中國網/中國發展門戶網訊 我國人均耕地資源缺乏，2016?年我國耕地總面積為?20.3?億畝，人均僅?1.3?畝，且每年持續減少約?99?萬畝。2020?年我國進口糧食總量達?14?262.1?萬噸，其中大豆為?10?032.7?萬噸，相當于向國外延伸了?7.76?億畝耕地的產能（按?2019?年我國大豆平均畝產?129.3?千克計算）。預測?2030?年我國?3?種主要谷物（水稻、小麥、玉米）自給率為?90%，大豆為?39%，油料為?60%。因此，保障我國未來糧食安全需要兼顧現有耕地產能提升和后備耕地資源合理開發利用。

邊際土地是保障我國糧食安全的戰略后備耕地資源。邊際土地是指在強烈的土壤障礙因子限制、水熱資源約束或地形條件局限下，農業產能和經濟效益低下、生態脆弱的土地。我國的邊際土地總面積約?11.7?億畝，包括尚未開發的耕地后備資源（8.5?億畝）和現有低等耕地（3.2?億畝），其限制因子包括氣候條件（干旱、寒冷）、地形條件（海拔高、坡度大）、土壤條件（土層淺薄、鹽分高、酸度大、有機質低、養分瘠薄）、資源條件（缺乏灌溉）等。其中，鹽堿土、風沙土、黃綿土、紅壤、紫色土等?5?大類邊際土壤總面積約?3.376?億畝，主要分布在南方丘陵區（1.548?億畝）、黃土丘陵區（0.347?億畝）、北方沙地區（0.445?億畝），半干潤區和西北干旱區（0.8576?億畝）、黃河三角洲濱海鹽堿區（0.179?億畝）（圖?1?和表?1）。然而，我國現有耕地質量提升技術及現有耐逆品種不足以支撐邊際土地的改良和生態利用，需要協同突破邊際土地的改良工程體系與農作物育種技術體系。

提升邊際土地產能和生態效益的重要意義

邊際土地是實施“藏糧于地、藏糧于技”戰略的重要耕地資源補充

我國存量耕地多處于高強度利用狀態，現有?6.3?億畝高產田進一步提升產能的空間不斷收窄，難度不斷加大。邊際土地可作為我國平抑耕地和糧食缺口的戰略應急資源。邊際土地中的?3.2?億畝低產耕地，目前標準糧產量低于?200?千克/畝，經改造培育提升后產量達到?300?千克/畝，可增加糧食產能?0.32?億噸；邊際土地中易開發的?3.4?億畝后備耕地資源加以合理使用，可提供糧食生產潛能?0.68?億噸（按低等地產能計算）。兩者合計約?1.0?億噸，能夠彌補我國糧食缺口，在國家糧食充裕時可藏糧于地，而在國家糧食短缺時恢復產能。

我國邊際土地主要特點是土壤障礙強烈（如土層淺薄、鹽分含量高、酸堿性強、風蝕水蝕嚴重、極度干旱等），治理難度大，開發利用的生態環境風險高，但潛在的產能提升空間大。建立突破邊際土地極端限制因素、擴增邊際土地產能效益的理論與技術，一方面能夠為低產耕地改造、產能提升提供理論和技術支持，發揮“藏糧于技”的效果，提高我國糧食、油料等農產品的自給率；另一方面能夠為后備邊際土地資源應急啟用建立明確的開發目標和成熟的技術模式，發揮“藏糧于地”的戰略支撐作用。

