呼倫貝爾：用科技向草原要糧

｜ 文/扈永順

“天然草場退化問題的本質(zhì)是飼草料生產(chǎn)和畜牧業(yè)發(fā)展中的草畜矛盾。”

作為生態(tài)草牧業(yè)科學家，中科院植物研究所景海春研究員對呼倫貝爾草原幾年前退化的場景印象深刻，“長期過度放牧導致了天然草場生產(chǎn)力下降，羊草等優(yōu)勢物種數(shù)量下降，荒漠化嚴重”。

2022年，在鄂溫克族自治旗的草地快速恢復示范區(qū)，草原的往昔茂盛景象開始重現(xiàn)——通過科研人員研發(fā)的草地快速恢復技術，修復區(qū)牧草產(chǎn)量、優(yōu)質(zhì)牧草比例比對照區(qū)分別提高149%和308%。

我國是草原大國，草地面積達39.68億畝。草原是國家生態(tài)安全的重要綠色屏障，也是農(nóng)牧民賴以生存的主要生產(chǎn)資料。隨著居民飲食中肉奶等蛋白類食物消費比例增加，草牧業(yè)壓力陡增。我國每年需干草5億噸，天然草地年產(chǎn)干草約3億噸，還有2億噸缺口需進口，草原長期處于超載過牧狀態(tài)。

2015年，我國提出加快發(fā)展草牧業(yè)。2022年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布《“十四五”全國飼草產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，草牧業(yè)發(fā)展受到重點關注。

“天然草場退化問題的本質(zhì)是飼草料生產(chǎn)和畜牧業(yè)發(fā)展中的草畜矛盾，其深層次原因是支撐草牧業(yè)發(fā)展的科技力量不足?！敝袊茖W院院士、植物表觀遺傳學家曹曉風告訴筆者。

針對此，中國科學院2021年啟動了A類戰(zhàn)略性先導科技專項“創(chuàng)建生態(tài)草牧業(yè)科技體系”（下稱生態(tài)草牧業(yè)先導專項），集聚60多家院所高校的科研骨干，圍繞生態(tài)草牧業(yè)開展系統(tǒng)集成性研究。

作為生態(tài)草牧業(yè)先導專項首席科學家助理，景海春介紹，在方精云院士提出的“以小保大”、生態(tài)生產(chǎn)協(xié)調(diào)發(fā)展的生態(tài)草牧業(yè)理念指導下，生態(tài)草牧業(yè)先導專項通過揭示生態(tài)健康條件下的草畜平衡調(diào)控機制，創(chuàng)新基于分子設計理念的牧草育種技術，突破牧草種植加工等制約我國草牧業(yè)發(fā)展的科技瓶頸，打造生態(tài)草牧業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈技術與綠色發(fā)展模式，最終實現(xiàn)草業(yè)和畜牧業(yè)協(xié)同發(fā)展。

“以小保大”發(fā)展生態(tài)草牧業(yè)

加快草原生態(tài)修復是向草原要食物的重要一環(huán)。

自上世紀80年代開始，我國草原發(fā)生了大面積、不同程度的退化。2000年以來，我國陸續(xù)實施了退牧還草、京津風沙源治理等多個重大工程和草原生態(tài)補助獎勵政策，一定程度上遏制了草原快速退化的勢頭，但惡化的態(tài)勢尚未得到根本遏制。

中國科學院院士、生態(tài)草牧業(yè)先導專項首席科學家方精云介紹，我國草原牧區(qū)可以在“以小保大”理論指導下，發(fā)展小面積優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的人工草地，大幅提高飼草供應能力，從而保護大面積天然草地，實現(xiàn)其生態(tài)功能的恢復和提升。在保護草原生態(tài)環(huán)境前提下提高畜牧業(yè)生產(chǎn)能力，能更好地服務于國家糧食安全和生態(tài)安全。

“以小保大”的核心內(nèi)涵包括兩方面：

一是在草原牧區(qū)利用10%以內(nèi)水熱條件適宜的土地，建立集約化的高產(chǎn)高效人工草地，提供發(fā)展畜牧業(yè)所需要的優(yōu)質(zhì)牧草。一般來說，人工草地的牧草產(chǎn)量是天然草地的10倍以上，如果以蛋白質(zhì)產(chǎn)量計算，則是天然草地的20倍以上，這將在很大程度上取代依賴天然草地進行畜牧業(yè)生產(chǎn)的傳統(tǒng)做法，減輕天然草地壓力。

