【正文】 況源于不適宜的管理。 我們的研究已經發(fā)現，不同管理模式擁有不同的土壤有機質礦化與積累平衡點和飽和度，增加有機培育，加大對礦化的補償，將能促進土壤有機質不斷積累。 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。 通過調控土壤生物過程，推進農田地力向提升方向發(fā)展。 最終通過對典型地區(qū)研究， 提出農田地力定向培育的對策。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區(qū)的典型區(qū)域，開展 “我國糧食主產區(qū) 農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），為我國糧食主產區(qū)農田地力提升可行方案制定提供理論 和決策依據（應用目標）。 典型地區(qū)農田地力定向培育理論技術對策水肥利用效率和生產力③促進地力提升的土壤培育和生物學機制基礎地力效應基礎地力水漲船高效應解析關鍵過程與控制因素揭示障礙土壤地力修復原理揭示 有機質 / 水養(yǎng)容量 /生物活性協同增進機理提出地力定向培育對策基礎地力地力提升農田生態(tài)系統重要過程與調控對策 (97 3 項目 )農田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素水肥效應②土壤障礙因子消減與次生化過程阻控機理①控制地力演變的關鍵過程和因子過程調控效應促進地力提升的關鍵生物過程與調控途徑土壤水養(yǎng)容量和緩沖能力擴增機理與途徑農田土壤障礙因子消減機理與地力修復土壤有機質轉化累積機制與提高途徑①②③④明確地力提升突破口指出中低產田地力恢復途徑指出農田 地力有效提升 的途徑為國家方案制定提供依據攻克關鍵科學問題主要研究內容關鍵科學問題研究對象我國糧食主產區(qū)：( 長江中下游 ) 水稻土( 南方 ) 紅壤( 黃淮海 ) 潮土( 東北 ) 黑土總體目標實現總體目標各層次目標揭示地力提升機理’提出定向培育對策’為主產區(qū)地力\產量\資源利用率提高提供理論支撐剖析限制因素明確障礙因素消減機制揭示地力提升機理提出定向培育對策實現科學與國家目標典型地區(qū)農田地力定向培育理論技術對策水肥利用效率和生產力③促進地力提升的土壤培育和生物學機制基礎地力效應基礎地力水漲船高效應解析關鍵過程與控制因素揭示障礙土壤地力修復原理揭示 有機質 水養(yǎng)容量生物活性協同增進機理提出地力定向培育對策基礎地力地力提升農田生態(tài)系統重要過程與調控對策 項目農田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素水肥效應②土壤障礙因子消減與次生化過程阻控機理①控制地力演變的關鍵過程和因子過程調控效應促進地力提升的關鍵生物過程與調控途徑土壤水養(yǎng)容量和緩沖能力擴增機理與途徑農田土壤障礙因子消減機理與地力修復土壤有機質轉化累積機制與提高途徑①②③④明確地力提升突破口指出中低產田地力恢復途徑指出農田 地力有效提升 的途徑為國家方案制定提供依據攻克關鍵科學問題主要研究內容關鍵科學問題研究對象我國糧食主產區(qū)：長江中下游 水稻土南方 紅壤黃淮海 潮土東北 黑土實現總體目標各層次目標揭示地力提升機理’提出定向培育對策’為主產區(qū)地力\產量\資源利用率提高提供理論支撐剖析限制因素明確障礙因素消減機制揭示地力提升機理提出定向培育對策實現科學與國家目標圖 3 本項目總體技術路線圖 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區(qū)的東北農區(qū)、黃淮海農區(qū)和長江中下游農區(qū)為研究區(qū)域，并以分布最廣，對我國糧食生產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。但對農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科院分布在上述地區(qū)的野外長期試驗網絡為長時間序列的研究平臺。上世紀 90 年代末中國科學院制定了統一規(guī) 范的指標體系，對上述試驗進行統一監(jiān)測。為了保證研究的系統性和可集成性，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。 （ 2）研究技術方案 各主要內容的研究技術方案如下： 內容 農田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素 以中 國科學院和中國農科院長期試驗網絡為基礎，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田生產力、基礎地力和地力要素，及它們的驅動過程和內在關系，基礎地力對生產力的貢獻率，各關鍵要素在基礎地力組成中的權重。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。 