邊際土地的產能效益擴增與生態保護是發展區域特色農業、鞏固精準扶貧成果、支撐鄉村振興和農村生態文明建設的關鍵環節

一方面，邊際土地主要分布在貧困落后地區，這里農民人均收入低、增收難度大，是國家精準扶貧的重點區域。邊際土地適宜生產特色農產品，涵蓋糧油棉麻、瓜果蔬菜、茶葉煙葉、花卉苗木、中藥材、林產品等；同時，也適宜發展草牧業等種養新模式。例如，在北方地區種植甜高粱、羊草和苜蓿等，在南方草山草坡種植優質牧草等，將邊際土地對農作物生產的劣勢變為發展牧草種植的優勢，建立起與土地資源環境承載力相匹配的生態農業新格局。通過改良邊際土地，提高單位產能和經濟效益，進而加快推進區域互聯網+農業特色產業鏈的發展，將帶動農民留鄉創業和持續增收。另一方面，一些邊際土地分布于生態脆弱的山地丘陵和干旱區，易受水土流失、干旱、風災等自然災害影響，土地資源利用效率低，這是制約我國農業綠色發展和農村生態環境建設的薄弱環節。通過發展邊際土地的集約開發理論，集成邊際土地的資源節約、環境友好和生態保育技術模式，遵循鄉村發展順應自然規律，推進發展現代農業、傳承傳統文化和保護綠水青山有機融合，帶動生態與休閑農業發展，使農村成為農民幸福生活的美好家園，助力鄉村振興。

邊際土地改良和生態利用研究現狀及其發展方向

開展邊際土地關鍵土壤障礙時空演變機制與快速消減原理研究，集成邊際土地養分高效利用的生物物理調控技術體系

在土壤質量演變機制和調控方面積累了深厚的理論基礎

中國科學院長期開展農業可持續發展和耕地保育理論和技術研究，先后承擔實施了“973”項目“土壤質量演變規律與可持續利用”“我國農田生態系統重要過程與調控對策”和“糧食主產區農田地力提升機理與定向培育對策”等，以及國家基礎性工作專項“我國土系調查與《中國土系志》編制”，開展了“土壤-微生物系統功能及其調控”專項研究。針對南方低山丘陵紅壤區、黃淮海平原沙性潮土區、東北平原黑土區、華東濱海鹽堿土區，在土壤發生和系統分類、土壤質量形成機制、土壤肥力和生物功能、肥料高效利用和植物營養原理方面開展了系統性研究，建立了我國土系數據庫，揭示了不同管理措施下黑土、潮土、紅壤和水稻土質量的演變規律；通過對我國主要農田生態系統養分和水分循環過程的長期定位和聯網研究，建立了不同氣候區農田有機養分再循環增產增效調控技術；研究了中低產田障礙因子消減與地力修復機理、促進高強度利用農田地力提升的土壤培育和生物調控機制，建立了高強度利用下土壤團聚體-有機質-微生物協同提升地力原理和技術；“黃淮地區農田地力提升與大面積均衡增產技術及其應用”和“我國典型紅壤區農田酸化特征及防治關鍵技術構建與應用”，分別獲?2014?年和?2018?年度國家科技進步獎二等獎。

在農田土壤微生物分布、促進養分循環機制和生物培肥技術方面取得一批新成果

闡明了我國主要農田、森林、草地生態系統土壤微生物的組成與格局，解析了土壤碳、氮、磷循環的微生物調控機理，揭示了農田土壤地上-地下生態系統協同作用和調控機制，形成了土壤微生物功能研究的技術體系。識別了典型旱地土壤和水稻土的核心功能微生物組成，證實了溫度促進微生物演替的“代謝理論”機制。在區域尺度上發現不同土壤生物（細菌、真菌、原生動物和線蟲）的體型大小與豐富度、擴散速率和生態位寬度負相關，較大體型的生物群落構建趨向確定性過程。提出瘠薄土壤大團聚體生物培肥理論，發現紅壤食細菌線蟲對選擇性捕食微生物提升生物網絡的固碳、促氮、調磷功能；揭示了低產潮土長期施用有機肥促進具有豐富代謝多樣性的?Bacillus asahii?成為“領軍者”，促進潮土有機質累積和磷素循環；發現大豆根構型和外源根瘤菌協同調控了根際微生物網絡結構，接種根瘤菌提高大多根際有益微生物豐度。