二是對其余90%以上的天然草原進行保護、恢復和適度利用，實現(xiàn)生態(tài)與生產(chǎn)功能的雙提升。對于中度和重度退化的天然草原，科研人員已經(jīng)開展了諸多研究，通過技術手段解決自然恢復緩慢的問題，最終目標是再現(xiàn)生物多樣性得以保持、生態(tài)系統(tǒng)結構完好、生態(tài)功能與生產(chǎn)功能完善、草—畜關系協(xié)調(diào)的草原群落。

景海春等科研人員在鄂溫克族自治旗退化草地建設了草地快速恢復示范區(qū)。俯瞰這片天然草場，可以發(fā)現(xiàn)深綠色、淺綠色條狀依次排列的大塊草地。深綠色草地是科學家通過草地快速恢復技術得到的茂盛草地，淺綠色草地則是沒有人工干預的對照組。

“羊草是優(yōu)質(zhì)牧草，草地修復中，我們使用生物劑調(diào)節(jié)羊草側芽分化，增加羊草數(shù)量。以前夏季施肥，容易揮發(fā)60%～70%的養(yǎng)分，我們就在融雪期施肥，減少養(yǎng)分揮發(fā)。此外還使用了有機無機融合肥料、肥料緩釋技術等?！本昂４航榻B，這些草地修復技術3～5年使用一次即可，相較于對照組，修復過后的草地牧草密度、產(chǎn)量增加，羊草比例明顯增加。

經(jīng)呼倫貝爾市科學技術局組織的測產(chǎn)結果表明，該示范區(qū)內(nèi)，修復區(qū)草地每畝可產(chǎn)鮮草577公斤，其中優(yōu)質(zhì)鮮草322公斤。而對照區(qū)每畝產(chǎn)鮮草僅208公斤，其中優(yōu)質(zhì)鮮草68公斤。

“這些結果啟示我們，加快修復退化草地關鍵在科技。只要技術方法得當，我國退化的天然草原不僅能大幅度提高生產(chǎn)力，還能提高優(yōu)質(zhì)牧草比例?！敝锌圃褐参镅芯克芯繂T潘慶民介紹。

同時他也認為，我國天然草原類型多樣，利用方式和退化程度不同，其恢復的限制因子也各不相同。因此，需要針對不同類型草原，針對性地研發(fā)突破性技術，從而使退化草原都能得以高效快速恢復。“目前此類技術還相當缺乏，是我們下一步的努力方向。”

分子設計培育優(yōu)良草種

“我國進口的大豆主要用做飼料，其重要特征是蛋白質(zhì)含量高。我們可以種植一些高蛋白含量的牧草，比如紫花苜蓿，部分替代大豆。但我國紫花苜蓿用種量的80%以上依賴進口?！敝袊茖W院院士、生態(tài)草牧業(yè)先導專項首席科學家種康認為，加快研發(fā)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牧草品種是保證我國草牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵。

現(xiàn)階段，我國自主選育的優(yōu)良草品種短缺，截至2022年6月，我國共審定草品種651個，栽培利用的草品種資源不足100種，而美國和歐洲互認的牧草登記品種約5000個。我國年需求15萬噸的商品草種中有1/3以上依賴進口。

這主要因為我國牧草育種起步晚，1987年才開始審定牧草新品種，現(xiàn)在年均育成紫花苜蓿品種3.3個。

當前我國牧草育種技術主要停留在馴化選育的1.0和雜交選育的2.0時代，主要依賴于經(jīng)驗，效率低。發(fā)達國家牧草育種已步入分子育種的3.0時代。通過分子設計方式精準改良牧草品種培育超級牧草，能縮短育種進程，提高育種效率。

推動飼草育種盡快步入設計育種時代，實現(xiàn)飼草優(yōu)異種質(zhì)的設計與創(chuàng)造，是國家的重大戰(zhàn)略需求。為此生態(tài)草牧業(yè)先導專項部署了牧草新品種定向分子選育項目，利用多種遺傳資源和多學科手段，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牧草新品種。

中科院植物研究所研究員金京波介紹，五年內(nèi)項目組將揭示苜蓿等主要牧草全基因組變異與性狀關聯(lián)，創(chuàng)新發(fā)展復雜性狀解析技術，發(fā)掘和鑒定高產(chǎn)、耐逆、抗病、優(yōu)質(zhì)、高效固碳與固氮等復雜性狀形成的分子基礎，為牧草新品種精準改良提供分子元件，形成全基因組選擇分子設計育種技術，將育種時間從12～15年縮短至5～7年。

