糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力提升機(jī)理與定向培育對策

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上項(xiàng)目名稱：糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力提升機(jī)理與定向培育對策首席科學(xué)家：張佳寶 中國科學(xué)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(xué)院 農(nóng)業(yè)部二、預(yù)期目標(biāo)（一）總體目標(biāo)解析決定農(nóng)田地力提升的關(guān)鍵過程和主控因素；揭示能突破土壤障礙因子和高強(qiáng)度種植制約，促進(jìn)農(nóng)田地力提升的關(guān)鍵過程和重要調(diào)控機(jī)制；闡明農(nóng)田集約化生產(chǎn)與地力培育共濟(jì)的原理和途徑；建立高強(qiáng)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(yīng)，促進(jìn)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(jì)劃的實(shí)現(xiàn)和未來糧食的持續(xù)

2、生產(chǎn)做出重要貢獻(xiàn)；為現(xiàn)代土壤學(xué)發(fā)展提供創(chuàng)新理論。同時(shí)，鞏固和強(qiáng)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(xué)研究隊(duì)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(shí)際問題的能力，引領(lǐng)國際農(nóng)田持續(xù)生產(chǎn)力研究方向。（二）五年預(yù)期目標(biāo)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(guān)鍵要素和限制農(nóng)田地力提升的主控因素和關(guān)鍵過程，為探索高強(qiáng)度種植條件下農(nóng)田地力提升的有效機(jī)制與途徑提供科學(xué)依據(jù)。2、揭示土壤主要障礙因子的形成和消減機(jī)理，闡明次生化過程的產(chǎn)生和阻控機(jī)制，建立以修復(fù)障礙土壤地力為核心的中低產(chǎn)田地力長效恢復(fù)方法和培育途徑。3、在揭示高強(qiáng)度種植條件下土壤有機(jī)質(zhì)積累過

3、程，土壤水養(yǎng)源匯容量擴(kuò)增機(jī)理，以及促進(jìn)農(nóng)田地力提升的生物學(xué)調(diào)控機(jī)制等研究方面取得重要突破，為高強(qiáng)度種植農(nóng)田地力提升理論體系的建立提供創(chuàng)新內(nèi)容，為技術(shù)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(gòu)建適應(yīng)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(shù)方案，并進(jìn)行多點(diǎn)驗(yàn)證和示范。為我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力提升提供可借鑒的范例。5、發(fā)表能佐證上述研究的SCI收錄論文120篇（或總影響因子在200）以上，其中15篇發(fā)表在有重要影響的國際學(xué)術(shù)雜志上。出版上述總結(jié)性專著3部。培養(yǎng)58名在國際土壤學(xué)界有競爭力的中青年科學(xué)家

4、和50名博士研究生，造就一支在我國能引領(lǐng)農(nóng)田持續(xù)生產(chǎn)力研究的高水平研究骨干群體。鞏固和強(qiáng)化國家野外研究平臺。提升我國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)研究能力。三、研究方案（一）總體學(xué)術(shù)思路本項(xiàng)目的總體設(shè)想是通過挖掘農(nóng)田基礎(chǔ)地力提升的水漲船高效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田生產(chǎn)力和資源利用效率的提高。然而，我國農(nóng)田高強(qiáng)度種植現(xiàn)實(shí)，不僅難以采用發(fā)達(dá)國家“養(yǎng)用結(jié)合、保育優(yōu)先”的用地模式，而且更難大規(guī)模重演費(fèi)工費(fèi)時(shí)的“家家戶戶堆漚肥、精耕細(xì)作保地力”傳統(tǒng)地力培育模式，這就需要尋找出新的突破口和途徑，克服農(nóng)田高強(qiáng)度種植的限制因素，提升農(nóng)田基礎(chǔ)地力。為此，本項(xiàng)目針對高強(qiáng)度種植農(nóng)田基礎(chǔ)地力提升這一重大難題，在已有的工作基礎(chǔ)上提出下列總體學(xué)術(shù)思路

5、進(jìn)行突破（圖2）：1、通過農(nóng)田地力演變規(guī)律的揭示，明確高強(qiáng)度種植農(nóng)田地力提升的限制因素和突破口。高強(qiáng)度種植與低地力水平是否存在必然聯(lián)系，是否存在解除限制的突破口，是本項(xiàng)目首先要解決的問題。通過解剖我國糧食主產(chǎn)區(qū)不同地力水平的關(guān)鍵組成要素、控制地力變化的關(guān)鍵過程與主要因素，將能尋找出不同立地條件和管理模式下農(nóng)田地力提升的限制因素和突破口。2、通過消減土壤障礙因子和阻控次生化過程，挖掘中低產(chǎn)田巨大地力提升潛力。原生土壤障礙因子并非來自高強(qiáng)度種植，而次生障礙因子多數(shù)情況源于不適宜的管理。如果對原生障礙因子成因和次生障礙因子形成過程進(jìn)行追溯，就能通過逆向還原，揭示土壤障礙因子消減和次生化過程阻控的機(jī)理

6、，提出障礙土壤地力恢復(fù)的長效途徑，為中低產(chǎn)田地力的進(jìn)一步培育提升奠定基礎(chǔ)；3、通過加大有機(jī)補(bǔ)償，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的積累。我們的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不同管理模式擁有不同的土壤有機(jī)質(zhì)礦化與積累平衡點(diǎn)和飽和度，增加有機(jī)培育，加大對礦化的補(bǔ)償，將能促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)不斷積累。問題是農(nóng)田有機(jī)培育需要與作物生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行，這就需要研究不同管理模式下土壤有機(jī)質(zhì)形成與品質(zhì)、不同有機(jī)培育（不同品質(zhì)有機(jī)肥和秸稈）下有機(jī)物轉(zhuǎn)化過程與產(chǎn)物，揭示有利于作物生長的土壤有機(jī)培育機(jī)制，實(shí)現(xiàn)作物生長與土壤有機(jī)質(zhì)積累的同舟共濟(jì)。4、通過擴(kuò)增土壤水分養(yǎng)分源匯容量，有效提升土壤緩沖性能。土壤供給和接納水分養(yǎng)分的能力是決定地力水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)，如

7、果能揭示土壤結(jié)構(gòu)形成機(jī)制、土體構(gòu)型形成過程以及土壤有機(jī)質(zhì)、土壤生物對土壤水養(yǎng)源匯的作用機(jī)理，將能提出農(nóng)田土壤水養(yǎng)源匯容量擴(kuò)增途徑，實(shí)現(xiàn)高水養(yǎng)緩沖協(xié)調(diào)能力持續(xù)保持。5、通過調(diào)控土壤生物過程，推進(jìn)農(nóng)田地力向提升方向發(fā)展。生物作為農(nóng)田地力演變的重要驅(qū)動(dòng)因素，蘊(yùn)藏著巨大的調(diào)控潛力，通過認(rèn)識促進(jìn)有機(jī)質(zhì)累積、土壤結(jié)構(gòu)形成、生物共生互助和根際協(xié)調(diào)等方面的生物學(xué)機(jī)制，將能提出關(guān)鍵生物過程的調(diào)控途徑，推進(jìn)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(xiàng)目總體學(xué)術(shù)思路示意圖（二）技術(shù)途徑1、總體技術(shù)路線根據(jù)上述總體學(xué)術(shù)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

