支撑高产群体的关键土壤过程及动态调控机理

1、支撑高产群体的关键土壤过程及动态调控机理支撑高产群体的关键土壤过程及动态调控机理汇报内容一、引言二、主要研究进展三、代表性研究报告四、国际合作交流五、主要研究成果六、展望汇报内容一、引言一、引言一、引言土壤生产力的限制因子气候作物土壤水、肥、气、热土壤水、肥、气、热光、温、雨类型、品种、栽培有机物矿物养分水分热量通气土壤生产力的限制因子气候作物土壤水、肥、气、热土壤水、肥、气土壤结构土壤持水土壤养分供给土壤固持和通气高产高效矿物-有机物复合体土壤团粒重力水(团粒间)毛管水(团粒间)有机质土壤养分土壤生物土壤结构与土壤生产力土壤结构高产高效矿物-有机物复合体土壤团粒重力水(团粒间)毛土壤生产力调

2、控_有机质StabilityReactivity 数量 结构生产力土壤生产力调控_有机质StabilityReactivity土地壤有机质与土壤生产力(Liang et al., SSSAJ, 2007)(Yan, unpublished data, 2013)土地壤有机质与土壤生产力(Liang et al., SSS结构与功能：蛋白质光热盐酸结构与功能：蛋白质光结构与功能：金刚石结构与功能：金刚石结构与功能：六碳糖果糖葡萄糖结构与功能：六碳糖果糖葡萄糖植物根系土壤养分土壤水热土壤结构动态特征土壤组成与结构是支撑高产群体的基础 时间动态Y, 空间变异尺度效应XYZ植物根系土壤养分土壤水热土壤

3、组成与结构是支撑高产群体的基础 多尺度的土壤组成与结构 宏观尺度 介观尺度 微观尺度水分、养分、耕作调控：作物固持水分、养分的迁移热量、气体的传导与运输有机物料的投入及定向培育：水分吸附结构特征及动态养分的吸持与转化高产高效当前生产超高产产量(t/ha)土壤剖面、土块，团聚体矿物-有机物复合物矿物、有机物大分子多尺度的土壤组成与结构 宏观尺度 研究思路土壤有机质宏观结构介观结构微观结构通透性与根系穿透阻力水分有效性条件养分动态与有效利用高产高效群体匹配机制多尺度土壤结构土壤容重紧实度土壤养分转换土壤水分传输关键土壤过程适宜调控途径研究思路土壤有机质宏观结构介观结构微观结构通透性与根系穿透阻二、

4、课题主要进展重要突破 I: 土壤组成与结构的原位定量表征重要突破 II: 土壤养分转化过程及其定量表征重要突破 III: 土壤养分高效利用调控原理及实现途径二、课题主要进展重要突破 I: 重要突破 1: 土壤组成与结构的原位定量表征应用现代传感技术，原位定量表征了土壤不同尺度组成与结构特征和演变规律，揭示不同尺度土壤结构之间的相互关系及其影响因素重要突破 1: 土壤组成与结构的原位定量表征应用现代传感技重要突破2: 土壤养分转化过程及其定量表征明确了稻田反硝化是氮损失的主导途径，揭示了反硝化的比率以及铁介导的硝酸还原及其影响因素; 发现了稻田水旱交替和养分的投入强化了矿化速率，导致土壤反硝化脱

5、氮增加，且磷有效性增强重要突破2: 土壤养分转化过程及其定量表征明确了稻田反硝化重要突破 3: 土壤养分高效利用调控途径及验证结合重要突破 1 和 2 中的基本原理，集成现代信息技术、互联网技术、大数据、云技术、装备技术和控释技术, 明确了土壤养分供需匹配原理，形成了高效利用的综合调控途径，推动了农业生产中的化肥减量增效重要突破 3: 土壤养分高效利用调控途径及验证结合重要突破三、代表性研究报告太湖地区水稻高产高效调控原理及其应用三、代表性研究报告太湖地区水稻高产高效调控原理及其应用太湖地区水稻施肥现状:减肥增效尿素分次洒施养分利用率低水体富营养化人工成本升高江苏 GDP 突破 9 万亿! 在

6、经济发达、水网密布的长三角:传统施肥不适应集约化生产、高效农业，迫切需要简化施肥太湖地区水稻施肥现状:减肥增效尿素分次洒施江苏 GDP 突破用较小的肥料投资，争取获得最大的经济效益和环境效益，达到高产增收、低消耗的、低污染目的最小养分率:决定作物产量的是土壤中相对含量最少的养分；最小限制率: 最小养分会随条件变化而变化土壤肥力的形成、表征与时空差异,土壤养分关键转化过程、定量表征及其影响因素简化高效施肥的基础任正非最近接受媒体采访说: “华为未来五年将投入1000亿美元重构网络体系。未来五年, 华为将加大投入, 以实现网络极简、网络交易模式极简”“我们自己在编的15000多基础研究的科学家和专