曹曉風說，利用分子設計育種培育能在邊際土地、鹽堿地上種植的牧草品種是未來方向。我國耕地資源有限，充分利用土層淺薄、鹽堿度高、有機質(zhì)低、養(yǎng)分瘠薄的邊際土地種植牧草，可以避免與糧爭地。天然野生鄉(xiāng)土草往往蘊含優(yōu)異的抗逆基因，耐逆適應性更強，因此要充分挖掘和利用其中的耐逆資源，系統(tǒng)開展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆分子模塊的耦合與拆分效應分析，建立牧草高通量分子選育技術，實現(xiàn)耐逆性強、品質(zhì)優(yōu)異牧草的跨代馴化選育。

種康建議國家實施更多飼草生物育種科技創(chuàng)新研究項目，盡快設立牧草分子設計育種專項。具體研究方向包括構建苜蓿、羊草等重要飼草的核心種質(zhì)，全面解析飼草的基礎生物學特性，建立飼草基因組解析、全基因組掃描和分子設計育種的技術體系，獲得可用于分子設計的分子模塊；在飼草種質(zhì)創(chuàng)新和品種培育平臺建設方面，借重組國家重點實驗室體系的契機，建成飼草種質(zhì)設計的國家戰(zhàn)略科技力量。

制好料、養(yǎng)好畜

“用中國的草養(yǎng)中國牛羊，還要解決草產(chǎn)品加工難題?！本昂４禾岬?，種草—制草—養(yǎng)畜是貫穿生態(tài)草牧業(yè)的核心產(chǎn)業(yè)鏈條，科學制草可以有效鏈接起前端種草和后端養(yǎng)畜環(huán)節(jié)，是我國草牧業(yè)發(fā)展的關鍵一環(huán)。

以苜蓿為例，美國等主要苜蓿生產(chǎn)國有成熟的設備及技術，形成了完善的飼草種植、田間管理、收割、青貯或干草調(diào)制、商品化過程，其生產(chǎn)的苜蓿干草產(chǎn)品大量出口。我國牧草加工技術仍存難題，例如北方種植苜蓿在第2、3茬收獲制備干草時，正值雨熱同期，苜蓿收獲困難，造成優(yōu)質(zhì)蛋白損失，影響飼草營養(yǎng)價值。

對此，生態(tài)草牧業(yè)先導專項部署了研發(fā)牧草減損、提質(zhì)、安全和高效利用的精細加工技術項目，以及研究特色牛羊耐寒、飼料轉化、肉質(zhì)等性狀分子機理與精準營養(yǎng)調(diào)控技術項目。

例如針對飼草貯存加工中存在的霉變、飼用價值提升有限等瓶頸，科研人員采用微生物組手段結合飼草品質(zhì)及飼用價值分析，重點研究飼草貯存加工中干物質(zhì)損失機制、關鍵養(yǎng)分及元素轉化路徑、真菌毒素積累轉化規(guī)律等。

中科院微生物研究所微生物資源前期開發(fā)國家重點實驗室研究員鐘瑾介紹，在理論突破的基礎上，科研人員研發(fā)了相應的減少草產(chǎn)品損失、保障草產(chǎn)品安全、提升飼草飼用價值的高效功能生物制劑，包括青貯高效菌劑、減毒脫毒生物制劑等。并結合配套加工技術，生產(chǎn)加工優(yōu)質(zhì)安全的草產(chǎn)品。

在營養(yǎng)調(diào)控方面，受訪專家建議研發(fā)推廣飼草料精細加工技術和專用飼料配方，推進飼草料專業(yè)化生產(chǎn)。

例如中科院團隊在前期研究中發(fā)現(xiàn)，在肉羊日糧中添加3～4g/kg兒茶素可有效改善肉羊肌肉品質(zhì)，提升肌肉中不飽和脂肪酸的比例。在泌乳羊日糧中增加單寧，羊乳中單不飽和脂肪酸及多不飽和脂肪酸含量隨日糧中單寧添加量增加而線性增加。

“當前通過日糧調(diào)控方法改善草食家畜乳肉產(chǎn)品中磷脂、肌氨酸和肉毒堿等重要功能成分研究較少?；谄湓诓菔臣倚笕槿猱a(chǎn)品和人類營養(yǎng)中的重要性，需要加強針對這些重要功能成分的靶向日糧配制技術和功能型飼料產(chǎn)品研發(fā)。”中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員賀志雄提出。