【導讀】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。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。理論水平和解決實際問題的能力，引領(lǐng)國際農(nóng)田持續(xù)生產(chǎn)力研究方向。力提升的有效機制與途徑提供科學依據(jù)。有力的理論支持。力定向培育的綜合技術(shù)方案，并進行多點驗證和示范。上，其中15篇發(fā)表在有重要影響的國際學術(shù)雜志上。出版上述總結(jié)性專著3部。高強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。原生土壤障礙因子并非來自高強度種植，而次生障礙因子多數(shù)情況源于不。同管理模式擁有不同的土壤有機質(zhì)礦化與積累平衡點和飽和度，增加有機培育，生長的土壤有機培育機制，實現(xiàn)作物生長與土壤有機質(zhì)積累的同舟共濟。機制、土體構(gòu)型形成過程以及土壤有機質(zhì)、土壤生物對土壤水養(yǎng)源匯的作用機理，①揭示地力演變規(guī)律,

　　

【正文】 從實驗上進一步證實不同管理模式所能達到的關(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 完成鹽漬化、板結(jié)粘閉化、酸化、潛育化土壤地力修復和次生化阻控技術(shù)原理和長效保持的田間驗證。制定出主要障礙土壤地力修復的技術(shù)標準 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質(zhì)積累的作用機理和效率，估算出各種有機培肥對提升土壤有機質(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 解析不同土壤類型在現(xiàn)有管理模式下土壤團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)容量的擴增潛力空間 明確 生物互作（菌根真菌、根瘤菌等）對根際界面過程的調(diào)控及促進地力提升的機制 。揭示 不同有機物料的 關(guān)鍵 生物降解 過程和優(yōu)勢微生物種群 提出典型區(qū)域中低產(chǎn)田地力恢復的長效技術(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 出版佐證上述研究進展的 SCI 論文 30 篇（或總影響因子達 50），培養(yǎng)研究生 10 名 研究內(nèi)容 預期目標 第 五 年 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 （ 2）農(nóng)田地力分級標準 （ 3）農(nóng)田地力的分等定級及其需要解決的問題 農(nóng)田 土壤障礙因子消減 機理 與地力修復 （ 1）糧食主產(chǎn)區(qū)土壤障礙因子消減和地力修復的理論與技術(shù)體系 農(nóng)田 土壤有機質(zhì)、水養(yǎng)容量和生物活性 協(xié)同增進機制 與 地力提升 （ 1） 秸稈快腐和不同 C/N 比有機物料規(guī)?；a(chǎn)技術(shù) （ 2）土壤有機質(zhì)提升理論和技術(shù)體系 （ 3）土壤水養(yǎng)源匯容量的擴增理論和技術(shù)體系 （ 4）促進地力提升的生物學調(diào)控機制 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)田地力修復和農(nóng)田地力定向培育技術(shù)方案效果的評價 （ 2） 糧食主產(chǎn)區(qū)地力定向培育的對策 項目 結(jié)題和 驗收 完成黃淮海及長江中下游地區(qū)農(nóng)田地力的評價。制定出農(nóng)田地力分級標準。以典型地區(qū)為例，對農(nóng)田地力進行分級，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) 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的理論和技術(shù)體系，并在典型地區(qū)進行應(yīng)用 開發(fā)出秸稈快腐“伴侶劑”和 不同 C/N比有機物料規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù) ，有效促進土壤有機質(zhì)的提高 針對東北、黃淮海和長江中下游地區(qū)創(chuàng)建土壤有機質(zhì)提升理論和技術(shù)體系 針對東北、黃淮海和長江中下游地區(qū)創(chuàng)建土壤水養(yǎng)源匯容量的擴增理論和技術(shù)體系 揭示土壤生物網(wǎng)絡(luò)節(jié)點優(yōu)勢生物種群的激發(fā)機制，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。 基于試驗效果，評價中低產(chǎn)田地力修復和農(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 出版佐證上述研究進展的 SCI 論文 27 篇（或總影響因子達 45），相關(guān)專著 3 部，培養(yǎng)研究生 10 名 完成各項研究任務(wù)，在地力提升機理研究方面取得突破，研究成果在國家千億斤增糧計劃中得到應(yīng)用，并做出重要貢獻 一、研究內(nèi)容 （一）擬解決的關(guān)鍵科學問題 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償機制、作物高同化和高產(chǎn)形成機制和基礎(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 973 項目 “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，促進資源利用效率和作物產(chǎn)量提高為目標，通過 ① 碳氮磷鉀水循環(huán)過程與協(xié)同耦合增效機制； ② 促進土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵生物學過程與機制； ③ 作物生產(chǎn)力持續(xù)提高的生理生態(tài)學過程與機制等三個關(guān)鍵科學問題的解決，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，促進產(chǎn)量和光溫水肥資源利用效率的協(xié)同增進。