時間序列人為投入作用立地條件地力關鍵要素基礎地力生產力利用模式( 改造與管理 )自然條件作用水分梯度帶演變變演帶度梯量熱（氣候 / 地形 / 地貌 / 水文/ 成土母質 / 土壤性狀）我國糧食主產區(qū)長期試驗網絡平臺梯度帶調查 / 定點觀測田間定點試驗模擬控制試驗模型 / GI S / 主成分分析同位素示蹤技術主要研究方法 主要研究內容控制地力演變的關鍵過程與重要因素科學問題明確限制因素\突破口④關鍵控制過程\因素要素對生產力貢獻③基礎地力和各關鍵②相互之間內在聯系①形成\時空演變規(guī)律時間序列人為投入作用立地條件地力關鍵要素基礎地力生產力利用模式改造與管理自然條件作用水分梯度帶演變變演帶度梯量熱（氣候 地形 地貌 水文成土母質 土壤性狀）我國糧食主產區(qū)長期試驗網絡平臺梯度帶調查 定點觀測田間定點試驗模擬控制試驗模型 主成分分析同位素示蹤技術主要研究方法 主要研究內容控制地力演變的關鍵過程與重要因素科學問題明確限制因素\突破口④關鍵控制過程\因素要素對生產力貢獻③基礎地力和各關鍵②相互之間內在聯系①形成\時空演變規(guī)律圖 4 “農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 農田土壤障礙因子消減機理與地力修復 針對高強度農業(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田地力提升的土壤障礙因子，依托我國長期定位試驗網站，結合長期定位觀測、田間試驗、實驗室模擬等方法，研究我國糧食主產區(qū)中低產田土壤主要障礙因 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。 研究技術手段長期試驗網站田間定位觀測田間小區(qū)試驗實驗室模擬數值模擬空間分析主要研究內容中低產田土壤障礙因子解析中低產田土壤障礙因子解析酸化酸化1 2 3還原性有害物質還原性有害物質次生鹽漬化次生鹽漬化酸源解析致酸機理阻控機制修復途徑害源識別耦聯機理消減途徑農藝調控驅動因素鹽漬機理逆向還原次生防抑科學問題東北黃淮海長江中下游???????????????????? ? ????? ? ????? ? ????? ? ??高強度農業(yè)利用過程中農田土壤主要次生障礙因子的解析、形成機理、防控修復與地力長效保持的原理與途徑高強度農業(yè)利用過程中農田土壤主要次生障礙因子的解析、形成機理、防控修復與地力長效保持的原理與途徑研究技術手段長期試驗網站田間定位觀測田間小區(qū)試驗實驗室模擬數值模擬空間分析主要研究內容中低產田土壤障礙因子解析中低產田土壤障礙因子解析酸化酸化還原性有害物質還原性有害物質次生鹽漬化次生鹽漬化酸源解析致酸機理阻控機制修復途徑害源識別耦聯機理消減途徑農藝調控驅動因素鹽漬機理逆向還原次生防抑科學問題東北黃淮海長江中下游高強度農業(yè)利用過程中農田土壤主要次生障礙因子的解析、形成機理、防控修復與地力長效保持的原理與途徑高強度農業(yè)利用過程中農田土壤主要次生障礙因子的解析、形成機理、防控修復與地力長效保持的原理與途徑主要研究內容中低產田土壤障礙因子解析中低產田土壤障礙因子解析酸化酸化還原性有害物質還原性有害物質次生鹽漬化次生鹽漬化酸源解析致酸機理阻控機制修復途徑害源識別耦聯機理消減途徑農藝調控驅動因素鹽漬機理逆向還原次生防抑科學問題東北黃淮海長江中下游高強度農業(yè)利用過程中農田土壤主要次生障礙因子的解析、形成機理、防控修復與地力長效保持的原理與途徑高強度農業(yè)利用過程中農田土壤主要次生障礙因子的解析、形成機理、防控修復與地力長效保持的原理與途徑圖 5 “農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 農田土壤有機質、水養(yǎng)容量和生物活性協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 選擇我國糧食主產區(qū)有代表性的農田土壤類型 （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 。 科學問題 主要研究方法 農田基礎地力水平 農田管理水平 有機質 與地力提升 長期定位試驗平臺 核磁共振技術 同位素示蹤技術 顯微分析 分子生物學技術 模型模擬 主要研究內容 土壤 破解有機質提升 難問題 有機質 更新與積累機制 和驅 動因素 不同地力土壤有機質特征 有機質 更新與累積規(guī)律 有機肥提升機制 / 途徑 秸稈快腐生物機制 / 技術 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。 最終 揭示土壤團聚體形成及穩(wěn)定機制、土體構型形成機理以及有機質和土壤生物對土壤水養(yǎng)源匯的作用機理，提出農田土壤水養(yǎng)源匯容量擴增途徑，實現高水養(yǎng)緩控協調能力持續(xù)保持。 ④土壤生物對養(yǎng)分增容機制③有機質對水養(yǎng)增容機理②土體構型形成機