7、家是把金钱变成知识，我们还有60000多应用型人才是开发产品, 把知识变成金钱” 把金钱变成金钱!?简化不等于简单 需要更复杂、更先进的理论和技术支撑用较小的肥料投资，争取获得最大的经济效益和环境效益，达到高产养分高效利用的要件肥料：类型、组成、配比、有效性土壤：养分、水分供应水平作物：生长和养分需求规律环境：温度、降雨、光照等4R: right source, right rate, right time, right place养分高效利用的要件肥料：类型、组成、配比、有效性4R: ri精准施肥信息系统专业化大数据专业模型应用软件数据信息科学云计算、物联网土壤、作物、肥料、环境Y = F(

8、s, c, f, e)土中监测：传感器地面监控：摄相机空中近摄：无人机天上遥感：微卫星四级立体数据采集体系应用终端监测监控无人机微卫星精准施肥信息系统专业化大数据专业应用数据信息科学云计算、物联水稻氮素损失与氮素利用匹配关系水稻氮素损失与氮素利用匹配关系不打浆轻度打浆高度打浆水稻根系与耕作的关系ppppp稻田打浆破坏土壤大团聚体和大孔隙，降低大孔隙度，对种子根和冠状根没有影响，但是降低了侧根的数量和体积。适度打浆有利用养分吸收与利用不打浆轻度打浆高度打浆水稻根系与耕作的关系ppppp稻田打浆构建了养分供需匹配模型土壤肥料作物环境构建了养分供需匹配模型土壤肥料作物环境测土-配方-配肥一体化肥智能

9、配肥站建成智能化配肥站，水稻简化施肥测土-配方-配肥一体化快速配肥系统减少肥料成本，养分更精准高效施用B to C测土-配方-配肥一体化肥智能配肥站建成智能化配肥站，水稻简化研究进展:土壤红外光谱信息系统土壤光谱信息系统 APP (土壤谱)下载安装APP - 注册登录 - 上传土壤光谱文件 - 云计算 - 返回终端 获取土壤理化信息研究进展:土壤红外光谱信息系统土壤光谱信息系统 APP (土2015年: 示范面积: 200亩 控氮处理 ： 20 kg N/亩，729 kg/亩 常规处理： 24 kg N/亩，690 kg/亩2016年： 示范面积： 1000亩 18 kg N/亩，650 kg

10、/亩2017年: 示范面积： 3000亩 16 kg N/亩，650 kg/2018年: 示范面积： 5000 亩 15 kg N/亩，618-739 kg/亩2019年: 示范面积： 12000 亩 12 kg N/亩，预期 600 kg/亩水稻专用肥简化高效施用低磷策略：3 kg P2O5/亩减氮减氮增控氮比例减氮打浆插身施肥一体化2015年: 水稻专用肥简化高效施用低磷策略：减氮减氮增控氮南京示范区 (2018)水稻专用控释 BB 肥，12 kg N /亩，其中控释 N 占 40%，一次性施用，产量达 739.4 kg/亩, 与常规施肥 18 kg N /亩分三次施用用产量相当 (738

11、.5kg/亩)，减氮达 6 kg/亩南京示范区 (2018)水稻专用控释 BB 肥，12 kg苏州示范区 (2018)水稻专用控释BB肥，控释 N 占 40%，一次性施用传统肥料 3 次施用，18 kg N /亩，产量 580.2 kg /亩专用肥 1 次施用， 10.5 kg N /亩，产量 618.3 kg/亩经济效益： 123元/亩环境效益： 减氮 0 .5 kg/亩经济效益： 20 元/亩环境效益： 减氮 7 kg/亩等产:等氮:苏州示范区 (2018)水稻专用控释BB肥，控释 N 占 4镇江示范区: 2017-扬州示范区: 2018-海仑示范区: 2018-镇江示范区: 2017-第

12、三方测产报告一次施用，减氮20以上，稳产增产，作为主推技术上报“263” 专项实施领导小组南京市“两减六治三提升”专项行动实施方案“263”专项：二减：减煤炭消耗总量、减落后化工产能”六治：治太湖、治生活垃圾、治黑臭河道、治挥发性有机物、治畜禽养殖污染、治环境隐患三提升：提升生态保护水平、提升执法监管水平、提升经济调控水平第三方测产报告一次施用，减氮20以上，稳产增产，作为主推技在国内开展了较广泛的示范与应用在江苏、山东、湖北、上海、四川、黑龙江等省市水稻生产中示范应用, 取得了显著的应用效果，得到中央电视台、新华日报、江苏卫视等 媒体的报道水稻、草莓专用控释 BB 肥地方标准获立项, 推荐为