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。 本項目將以提 升農(nóng)田地力，挖掘水漲船高效應(yīng)為目標，開展農(nóng)田地力提升機理與定向培育研究。而難點在于要突破高強度種植的束縛，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，本項目將以解析高強度種植條件下農(nóng)田地力形成過程和影響因素為突破口，以修復障礙土壤和培育基礎(chǔ)地力為切入點開展系統(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，恢復中低產(chǎn)田地力；通過有機物轉(zhuǎn)化過程及其驅(qū)動因子的調(diào)控，增加農(nóng)田土壤的有機質(zhì)積累；通過土壤物理化學性 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，挖掘農(nóng)田地力提升的生物學潛力。基于上述總體設(shè)想，本項目需要重點解決下列三個關(guān)鍵科學問題（圖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償與消耗的動態(tài)平衡。高強度種植農(nóng)田地力水平普遍不高，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度種植條件下，地力也會向不同方面演變。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。 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 。根據(jù)最小限制因子理論，土壤存在障礙因子時，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)田地力恢復和后續(xù)培育首先要解決的問題。 農(nóng)田地力提升的土壤有機質(zhì) 團聚體 生物耦合推進機制 。高強度種植農(nóng)田地力提升有賴于生產(chǎn)過程中培育 補償作用的加大和生物轉(zhuǎn)化過程中物質(zhì)積累的貢獻。如何提高土壤有機質(zhì)積累、擴增土壤水分養(yǎng)分源匯容量和緩沖能力、增強生物在養(yǎng)分和有機碳轉(zhuǎn)化積累、結(jié)構(gòu)形成中的作用，以協(xié)調(diào)高強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質(zhì) 團聚體 生物耦合推進機制 。 農(nóng)田基礎(chǔ)地力水肥生產(chǎn)力作物產(chǎn)量和水肥利用率協(xié)同提升水肥利用效率和生產(chǎn)力農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)重要過程與調(diào)控對策( 前一個 9 7 3 項目 )農(nóng)田地力提升與培育對策( 本次申請 973 項目 )① 農(nóng)田地力及其關(guān)鍵要素演變規(guī)律與主控因子② 土壤障礙因子形成、消減和次生化過程阻控機理③ 土壤有機質(zhì) 團聚體 生物耦合推進機制① 碳氮磷鉀水循環(huán)過程與協(xié)同耦合增效機制② 促進土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵生物學過程與機制③ 作物生產(chǎn)力持續(xù)提高的生理生態(tài)過程與機制水養(yǎng)循環(huán)①②③關(guān)鍵科學問題關(guān)鍵科學問題過程調(diào)控效應(yīng)水肥效應(yīng)基礎(chǔ)地力效應(yīng)地力水漲船高效應(yīng)農(nóng)田基礎(chǔ)地力提升①②③農(nóng)田基礎(chǔ)地力水肥生產(chǎn)力作物產(chǎn)量和水肥利用率協(xié)同提升水肥利用效率和生產(chǎn)力農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)重要過程與調(diào)控對策前一個 項目農(nóng)田地力提升與培育對策本次申請 項目① 農(nóng)田地力及其關(guān)鍵要素演變規(guī)律與主控因子② 土壤障礙因子形成、消減和次生化過程阻控③ 土壤有機質(zhì) 團聚體生物耦合推進機制① 碳氮磷鉀水循環(huán)過程與協(xié)同耦合增效機制② 促進土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵生物學過程與機制③ 作物生產(chǎn)力持續(xù)提高的生理生態(tài)過程與機制水養(yǎng)循環(huán)①②③關(guān)鍵科學問題關(guān)鍵科學問題過程調(diào)控效應(yīng)水肥效應(yīng)基礎(chǔ)地力效應(yīng)地力水漲船高效應(yīng)農(nóng)田基礎(chǔ)地力提升①②③ 圖 1 本項目關(guān)鍵科學問題及其與前一個 973 項目關(guān)鍵科學問題的關(guān)系 （二）主要研究內(nèi)容 圍繞上述總體設(shè)想和關(guān)鍵科學問題，以對我國未來增加 