8、力提升機(jī)理提出定向培育對策實(shí)現(xiàn)科學(xué)與國家目標(biāo)”的分層推進(jìn)、逐級提高、綜合突破技術(shù)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(guān)鍵過程和主要因素（科學(xué)目標(biāo)）、明確高強(qiáng)度種植農(nóng)田地力提升的主要突破口（應(yīng)用目標(biāo)）的“農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素”進(jìn)行研究；其次對旨在闡明障礙土壤修復(fù)原理（科學(xué)目標(biāo)）、找出挖掘中低產(chǎn)田地力潛力途徑（應(yīng)用目標(biāo)）的“農(nóng)田土壤障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù)”進(jìn)行研究；第三對旨在揭示土壤有機(jī)質(zhì)/水養(yǎng)源匯容量/生物活性提升機(jī)制（科學(xué)目標(biāo)）、指出改善地力要素和有效推進(jìn)地力提升途徑（應(yīng)用目標(biāo)）的“農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同增進(jìn)機(jī)制與地力提升”進(jìn)行研究。

9、在上述三個(gè)層面不斷推進(jìn)和突破的基礎(chǔ)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(shù)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(shù)綜合對策（科學(xué)目標(biāo)），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(yīng)用目標(biāo)）。最終攻克關(guān)鍵科學(xué)問題，實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目“揭示農(nóng)田地力提升機(jī)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(xué)目標(biāo)和國家目標(biāo)（圖3）。圖3 本項(xiàng)目總體技術(shù)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(xiàng)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)

10、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(qū)動(dòng)農(nóng)田地力形成的物理、化學(xué)、生物等過程由于所需時(shí)間尺度的跨度并不大，其研究平臺可在田間、溫室和實(shí)驗(yàn)室通過建立模擬系統(tǒng)、控制試驗(yàn)和田間定點(diǎn)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。但對農(nóng)田地力演變和提升過程來說，卻是一個(gè)漫長的過程，本研究將選擇中國科學(xué)院和中國農(nóng)科院分布在上述地區(qū)的野外長期試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)為長時(shí)間序列的研究平臺。中國科學(xué)院和中國農(nóng)科院臺站網(wǎng)絡(luò)于上世紀(jì)80年代開始，在全國8個(gè)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(jī)肥）、保護(hù)性耕作、秸稈還田、輪作、種植模式、中低產(chǎn)田整理等長期

11、試驗(yàn)和觀測系統(tǒng)。上世紀(jì)90年代末中國科學(xué)院制定了統(tǒng)一規(guī)范的指標(biāo)體系，對上述試驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測。這些長期試驗(yàn)、長期觀測結(jié)果資料和樣品為本研究揭示地力及其關(guān)鍵要素演變規(guī)律、驗(yàn)證研究結(jié)果提供了非常關(guān)鍵的平臺。為了保證研究的系統(tǒng)性和可集成性，本項(xiàng)目將選擇裝備精良、擁有大量長期試驗(yàn)、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(gè)國家試驗(yàn)站為研究基地。其他分布在研究區(qū)域內(nèi)的長期試驗(yàn)將作為補(bǔ)充。（2）研究技術(shù)方案各主要內(nèi)容的研究技術(shù)方案如下：內(nèi)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(xué)院和中國農(nóng)科院長期試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，建

12、立時(shí)空坐標(biāo)（以長期試驗(yàn)的時(shí)間序列為時(shí)間坐標(biāo)，以東西水分梯度帶和南北熱量梯度帶為空間坐標(biāo)），增加沿梯度帶的農(nóng)田地力、立地條件、管理方式調(diào)查和定點(diǎn)觀測試驗(yàn)，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(chǔ)地力和地力要素，及它們的驅(qū)動(dòng)過程和內(nèi)在關(guān)系，基礎(chǔ)地力對生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)率，各關(guān)鍵要素在基礎(chǔ)地力組成中的權(quán)重。以多元統(tǒng)計(jì)分析方法解析影響生產(chǎn)力、基礎(chǔ)地力和地力關(guān)鍵要素水平的關(guān)鍵過程和因素。以同位素示蹤技術(shù)、GIS和模型技術(shù)研究時(shí)間坐標(biāo)上的長期演變規(guī)律，空間坐標(biāo)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(guān)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(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，最終提出不同地

13、區(qū)地力提升的解決方案。本內(nèi)容的研究方案和技術(shù)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(shù)路線內(nèi)容2、農(nóng)田土壤障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù)針對高強(qiáng)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(zhì)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(yàn)網(wǎng)站，結(jié)合長期定位觀測、田間試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)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(qū)動(dòng)因素、形成機(jī)理及時(shí)空演變規(guī)律；重點(diǎn)剖析人為加速土壤酸化、次生鹽漬化、還原性有害物質(zhì)積累等次生障礙因子的致害途徑、貢獻(xiàn)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(fù)及地力長效保持的途徑與理論。本內(nèi)容的研

14、究方案和技術(shù)路線見圖5。圖5 “農(nóng)田土壤障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù)”的研究方案和技術(shù)路線內(nèi)容3、農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同增進(jìn)機(jī)制與地力提升本內(nèi)容研究技術(shù)方案主要從下列3個(gè)方面說明：1）土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化累積機(jī)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(yàn)和室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，在對土壤及團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征研究、秸稈還田和施用有機(jī)物料提高土壤有機(jī)質(zhì)含量研究的基礎(chǔ)上，利用同位素標(biāo)記、核磁共振、顯微分析、分子生物學(xué)和模型模擬等技術(shù)手段，分析參與不同物料轉(zhuǎn)化的微生物類群以及形成的有機(jī)質(zhì)特征，找出不同地力水平土壤

15、有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化累積的關(guān)鍵控制因素，篩選出能夠與提升土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量和改善土壤有機(jī)質(zhì)品質(zhì)相匹配的有機(jī)物料和秸稈還田新途徑，評價(jià)土壤有機(jī)質(zhì)組分的地力功能和有機(jī)物料轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)質(zhì)的效率，提出土壤有機(jī)質(zhì)調(diào)控理論與技術(shù)途徑。本內(nèi)容的研究方案和技術(shù)路線見圖6。圖6 “土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化累積機(jī)制與提高途徑”研究方案與技術(shù)路線2）土壤水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力拓展機(jī)理與擴(kuò)增途徑以中國科學(xué)院和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的長期定位試驗(yàn)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(shí)際，結(jié)合室內(nèi)模擬、田間輔助試驗(yàn)和長期定位試驗(yàn)，開展糧食主產(chǎn)區(qū)不同管理模式下土壤結(jié)構(gòu)改善對團(tuán)聚體組成及穩(wěn)定性、土體構(gòu)型、有機(jī)質(zhì)數(shù)量質(zhì)量、土壤生物量及活性

16、的影響研究，進(jìn)而研究團(tuán)聚體、壓實(shí)層、有機(jī)質(zhì)、土壤生物對土壤水養(yǎng)源匯容量及緩沖能力的作用機(jī)理。應(yīng)用核磁共振技術(shù)研究土壤緩效態(tài)養(yǎng)分匯容量及其組成，應(yīng)用土壤生物化學(xué)方法調(diào)控土壤緩效態(tài)養(yǎng)分庫的供應(yīng)，應(yīng)用生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)方法研究土壤生物過渡性養(yǎng)分庫容量及其擴(kuò)增途徑。最終揭示土壤團(tuán)聚體形成及穩(wěn)定機(jī)制、土體構(gòu)型形成機(jī)理以及有機(jī)質(zhì)和土壤生物對土壤水養(yǎng)源匯的作用機(jī)理，提出農(nóng)田土壤水養(yǎng)源匯容量擴(kuò)增途徑，實(shí)現(xiàn)高水養(yǎng)緩控協(xié)調(diào)能力持續(xù)保持。本內(nèi)容的研究方案和技術(shù)路線見圖7。圖7 “土壤水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力拓展機(jī)理與擴(kuò)增途徑”研究方案與技術(shù)路線3）促進(jìn)地力提升的關(guān)鍵生物過程與調(diào)控途徑以我國糧食主產(chǎn)區(qū)的東北黑土、華北潮土、

