【正文】 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。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。 經(jīng)費(fèi)比例： % 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 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。（ 4）土壤次生鹽漬過程、驅(qū)動因素、防抑機(jī)制與地力修復(fù)途徑。（ 3） 稻田次生 還原性有害物質(zhì)的形成、驅(qū)動因素、消減機(jī)制與修復(fù)途徑。研究主要障礙因子的驅(qū)動因素及演變過程，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)動因素、阻控機(jī)制與修復(fù)途徑。 經(jīng)費(fèi)比例： % 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 學(xué)術(shù)骨干： 徐明崗、張會民、張文菊 課題 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)。 （ 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 。 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。將設(shè) “課題 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 個典型區(qū)域進(jìn)行研究。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 個方面設(shè)置 3 個課題，即 “課題 土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化累積機(jī)制與提高途徑， 課題 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 促進(jìn)地力提升的關(guān)鍵生物過程與調(diào)控途徑 ”。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。 中低產(chǎn)田研究方法基礎(chǔ)地力分布特征與提升潛力地力定向培育綜合理論體系中低產(chǎn)田治理和基礎(chǔ)地力提升的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵科學(xué)問題內(nèi)容 1 ：地力形成與演變規(guī)律及其主控因素內(nèi)容 2 ：障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù)內(nèi)容 3 ：有機(jī)質(zhì)、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同增進(jìn)機(jī)制與地力提升基礎(chǔ)田間驗(yàn)證示范目標(biāo)主要障礙因子和限制地力提升的關(guān)鍵因素高產(chǎn)田地力退化阻控與可持續(xù)利用綜合技術(shù)對策建立理論和提出技術(shù)對策長期定位實(shí)驗(yàn)?zāi)M試驗(yàn)地理信息系統(tǒng)技術(shù)集成1. 中低產(chǎn)田主要土壤障礙因子消減和地力培育機(jī)理2 . 高產(chǎn)田地力退化阻控和可持續(xù)機(jī)理3. 典型區(qū)域地力定向培育的綜合技術(shù)對策 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 課題的設(shè)置及設(shè)置思路 根據(jù)需要解決的 3 個關(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 個課題開展研究： 課題 農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素 課題 農(nóng)田土壤障礙因子消減機(jī)理與地力修復(fù) 課題 土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化累積機(jī)制與提高途徑 課題 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 促進(jìn)地力提升的 關(guān)鍵生物過程與調(diào)控途徑 課題 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。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)容的研究方案和技術(shù)路線見圖 8。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。 本內(nèi)容的研究方案和技術(shù)路線見圖 7。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。 本內(nèi)容的研究方案和技術(shù)路線見圖 6。本內(nèi)容的研究方案和技術(shù)路線見圖 5。本內(nèi)容的研究方案和技術(shù)路線見圖4。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。其他分布在研究區(qū)域內(nèi)的長期試驗(yàn)將作為補(bǔ)充。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。 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)田整理等長期試驗(yàn)和觀測系統(tǒng)。 研究平臺 ：驅(qū)動農(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)。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）。 地力水漲船高效應(yīng)產(chǎn)量和水肥利用率協(xié)同提升挖掘基礎(chǔ)地力提升的水漲船高效應(yīng)挖掘重要過程調(diào)控的增產(chǎn)增效潛力基礎(chǔ)地力基礎(chǔ)地力提升過程調(diào)控效應(yīng)水肥生產(chǎn)力水肥利用效率和生產(chǎn)力水肥效應(yīng)地力效應(yīng)⑤ 調(diào)控關(guān)鍵生物過程 , 挖掘生物學(xué)提升潛力④ 擴(kuò)增土壤水養(yǎng)容量 , 提高土壤緩沖性能③ 加大有機(jī)補(bǔ)償 , 促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)積累② 消減土壤障礙因子 , 挖掘中低產(chǎn)田地力潛力① 揭示地力演變規(guī)律 , 明確地力提升突破口農(nóng)田地力提升思路農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)重要過程與調(diào)控對策 (97 3 項(xiàng)目 )提出定向培育對策地力水漲船高效應(yīng)產(chǎn)量和水肥利用率協(xié)同提升挖掘基礎(chǔ)地力提升的水漲船高效應(yīng)挖掘重要過程調(diào)控的增產(chǎn)增效潛力基礎(chǔ)地力基礎(chǔ)地力提升過程調(diào)控效應(yīng)水肥生產(chǎn)力水肥利用效率和生產(chǎn)力水肥效應(yīng)地力效應(yīng)⑤ 調(diào)控關(guān)鍵生物過程挖掘生物學(xué)提升潛力④ 擴(kuò)增土壤水養(yǎng)容量提高土壤緩沖性能③ 加大有機(jī)補(bǔ)償促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)積累② 消減土壤障礙因子挖掘中低產(chǎn)田地力潛力① 揭示地力演變規(guī)律明確地力提升突破口農(nóng)田地力提升思路農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)重要過程與調(diào)控對策 項(xiàng)目提出定向培育對策 圖 2 本項(xiàng)目總體學(xué)術(shù)思路示意圖 （二）技術(shù)途徑 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。 生物作為農(nóng)田地力演變的重要驅(qū)動因素，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。 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。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)。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，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)； 通過加大有機(jī)補(bǔ)償，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的積累。 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。 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。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。提升我國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)研究能力。培養(yǎng) 5－ 8 名在國際土壤學(xué)界有競爭力的中青年科學(xué)家和 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。 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。 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。 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。 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。 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： 至 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)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。 （二）五年預(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)。 在揭示高強(qiáng)度種植條件下土壤有機(jī)質(zhì)積累過程，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。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。出版上述總結(jié)性專著 3 部。鞏固和強(qiáng)化國家野外研究平臺。 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。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)思路進(jìn)行突破（圖 2）： 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。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。 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