研究方向：邊際土地關鍵土壤障礙演變機制和快速消減原理

目前，需要在不同時空尺度上全面揭示邊際土地的關鍵土壤障礙演變機制和快速消減原理，揭示逆境條件下土壤生物群落結構形成的環境篩選過程、物種競爭生態位過程和隨機過程；深入研究不同活性的有機物（包括穩定性腐殖質類物質）在土壤生物活躍區（根際、團聚體）重組、優化和馴化土壤功能生物的機制，研發土壤生物菌劑和配套定殖措施，集成邊際土地養分高效利用的生物調控措施。

從植物基因型及其與微生物間互作方面全面挖掘植物抗逆功能，建立適合邊際土地逆境的植物品種與微生物組匹配組裝技術

選育了一批耐逆適生的作物品種

中國科學院實施了“分子模塊設計育種創新體系”戰略性先導科技專項，在分子模塊設計育種方面，開展了水稻、大豆、小麥、玉米等高產、穩產、優質、高效性狀的分子模塊解析，在水稻中解析了粒寬分子模塊?GW7?與?GW8，粒長粒寬分子模塊?GLW7/OsSPL13、耐冷分子模塊?COLD1、抗病分子模塊?Pigm、氮高效利用分子模塊?NITR1.1。在水稻高產優質協同改良、感受與抵御低溫、廣譜持久抗稻瘟病與產量平衡、氮高效利用、高產性狀雜種優勢機制等方面取得了重要成果，“水稻高產優質性狀形成的分子機理及品種設計”獲?2017?年度國家自然科學獎一等獎。

深入開展了植物逆境生理和功能基因組學研究

解析了水稻、小麥、玉米、高粱、芒草等對鹽堿、干旱、酸性、貧瘠等逆境的響應和適應機制。發現水稻?osa-miR1848?通過調控靶基因?OsCYP51G3?的表達影響植物甾醇和油菜素內酯的生物合成，參與調解水稻生長發育及鹽脅迫響應。揭示了中國特有芒草種南荻通過改變寒冷和干旱脅迫響應基因的表達，提高光合和水分利用效率^[17]；通過調節脅迫和光合相關基因的表達，響應鹽脅迫。發現水稻耐鋁和不耐鋁品種分別偏好銨態氮和硝態氮，而控制水稻耐鋁和氮素利用的一些遺傳位點位于染色體相同區域，為協同調控提供了可能途徑。

探討了植物微生物群落組裝技術

深入研究了微生物協助作物抵抗鹽堿、干旱、病害脅迫的機制，探討了植物微生物群落組裝技術。發現適應高鹽環境的堿蓬根系細菌基因組中富含大量抗鹽相關的基因，并能幫助其他植物耐鹽。揭示了脂肪酸是植物為菌根真菌提供的主要營養形式，發現?RAM2?和?STR-STR2?蛋白參與脂肪酸轉運過程，通過降低植物脂肪酸合成可以抑制白粉病病原真菌的致病性。解析了植物?PRR?免疫受體識別病原微生物的機理，發現重要模式識別受體?CERK1?通過胞外?LysM?結構域二聚化完成對真菌細胞壁組分長鏈幾丁質多糖的感應，使其胞內激酶結構域磷酸化并激活下游防衛反應信號通路。利用改進的高通量微生物培養技術從擬南芥中分離出近?8?000?個細菌，揭示了擬南芥三萜類化合物對根系微生物組的調控規律。發現秈稻根系比粳稻根系富集更多參與氮循環的微生物類群，揭示了水稻通過?NRT1.1B?調控根系具有氮轉化能力的微生物，影響秈粳稻田間氮肥利用效率。

