973项目申报书-粮食主产区农田地力提升机理与定向培育对策(编辑修改稿)

973项目申报书-粮食主产区农田地力提升机理与定向培育对策(编辑修改稿)内容摘要：

区中低产田特征和地力水平的分析，制定我国粮食主产区中低产田治理和地力提升的技术标准； 3）高产田地力退化阻控和可持续利用机理； 4）典型区高中低产田地力定向培育的综合理论体系和技术方案及验证。 最终将建立典型地 区地力定向培育的理论体系并提出综合技术对策。 本内容的技术方案和技术路线见图 9。 中低产田研究方法基础地力分布特征与提升潜力地力定向培育综合理论体系中低产田治理和基础地力提升的技术标准关键科学问题内容 1 ：地力形成与演变规律及其主控因素内容 2 ：障碍因子消减机理与地力修复内容 3 ：有机质、水养容量和生物活性协同增进机制与地力提升基础田间验证示范目标主要障碍因子和限制地力提升的关键因素高产田地力退化阻控与可持续利用综合技术对策建立理论和提出技术对策长期定位实验模拟试验地理信息系统技术集成1. 中低产田主要土壤障碍因子消减和地力培育机理2 . 高产田地力退化阻控和可持续机理3. 典型区域地力定向培育的综合技术对策 图 9 “我国粮食主产区 农田地力定向培育理论与技术对策 ”研究方案与技术路线 （五）课题设置及相互间的关系 课题的设置及设置思路 根据需要解决的 3 个关键科学问题、 4 项主要研究内容和预期目标，本项目将设置 6 个课题开展研究： 课题 农田地力形成与演变规律及其主控因素 课题 农田土壤障碍因子消减机理与地力修复 课题 土壤有机质转化累积机制与提高途径 课题 土壤水养源汇容量和缓冲能力拓展机理与扩增途径 课题 促进地力提升的 关键生物过程与调控途径 课题 典型地区农田地力定向培育理论与技术对策 其中，内容一 “农田地力形成与演变规律及其主控因素 ”主要瞄准国家对提升农田地力需求的基本目标，即从机理上阐述不同地区影响农田地力提升的原因、主要限制因素和关键过程，明确指出解决地力提升问题的主要突破口。 将设 “课题 农田地力形成与演变规律及其主控因素 ”进行研究。 内容二 “农田土壤障碍因子消减机理与地力修复 ”主要针对恢复我国大面积中低产田地力的国家目标，研究重点在揭示主要土壤障碍因子消减和次生化过程阻控机理方面。 将设 “课题 农田土壤障碍因子 消减机理与地力修复 ”开展研究。 内容三 “农田土壤有机质、水养容量和生物活性协同增进机制与地力提升 ”主要针对国家对 提升农田地力需求的重点目标 ，即从机理上揭示如何提升地力 ， 也是本项目的重点，分别从提高土壤有机质、扩增土壤水养源汇容量、调控生物推进过程 3 个方面设置 3 个课题，即 “课题 土壤有机质转化累积机制与提高途径， 课题 土壤水养源汇容量和缓冲能力拓展机理与扩增途径， 课题 促进地力提升的关键生物过程与调控途径 ”。 内容四 “我国 粮食主产区农田地力定向培育理论与技术对策 ”主要针对我国粮食主产区农田地力提升所面临的多 重问题，基于上述研究成果，提出农田地力定向培育的综合理论和技术方案。 将设 “课题 典型地区 农田地力定向培育理论与技术对策 ”对分布在东北、黄淮海和长江中下游的 3 个典型区域进行研究。 各课题的研究内容和预期目标 课题 农田地力形成与演变规律及其主控因素 预期目标： 阐明我国粮食主产区农田地力的演变规律，解析不同区域决定农田地力的关键要素和限制农田地力提升的主控因素和关键过程， 为探索高强度种植条件下农田地力提升的有效机制与途径提供科学依据。 研究内容： 针对 我国 粮食主产区 高强度种植制度下农田地力生产消耗与 地力培育补偿不相匹配的突出问题，以解析高强度种植农田地力形成过程和影响因素为突破口， 以中国科学院和中国农科院长期试验网络为基础，采用地理信息系统技术、模型技术、示踪技术、多元统计分析等方法，系统研究：（ 1）农田地力形成与时空演变规律： 农田基础地力和农田生产力的长期演变规律、水热梯度带上的变化趋势。 （ 2） 农田地力时空演变驱动机制： 农田生产力和基础地力 长期 变化趋势与立地条件、土壤性状、管理模式的关系；不同地力水平下农田地力的生产消耗与培育补偿的动态平衡规律。 （ 3） 农田地力关键要素构成特征： 农田基础地力关键要素构 成的区域特征；不同区域农田基础地力及其 关键要素 对农田生产力的制约和 权重。 （ 4）地力 关键要素 演变的关键过程及主控因素：农田地力关键要素的时空演 变特征 ；不同区域限制地力提升的关键过程及主控因素； 基于地力关键要素的农田地力调升机制及其潜力评价。 经费比例： % 承担单位： 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 课题负责人： 王小彬 学术骨干： 徐明岗、张会民、张文菊 课题 农田土壤障碍因子消减机理与地力修复 预期目标： 阐明我国主要粮食主产区中低产田土壤次生障碍因子的发生规律及区域特征；揭示人为加速土壤 酸化、次生盐渍化和还原性有害物质积累的驱动因素、致害机理及演变趋势；提出农田土壤次生障碍因子的阻控与消减途径；发展农田土壤主要次生障碍因子修复与地力长效保持的原理和技术。 研究内容： 针对我国粮食主产区中低产田土壤的主要障碍因子，重点进行以下研究：（ 1）中低产田土壤主要障碍因子的解析。 研究主要障碍因子的驱动因素及演变过程，建立次生障碍因子识别与定量诊断理论和技术；（ 2）土壤酸化过程、驱动因素、阻控机制与修复途径。 研究高强度农业利用加速土壤酸化的途径、致酸机理和区域变异特征；解析自然和人为管理因素的致酸源、 致酸过程及致酸贡献率，探讨土壤致酸因子阻控和土壤缓冲容量提高的机制，提出酸化农田土壤修复原理与地力恢复技术。 （ 3） 稻田次生 还原性有害物质的形成、驱动因素、消减机制与修复途径。 研究稻田土壤人为加速还原性有害物质（铁、锰、硫和有机还原物质）积累的过程及机理；分析其动态变化特征、驱动因子及其与农田地力发挥及作物生产的消长关系；提出农田土壤中还原性物质消减、降解机制及农艺修复技术。 （ 4）土壤次生盐渍过程、驱动因素、防抑机制与地力修复途径。 研究 不同管理模式下土壤次生盐渍化的发生过程、形成机理、季节性变化特征及驱动因素 ；探明地下水控盐区盐分逆向还原防抑次生盐渍化的理论与途径；提出气候控盐区土壤农艺措施控盐与修复次生盐渍化的途径与地力长效保持的对策。 经费比例： % 承担单位： 浙江大学 课题负责人： 徐建明 学术骨干： 卢升高、刘杏梅、张玉龙 课题 土壤有机质转化累积机制与提高途径 预期目标： 阐明不同农田基础地力水平土壤及不同粒级团聚体中有机质的特征及其对农业措施的响应机制；明确不同有机物料对土壤有机质有效积累的作用；提出与提升土壤有机质数量和改善土壤有机质品质相匹配的地力提升技术途径。 研究内容： 针对我国粮 食主产区土壤有机质数量提升和质量改善难的特点，以不同区域、不同类型有机肥和无机肥长期定位试验为基地，采用同位素示踪、核磁共振、显微分析和分子生物学等技术，重点研究：（ 1）不同地力土壤有机质特征。 土壤及团聚体中有机质形态、组成和结构特征的本底差异及影响因素；新形成有机质组分的特征及其在团聚体中的分配；土壤有机质质量特征与数量特征的匹配关系。 （ 2）土壤有机质更新和累积机制。 耕作、管理措施等对土壤及团聚体中易变和稳定有机质的累积 /损失过程的影响，利用模型模拟估算土壤有机质平衡点，提出不同地力土壤有机质提升潜力和适 宜的有机组分；（ 3）土壤有机质的提升途径。 适宜作物秸秆快速降解的微生物类群，适合特定作物秸秆快速降解的 “秸秆伴侣 ”技术。 不同有机物料来源堆肥提升土壤有机质有效积累的作用机制，筛选适宜提升有机质的有机肥。 经费比例： % 承担单位： 南京农业大学 课题负责人： 冉炜 学术骨干： 窦森、丁维新、沈标、余光辉 课题 土壤水养源汇容量和缓冲能力拓展机理与扩增途径 预期目标： 揭示土壤结构改善对水养增容和缓冲能力提高的作用机制，阐明土壤有机质数量质量对水分养分增容和缓冲能力提高的影响机理，探明土壤生物对养分的增容机理，提出土壤水分养分增容、持续保持及缓冲能力提高的有效途径。 研究内容： 针对东北旱作区、黄淮海灌区和长江中下游地区 土壤水分养分源汇容量降低和缓冲能力下降 的实际问题，系统研究：（ 1）土壤团聚体组成及稳定性对水养源汇容量的作用机制与调控：团聚体的组成比例对水养源汇容量的作用机制，团聚体稳定性对水养源汇容量和缓冲能力的作用机制；（ 2）土体构型对水养源汇容量的影响机制及扩增途径：土壤剖面不同层次孔隙组成对水养源汇容量和缓冲能力的作用机制，压实层对水养源汇容量的影响及调控途径；（ 3）土壤有机质数量和质量对水养 源汇容量和缓冲能力的扩展机理：土壤有机质数量对水养源汇容量和缓冲能力的影响机制，土壤有机质的腐殖化和老化程度对水养源汇容量和缓冲能力的影响机制；（ 4）土壤生物对养分的增容机制：土壤生物过渡养分库容量及其与土壤有效养分库之间的关系。 