支撐高產(chǎn)群體的關(guān)鍵土壤過程及動態(tài)調(diào)控機(jī)理

支撐高產(chǎn)群體的關(guān)鍵土壤過程及動態(tài)調(diào)控機(jī)理匯報(bào)內(nèi)容一、引言二、主要研究進(jìn)展三、代表性研究報(bào)告四、國際合作交流五、主要研究成果六、展望一、引言土壤生產(chǎn)力的限制因子氣候作物土壤水、肥、氣、熱土壤水、肥、氣、熱光、溫、雨類型、品種、栽培有機(jī)物礦物養(yǎng)分水分熱量通氣土壤結(jié)構(gòu)土壤持水土壤養(yǎng)分供給土壤固持和通氣高產(chǎn)高效礦物-有機(jī)物復(fù)合體土壤團(tuán)粒重力水(團(tuán)粒間)毛管水(團(tuán)粒間)有機(jī)質(zhì)土壤養(yǎng)分土壤生物土壤結(jié)構(gòu)與土壤生產(chǎn)力土壤生產(chǎn)力調(diào)控_有機(jī)質(zhì)StabilityReactivity

數(shù)量結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)力土地壤有機(jī)質(zhì)與土壤生產(chǎn)力(Liangetal.,SSSAJ,2007)(Yan,unpublisheddata,2013)結(jié)構(gòu)與功能：蛋白質(zhì)光熱鹽酸結(jié)構(gòu)與功能：金剛石結(jié)構(gòu)與功能：六碳糖果糖葡萄糖植物根系土壤養(yǎng)分土壤水熱土壤結(jié)構(gòu)動態(tài)特征土壤組成與結(jié)構(gòu)是支撐高產(chǎn)群體的基礎(chǔ)

時(shí)間動態(tài)Y,空間變異尺度效應(yīng)XYZ多尺度的土壤組成與結(jié)構(gòu)宏觀尺度介觀尺度微觀尺度水分、養(yǎng)分、耕作調(diào)控：作物固持水分、養(yǎng)分的遷移熱量、氣體的傳導(dǎo)與運(yùn)輸有機(jī)物料的投入及定向培育：水分吸附結(jié)構(gòu)特征及動態(tài)養(yǎng)分的吸持與轉(zhuǎn)化高產(chǎn)高效當(dāng)前生產(chǎn)超高產(chǎn)產(chǎn)量(t/ha)土壤剖面、土塊，團(tuán)聚體礦物-有機(jī)物復(fù)合物礦物、有機(jī)物大分子研究思路土壤有機(jī)質(zhì)宏觀結(jié)構(gòu)介觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)通透性與根系穿透阻力水分有效性條件養(yǎng)分動態(tài)與有效利用高產(chǎn)高效群體匹配機(jī)制多尺度土壤結(jié)構(gòu)土壤容重緊實(shí)度土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)換土壤水分傳輸關(guān)鍵土壤過程適宜調(diào)控途徑二、課題主要進(jìn)展重要突破I:

土壤組成與結(jié)構(gòu)的原位定量表征重要突破II:

土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過程及其定量表征重要突破III:

土壤養(yǎng)分高效利用調(diào)控原理及實(shí)現(xiàn)途徑重要突破1:

土壤組成與結(jié)構(gòu)的原位定量表征應(yīng)用現(xiàn)代傳感技術(shù)，原位定量表征了土壤不同尺度組成與結(jié)構(gòu)特征和演變規(guī)律，揭示不同尺度土壤結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系及其影響因素重要突破2:

土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過程及其定量表征明確了稻田反硝化是氮損失的主導(dǎo)途徑，揭示了反硝化的比率以及鐵介導(dǎo)的硝酸還原及其影響因素;發(fā)現(xiàn)了稻田水旱交替和養(yǎng)分的投入強(qiáng)化了礦化速率，導(dǎo)致土壤反硝化脫氮增加，且磷有效性增強(qiáng)重要突破3:

土壤養(yǎng)分高效利用調(diào)控途徑及驗(yàn)證結(jié)合重要突破1和2中的基本原理，集成現(xiàn)代信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、裝備技術(shù)和控釋技術(shù),明確了土壤養(yǎng)分供需匹配原理，形成了高效利用的綜合調(diào)控途徑，推動了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥減量增效三、代表性研究報(bào)告太湖地區(qū)水稻高產(chǎn)高效調(diào)控原理及其應(yīng)用太湖地區(qū)水稻施肥現(xiàn)狀:減肥增效尿素分次灑施養(yǎng)分利用率低水體富營養(yǎng)化人工成本升高江蘇GDP突破9萬億!在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、水網(wǎng)密布的長三角:傳統(tǒng)施肥不適應(yīng)集約化生產(chǎn)、高效農(nóng)業(yè)，迫切需要簡化施肥用較小的肥料投資，爭取獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，達(dá)到高產(chǎn)增收、低消耗的、低污染目的最小養(yǎng)分率:決定作物產(chǎn)量的是土壤中相對含量最少的養(yǎng)分；最小限制率:最小養(yǎng)分會隨條件變化而變化土壤肥力的形成、表征與時(shí)空差異,土壤養(yǎng)分關(guān)鍵轉(zhuǎn)化過程、定量表征及其影響因素簡化高效施肥的基礎(chǔ)任正非最近接受媒體采訪說:“華為未來五年將投入1000億美元重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系。未來五年,華為將加大投入,以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)極簡、網(wǎng)絡(luò)交易模式極簡”“我們自己在編的15000多基礎(chǔ)研究的科學(xué)家和專家是把金錢變成知識，我們還有60000多應(yīng)用型人才是開發(fā)產(chǎn)品,把知識變成金錢”