研究方向：邊際土壤逆適生品種與微生物組匹配技術

目前，亟待利用?GWAS、RNA-Seq?和代謝組（含植物激素）分析等研究方法，全面開展對高耐鹽水稻資源（如耐鹽?0.5%—0.6%?的“海稻?86”），以及偃麥草與小麥遠緣雜交形成的系列小偃麥種質的耐鹽基因鑒定和應用；深入解析水稻耐酸抗鋁與養分高效利用之間協同調控機制，揭示玉米和小麥干旱信號傳遞過程與生長發育之間的耦聯機制，以及提高水分利用效率的機理。全面開展水稻、小麥、玉米根系促進作物抗逆的關鍵微生物識別，深入研究不同逆境下植物基因型與微生物間互作對根系微生物組結構的調控機制，建立適合邊際土壤逆境的植物微生物組的組裝技術。通過增強植物的適生抗逆能力，挖掘邊際土地生產潛力。

分區研究邊際鹽堿地多水源灌溉下?GSPAC?系統水-鹽-養分協同運移機制，研發持續控鹽和綠色高效邊際土地開發利用模式

集成鹽堿地改良和抗逆作物品種技術，建立和示范了渤海糧倉增產增效技術模式

環渤海低平原區有?4?000?多萬畝的中低產田和?1?000?多萬畝的鹽堿荒地受淡水資源短缺和土壤瘠薄鹽堿制約。為實現?2020?年增產?500?萬噸糧食潛力，科學技術部、中國科學院聯合河北省、山東省、遼寧省、天津市于?2013?年實施了“渤海糧倉科技示范工程”，以擴面積、增單產、水保障作為工程實施核心，以增糧拓棉作為實施重點，發展現代高效糧食產業，建成“渤海糧倉”。

示范工程構建了適水灌溉制度，配套了農田多水源高效利用技術。利用該項技術成果，河北環渤海低平原可實現地下水壓采目標下的糧食生產能力提升?327?萬噸。示范工程選育了一批耐鹽高產的小麥和玉米品種，如小偃麥品種“小偃?81”和“小偃?60”分別適宜在含鹽量?0.2%?和?0.3%?以下的中輕度鹽堿地種植，并且“小偃?60”比對照品種“冀麥?32”平均增產7.9%—11.4%。示范工程審定了“海檉?1?號”“鹽杞”和“海杞”等耐鹽植物品種，研制了系列鹽堿地肥料與改良劑，發明了咸水冬季結冰灌溉改良鹽堿地的方法^[26]，構建了鹽堿地微域調控降鹽耕作栽培技術體系，形成了鹽堿地水稻種植技術體系，全面支撐了濱海鹽堿地改良和地力提升；其中，“濱海平原鹽堿地適生種植技術集成研究與示范”獲?2015?年度河北省科技進步獎一等獎，“蘇打鹽堿地大規模以稻治堿改土增糧關鍵技術創新及應用”獲?2015?年度國家科技進步獎二等獎。

在此基礎上，開展了農牧結合循環農業模式研發，初步構建了互聯網+渤海糧倉，為環渤海發展現代農業服務業奠定了基礎。“渤海糧倉科技示范工程”已在河北、山東、遼寧、天津的?70?余縣市建立示范區?90?多個，示范推廣?8?016.7?萬畝，累計推動區域增糧?1?047?萬噸，增效?186.5?億元，節水?43.5?億立方米；形成了院-部-省聯動的協同推進機制和政府引導、科技支撐、企業和專業合作社主體、農民參與的示范推廣機制，帶動了種業、加工業、畜牧養殖業和現代農業服務業的發展。

研究方向：鹽堿地綠色高效開發利用模式

鹽堿地是我國主要的邊際土地類型，分布跨越東部沿海濕潤區到西北干旱區。不同區域鹽堿地水鹽運動復雜多樣，需要分區探明鹽堿地在多水源灌溉利用過程中地下水-土壤-植物-大氣連續體（GSPAC）系統水鹽運移與氣候條件和作物生長發育間的關系，研究植物適應鹽漬環境的生理生態機制，深入研究不同類型鹽堿地開發利用過程土壤水鹽和養分的協同遷移和平衡，研發鹽堿地低成本、規模化的咸水灌溉技術，建立持續控鹽和綠色高效鹽堿地開發利用模式。

