【正文】 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。 在地力提升的生物促進(jìn)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(jī)制，土壤有機(jī)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(jī)制，認(rèn)識地力提升的生物促進(jìn)機(jī)制，明確地力提升的生物調(diào)控途徑。 在土壤有機(jī)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(tuán)聚體（場所），不同管理模式（培育）條件下的土壤有機(jī)質(zhì)特征、品質(zhì)、形成機(jī)制及其與地力關(guān)系，同時研究 不同有機(jī)物料（各類有機(jī)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(jī)質(zhì)含量和潛在飽和容量的作用效果，揭示土壤有機(jī)質(zhì)累積機(jī)制，探明土壤有機(jī)質(zhì)提升的最佳培育途徑，解決有機(jī)肥培育和秸稈還田過程中所面臨的難題。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(jī)制； （ 4）次生障礙土壤地力修復(fù)的原理、主要途徑和長效保持對策。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(jī)制、驅(qū)動因素及其對農(nóng)田地力和生產(chǎn)力的影響。具體研究擬從下列 4 方面展開： （ 1）高強(qiáng)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(jī)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。 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(jī)理③ 土壤有機(jī)質(zhì) 團(tuán)聚體 生物耦合推進(jìn)機(jī)制① 碳氮磷鉀水循環(huán)過程與協(xié)同耦合增效機(jī)制② 促進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵生物學(xué)過程與機(jī)制③ 作物生產(chǎn)力持續(xù)提高的生理生態(tài)過程與機(jī)制水養(yǎng)循環(huán)①②③關(guān)鍵科學(xué)問題關(guān)鍵科學(xué)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(jī)質(zhì) 團(tuán)聚體生物耦合推進(jìn)機(jī)制① 碳氮磷鉀水循環(huán)過程與協(xié)同耦合增效機(jī)制② 促進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵生物學(xué)過程與機(jī)制③ 作物生產(chǎn)力持續(xù)提高的生理生態(tài)過程與機(jī)制水養(yǎng)循環(huán)①②③關(guān)鍵科學(xué)問題關(guān)鍵科學(xué)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(xué)問題及其與前一個 973 項目關(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(bǔ)償?shù)膭討B(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。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)。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(fù)和后續(xù)培育首先要解決的問題。 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 。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，地力也會向不同方面演變。農(nóng)田地力水平的高低取決于補(bǔ)償與消耗的動態(tài)平衡。針對這一世界性命題，本項目將以解析高強(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。 本項目將以提 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。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(jìn)資源利用效率和作物產(chǎn)量提高為目標(biāo)，通過 ① 碳氮磷鉀水循環(huán)過程與協(xié)同耦合增效機(jī)制； ② 促進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵生物學(xué)過程與機(jī)制； ③ 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(fù)的理論和技術(shù)體系，并在典型地區(qū)進(jìn)行應(yīng)用 開發(fā)出秸稈快腐“伴侶劑”和 不同 C/N比有機(jī)物料規(guī)?；a(chǎn)技術(shù) ，有效促進(jìn)土壤有機(jī)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(jī)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(kuò)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(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。制定出農(nóng)田地力分級標(biāo)準(zhǔn)。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(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 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 。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(fù)和次生化阻控技術(shù)原理和長效保持的田間驗證。在土壤有機(jī)質(zhì)累積機(jī)制方面取得突破 通過控制實驗和同位素示蹤技術(shù)完成土壤團(tuán)聚體形成機(jī)制的研究并取得突破。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) 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。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 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 整個項目運(yùn)行良好， 發(fā)現(xiàn)重大突破的苗頭 。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 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 基于模擬和控制實驗實現(xiàn)鹽漬化、板結(jié)粘閉化、酸化、還原有害物質(zhì)等的再現(xiàn)，以驗證障礙因子形成和次生化過程。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 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。屬綜合層面的研究。屬第三層面的研究。課題 5 針對項目第三個關(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 課題 2 的指導(dǎo)下，從土壤有機(jī)質(zhì)、水養(yǎng)容量和生 物活性三個方面研究地力提升機(jī)制，而課題 課題 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、相互驗證。其結(jié)果將為課題 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，同時也能直接為我國中低產(chǎn)田工程治理提供理論指導(dǎo)。課題 1（農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素）主要針對項目的第一個關(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。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，并以田間多點試驗進(jìn)行驗證和示范。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： 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)，重點開展以下四個方面的研究工作：（ 1）不同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。 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 的實際問題，系統(tǒng)研究：（ 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 。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。耕作、管理措