17、長江中下游水稻土和紅壤為研究對象，利用長期和短期定位試驗(yàn)、溫室和實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)相結(jié)合的方法，應(yīng)用一系列生物地球化學(xué)和分子微生物生態(tài)領(lǐng)域的常規(guī)和最新研究技術(shù)，著重研究不同地力水平下自然和人為因素對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能的擾動(dòng)機(jī)制，用同位素示蹤和穩(wěn)定同位素探針相結(jié)合的手段，研究土壤C、N、P、S、K等重要元素的轉(zhuǎn)化過程和關(guān)鍵微生物種群，研究根際微生物（菌根真菌、根瘤菌等）與作物之間的互反饋?zhàn)饔?，解析促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)積累和改進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)的生物作用機(jī)制。研究耕作管理措施（水、肥、間套作、輪作等）對關(guān)鍵生物過程的調(diào)控作用，用多變量分析技術(shù)解析我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力提升與土壤生物過程協(xié)調(diào)的關(guān)系。最終提出

18、促進(jìn)農(nóng)田地力恢復(fù)和提升的生物調(diào)控措施和途徑。本內(nèi)容的研究方案和技術(shù)路線見圖8。圖8 “促進(jìn)地力提升的關(guān)鍵生物過程與調(diào)控途徑”研究方案與技術(shù)路線內(nèi)容4、我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力定向培育理論與技術(shù)對策在我國糧食主產(chǎn)區(qū)的東北地區(qū)、黃淮海地區(qū)、南方紅壤地區(qū)分別選擇有代表性的區(qū)域，以典型黑土、潮土、水稻土和紅壤為主要研究對象，在前述三個(gè)內(nèi)容研究的基礎(chǔ)上，利用黑龍江海倫、河南封丘、江西鷹潭和湖南祁陽四個(gè)國家試驗(yàn)站長期研究結(jié)果和觀測數(shù)據(jù)，采用長期定位試驗(yàn)、田間短期試驗(yàn)、溫室和實(shí)驗(yàn)室模擬、技術(shù)集成和田間綜合驗(yàn)證的方法，以內(nèi)容一、二、三的理論研究成果為基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究：1）典型區(qū)域中低產(chǎn)田和農(nóng)田基礎(chǔ)地力分布特征與提

19、升潛力；2）典型地區(qū)中低產(chǎn)田主要障礙因子和限制地力提升的關(guān)鍵因素；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合對整個(gè)糧食主產(chǎn)區(qū)中低產(chǎn)田特征和地力水平的分析，制定我國糧食主產(chǎn)區(qū)中低產(chǎn)田治理和地力提升的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；3）高產(chǎn)田地力退化阻控和可持續(xù)利用機(jī)理；4）典型區(qū)高中低產(chǎn)田地力定向培育的綜合理論體系和技術(shù)方案及驗(yàn)證。最終將建立典型地區(qū)地力定向培育的理論體系并提出綜合技術(shù)對策。本內(nèi)容的技術(shù)方案和技術(shù)路線見圖9。圖9 “我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力定向培育理論與技術(shù)對策”研究方案與技術(shù)路線（五）課題設(shè)置及相互間的關(guān)系1、課題的設(shè)置及設(shè)置思路根據(jù)需要解決的3個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題、4項(xiàng)主要研究內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)，本項(xiàng)目將設(shè)置6個(gè)課題開展研究：課題1、

20、農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素課題2、農(nóng)田土壤障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù)課題3、土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化累積機(jī)制與提高途徑課題4、土壤水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力拓展機(jī)理與擴(kuò)增途徑課題5、促進(jìn)地力提升的關(guān)鍵生物過程與調(diào)控途徑課題6、典型地區(qū)農(nóng)田地力定向培育理論與技術(shù)對策其中，內(nèi)容一“農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素”主要瞄準(zhǔn)國家對提升農(nóng)田地力需求的基本目標(biāo)，即從機(jī)理上闡述不同地區(qū)影響農(nóng)田地力提升的原因、主要限制因素和關(guān)鍵過程，明確指出解決地力提升問題的主要突破口。將設(shè)“課題1、農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素”進(jìn)行研究。內(nèi)容二“農(nóng)田土壤障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù)”主要針對恢復(fù)我國大面積中低產(chǎn)田地力的國

21、家目標(biāo)，研究重點(diǎn)在揭示主要土壤障礙因子消減和次生化過程阻控機(jī)理方面。將設(shè)“課題2、農(nóng)田土壤障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù)”開展研究。內(nèi)容三“農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同增進(jìn)機(jī)制與地力提升”主要針對國家對提升農(nóng)田地力需求的重點(diǎn)目標(biāo)，即從機(jī)理上揭示如何提升地力，也是本項(xiàng)目的重點(diǎn)，分別從提高土壤有機(jī)質(zhì)、擴(kuò)增土壤水養(yǎng)源匯容量、調(diào)控生物推進(jìn)過程3個(gè)方面設(shè)置3個(gè)課題，即“課題3、土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化累積機(jī)制與提高途徑，課題4、土壤水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力拓展機(jī)理與擴(kuò)增途徑，課題5、促進(jìn)地力提升的關(guān)鍵生物過程與調(diào)控途徑”。內(nèi)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(shù)對策”主要針對我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力提升

22、所面臨的多重問題，基于上述研究成果，提出農(nóng)田地力定向培育的綜合理論和技術(shù)方案。將設(shè)“課題6、典型地區(qū)農(nóng)田地力定向培育理論與技術(shù)對策”對分布在東北、黃淮海和長江中下游的3個(gè)典型區(qū)域進(jìn)行研究。2、各課題的研究內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)課題1、農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素預(yù)期目標(biāo)：闡明我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力的演變規(guī)律，解析不同區(qū)域決定農(nóng)田地力的關(guān)鍵要素和限制農(nóng)田地力提升的主控因素和關(guān)鍵過程，為探索高強(qiáng)度種植條件下農(nóng)田地力提升的有效機(jī)制與途徑提供科學(xué)依據(jù)。研究內(nèi)容：針對我國糧食主產(chǎn)區(qū)高強(qiáng)度種植制度下農(nóng)田地力生產(chǎn)消耗與地力培育補(bǔ)償不相匹配的突出問題，以解析高強(qiáng)度種植農(nóng)田地力形成過程和影響因素為突破口，以中國科

23、學(xué)院和中國農(nóng)科院長期試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，采用地理信息系統(tǒng)技術(shù)、模型技術(shù)、示蹤技術(shù)、多元統(tǒng)計(jì)分析等方法，系統(tǒng)研究：（1）農(nóng)田地力形成與時(shí)空演變規(guī)律：農(nóng)田基礎(chǔ)地力和農(nóng)田生產(chǎn)力的長期演變規(guī)律、水熱梯度帶上的變化趨勢。（2）農(nóng)田地力時(shí)空演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制：農(nóng)田生產(chǎn)力和基礎(chǔ)地力長期變化趨勢與立地條件、土壤性狀、管理模式的關(guān)系；不同地力水平下農(nóng)田地力的生產(chǎn)消耗與培育補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)平衡規(guī)律。（3）農(nóng)田地力關(guān)鍵要素構(gòu)成特征：農(nóng)田基礎(chǔ)地力關(guān)鍵要素構(gòu)成的區(qū)域特征；不同區(qū)域農(nóng)田基礎(chǔ)地力及其關(guān)鍵要素對農(nóng)田生產(chǎn)力的制約和權(quán)重。（4）地力關(guān)鍵要素演變的關(guān)鍵過程及主控因素：農(nóng)田地力關(guān)鍵要素的時(shí)空演變特征；不同區(qū)域限制地力提升的關(guān)鍵過程及