關于未來我國邊際土地產能和生態效益提升的建議

基于生態優先與綠色發展原則，制定我國邊際土地產能擴增和生態效益提升行動方案

邊際土地產能擴增和生態效益提升行動屬于支撐國家“藏糧于地”發展戰略的公益性計劃。由于我國邊際土地分布區域廣、改造面臨的問題多、投資需求大、管理復雜，該行動涉及農業農村、自然資源、生態環境、水利、科學技術等多個部門，亟待多部門的協同組織管理。建議由自然資源部、農業農村部、科學技術部和國家鄉村振興局等共同牽頭，根據國家發展總體戰略和區域發展重點需求，制定邊際土地產能擴增和生態效益提升行動方案，充分發揮我國“邊際土地”資源生態利用潛力。

針對分布于生態脆弱的山地丘陵和干旱區的邊際土地，其產能擴增和生態效益提升行動需要堅持生態優先與綠色發展原則，兼顧經濟合理性與綜合效益最大化，以問題為導向進行統籌規劃與綜合治理。基于區域山水林田湖草生態系統的整體性、系統性和動態性演變規律，綜合考慮相對完整的自然地理單元和行政區劃，合理確定邊際土地治理工程實施范圍和規模。綜合運用科學、法律、政策、經濟和公眾參與等手段，統籌國家鄉村振興戰略規劃行動、高標準農田建設與山水林田湖草生態保護項目的資金，以財政投入引導社會資金投資，以股份合作制、專項補貼、資金配套和貸款貼息等多種形式投資治理工程，集成工程技術與生物技術進行系統性治理，促進邊際土地的可持續利用。

設立“邊際土地”專項，攻關邊際土地產能擴增和生態效益提升的理論和技術模式

我國在“十三五”期間啟動了與邊際土地相關的重點研發項目，包括七大農作物育種、糧食豐產增效科技創新、化學肥料和農藥減施增效綜合技術研發、典型脆弱生態修復與保護研究、水資源高效開發利用、智能農機裝備等。這些任務中關于邊際土地的研究相對分散、針對性和系統性不足，建議設立“邊際土地”專項任務，系統性突破我國邊際土地產能擴增和生態效益提升的理論和技術模式，促進邊際土地相關學科的融合發展。邊際土地綜合治理研究涉及耕地質量建設、生態環境修復、作物分子育種等多個學科，理論和技術“瓶頸”的突破難度大，亟待聯合中國科學院、中國農業科學院，以及相關高等院校和各部門的科研系統，組建多學科隊伍協同攻關。

“邊際土地”專項任務的研究重點是以培育和挖掘我國大面積邊際土地的生產潛力和生態效益為出發點，制定邊際土地治理區劃，研發邊際土地水肥協同利用與障礙調控技術，突破植物根系微生物組裝配技術，構建連片分布邊際土地的“藏糧于地、藏糧于技”技術模式。

（1）邊際土地治理區劃。以我國不同類型、成片分布的邊際土地為重點對象，基于天空地一體化立體調查、聯網定位試驗、分子生物學和現代分析方法，明確我國不同類型邊際土地發生、分布規律及特征、障礙因子致障閾值及障礙程度，建立邊際土地清單，評價開發潛力、生態風險和生態經濟效益，制定邊際土地保護和治理區劃。

（2）邊際土地水肥協同利用與障礙調控技術。針對邊際土地不同障礙類型，篩選和選育抗逆適生作物品系（種），揭示其形態、生理、生化、分子機理與機制；針對生態脆弱區的干旱、鹽堿、侵蝕脅迫，闡明邊際土地?GSPAC?水分、鹽分、養分遷移轉化和作物利用原理，研發邊際土地水、肥協同利用與障礙調控技術，建立水、熱、風、生態資源的利用、保護與產能增效的協同發展機制。

（3）植物根系微生物組裝配技術。在選育耐逆品種和消除土壤障礙的同時，發展沃土生物群落構建理論和生物多功能調控技術，揭示微生物-植物-土壤互作關系，篩選適應植被演替、促進植物抗逆境脅迫的功能菌株，突破植物根系微生物組裝配的關鍵技術難題。

