糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力提升機理與定向培育對策

目錄/提綱：……
一、預期目標
（一）總體目標
（二）五年預期目標
二、研究方案
（一）總體學術思路
3、通過加大有機補償，促進土壤有機質的積累
4、通過擴增土壤水分養(yǎng)分源匯容量，有效提升土壤緩沖性能
5、通過調控土壤生物過程，推進農(nóng)田地力向提升方向發(fā)展
6、最終通過對典型地區(qū)研究，提出農(nóng)田地力定向培育的對策
（二）技術途徑
（五）課題設置及相互間的關系
四、年度計劃
2、明確東北、黃淮海及長江中下游地區(qū)中低產(chǎn)田主要障礙因子及其產(chǎn)生源
9、整個項目運行良好，發(fā)現(xiàn)重大突破的苗頭
5、項目結題和驗收1、完成黃淮海及長江中下游地區(qū)農(nóng)田地力的評價
一、研究內容
（一）擬解決的關鍵科學問題
1、農(nóng)田地力及其關鍵要素演變規(guī)律與主控因子
2、中低產(chǎn)田土壤障礙因子形成、消減和次生化過程阻控機理
3、農(nóng)田地力提升的土壤有機質-團聚體-生物耦合推進機制
（二）主要研究內容
內容一、農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素
內容二、農(nóng)田土壤障礙因子消減機理與地力修復
內容三、農(nóng)田土壤有機質、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同增進機制與地力提升
內容四、我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力定向培育理論與技術對策
……

項目名稱： 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力提升機理與定向培育對策
首席科學家：** 中國科學院南京土壤研究所
起止年限： 2011.1至2015.8
依托部門： 中國科學院 農(nóng)業(yè)部

一、預期目標
（一）總體目標
解析決定農(nóng)田地力提升的關鍵過程和主控因素；揭示能突破土壤障礙因子和高強度種植制約，促進農(nóng)田地力提升的關鍵過程和重要調控機制；闡明農(nóng)田集約化生產(chǎn)與地力培育共濟的原理和途徑；建立高強度種植農(nóng)田地力提升的理論體系；提出我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力定向培育的對策和建議。為挖掘地力提升的水漲船高效應，促進農(nóng)田生產(chǎn)力和資源利用效率持續(xù)提高提供理論和決策支持；為國家1000億斤增糧計劃的實現(xiàn)和未來糧食的持續(xù)生產(chǎn)做出重要貢獻；為現(xiàn)代土壤學發(fā)展提供創(chuàng)新理論。同時，鞏固和強化國家農(nóng)業(yè)野外研究平臺，凝聚和造就一支跨部門、高水平的土壤學研究隊伍，提升我國在農(nóng)田持續(xù)生產(chǎn)力研究方面的理論水平和解決實際問題的能力，引領國際農(nóng)田持續(xù)生產(chǎn)力研究方向。
（二）五年預期目標
1、闡明我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力的演變規(guī)律，解析決定農(nóng)田地力的關鍵要素和限制農(nóng)田地力提升的主控因素和關鍵過程，為探索高強度種植條件下農(nóng)田地力提升的有效機制與途徑提供科學依據(jù)。
2、揭示土壤主要障礙因子的形成和消減機理，闡明次生化過程的產(chǎn)生和阻控機制，建立以修復障礙土壤地力為核心的中低產(chǎn)田地力長效恢復方法和培育途徑。
3、在揭示高強度種植條件下土壤有機質積累過程，土壤水養(yǎng)源匯容量擴增機理，以及促進農(nóng)田地力提升的生物學調控機制等研究方面取得重要突破，為高強度種植農(nóng)田地力提升理論體系的建立提供創(chuàng)新內容，為技術途徑的發(fā)展提供最有力的理論支持。
4、解剖我國糧食主產(chǎn)區(qū)典型區(qū)域中低產(chǎn)田和地力水平分布特征，量化典型區(qū)地力培育潛力，構建適應典型區(qū)域地力提升的綜合理論體系，提出典型地區(qū)地力定向培育的綜合技術方
……（新文秘網(wǎng)http://jey722.cn省略1240字，正式會員可完整閱讀）……　
生物過程的調控途徑，推進農(nóng)田地力的不斷提升。
6、最終通過對典型地區(qū)研究，提出農(nóng)田地力定向培育的對策。