24、主控因素；基于地力關(guān)鍵要素的農(nóng)田地力調(diào)升機(jī)制及其潛力評價(jià)。經(jīng)費(fèi)比例：13.3%承擔(dān)單位：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所課題負(fù)責(zé)人：王小彬?qū)W術(shù)骨干：徐明崗、張會(huì)民、張文菊課題2、農(nóng)田土壤障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù)預(yù)期目標(biāo)：闡明我國主要糧食主產(chǎn)區(qū)中低產(chǎn)田土壤次生障礙因子的發(fā)生規(guī)律及區(qū)域特征；揭示人為加速土壤酸化、次生鹽漬化和還原性有害物質(zhì)積累的驅(qū)動(dòng)因素、致害機(jī)理及演變趨勢；提出農(nóng)田土壤次生障礙因子的阻控與消減途徑；發(fā)展農(nóng)田土壤主要次生障礙因子修復(fù)與地力長效保持的原理和技術(shù)。研究內(nèi)容：針對我國糧食主產(chǎn)區(qū)中低產(chǎn)田土壤的主要障礙因子，重點(diǎn)進(jìn)行以下研究：（1）中低產(chǎn)田土壤主要障礙因子的解析。研究主

25、要障礙因子的驅(qū)動(dòng)因素及演變過程，建立次生障礙因子識別與定量診斷理論和技術(shù)；（2）土壤酸化過程、驅(qū)動(dòng)因素、阻控機(jī)制與修復(fù)途徑。研究高強(qiáng)度農(nóng)業(yè)利用加速土壤酸化的途徑、致酸機(jī)理和區(qū)域變異特征；解析自然和人為管理因素的致酸源、致酸過程及致酸貢獻(xiàn)率，探討土壤致酸因子阻控和土壤緩沖容量提高的機(jī)制，提出酸化農(nóng)田土壤修復(fù)原理與地力恢復(fù)技術(shù)。（3）稻田次生還原性有害物質(zhì)的形成、驅(qū)動(dòng)因素、消減機(jī)制與修復(fù)途徑。研究稻田土壤人為加速還原性有害物質(zhì)（鐵、錳、硫和有機(jī)還原物質(zhì)）積累的過程及機(jī)理；分析其動(dòng)態(tài)變化特征、驅(qū)動(dòng)因子及其與農(nóng)田地力發(fā)揮及作物生產(chǎn)的消長關(guān)系；提出農(nóng)田土壤中還原性物質(zhì)消減、降解機(jī)制及農(nóng)藝修復(fù)技術(shù)。（4）

26、土壤次生鹽漬過程、驅(qū)動(dòng)因素、防抑機(jī)制與地力修復(fù)途徑。研究不同管理模式下土壤次生鹽漬化的發(fā)生過程、形成機(jī)理、季節(jié)性變化特征及驅(qū)動(dòng)因素；探明地下水控鹽區(qū)鹽分逆向還原防抑次生鹽漬化的理論與途徑；提出氣候控鹽區(qū)土壤農(nóng)藝措施控鹽與修復(fù)次生鹽漬化的途徑與地力長效保持的對策。經(jīng)費(fèi)比例：13.3%承擔(dān)單位：浙江大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：徐建明學(xué)術(shù)骨干：盧升高、劉杏梅、張玉龍課題3、土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化累積機(jī)制與提高途徑預(yù)期目標(biāo)：闡明不同農(nóng)田基礎(chǔ)地力水平土壤及不同粒級團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)的特征及其對農(nóng)業(yè)措施的響應(yīng)機(jī)制；明確不同有機(jī)物料對土壤有機(jī)質(zhì)有效積累的作用；提出與提升土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量和改善土壤有機(jī)質(zhì)品質(zhì)相匹配的地力提升技術(shù)途徑。研

27、究內(nèi)容：針對我國糧食主產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量提升和質(zhì)量改善難的特點(diǎn)，以不同區(qū)域、不同類型有機(jī)肥和無機(jī)肥長期定位試驗(yàn)為基地，采用同位素示蹤、核磁共振、顯微分析和分子生物學(xué)等技術(shù)，重點(diǎn)研究：（1）不同地力土壤有機(jī)質(zhì)特征。土壤及團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)形態(tài)、組成和結(jié)構(gòu)特征的本底差異及影響因素；新形成有機(jī)質(zhì)組分的特征及其在團(tuán)聚體中的分配；土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量特征與數(shù)量特征的匹配關(guān)系。（2）土壤有機(jī)質(zhì)更新和累積機(jī)制。耕作、管理措施等對土壤及團(tuán)聚體中易變和穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)的累積/損失過程的影響，利用模型模擬估算土壤有機(jī)質(zhì)平衡點(diǎn)，提出不同地力土壤有機(jī)質(zhì)提升潛力和適宜的有機(jī)組分；（3）土壤有機(jī)質(zhì)的提升途徑。適宜作物秸稈快速降解的微生物

28、類群，適合特定作物秸稈快速降解的“秸稈伴侶”技術(shù);不同有機(jī)物料來源堆肥提升土壤有機(jī)質(zhì)有效積累的作用機(jī)制，篩選適宜提升有機(jī)質(zhì)的有機(jī)肥。經(jīng)費(fèi)比例：16.7%承擔(dān)單位：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：冉煒學(xué)術(shù)骨干：竇森、丁維新、沈標(biāo)、余光輝課題4、土壤水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力拓展機(jī)理與擴(kuò)增途徑預(yù)期目標(biāo)：揭示土壤結(jié)構(gòu)改善對水養(yǎng)增容和緩沖能力提高的作用機(jī)制，闡明土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量質(zhì)量對水分養(yǎng)分增容和緩沖能力提高的影響機(jī)理，探明土壤生物對養(yǎng)分的增容機(jī)理，提出土壤水分養(yǎng)分增容、持續(xù)保持及緩沖能力提高的有效途徑。研究內(nèi)容：針對東北旱作區(qū)、黃淮海灌區(qū)和長江中下游地區(qū)土壤水分養(yǎng)分源匯容量降低和緩沖能力下降的實(shí)際問題，系統(tǒng)研究：

29、（1）土壤團(tuán)聚體組成及穩(wěn)定性對水養(yǎng)源匯容量的作用機(jī)制與調(diào)控：團(tuán)聚體的組成比例對水養(yǎng)源匯容量的作用機(jī)制，團(tuán)聚體穩(wěn)定性對水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力的作用機(jī)制；（2）土體構(gòu)型對水養(yǎng)源匯容量的影響機(jī)制及擴(kuò)增途徑：土壤剖面不同層次孔隙組成對水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力的作用機(jī)制，壓實(shí)層對水養(yǎng)源匯容量的影響及調(diào)控途徑；（3）土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量對水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力的擴(kuò)展機(jī)理：土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量對水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力的影響機(jī)制，土壤有機(jī)質(zhì)的腐殖化和老化程度對水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力的影響機(jī)制；（4）土壤生物對養(yǎng)分的增容機(jī)制：土壤生物過渡養(yǎng)分庫容量及其與土壤有效養(yǎng)分庫之間的關(guān)系。經(jīng)費(fèi)比例：16.7%承擔(dān)單位：中國科學(xué)院