经费比例： % 承担单位： 中国科学院沈阳应用生态研究所 课题负责人： 梁文举 学术骨干： 张斌、陈利军、李琪、尧水红 课题 促进地力提升的关键生物过程与调控途径 预期目标： 阐明不同地力水平土壤微生物多样性和群落组成特征，明确生命要素在土壤中的转化过程及关键微生物种群， 揭 示关键生物过程对养分转化和农田地力提升的作用，剖析不同地力水平下作物 根际微生物的互反馈作用机制，设计农田地力提升的根际调控措施；针对我国粮食主产区不同地力水平 农田， 提出 农田地力提升的生物学综合调控措施和途径。 研究内容： 以东北黑土、华北潮土、长江中下游水稻土和红壤为研究对象， 应用 一系列生物地球化学和分子微生物生态领域的先进研究技术，重点开展以下四个方面的研究工作：（ 1）不同地力水平下土壤微生物多样性和群落结构的演变规律， C、N、 P、 S、 K 等元素循环转化的关键微生物种群及时空变异特征，物质转化微生物之间 的相互作用和协同过程对地力提升的作用机制；（ 2）驱动根际物质转化的关键微生物种群和功能，生物互作（菌根真菌、根瘤菌等）对根际界面过程的调控及促进地力提升的机制；（ 3）土壤有机质积累和土壤结构改善的生物机制，不同有机物料的生物降解和土壤归属规律，土壤动物和真菌等促进土壤团聚体形成和稳定的机理；（ 4）不同区域土壤农田地力提升的生物调控途径和 措施，耕作管理措施（ 间套作、轮作、保护性耕作等）和有机物料添加等对土壤生物地力功能的调控作用。 经费比例： % 承担单位： 中国农业大学 课题负责人： 陆雅海 学术骨干： 范明生、胡君利、马可 课题 典型地区农田地力定向培育理论与技术对策 预期目标： 解剖我国粮食主产区典型区域中低产田和地力水平分布特征，量化典型区域地力提升潜力，建立典型地区地力定向培育的理论体系并提出综合技术方案，并进行多点验证和示范。 为我国粮食主产区农田地力提升提供可借鉴的范例。 研究内容： 在我国粮食主产区东北、黄淮海、长江中下游分别选择一个典型区域，针对中低产田的障碍层次和障碍性因素及土壤贫瘠化加重、高产田退化速度加快的问题，重点研究中低产田地力提升和高产田退化阻控的理论体系和综合技术对策。 具体 研究：（ 1）典型区域中低产田基础地力分布特征与提升潜力，研究中低产田空间分布特征和与之对应的农田基础地力，及其与农田管理水平、立地条件、土壤剖面理化性状的关系；（ 2）典型地区中低产田主要障碍因子和限制地力提升的关键因素，高分辨率解析中低产田土壤主要障碍因子，限制土壤有机质、水养源汇容量和生物活性提升的关键因素；（ 3）结合对整个粮食主产区中低产田特征和地力水平的分析，制定我国粮食主产区中低产田治理和地力提升的技术标准；（ 4）典型区高中低产田地力定向培育的综合理论体系和技术方案及验证，系统研究典型区中低产田主要 土壤障碍因子消减和地力培育、高产田地力退化阻控和持续保持的综合理论体系，提出典型地区地力定向培育的综合技术方案，并以田间多点试验进行验证和示范。 经费比例： % 承担单位： 中国科学院南京土壤研究所 课题负责人： 张佳宝 学术骨干： 孙波、韩晓增、李勇、赵炳梓、刘建立、朱安宁、马东豪 各课题间的有机联系及与 项目目标的关系 各课题间的有机联系及其与项目目标的关系如图 10 所示。 课题 1（农田地力形成与演变规律及其主控因素）主要针对项目的第一个关键科学问题 “控制地力演变的关键过程和因子 ”和第一个科学目标 “明 确地力提升限制因素和突破口 ”，从面上和时间序列上开展研究，其研究结果除了向课题 2（农田土壤障碍因子消减机理与地力修复）和课题 3（土壤有机质转化累积机制与提高途径）、课题 4（土壤水养源汇容量和缓冲能力拓展机理与扩增途径）、课题 5（促进地力提升的关键生物过程与调控途径）以及课题 6（典型地区农田地力定向培育理论与技术对策）提供指导和基础资料外，还可以直接用来说明我国粮食主产区目前地力的现状、演变规律、控制过程和因素以及从哪里着手推进我国农田地力的提升，属第一层面的研究。 课题 2 主要针对项目的第二个关键科学问题 “农田 土壤障碍因子消减机理与地力修复 ”和第二个科学目标 “阐明中低产田地力恢复原理与途径 ”，在课题 1 的指导下，开展特别问题（土壤障碍因素消减）研究，如。