奔走在田间的“土壤医生”

广东省乐昌市是全国香芋重要产地之一，全市香芋种植面积达3万余亩。由于土壤连续多年的高强度利用和农药、化肥等化学品的大量使用，土壤质量退化，香芋土传病害频发且逐年加重，严重威胁乐昌香芋产业的可持续发展。但目前，经过技术处理后，土壤恢复生机，香芋长势良好，发病率降低了近85%，亩产达1200公斤以上。

这得益于南京师范大学地理科学学院教授蔡祖聪发明的“土壤强还原处理法”。“通过对种植过香蕉、三七、黄瓜、芦蒿、番茄、洋桔梗等作物的土壤处理实验发现，该方法可降低土壤致病菌数量95%以上，有效消减多种作物连作障碍。”蔡祖聪说。

(相关资料图)

所谓连作障碍，指在同一块土壤高频率种植同种作物，这块土地就容易被病原菌侵袭，变成病土。在病土上继续种植同种瓜果蔬菜，会造成大幅减产甚至颗粒无收。自2010年起，作为国家重大科学研究计划项目首席科学家，蔡祖聪带领团队瞄准作物连作障碍防控，在国内率先研发出土壤强还原处理方法。多年来，团队围绕土壤健康，为有作物连作障碍的土地“看诊开方”，致力于让每一寸耕地都成为丰收的沃土，以健康土壤保障绿色发展，为实现农民增收致富与乡村产业振兴提供有力支撑。

在研究过程中，团队发现不少蔬菜种植户不了解连作障碍的形成机理，试图靠加大农药和化肥施用量来解决问题。团队科研人员、南京师范大学地理科学学院教授黄新琦告诉记者，这种做法不仅解决不了连作问题，还会进一步造成土壤次生盐渍化等，形成恶性循环，最后导致土壤质量下降，蔬菜生长难以为继。

在蔡祖聪看来，解决这一问题最关键、最根本的因素，还是在土壤。2010年，中央1号文件明确提出要“重视耕地质量建设”“大力建设高标准农田”，也是这一年，蔡祖聪带领团队开始活跃在蔬菜、瓜果、花卉、中药材等种植区，并最终研究出消减农作物连作障碍的“药方”。

“一把草、一碗水、一张膜”，蔡祖聪这样解释这项修复技术。“操作方法很简单，在7、8月的作物休整期，将有机物如秸秆、甘蔗渣、杂草等，粉碎后埋入土壤，用塑料膜捂上3-4 周。高温天气下，土壤中的微生物利用有机物，产生大量的有机酸等物质，它们不但能杀死土壤中的病原菌，还可改善土壤的结构和肥力。”

2014年，云南省红河州石屏县鲜切花种植基地的洋桔梗出现了严重病害。“由于土壤退化，将近70%的花都死了，一期下来亏本500多万元。”基地承包商丽然花卉公司总经理段智镪愁眉不展。获知这一消息的第二天，蔡祖聪就带着团队来到该种植基地，把几十份洋桔梗土壤样本带回了南京。团队设计模拟实验，分析处理后的土壤病原菌数量和微生物群落生态功能，给花卉基地开出了“处方”。这是修复技术第一次在花卉上试用，能否成功，蔡祖聪和团队成员心里都没底。

一个月后，蔡祖聪再次回到石屏县，给段智镪讲解土壤修复操作方法，“草料粉碎以后，可以混合一些生物剂、催化剂，这样效果更明显。”“翻土的时候一定要翻得深一点、匀一点，大概30厘米左右，这样有机物料也能埋深一点。”“脚踩下去土是软的，抓起一把土能捏出水来，这才是水浇透了，才能隔绝氧气，反应更快、更好。”……好在努力和投入没有白费，2015年，经过处理的花卉基地逐渐恢复了生机。2016年，该基地新增洋桔梗600万枝，新增销售额480多万元。

在突破果蔬、花卉连作障碍这些难题后，团队继续致力于土壤微生物区系调控与连作障碍土壤修复的应用与完善。“前几年的研究都很成功，但我觉得还不够，我们的技术能不能应用在更复杂、更恶劣的环境？”从2016年开始，蔡祖聪把注意力放在了连作障碍最严重的中药材三七上。

三七是珍贵的道地药材，其可持续生产对保障我国中药产业的稳定发展至关重要。但三七的忌地性极强，种植2-3年收获后，往往需要轮作10-30年才能再植，连作障碍成为制约三七生长、产业稳定发展的主要瓶颈。

从土壤收集、采样处理、对照实验，到返回现场实地操作，再到检验效果、持续跟进，自2016年起，蔡祖聪团队多次往返于南京和云南省文山壮族苗族自治州的三七试验地，探寻消减和克服三七连作障碍的方法和技术。经过反复试验，团队发现土壤强还原处理技术能够显著降低连作三七土壤中皂苷类化感自毒物质的含量，有效杀灭富集的土传病原微生物，还能够增加土壤微生物多样性和活性，提高连作三七的存苗率。

“从2022年郊址基地的中试结果来看，对于种植间隔超过8年的三七老地，利用强还原处理技术基本可以消除遗留在土壤里面的不利因子，在连作三七生长过程中加以一定的调控措施，有望彻底解决三七的连作障碍问题。”团队成员赵军副教授表示，团队短期目标是通过处理，让文山的三七老地有序释放，中期目标是通过进一步研究大幅缩短种植间隔年限，最终目标是让三七种回其道地产区。

2010年至今，团队30余人在浙江、山东、海南、广东等10余个省份的经济作物主产区进行田间试验和示范推广，完成百余次实验和产品研制，发表学术论文50余篇，申请发明专利10余项，建立30余个示范点、处理近200个地块，大面积示范推广该项技术，为数百位农户解决困扰，曾经退化的土地变为丰收的沃土，农作物恢复生机。

得益于在云南特色经济作物洋桔梗和三七连作障碍防控方面的突出成果，2017年、2022年，两家“云南省院士专家工作站——蔡祖聪专家工作站”相继挂牌成立。团队提出的土壤强还原处理技术田间效果得到充分验证，已制定了国家农业行业标准。团队研究内容也拓展到了作物种植过程中的多时段、全方位土壤微生态调控，并进行相应技术产品的研发，以期为农业产业绿色可持续发展提供有力支撑。