1000 億斤糧食生產(chǎn)能力貢獻最大、廣泛分布于我國糧食主產(chǎn)區(qū)、急需重點地 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)田地力提升機理與定向培育對策研究，主要內(nèi)容包括下列四個方面： 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)動農(nóng)田地力時空演變的關(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)消耗與培育補償?shù)膭討B(tài)平衡規(guī)律；闡明高強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、形成機理、時空演變規(guī)律、驅(qū)動機制及其與作物產(chǎn)量的關(guān)系，以明確地力關(guān)鍵要素在農(nóng)田地力水平定量化評價中的意義和權(quán)重。具體研究擬從下列 4 方面展開： （ 1）高強度種植農(nóng)田地力長期演變規(guī)律及其與立地條件、土壤性狀、管理模式的關(guān)系； （ 2）驅(qū)動農(nóng)田地力演變的關(guān)鍵過程、主要因子及其對地力提升的調(diào)控潛力； （ 3）農(nóng)田地力關(guān)鍵要素組成、形成機制、時空演變規(guī)律及其驅(qū)動因素； （ 4）基于農(nóng)田地力關(guān)鍵要素的農(nóng)田地力評價及其在生產(chǎn)中的意義。 內(nèi)容二、農(nóng)田土壤障礙因子消減機理與地力修復 通過我國糧食主產(chǎn)區(qū)中低產(chǎn)田主要土壤障礙 因子的解析，系統(tǒng)研究主要土壤障礙因子成因、次生化發(fā)生過程及其與自然和人為管理因素的關(guān)系。其中對南方紅壤地區(qū)，重點研究不同自然和管理條件下的土壤酸化過程、稻田還原性有害物質(zhì)的形成過程；對黃淮海地區(qū)，重點研究不同管理模式下次生鹽堿化過程、砂姜黑土的結(jié)構(gòu)粘閉化過程；對東北黑土地區(qū)，重點研究普遍存在的耕層薄化、亞耕層緊實化形成過程，以揭示土壤障礙因子次生化的產(chǎn)生機制、驅(qū)動因素及其對農(nóng)田地力和生產(chǎn)力的影響?；谏鲜鲞^程研究，深入探索土壤主要障礙因子消減和次生化過程阻控防抑機制，闡述障礙土壤地力修復的原理，并提出障礙土 壤地力恢復的主要途徑和長效保持對策。具體研究擬從下列 4 方面展開： （ 1）糧食主產(chǎn)區(qū)中低產(chǎn)田主要土壤障礙因子的解析； （ 2）不同自然和管理條件下主要土壤障礙因子形成過程與驅(qū)動因素； （ 3）主要土壤障礙因子次生化過程阻控、消減和防抑機制； （ 4）次生障礙土壤地力修復的原理、主要途徑和長效保持對策。 內(nèi)容三、農(nóng)田土壤有機質(zhì)、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同增進機制與地力提升 針對決定農(nóng)田地力水平的土壤有機質(zhì)含量、水分養(yǎng)分源匯容量、生物活性強度三個重要指標，系統(tǒng)研究它們的提升機制和培育途徑。 在土壤有機質(zhì)提升方面 ，重點研究 不同 農(nóng)田基礎(chǔ)地力水平（本底）、不同粒級團聚體（場所），不同管理模式（培育）條件下的土壤有機質(zhì)特征、品質(zhì)、形成機制及其與地力關(guān)系，同時研究 不同有機物料（各類有機肥、秸稈）在土壤中的轉(zhuǎn)化過程、產(chǎn)物、控制因子及其對提高土壤有機質(zhì)含量和潛在飽和容量的作用效果，揭示土壤有機質(zhì)累積機制，探明土壤有機質(zhì)提升的最佳培育途徑，解決有機肥培育和秸稈還田過程中所面臨的難題。 在土壤水養(yǎng)源匯容量擴增方面 ， 系統(tǒng)研究不同地力水平下土壤水養(yǎng)源匯容量、土壤結(jié)構(gòu)、團聚體、土體構(gòu)型特征及其形成機制，及其與土壤有機質(zhì)、生物活性、管理模式的關(guān)系，揭示土 壤水養(yǎng)源匯容量和緩沖協(xié)調(diào)能力擴增機理和改善途徑。 在地力提升的生物促進方面 ，重點研究不同地力水平下土壤微生物宏基因組特征，土壤 C、 N、 S、 P、 K 微生物轉(zhuǎn)化過程及主要功能微生物種群，養(yǎng)分物質(zhì)生物過渡性保持機制，土壤有機碳和作物生長協(xié)同提高的根際過程，共生生物（間作輪作作物、菌根等）互利機制，認識地力提升的生物促進機制，明確地力提升的生物調(diào)控途徑。具體研究擬從下列 5 方面展開： （ 1）不同管理模式下土壤有機質(zhì)特征、形成機制及其對提升地力的作用； （ 2）土壤有機質(zhì)轉(zhuǎn)化累積機制與提高途徑； （ 3）土壤結(jié)構(gòu)、團聚體、土體 構(gòu)型特征、形成機制及其對土壤水養(yǎng)源匯容量的作用； （ 4）土壤水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力拓展機理與擴增途徑； （ 5）促進地力提升的關(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 以內(nèi)容一理論研究成果為基礎(chǔ)，在我國糧食主產(chǎn)區(qū)的東北地區(qū)、黃淮海地區(qū)、南方紅壤區(qū)分別選擇典型培育區(qū)域，高分辨率解析出高產(chǎn)田、中低產(chǎn)田在區(qū)域上的空間分布特征和與之對應(yīng)的農(nóng)田基礎(chǔ)地力，及其與種植制度、管理模式、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平、立地條件、土壤剖面理化性狀的關(guān)系；中低產(chǎn)田土壤主要障