30、沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所課題負(fù)責(zé)人：梁文舉學(xué)術(shù)骨干：張斌、陳利軍、李琪、堯水紅課題5、促進(jìn)地力提升的關(guān)鍵生物過程與調(diào)控途徑預(yù)期目標(biāo)：闡明不同地力水平土壤微生物多樣性和群落組成特征，明確生命要素在土壤中的轉(zhuǎn)化過程及關(guān)鍵微生物種群，揭示關(guān)鍵生物過程對養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和農(nóng)田地力提升的作用，剖析不同地力水平下作物-根際微生物的互反饋?zhàn)饔脵C(jī)制，設(shè)計(jì)農(nóng)田地力提升的根際調(diào)控措施；針對我國糧食主產(chǎn)區(qū)不同地力水平農(nóng)田，提出農(nóng)田地力提升的生物學(xué)綜合調(diào)控措施和途徑。研究內(nèi)容：以東北黑土、華北潮土、長江中下游水稻土和紅壤為研究對象，應(yīng)用一系列生物地球化學(xué)和分子微生物生態(tài)領(lǐng)域的先進(jìn)研究技術(shù)，重點(diǎn)開展以下四個(gè)方面的研究工作：（1）不同

31、地力水平下土壤微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律，C、N、P、S、K等元素循環(huán)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵微生物種群及時(shí)空變異特征，物質(zhì)轉(zhuǎn)化微生物之間的相互作用和協(xié)同過程對地力提升的作用機(jī)制；（2）驅(qū)動(dòng)根際物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵微生物種群和功能，生物互作（菌根真菌、根瘤菌等）對根際界面過程的調(diào)控及促進(jìn)地力提升的機(jī)制；（3）土壤有機(jī)質(zhì)積累和土壤結(jié)構(gòu)改善的生物機(jī)制，不同有機(jī)物料的生物降解和土壤歸屬規(guī)律，土壤動(dòng)物和真菌等促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成和穩(wěn)定的機(jī)理；（4）不同區(qū)域土壤農(nóng)田地力提升的生物調(diào)控途徑和措施，耕作管理措施（間套作、輪作、保護(hù)性耕作等）和有機(jī)物料添加等對土壤生物地力功能的調(diào)控作用。經(jīng)費(fèi)比例：13.3%承擔(dān)單位：中國農(nóng)業(yè)

32、大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：陸雅海學(xué)術(shù)骨干：范明生、胡君利、馬可課題6、典型地區(qū)農(nóng)田地力定向培育理論與技術(shù)對策預(yù)期目標(biāo)：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)域地力提升潛力，建立典型地區(qū)地力定向培育的理論體系并提出綜合技術(shù)方案，并進(jìn)行多點(diǎn)驗(yàn)證和示范。為我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力提升提供可借鑒的范例。研究內(nèi)容：在我國糧食主產(chǎn)區(qū)東北、黃淮海、長江中下游分別選擇一個(gè)典型區(qū)域，針對中低產(chǎn)田的障礙層次和障礙性因素及土壤貧瘠化加重、高產(chǎn)田退化速度加快的問題，重點(diǎn)研究中低產(chǎn)田地力提升和高產(chǎn)田退化阻控的理論體系和綜合技術(shù)對策。具體研究：（1）典型區(qū)域中低產(chǎn)田基礎(chǔ)地力分布特征與提升潛力，研究中低產(chǎn)田空

33、間分布特征和與之對應(yīng)的農(nóng)田基礎(chǔ)地力，及其與農(nóng)田管理水平、立地條件、土壤剖面理化性狀的關(guān)系；（2）典型地區(qū)中低產(chǎn)田主要障礙因子和限制地力提升的關(guān)鍵因素，高分辨率解析中低產(chǎn)田土壤主要障礙因子，限制土壤有機(jī)質(zhì)、水養(yǎng)源匯容量和生物活性提升的關(guān)鍵因素；（3）結(jié)合對整個(gè)糧食主產(chǎn)區(qū)中低產(chǎn)田特征和地力水平的分析，制定我國糧食主產(chǎn)區(qū)中低產(chǎn)田治理和地力提升的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；（4）典型區(qū)高中低產(chǎn)田地力定向培育的綜合理論體系和技術(shù)方案及驗(yàn)證，系統(tǒng)研究典型區(qū)中低產(chǎn)田主要土壤障礙因子消減和地力培育、高產(chǎn)田地力退化阻控和持續(xù)保持的綜合理論體系，提出典型地區(qū)地力定向培育的綜合技術(shù)方案，并以田間多點(diǎn)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和示范。經(jīng)費(fèi)比例：26

34、.7%承擔(dān)單位：中國科學(xué)院南京土壤研究所課題負(fù)責(zé)人：張佳寶學(xué)術(shù)骨干：孫波、韓曉增、李勇、趙炳梓、劉建立、朱安寧、馬東豪3、各課題間的有機(jī)聯(lián)系及與項(xiàng)目目標(biāo)的關(guān)系各課題間的有機(jī)聯(lián)系及其與項(xiàng)目目標(biāo)的關(guān)系如圖10所示。課題1（農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素）主要針對項(xiàng)目的第一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題“控制地力演變的關(guān)鍵過程和因子”和第一個(gè)科學(xué)目標(biāo)“明確地力提升限制因素和突破口”，從面上和時(shí)間序列上開展研究，其研究結(jié)果除了向課題2（農(nóng)田土壤障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù)）和課題3（土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化累積機(jī)制與提高途徑）、課題4（土壤水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力拓展機(jī)理與擴(kuò)增途徑）、課題5（促進(jìn)地力提升的關(guān)鍵生物過程與調(diào)控途

35、徑）以及課題6（典型地區(qū)農(nóng)田地力定向培育理論與技術(shù)對策）提供指導(dǎo)和基礎(chǔ)資料外，還可以直接用來說明我國糧食主產(chǎn)區(qū)目前地力的現(xiàn)狀、演變規(guī)律、控制過程和因素以及從哪里著手推進(jìn)我國農(nóng)田地力的提升，屬第一層面的研究。課題2主要針對項(xiàng)目的第二個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題“農(nóng)田土壤障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù)”和第二個(gè)科學(xué)目標(biāo)“闡明中低產(chǎn)田地力恢復(fù)原理與途徑”，在課題1的指導(dǎo)下，開展特別問題（土壤障礙因素消減）研究，如果這些障礙因素不消除，地力就不能恢復(fù)，更不能培育提升。其結(jié)果將為課題3、4、5開展中低產(chǎn)田地力培育部分提供指導(dǎo)和基礎(chǔ)資料，同時(shí)也能直接為我國中低產(chǎn)田工程治理提供理論指導(dǎo)。屬第二層面的研究。課題3、4、5針對項(xiàng)

36、目第三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題“促進(jìn)地力提升的土壤培育和生物學(xué)機(jī)制”和第三個(gè)科學(xué)目標(biāo)“揭示高強(qiáng)度種植農(nóng)田地力提升機(jī)理”，在課題1、課題2的指導(dǎo)下，從土壤有機(jī)質(zhì)、水養(yǎng)容量和生物活性三個(gè)方面研究地力提升機(jī)制，而課題3、課題4、課題5之間在研究內(nèi)容方面有交叉，但不重復(fù)，研究進(jìn)程需要相互推進(jìn)、密不可分，研究結(jié)果需要相互支持、相互驗(yàn)證。如課題3對有機(jī)質(zhì)積累研究需要課題4對結(jié)構(gòu)研究結(jié)果的支持，反之，研究結(jié)構(gòu)和水養(yǎng)容量又需要有機(jī)質(zhì)研究結(jié)果的支撐，而無論是結(jié)構(gòu)還是有機(jī)質(zhì)研究都離不開生物轉(zhuǎn)化研究的支持，生物過程研究也需要有機(jī)質(zhì)碳源和結(jié)構(gòu)環(huán)境結(jié)果的支持等。屬第三層面的研究。課題6需要上述5個(gè)課題的支撐，同時(shí)又對上述5個(gè)課題