（4）連片分布邊際土地利用模式。聚焦黃河灘地和濱海鹽土、東北蘇打鹽堿土、西北內陸鹽堿土、南方低山丘陵紅壤、西南紫色土、西北黃綿土，集成耐逆品種、水熱資源高效利用技術、土壤障礙消減技術，以及植物-微生物-土壤互作培肥技術，構建邊際土地分類利用技術模式，為我國開展大面積邊際土地改造、實施“藏糧于地”和鄉村振興戰略提供可資借鑒的示范樣板。例如，針對黃河三角洲濱海鹽堿地，基于?GSPAC?系統水鹽運移機制，提出雨養條件下濱海鹽堿地亞淡化原理，建立濱海鹽堿地“上覆-中阻-下排”長效控鹽技術體系（圖?2）。集成微域地形改造、咸水灌溉和種養技術，建立濱海鹽堿地生態農場模式（圖?3），在坡頂建立咸水灌溉經濟植物模式，引種枸杞、金銀花、蔬菜海馬齒、海濱木槿、羅布麻等；在坡面建立噴灌-生物降鹽牧草種植模式，開溝噴灌種植羊草、堿茅、田箐等耐鹽植物，配合接種根瘤菌、高效纖維素降解菌等沃土微生物，施用聚谷氨酸等促進田菁生長降鹽；在水域建立生態牧場種養集成模式，引種觀賞性和凈化功能的水生植物（如萍、菹草、睡蓮、藨草、水蔥、香蒲等），養殖適宜微咸水環境的魚類（如鱖魚等）。

結語

我國的邊際土地總面積約?11.7?億畝，包括尚未開發的耕地后備資源區（8.5?億畝）和現有低等耕地分布區（3.2?億畝）。邊際土地是保障我國糧食安全的戰略后備耕地資源，但由于土壤障礙限制、水熱資源約束或地形條件局限，導致生態脆弱、農業產能和經濟效益低下。突破邊際土地水土資源約束技術和培育適生抗逆品種仍然存在“瓶頸”，需要聚焦黃河灘地和濱海鹽土、東北蘇打鹽堿土、西北內陸鹽堿土、南方低山丘陵紅壤、西南紫色土、西北黃綿土，圍繞作物-微生物-土壤互作機制與功能提升技術，協同研究作物抗逆機理與抗逆種質資源、水熱資源高效利用機理及調控模式、土壤障礙發生與地力培育機理及技術，系統性突破我國邊際土地產能擴增和生態效益提升的理論和技術模式。

總體上，實施邊際土地產能和生態效益協同提升行動，對于貫徹落實中央一號文件，解決耕地總量不足和質量偏差問題，推進鄉村振興，以及促進新農村生態文明建設具有重要戰略意義。發展邊際土地產能-生態效益協同提升理論和分類分區治理技術模式，可以從理論、技術、示范?3?個維度有力支撐“藏糧于地、藏糧于技”戰略實施，落實習近平總書記提出的“綠水青山就是金山銀山”理念，推動形成綠色發展生產方式和生活方式，為夯實國家糧食安全的堅實基礎提供重要保障。

（作者：曹曉風，中國科學院種子創新研究院遺傳與發育生物學研究所；孫波，中國科學院南京土壤研究所；陳化榜，中國科學院種子創新研究院遺傳與發育生物學研究所；周儉民，中國科學院種子創新研究院遺傳與發育生物學研究所；宋顯偉，中國科學院種子創新研究院遺傳與發育生物學研究所；劉小京，中國科學院種子創新研究院遺傳與發育生物學研究所；鄧向東，中國科學院種子創新研究院遺傳與發育生物學研究所；李秀軍，中國科學院東北地理與農業生態研究所；趙玉國，中國科學院南京土壤研究所；張佳寶，中國科學院南京土壤研究所；李家洋，中國科學院種子創新研究院遺傳與發育生物學研究所。《中國科學院院刊》供稿）