圖2 本項目總體學術思路示意圖
（二）技術途徑
1、總體技術路線
根據(jù)上述總體學術思路，本研究將以“剖析限制因素－明確障礙因素消減原理－揭示地力提升機理－提出定向培育對策－實現(xiàn)科學與國家目標”的分層推進、逐級提高、綜合突破技術路線開展研究，即首先對旨在解析控制糧食主產(chǎn)區(qū)主要土壤類型地力的關鍵過程和主要因素（科學目標）、明確高強度種植農(nóng)田地力提升的主要突破口（應用目標）的“農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素”進行研究；其次對旨在闡明障礙土壤修復原理（科學目標）、找出挖掘中低產(chǎn)田地力潛力途徑（應用目標）的“農(nóng)田土壤障礙因子消減機理與地力修復”進行研究；第三對旨在揭示土壤有機質/水養(yǎng)源匯容量/生物活性提升機制（科學目標）、指出改善地力要素和有效推進地力提升途徑（應用目標）的“農(nóng)田土壤有機質、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同增進機制與地力提升”進行研究。在上述三個層面不斷推進和突破的基礎上，選擇代表我國糧食主產(chǎn)區(qū)的典型區(qū)域，開展“我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力定向培育理論與技術對策”的綜合研究，提出典型地區(qū)農(nóng)田地力定向培育理論和技術綜合對策（科學目標），為我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力提升可行方案制定提供理論和決策依據(jù)（應用目標）。最終攻克關鍵科學問題，實現(xiàn)本項目“揭示農(nóng)田地力提升機理，提出農(nóng)田地力定向培育對策，為我國糧食主產(chǎn)區(qū)地力、產(chǎn)量、資源利用率協(xié)同提高提供理論支撐”的總體科學目標和國家目標（圖3）。

圖3 本項目總體技術路線圖
2、總體研究方案
（1）研究區(qū)域和研究平臺
研究區(qū)域：面對國家增糧需求，本項目將選擇我國糧食主產(chǎn)區(qū)的東北農(nóng)區(qū)、黃淮海農(nóng)區(qū)和長江中下游農(nóng)區(qū)為研究區(qū)域，并以分布最廣，對我國糧食生產(chǎn)具有舉足輕重作用的東北黑土、黃淮海潮土、長江中下游水稻土和紅壤為主要研究對象。
研究平臺：驅動農(nóng)田地力形成的物理、化學、生物等過程由于所需時間尺度的跨度并不大，其研究平臺可在田間、溫室和實驗室通過建立模擬系統(tǒng)、控制試驗和田間定點試驗實現(xiàn)。但對農(nóng)田地力演變和提升過程來說，卻是一個漫長的過程，本研究將選擇中國科學院和中國農(nóng)科院分布在上述地區(qū)的野外長期試驗網(wǎng)絡為長時間序列的研究平臺。中國科學院和中國農(nóng)科院臺站網(wǎng)絡于上世紀80年代開始，在全國8個農(nóng)區(qū)，按統(tǒng)一要求陸續(xù)布置了一批土壤肥力、施肥（化肥和有機肥）、保護性耕作、秸稈還田、輪作、種植模式、中低產(chǎn)田整理等長期試驗和觀測系統(tǒng)。上世紀90年代末中國科學院制定了統(tǒng)一規(guī)范的指標體系，對上述試驗進行統(tǒng)一監(jiān)測。這些長期試驗、長期觀測結果資料和樣品為本研究揭示地力及其關鍵要素演變規(guī)律、驗證研究結果提供了非常關鍵的平臺。為了保證研究的系統(tǒng)性和可集成性，本項目將選擇裝備精良、擁有大量長期試驗、歷史樣品和資料以及研究成果的海倫（黑龍江、黑土）、封丘（河南、潮土）、鷹潭（江西、水稻土、紅壤）和祁陽（湖南、水稻土、紅壤）四個國家試驗站為研究基地。其他分布在研究區(qū)域內的長期試驗將作為補充。
（2）研究技術方案
各主要內容的研究技術方案如下：
內容1、農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素
以中國科學院和中國農(nóng)科院長期試驗網(wǎng)絡為基礎，建立時空坐標（以長期試驗的時間序列為時間坐標，以東西水分梯度帶和南北熱量梯度帶為空間坐標），增加沿梯度帶的農(nóng)田地力、立地條件、管理方式調查和定點觀測試驗，研究不同立地條件和管理模式下形成的農(nóng)田生產(chǎn)力、基礎地力和地力要素，及它們的驅動過程和內在關系，基礎地力對生產(chǎn)力的貢獻率，各關鍵要素在基礎地力組成中的權重。以多元統(tǒng)計分析方法解析影響生產(chǎn)力、基礎地力和地力關鍵要素水平的關鍵過程和因素。以同位素示蹤技術、GIS和模型技術研究時間坐標上的長期演變規(guī)律，空間坐標上的水熱梯度帶演變規(guī)律，從而解剖出不同地區(qū)限制地力提升的關鍵過程、主控因素，以及解除這些限制的突破口，并通過模擬控制試驗進行驗證，最終提出不同地區(qū)地力提升的解決方案。本內容的研究方案和技術路線見圖4。
圖4 “農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素”的研究方案和技術路線