13、 “263” 专项 主推技术小麦、玉米、果树、疏菜等作物上进行了大面积的示范应用在国内开展了较广泛的示范与应用在江苏、山东、湖北、上海、四川 小 结 根据太湖地区水稻土的结构特点，以及氮磷转换过程，在稳产的基础上, 氮施用量具有显著下降空间土壤结构特点和氮磷过程及有效性，可为专业模型的构建提供依据，集成现代信息技术和智能终端等，可进行大面积推广应用太湖流域水稻氮肥常规用量 20 kg N/亩以上，推荐用量为 18 kg N/亩, 采取综合的调控措施，在稳产的前提下, 氮肥用量可减至 12 kg N/亩以下 小 结 根据太湖地区水稻土的结构特点，以及氮磷转换过程四、国际合作与交流四、国际合作与交

14、流国际学术会议美国、澳大利亚、英国、德国、法国、以色列、瑞典、葡萄牙、日本等国家 30 余人次， 其中特邀报告 7 人次国际学术会议美国、澳大利亚、英国、德国、法国、以色列、瑞典、合作研究_英国诺丁汉大学CT 断层扫描系统合作研究_英国诺丁汉大学CT 断层扫描系统NMR 磷酸盐氧同位素合作研究_美国特拉华大学NMR 磷酸盐氧同位素合作研究_美国特拉华大学合作研究_美国劳伦斯伯克利国家实验室高分 LIBS 激光诱导击穿原子光谱合作研究_美国劳伦斯伯克利国家实验室高分 LIBS 激光诱培训与研讨水肥精准管理培训研讨核磁共振在土壤磷分析中的应用红外光声光谱在土壤有机物分析中应用培训与研讨水肥精准管理

15、培训研讨五、主要研究成果五、主要研究成果发表学术论文发表论文 57 篇，其中 SCI 论文 50 篇SCI 论文中，Top 期刊论文 33 篇，占 66%SCI 论文中， IF 3 的 32 篇，占 63%；其中 IF 5 的 7 篇，IF 4 的 20 篇发表学术论文发表论文 57 篇，其中 SCI 论文 50 篇出版专著主编、参编英文专著各 1 部：Zhou Jianmin Du Changwen. Principle and Practice in Enhancing Nutrient Using Efficiency. Scientific Press , 2015Rattan Lal

16、, Soil-Specific Farming：Precision Agriculture. Wiley，2015国际土壤学联合会前主席、美国俄亥俄州立大学 Rattan Lal 教授出版专著主编、参编英文专著各 1 部：国际土壤学联合会前主席专利申请获授 权国美国专利 1 项，申请国际专利 1 项申请国家发明专利 8 项, 获授权国家发明 专利 4 项申请软件著作权和制定地方标准各 1 件专利申请获授 权国美国专利 1 项，申请国际专利 1 项人才培养当选多个国际专业期刊副主编 (Associate Editor): 杜昌文 Soil Science Society of American

17、Journal (SSSAJ), 2017- 任图生 Canadian Journal of Soil Science, Soil Use and Management, 2018- 周 虎 Soil Use and Management, 2018-获国际植物营养研究所研究生学术奖，2015全球招聘首批引进中科院新百人计划， 2017培养博士研究生 6 名，硕士研究生 8 名人才培养当选多个国际专业期刊副主编 (Associate E科普宣传CCTV 新闻频道、焦点访谈江苏卫视、江苏教育频道中国科学报、新华日报中国江苏网、中国化肥网科普宣传CCTV 新闻频道、焦点访谈主要获奖中华农业科技奖一

18、等奖 (主持)，2015中国植物营养与肥料学会优秀研究生指导老师奖，2017山东省科学技术奖一等奖 (排名第四)，2018江苏省农业丰收奖一等奖，2018主要获奖中华农业科技奖一等奖 (主持)，2015六、展望 六、展望 多因子偶合的高产高效支撑现代农业从机械化向信息化跨越Produce more with less多因子偶合的高产高效支撑现代农业从机械化向信息化跨越Prod土壤红外光谱信息系统宏观管理: 快速高精度土壤制图，为战略决策提供技术支撑微观生产: 适时获取土壤肥力信息，为高效农业生产提供技术支撑土壤红外光谱信息系统宏观管理: 快速高精度土壤制图，为战略决一带一路: 柬埔寨现代农业特区柬埔寨地处热带的农业国，光温水资源丰富，水稻种植面积 4500 余万亩，土壤养分供给问题十分突出洞里沙湖流域