37、的研究結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。屬綜合層面的研究。圖10 各課題間的有機(jī)聯(lián)系及其與項(xiàng)目目標(biāo)的關(guān)系四、年度計(jì)劃研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年1、農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素（1）農(nóng)田土壤生產(chǎn)力、關(guān)鍵地力要素長期演變規(guī)律及其與管理模式、土壤剖面性質(zhì)、立地條件之間的關(guān)系2、農(nóng)田土壤障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù)（1）中低產(chǎn)田障礙因子解析與溯源（2）土壤主要障礙因子（鹽漬化、板結(jié)粘閉化、酸化、還原有害物質(zhì)）形成機(jī)理及次生化過程3、農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同增進(jìn)機(jī)制與地力提升（1）不同地力水平下有機(jī)質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量（2）不同土壤類型原生性水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力（3）不同地力水平下土壤微生物多樣性和群落組成特征4、

38、我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力定向培育理論與技術(shù)對策（1）糧食主產(chǎn)區(qū)典型區(qū)域地力、中低產(chǎn)田障礙因子和農(nóng)田基礎(chǔ)信息解析1、揭示糧食主產(chǎn)區(qū)主要土壤類型在不同管理模式下的土壤生產(chǎn)力、關(guān)鍵地力要素15年以上的演變規(guī)律。闡明土壤生產(chǎn)力與關(guān)鍵地力要素的關(guān)系，以及立地條件（土壤剖面性質(zhì)、地形、地貌、水文）和管理模式對土壤生產(chǎn)力、關(guān)鍵地力要素形成的影響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。揭示鹽漬化、板結(jié)粘閉化、酸化、還原有害物質(zhì)等障礙的形成機(jī)理和治理區(qū)次生化原因及其與立地條件、管理模式的關(guān)系3、闡明不同地力水平下有機(jī)質(zhì)數(shù)量特征、組成特征、穩(wěn)定性及其與管理模式、立地條件的關(guān)系4、揭示不同

39、類型土壤屬性性質(zhì)（礦物膠體類型、質(zhì)地組成、有機(jī)質(zhì)含量、電化學(xué)性質(zhì)等）對土壤水養(yǎng)源匯本底容量的影響機(jī)制5、基于土壤宏基因圖譜闡明不同地力水平下土壤微生物多樣性和群落組成特征及其與管理、立地條件關(guān)系6、完成東北海倫、黃淮海封丘、長江中下游余江3個(gè)縣域的GIS系統(tǒng)建立，并高分辨率解析出地力、中低產(chǎn)田及障礙因子、土壤屬性、水文、氣象和農(nóng)田基礎(chǔ)建設(shè)空間分布特征7、出版佐證上述研究進(jìn)展的SCI論文18篇（或總影響因子達(dá)30），培養(yǎng)研究生10名第二年1、農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素（1）農(nóng)田土壤生產(chǎn)力、關(guān)鍵地力要素在水熱梯度帶上的演變規(guī)律（2）決定農(nóng)田地力及其關(guān)鍵要素水平的主要過程和主控因素2、農(nóng)田土

40、壤障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù)（1）鹽漬化、板結(jié)粘閉化、酸化、還原有害物質(zhì)等障礙形成機(jī)理及次生化過程的驗(yàn)證（2）土壤主要障礙因子消減和次生化過程阻控機(jī)理3、農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同增進(jìn)機(jī)制與地力提升（1）不同地力水平下土壤有機(jī)質(zhì)的更新速率（2）土壤結(jié)構(gòu)形成及其對水養(yǎng)源匯容量的擴(kuò)增機(jī)制（3）土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化功能微生物群落識別及其在地力提升中的作用4、我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力定向培育理論與技術(shù)對策（1）農(nóng)田地力分布規(guī)律及控制地力關(guān)鍵過程和主要因素的區(qū)域驗(yàn)證（2）中低產(chǎn)田分布規(guī)律及伴隨的主要障礙因子分析5、中期總結(jié)和評估1、揭示農(nóng)田土壤生產(chǎn)力、關(guān)鍵地力要素的地帶性（水熱梯度帶）變化規(guī)律，闡明不

41、同水熱梯度帶土壤生產(chǎn)力和關(guān)鍵地力要素的提升潛力。不同水熱梯度帶基礎(chǔ)地力對農(nóng)田生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)率2、解析出不同區(qū)域控制農(nóng)田地力和關(guān)鍵要素的主要過程與主控因素，闡明不同立地條件、不同管理模式形成地力差別的原因3、基于模擬和控制實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)鹽漬化、板結(jié)粘閉化、酸化、還原有害物質(zhì)等的再現(xiàn)，以驗(yàn)證障礙因子形成和次生化過程?；谶^程逆向還原提出障礙因子消減和次生化阻控的機(jī)理假設(shè)4、基于同位素示蹤技術(shù)闡明不同有機(jī)質(zhì)組分的累積場所、穩(wěn)定性、更新率和飽和點(diǎn)5、揭示土壤團(tuán)聚體形成機(jī)理，闡明有機(jī)質(zhì)和土壤基本性質(zhì)對團(tuán)聚體形成的作用，評價(jià)不同團(tuán)聚體對土壤水養(yǎng)容量擴(kuò)增的潛力空間6、認(rèn)識C、N、P、S、K等元素循環(huán)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵微生物

42、種群及時(shí)空變異特征，物質(zhì)轉(zhuǎn)化微生物之間的相互作用和協(xié)同過程對地力提升的作用機(jī)制7、通過多點(diǎn)調(diào)查和監(jiān)測，驗(yàn)證農(nóng)田地力和土壤障礙因子及其與立地條件、管理模式的關(guān)系。按中低產(chǎn)田障礙因子類型和影響地力提升的關(guān)鍵過程和阻控因子分類提出突破點(diǎn)8、出版佐證上述研究進(jìn)展的SCI論文20篇（或總影響因子達(dá)33），培養(yǎng)研究生10名9、整個(gè)項(xiàng)目運(yùn)行良好，發(fā)現(xiàn)重大突破的苗頭。進(jìn)一步明確后3年研究重點(diǎn)和目標(biāo)，同時(shí)優(yōu)化研究內(nèi)容和經(jīng)費(fèi)及人員配置第三年1、農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素（1）控制農(nóng)田地力及其關(guān)鍵要素水平主要過程和主控因素的驗(yàn)證（2）糧食主產(chǎn)區(qū)現(xiàn)有農(nóng)田地力及其關(guān)鍵要素水平的形成機(jī)制2、農(nóng)田土壤障礙因子消減機(jī)

43、理與地力修復(fù)（1）土壤主要障礙因子消減和次生化過程阻控機(jī)理的驗(yàn)證（2）主要障礙土壤地力的修復(fù)原理3、農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同增進(jìn)機(jī)制與地力提升（1）土壤有機(jī)質(zhì)的礦化和累積機(jī)制、秸稈和養(yǎng)殖廢棄物轉(zhuǎn)化過程及其形成的有機(jī)物（2）土壤團(tuán)聚體形成機(jī)制及其對水養(yǎng)容量擴(kuò)增作用的驗(yàn)證（3）土壤有機(jī)質(zhì)和生物過渡態(tài)養(yǎng)分對水養(yǎng)源匯容量的擴(kuò)增作用（4）土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化和土壤結(jié)構(gòu)形成的生物機(jī)制（5）土壤有機(jī)質(zhì)土壤團(tuán)聚體土壤生物活性協(xié)同增進(jìn)機(jī)制4、我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力定向培育理論與技術(shù)對策（1）土壤有機(jī)質(zhì)積累機(jī)理和技術(shù)驗(yàn)證（2）土壤結(jié)構(gòu)形成和水養(yǎng)容量擴(kuò)增機(jī)理與技術(shù)驗(yàn)證（3）促進(jìn)地力提升的生物學(xué)機(jī)制和途徑驗(yàn)證