內容2、農(nóng)田土壤障礙因子消減機理與地力修復
針對高強度農(nóng)業(yè)利用加速土壤酸化、次生鹽漬化、還原性有害物質積累等限制農(nóng)田地力提升的土壤障礙因子，依托我國長期定位試驗網(wǎng)站，結合長期定位觀測、田間試驗、實驗室模擬等方法，研究我國糧食主產(chǎn)區(qū)中低產(chǎn)田土壤主要障礙因子的驅動因素、形成機理及時空演變規(guī)律；重點剖析人為加速土壤酸化、次生鹽漬化、還原性有害物質積累等次生障礙因子的致害途徑、貢獻率及演變趨勢；研究我國糧食主產(chǎn)區(qū)土壤障礙因子的消減、次生化阻控、修復及地力長效保持的途徑與理論。本內容的研究方案和技術路線見圖5。
圖5 “農(nóng)田土壤障礙因子消減機理與地力修復”的研究方案和技術路線
內容3、農(nóng)田土壤有機質、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同增進機制與地力提升
本內容研究技術方案主要從下列3個方面說明：
1）土壤有機質轉化累積機制與提高途徑
選擇我國糧食主產(chǎn)區(qū)有代表性的農(nóng)田土壤類型（黑土、潮土、紅壤、水稻土）和同一土壤類型不同地力水平的土壤，通過田間試驗和室內模擬實驗，在對土壤及團聚體中有機質組成和結構特征研究、秸稈還田和施用有機物料提高土壤有機質含量研究的基礎上，利用同位素標記、核磁共振、顯微分析、分子生物學和模型模擬等技術手段，分析參與不同物料轉化的微生物類群以及形成的有機質特征，找出不同地力水平土壤有機質轉化累積的關鍵控制因素，篩選出能夠與提升土壤有機質數(shù)量和改善土壤有機質品質相匹配的有機物料和秸稈還田新途徑，評價土壤有機質組分的地力功能和有機物料轉化為土壤有機質的效率，提出土壤有機質調控理論與技術途徑。本內容的研究方案和技術路線見圖6。

圖6 “土壤有機質轉化累積機制與提高途徑”研究方案與技術路線
2）土壤水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力拓展機理與擴增途徑
以中國科學院和中國農(nóng)業(yè)科學院的長期定位試驗站為依托，針對土壤水分養(yǎng)分源匯容量降低和緩沖能力下降的實際，結合室內模擬、田間輔助試驗和長期定位試驗，開展糧食主產(chǎn)區(qū)不同管理模式下土壤結構改善對團聚體組成及穩(wěn)定性、土體構型、有機質數(shù)量質量、土壤生物量及活性的影響研究，進而研究團聚體、壓實層、有機質、土壤生物對土壤水養(yǎng)源匯容量及緩沖能力的作用機理。應用核磁共振技術研究土壤緩效態(tài)養(yǎng)分匯容量及其組成，應用土壤生物化學方法調控土壤緩效態(tài)養(yǎng)分庫的供應，應用生態(tài)化學計量學方法研究土壤 ……（未完，全文共19366字，當前僅顯示3483字，請閱讀下面提示信息。收藏《糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力提升機理與定向培育對策》）