是育肥的重要能量来源。为了更好地利用秸秆，通过“滨海草带”生产高蛋白牧草与高纤维素农作物秸秆合理配比，实现生物质资源利用的最大化。

      把“滨海草带”作为饲草的重要蛋白来源，不仅解决饲草量不足的问题，还能更好地解决秸秆蛋白质含量低的问题。因此，需要研究牛羊不同生长阶段日粮的养分结构，从而确定高蛋白牧草与高纤维素秸秆的比例关系；研究青牧草与黄秸秆适宜混合发酵水分含量、筛选适宜菌群，从而开发混合青/黄贮技术。

牧草具有很强的防止水土流失、涵养水分、培肥地力的功能。

1.防止水土流失。

        近年来，全球气候变化、海平面上升加速等现象进一步加剧了海岸侵蚀风险，缓解海岸侵蚀、抵御沿海地区洪水灾害刻不容缓。“滨海草带”在抵御海浪、控制侵蚀方面功能显著。有研究表明，在滨海滩涂种植大米草有明显的消浪促淤作用：凡生长大米草的潮滩都有促淤效果，而不管原来是否侵蚀。牧草覆盖的土壤表面可以防止风蚀作用——牧草的根须可以锁住泥土，防止水土流失，对滨海地区土壤起到很好的保护作用。

2.改良土壤。

       种植牧草可以降低土壤含盐量。例如，种植田菁、苏丹草、苜蓿、碱蓬半年后，0—80 厘米土层的土壤脱盐率达到 26%—35%。种植牧草可以提高土壤肥力。例如，种植 4 年的苜蓿地，0—10 厘米土层中全氮、全磷分别提高 20.9%、23.7%。种植牧草还可以改良土壤土渗透性和通气状况，提高了土壤保肥蓄水的能力。例如，种植 4 年的苜蓿地，0—60 厘米土壤容重下降 7.5%—7.9%、土壤孔隙度提高 8.8%—9.3%。 

      通过“滨海草带”建设，可以在滨海地区构建起一道生态屏障，防止海水对岸边的侵蚀，加大滨海盐碱荒地的覆盖率，改善滨海地区微气候，减少水分蒸发，降低土壤含盐量，改善土壤理化性质。“滨海草带”对维护滨海生态系统健康、提升生态系统服务功能具有重要作用。因此，要深入研究“滨海草带”建植的防蚀促於效应及其动力学机理，为生态防波堤建设提供科学依据；研究“滨海草带”覆盖盐碱荒地如何改变蒸发/蒸腾和水盐运移规律，降低盐分的表聚，以及改良土壤的机理，以促进“滨海草带”的建植和生产力的形成。

       碳汇生态价值是区域经济社会发展－自然资源可持续利用的重要保障。滨海盐碱非耕地具有较大的固碳潜力。随着原生植被群落的演替（光滩→盐篙→茅草），滨海土壤中有机碳、微生物碳、可溶性碳含量均依次增加。通过建植植被形成土壤-植被系统是提高区域碳储量的有效途径。垦殖后，土壤有机碳含量较未垦殖盐碱地均表现为显著提高，盐碱地垦殖显著增加了 0—40 厘米土壤的碳储量，且随垦殖年限增加而增加。种植 4 年的苜蓿地，牧草根系转化为土壤有机碳，0—10 厘米土层中提高固碳能力 47.7%，形成重要的碳汇。滨海盐碱地通过牧草种植，可以从 4 个方面增加土壤碳：1. 凋落物；2. 根生物量的生长和周转；3. 根系分泌物；4. 土壤微生物碳的增加。

       同时，饲草过腹还田的牛羊粪便返回到盐碱地中，可以提升土壤有机质含量，促进盐碱土壤的有机碳固定。

       通过研究牧草种植对土壤固碳规律和潜力影响，可为我国碳达峰、碳中和提供数据支撑。因此，要研究刈割方式、残茬量对土壤碳蓄积的影响；研究盐渍化程度对细根周转、根系分泌物形成规律的影响；研究牧草根瘤菌和丛枝菌根对滨海盐碱地土壤微生物的影响，以及牛羊粪便发酵还田对促进滨海盐碱地熟化耕层的形成的作用。

我国现行的牧草品种实行的是国家、省（自治区、直辖市）两级审定制。在这种制度下，适应区域特殊自然禀赋的牧草很难通过审定，这也是耐盐耐涝牧草品种少的主要原因。以耐盐耐涝的长穗偃麦草为例，在牧草审定体系中没有长穗偃麦草这一物种，因此无法进行审定。目前，我国农作物在品种审定中划分为主要农作物和非主要农作物。主要农作物实行国家、省（自治区、直辖市）两级审定制，确保主要农作物品种不出问题，保障国家粮、棉、油安全；非主要农作物实行登记制，可以因地制宜应用，促进产业结构调整和农民增产增收。牧草作为特殊的农作物，无疑均为“非主要农作物”。建议：将牧草品种审定制优化为部分登记制，将有助于适宜滨海盐碱地的耐盐耐涝牧草品种选育，为“滨海草带”建设提供物质保障。

牧草生产的季节性强，收储、加工条件严格，收割不及时、霉变、发黄会导致牧草失去其应有的营养价值。滨海地区降水量大，地下水位浅，收储条件更加苛刻。一家一户小规模分散种植，难以实现牧草机械化快速收储作业；同时，牧草种植与畜牧养殖分离容易造成养殖场压价或者种植户抬价，不利于草牧业持续稳定发展。

建议：1. 充分利用滨海地方经济发达的优势，鼓励工商资本特别是当地工商资本建设集牧草生产、饲料加工、牛羊养殖、肉联生产于一体的集约化、规模化、标准化现代草牧场，就地消费牛羊肉产品，从而节约牧草和肉制品运输成本。2. 在土地、税收等方面出台扶持政策，实现非农土地集约化、规模化利用；同时，对牧草种植纳入粮食种植补贴，牧草生产机械纳入农机补贴，以促进“滨海草带”畜牧产业化发展。

非农滨海盐碱地无疑是生态脆弱区。“滨海草带”建设可以防止水土流失、涵养区域水源、提高土壤肥力、促进土壤碳蓄积、维持生物多样性、改善生态环境、保持生态系统平衡，大幅度提高区域生态服务功能，生态效益显著。然而，我国滨海地区大多属于经济发达地区。在滨海盐碱地种草养畜，虽有利于促进畜牧业特别是草食家畜发展，可以获得较高的经济效益，但相对于该地区的其他产业而言，经济上的比较效益并无优势。建议：通过评估“滨海草带”生态服务功能价值，建立生态补偿机制，促进“滨海草带”持续健康发展。

总之，在我国耕地资源有限，既要确保口粮绝对安全，又要满足牛羊肉消费量快速增加的大背景下，利用滨海盐碱地解决饲草、饲料种植不“与粮争地”的问题，将是保障国家粮食安全的重要途径。通过建设资源高效、经济高质、环境友好的“滨海草带”，利用非农土地发展畜牧业，将有助于拓宽我国动物性蛋白供给渠道，为我国粮食安全作出重要贡献，并在滨海建立起一道绿色生态屏障。