44、1、從實(shí)驗(yàn)上進(jìn)一步證實(shí)影響糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力提升的主要過程和主控因素，提出不同區(qū)域農(nóng)田地力提升的突破口揭示目前不同管理模式對農(nóng)田地力及其關(guān)鍵要素形成的作用機(jī)制2、闡明鹽漬化、板結(jié)粘閉化、酸化、還原有害物質(zhì)等障礙的消減和次生化阻控機(jī)理，并通過實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。提出上述主要障礙土壤地力的物理、化學(xué)、生物修復(fù)及綜合修復(fù)原理與長效保持技術(shù)3、揭示有機(jī)質(zhì)和礦物表面作用機(jī)制及其對有機(jī)質(zhì)礦化和積累的影響，闡明不同品質(zhì)有機(jī)質(zhì)及其貯存場所（不同大小團(tuán)聚體）對有機(jī)質(zhì)礦化和積累的影響，明確不同管理模式和土壤類型對有機(jī)質(zhì)礦化和積累的影響。認(rèn)識秸稈和養(yǎng)殖廢棄物轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物及其對土壤有機(jī)質(zhì)形成的貢獻(xiàn)。在土壤有機(jī)質(zhì)累積機(jī)制方面取

45、得突破4、通過控制實(shí)驗(yàn)和同位素示蹤技術(shù)完成土壤團(tuán)聚體形成機(jī)制的研究并取得突破。同時(shí)闡明有機(jī)質(zhì)和生物過渡態(tài)養(yǎng)分對水養(yǎng)源匯容量擴(kuò)增的作用機(jī)理5、揭示促進(jìn)地力提升的土壤有機(jī)質(zhì)積累土壤團(tuán)聚體形成土壤生物活性提高的協(xié)同推進(jìn)機(jī)制6、識別出土壤有機(jī)質(zhì)礦化和積累、土壤結(jié)構(gòu)形成的功能微生物種群，明確它們的激發(fā)機(jī)制7、在三個(gè)典型區(qū)域?qū)ふ也煌L期管理模式或長期試驗(yàn)，同時(shí)布置相關(guān)試驗(yàn)，完成有機(jī)質(zhì)積累、水養(yǎng)容量擴(kuò)增、生物活性提高機(jī)制的驗(yàn)證，并進(jìn)行反饋修正8、出版佐證上述研究進(jìn)展的SCI論文25篇（或總影響因子達(dá)42），培養(yǎng)研究生10名第四年1、農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素（1）糧食主產(chǎn)區(qū)現(xiàn)有農(nóng)田地力及其關(guān)鍵要素水

46、平形成機(jī)制的驗(yàn)證（2）基于關(guān)鍵地力要素的農(nóng)田地力評價(jià)2、農(nóng)田土壤障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù)（1）主要障礙土壤地力修復(fù)原理的驗(yàn)證（2）主要障礙土壤地力修復(fù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)3、農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同增進(jìn)機(jī)制與地力提升（1）土壤有機(jī)質(zhì)的累積機(jī)制及其與不同管理模式的關(guān)系（2）提高土壤有機(jī)質(zhì)的秸稈還田和養(yǎng)殖廢棄物資源化回田技術(shù)（3）不同管理模式和立地條件下的土壤結(jié)構(gòu)特征和水養(yǎng)容量水平（4）驅(qū)動(dòng)根際物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵生物過程（5）秸稈和養(yǎng)殖有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化的優(yōu)勢微生物種群4、我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力定向培育理論與技術(shù)對策（1）典型區(qū)域中低產(chǎn)田障礙因子消減和地力修復(fù)技術(shù)對策（2）典型地區(qū)不同地力等級定向培

47、育的技術(shù)對策1、從實(shí)驗(yàn)上進(jìn)一步證實(shí)不同管理模式所能達(dá)到的關(guān)鍵地力要素平衡水平及其所形成的農(nóng)田地力水平，指出目前管理模式存在的問題。完成東北地區(qū)農(nóng)田地力評價(jià)2、完成鹽漬化、板結(jié)粘閉化、酸化、潛育化土壤地力修復(fù)和次生化阻控技術(shù)原理和長效保持的田間驗(yàn)證。制定出主要障礙土壤地力修復(fù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)3、揭示秸稈還田和不同C/N比養(yǎng)殖廢棄物回田對土壤有機(jī)質(zhì)積累的作用機(jī)理和效率，估算出各種有機(jī)培肥對提升土壤有機(jī)質(zhì)的潛力。提出消除秸稈還田衍生問題的技術(shù)方法和養(yǎng)殖廢棄物資源化回田技術(shù)措施4、解析不同土壤類型在現(xiàn)有管理模式下土壤團(tuán)聚體的組成水平和主要影響因素，提出東北、黃淮海、長江中下游地區(qū)土壤水養(yǎng)容量的擴(kuò)增潛力空間5

48、、明確生物互作（菌根真菌、根瘤菌等）對根際界面過程的調(diào)控及促進(jìn)地力提升的機(jī)制。揭示不同有機(jī)物料的關(guān)鍵生物降解過程和優(yōu)勢微生物種群6、提出典型區(qū)域中低產(chǎn)田地力恢復(fù)的長效技術(shù)方案，地力全面升級的技術(shù)方案以及秸稈、養(yǎng)殖廢棄物有效還田的技術(shù)措施7、出版佐證上述研究進(jìn)展的SCI論文30篇（或總影響因子達(dá)50），培養(yǎng)研究生10名第五年1、農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素（1）基于關(guān)鍵地力要素的農(nóng)田地力評價(jià)（2）農(nóng)田地力分級標(biāo)準(zhǔn)（3）農(nóng)田地力的分等定級及其需要解決的問題2、農(nóng)田土壤障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù)（1）糧食主產(chǎn)區(qū)土壤障礙因子消減和地力修復(fù)的理論與技術(shù)體系3、農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同

49、增進(jìn)機(jī)制與地力提升（1）秸稈快腐和不同C/N比有機(jī)物料規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)（2）土壤有機(jī)質(zhì)提升理論和技術(shù)體系（3）土壤水養(yǎng)源匯容量的擴(kuò)增理論和技術(shù)體系（4）促進(jìn)地力提升的生物學(xué)調(diào)控機(jī)制4、我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田地力定向培育理論與技術(shù)對策（1）中低產(chǎn)田地力修復(fù)和農(nóng)田地力定向培育技術(shù)方案效果的評價(jià)（2）糧食主產(chǎn)區(qū)地力定向培育的對策5、項(xiàng)目結(jié)題和驗(yàn)收1、完成黃淮海及長江中下游地區(qū)農(nóng)田地力的評價(jià)。制定出農(nóng)田地力分級標(biāo)準(zhǔn)。以典型地區(qū)為例，對農(nóng)田地力進(jìn)行分級，提出各等級的提升需要調(diào)控的關(guān)鍵過程和主控因素。為農(nóng)田地力提升理論和技術(shù)方案制定提供依據(jù)2、針對東北、黃淮海、長江中下游中低產(chǎn)田，提出土壤障礙因子消減和地力修復(fù)

50、的理論和技術(shù)體系，并在典型地區(qū)進(jìn)行應(yīng)用3、開發(fā)出秸稈快腐“伴侶劑”和不同C/N比有機(jī)物料規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)，有效促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的提高4、針對東北、黃淮海和長江中下游地區(qū)創(chuàng)建土壤有機(jī)質(zhì)提升理論和技術(shù)體系5、針對東北、黃淮海和長江中下游地區(qū)創(chuàng)建土壤水養(yǎng)源匯容量的擴(kuò)增理論和技術(shù)體系6、揭示土壤生物網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)優(yōu)勢生物種群的激發(fā)機(jī)制，建立有利于地力提升的生物調(diào)控技術(shù)與方法，在挖掘生物潛力方面取得重要突破。7、基于試驗(yàn)效果，評價(jià)中低產(chǎn)田地力修復(fù)和農(nóng)田地力定向培育技術(shù)方案效果，提出糧食主產(chǎn)區(qū)地力定向培育的理論和技術(shù)體系8、出版佐證上述研究進(jìn)展的SCI論文27篇（或總影響因子達(dá)45），相關(guān)專著3部，培養(yǎng)研究生10名

