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

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1、项目名称：粮食主产区农田地力提升机理与定向培育对策首席科学家：张佳宝中国科学院南京土壤研究所起止年限：2011.1至2015.8依托部门：中国科学院农业部二、预期目标（一）总体目标解析决定农田地力提升的关键过程和主控因素；揭示能突破土壤障碍因子和高强度种植制约，促进农田地力提升的关键过程和重要调控机制；阐明农田集约化生产与地力培育共济的原理和途径；建立高强度种植农田地力提升的理论体系；提出我国粮食主产区农田地力定向培育的对策和建议。为挖掘地力提升的水涨船高效应，促进农田生产力和资源利用效率持续提高提供理论和决策支持；为国家1000亿斤增粮计划的实现和未来粮食的持续生产做出重

2、要贡献；为现代土壤学发展提供创新理论。同时，巩固和强化国家农业野外研究平台，凝聚和造就一支跨部门、高水平的土壤学研究队伍，提升我国在农田持续生产力研究方面的理论水平和解决实际问题的能力，引领国际农田持续生产力研究方向。（二）五年预期目标1、阐明我国粮食主产区农田地力的演变规律，解析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。2、揭示土壤主要障碍因子的形成和消减机理，阐明次生化过程的产生和阻控机制，建立以修复障碍土壤地力为核心的中低产田地力长效恢复方法和培育途径。3、在揭示高强度种植条件下土壤有

3、机质积累过程，土壤水养源汇容量扩增机理，以及促进农田地力提升的生物学调控机制等研究方面取得重要突破，为高强度种植农田地力提升理论体系的建立提供创新内容，为技术途径的发展提供最有力的理论支持。4、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，量化典型区地力培育潜力，构建适应典型区域地力提升的综合理论体系，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。5、发表能佐证上述研究的SCI收录论文120篇（或总影响因子在200）以上，其中15篇发表在有重要影响的国际学术杂志上。出版上述总结性专著3部。培养5－8名在国

4、际土壤学界有竞争力的中青年科学家和50名博士研究生，造就一支在我国能引领农田持续生产力研究的高水平研究骨干群体。巩固和强化国家野外研究平台。提升我国农田生态系统研究能力。三、研究方案（一）总体学术思路本项目的总体设想是通过挖掘农田基础地力提升的水涨船高效应，实现农田生产力和资源利用效率的提高。然而，我国农田高强度种植现实，不仅难以采用发达国家“养用结合、保育优先”的用地模式，而且更难大规模重演费工费时的“家家户户堆沤肥、精耕细作保地力”传统地力培育模式，这就需要寻找出新的突破口和途径，克服农田高强度种植的限制因素，提升农田基础地力。为此，本项目针对高强度种植农田基础地力提升

5、这一重大难题，在已有的工作基础上提出下列总体学术思路进行突破（图2）：1、通过农田地力演变规律的揭示，明确高强度种植农田地力提升的限制因素和突破口。高强度种植与低地力水平是否存在必然联系，是否存在解除限制的突破口，是本项目首先要解决的问题。通过解剖我国粮食主产区不同地力水平的关键组成要素、控制地力变化的关键过程与主要因素，将能寻找出不同立地条件和管理模式下农田地力提升的限制因素和突破口。2、通过消减土壤障碍因子和阻控次生化过程，挖掘中低产田巨大地力提升潜力。原生土壤障碍因子并非来自高强度种植，而次生障碍因子多数情况源于不适宜的管理。如果对原生障碍因子成因和次生障碍因子形成过

6、程进行追溯，就能通过逆向还原，揭示土壤障碍因子消减和次生化过程阻控的机理，提出障碍土壤地力恢复的长效途径，为中低产田地力的进一步培育提升奠定基础；3、通过加大有机补偿，促进土壤有机质的积累。我们的研究已经发现，不同管理模式拥有不同的土壤有机质矿化与积累平衡点和饱和度，增加有机培育，加大对矿化的补偿，将能促进土壤有机质不断积累。问题是农田有机培育需要与作物生产同时进行，这就需要研究不同管理模式下土壤有机质形成与品质、不同有机培育（不同品质有机肥和秸秆）下有机物转化过程与产物，揭示有利于作物生长的土壤有机培育机制，实现作物生长与土壤有机质积累的同舟共济。4、通过扩增土壤水分养分

7、源汇容量，有效提升土壤缓冲性能。土壤供给和接纳水分养分的能力是决定地力水平的一项重要指标，如果能揭示土壤结构形成机制、土体构型形成过程以及土壤有机质、土壤生物对土壤水养源汇的作用机理，将能提出农田土壤水养源汇容量扩增途径，实现高水养缓冲协调能力持续保持。5、通过调控土壤生物过程，推进农田地力向提升方向发展。生物作为农田地力演变的重要驱动因素，蕴藏着巨大的调控潜力，通过认识促进有机质累积、土壤结构形成、生物共生互助和根际协调等方面的生物学机制，将能提出关键生物过程的调控途径，推进农田地力的不断提升。6、最终通过对典型