51、9、完成各項(xiàng)研究任務(wù)，在地力提升機(jī)理研究方面取得突破，研究成果在國家千億斤增糧計(jì)劃中得到應(yīng)用，并做出重要貢獻(xiàn)一、研究內(nèi)容（一）擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題擺脫高產(chǎn)對大量水肥的過度依賴，關(guān)鍵在于能否在農(nóng)田生產(chǎn)力和資源利用效率協(xié)同提高理論和技術(shù)方面獲得重大突破，這就需要我們從調(diào)控與資源高效和作物高產(chǎn)有關(guān)的重要過程以及提升農(nóng)田基礎(chǔ)地力入手，研究資源增效對減投的補(bǔ)償機(jī)制、作物高同化和高產(chǎn)形成機(jī)制和基礎(chǔ)地力提升對資源利用效率和農(nóng)田生產(chǎn)力提高的水漲船高原理。在前一個(gè)973項(xiàng)目“農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)重要過程與調(diào)控對策”中，我們以調(diào)控重要過程，促進(jìn)資源利用效率和作物產(chǎn)量提高為目標(biāo)，通過碳氮磷鉀水循環(huán)過程與協(xié)同耦合增效機(jī)制；促

52、進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵生物學(xué)過程與機(jī)制；作物生產(chǎn)力持續(xù)提高的生理生態(tài)學(xué)過程與機(jī)制等三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題的解決，發(fā)現(xiàn)了水分養(yǎng)分無效損失過程與抑制途徑，明確了水分-養(yǎng)分-作物的耦合協(xié)同增效潛力和水分養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的生物推進(jìn)潛力的空間，并以塑造高同化能力的作物群體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，建立了作物高產(chǎn)模式，促進(jìn)產(chǎn)量和光溫水肥資源利用效率的協(xié)同增進(jìn)。為高產(chǎn)和資源高效的農(nóng)田管理措施和技術(shù)的發(fā)展提供了重大基礎(chǔ)理論和調(diào)控對策。本項(xiàng)目將以提升農(nóng)田地力，挖掘水漲船高效應(yīng)為目標(biāo)，開展農(nóng)田地力提升機(jī)理與定向培育研究。而難點(diǎn)在于要突破高強(qiáng)度種植的束縛，創(chuàng)立農(nóng)田地力提升的理論與途徑，來指導(dǎo)我國糧食主產(chǎn)區(qū)地力定向培育。針對這一世界性命題，本項(xiàng)目

53、將以解析高強(qiáng)度種植條件下農(nóng)田地力形成過程和影響因素為突破口，以修復(fù)障礙土壤和培育基礎(chǔ)地力為切入點(diǎn)開展系統(tǒng)研究，力圖通過揭示限制地力提高的關(guān)鍵過程和因素，尋找有效調(diào)控途徑；通過中低產(chǎn)田土壤障礙因子消減和次生化過程阻控，恢復(fù)中低產(chǎn)田地力；通過有機(jī)物轉(zhuǎn)化過程及其驅(qū)動(dòng)因子的調(diào)控，增加農(nóng)田土壤的有機(jī)質(zhì)積累；通過土壤物理化學(xué)性狀的改善，提高農(nóng)田土壤水分養(yǎng)分源匯容量和緩沖能力；通過關(guān)鍵生物過程和生態(tài)功能的促進(jìn)，挖掘農(nóng)田地力提升的生物學(xué)潛力?；谏鲜隹傮w設(shè)想，本項(xiàng)目需要重點(diǎn)解決下列三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題（圖1）：1、農(nóng)田地力及其關(guān)鍵要素演變規(guī)律與主控因子。農(nóng)田地力水平的高低取決于補(bǔ)償與消耗的動(dòng)態(tài)平衡。高強(qiáng)度種植農(nóng)田

54、地力水平普遍不高，表明地力處于低水平平衡。然而，不同立地條件、土壤性狀和管理模式的農(nóng)田地力存在明顯差異，這就暗示即使在高強(qiáng)度種植條件下，地力也會(huì)向不同方面演變。因此，揭示農(nóng)田地力及其關(guān)鍵要素演變規(guī)律與主控因子（自然和人為），將成為發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度種植條件下地力難以提升原因和尋求地力培育有效突破口的重要關(guān)鍵。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(jī)理。根據(jù)最小限制因子理論，土壤存在障礙因子時(shí)，如酸、堿、鹽、還原性有害物質(zhì)等，作物生長將首先受到障礙因子的限制而形成中低產(chǎn)，農(nóng)田地力由于土壤障礙因子存在而無法培育。因此，闡明土壤障礙因子形成過程，消減土壤障礙因子和阻控土壤障礙因子次生化是中低產(chǎn)田

55、地力恢復(fù)和后續(xù)培育首先要解決的問題。3、農(nóng)田地力提升的土壤有機(jī)質(zhì)-團(tuán)聚體-生物耦合推進(jìn)機(jī)制。高強(qiáng)度種植農(nóng)田地力提升有賴于生產(chǎn)過程中培育補(bǔ)償作用的加大和生物轉(zhuǎn)化過程中物質(zhì)積累的貢獻(xiàn)。如何提高土壤有機(jī)質(zhì)積累、擴(kuò)增土壤水分養(yǎng)分源匯容量和緩沖能力、增強(qiáng)生物在養(yǎng)分和有機(jī)碳轉(zhuǎn)化積累、結(jié)構(gòu)形成中的作用，以協(xié)調(diào)高強(qiáng)度種植條件下礦化與積累、水分養(yǎng)分流失與保持、地力總體消耗與補(bǔ)償矛盾，關(guān)鍵在于系統(tǒng)闡述農(nóng)田地力提升的土壤有機(jī)質(zhì)-團(tuán)聚體-生物耦合推進(jìn)機(jī)制。圖1 本項(xiàng)目關(guān)鍵科學(xué)問題及其與前一個(gè)973項(xiàng)目關(guān)鍵科學(xué)問題的關(guān)系（二）主要研究內(nèi)容圍繞上述總體設(shè)想和關(guān)鍵科學(xué)問題，以對我國未來增加1000億斤糧食生產(chǎn)能力貢獻(xiàn)最大、廣泛分布于我國糧食主產(chǎn)區(qū)、急需重點(diǎn)地力培育的黑土、潮土、水稻土和紅壤為主要研究對象，開展農(nóng)田地力提升機(jī)理與定向培育對策研究，主要內(nèi)容包括下列四個(gè)方面：內(nèi)容一、農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素系統(tǒng)研究農(nóng)田基礎(chǔ)地力和土壤生產(chǎn)力的長期演變規(guī)律、水熱梯度帶上的變化趨勢，及其與立地條件、土壤性狀、管理模式的關(guān)系；揭示驅(qū)動(dòng)農(nóng)田地力時(shí)空演變的關(guān)鍵過程、主要因素（自然和人為），以及不同地力水平下農(nóng)田地力的生產(chǎn)消耗與培育補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)平衡規(guī)律；闡明高強(qiáng)度種植條件下地力難以提升的原因，以及不同區(qū)域農(nóng)田地力提升的關(guān)鍵調(diào)控過程、因子及潛力空間。系統(tǒng)解析農(nóng)田地力關(guān)鍵要素組成、