把金錢變成金錢!?簡化不等于簡單

需要更復(fù)雜、更先進(jìn)的理論和技術(shù)支撐養(yǎng)分高效利用的要件肥料：類型、組成、配比、有效性土壤：養(yǎng)分、水分供應(yīng)水平作物：生長和養(yǎng)分需求規(guī)律環(huán)境：溫度、降雨、光照等4R:rightsource,rightrate,righttime,rightplace精準(zhǔn)施肥信息系統(tǒng)專業(yè)化大數(shù)據(jù)專業(yè)模型應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)信息科學(xué)云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)土壤、作物、肥料、環(huán)境Y=F(s,c,f,e)土中監(jiān)測：傳感器地面監(jiān)控：攝相機(jī)空中近攝：無人機(jī)天上遙感：微衛(wèi)星四級立體數(shù)據(jù)采集體系應(yīng)用終端監(jiān)測監(jiān)控?zé)o人機(jī)微衛(wèi)星水稻氮素?fù)p失與氮素利用匹配關(guān)系不打漿輕度打漿高度打漿水稻根系與耕作的關(guān)系ppppp稻田打漿破壞土壤大團(tuán)聚體和大孔隙，降低大孔隙度，對種子根和冠狀根沒有影響，但是降低了側(cè)根的數(shù)量和體積。適度打漿有利用養(yǎng)分吸收與利用構(gòu)建了養(yǎng)分供需匹配模型土壤肥料作物環(huán)境測土-配方-配肥一體化肥智能配肥站建成智能化配肥站，水稻簡化施肥測土-配方-配肥一體化快速配肥系統(tǒng)減少肥料成本，養(yǎng)分更精準(zhǔn)高效施用BtoC研究進(jìn)展:土壤紅外光譜信息系統(tǒng)土壤光譜信息系統(tǒng)APP(土壤譜)下載安裝APP-注冊登錄-上傳土壤光譜文件-云計(jì)算-返回終端–獲取土壤理化信息2015年:

示范面積:>200畝

控氮處理：20kgN/畝，729kg/畝常規(guī)處理：24kgN/畝，690kg/畝2016年：示范面積：>1000畝18kgN/畝，650kg/畝2017年:示范面積：>3000畝16kgN/畝，650kg/2018年:示范面積：>5000畝

15kgN/畝，618-739kg/畝2019年:示范面積：>12000畝

12kgN/畝，預(yù)期600kg/畝水稻專用肥簡化高效施用低磷策略：3kgP2O5/畝減氮減氮增控氮比例減氮打漿插身施肥一體化南京示范區(qū)(2018)水稻專用控釋BB肥，12kgN/畝，其中控釋N占40%，一次性施用，產(chǎn)量達(dá)739.4kg/畝,與常規(guī)施肥18kgN/畝分三次施用用產(chǎn)量相當(dāng)(738.5kg/畝)，減氮達(dá)6kg/畝蘇州示范區(qū)(2018)水稻專用控釋BB肥，控釋N占40%，一次性施用傳統(tǒng)肥料3次施用，18kgN/畝，產(chǎn)量580.2kg/畝專用肥1次施用，10.5kgN/畝，產(chǎn)量618.3kg/畝經(jīng)濟(jì)效益：>123元/畝環(huán)境效益：

減氮>0.5kg/畝經(jīng)濟(jì)效益：>20元/畝環(huán)境效益：減氮>7kg/畝等產(chǎn):等氮:鎮(zhèn)江示范區(qū):2017-揚(yáng)州示范區(qū):2018-海侖示范區(qū):2018-……第三方測產(chǎn)報(bào)告一次施用，減氮20％以上，穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，作為主推技術(shù)上報(bào)“263”專項(xiàng)實(shí)施領(lǐng)導(dǎo)小組

《南京市“兩減六治三提升”專項(xiàng)行動實(shí)施方案》“263”專項(xiàng)：二減：減煤炭消耗總量、減落后化工產(chǎn)能”六治：治太湖、治生活垃圾、治黑臭河道、治揮發(fā)性有機(jī)物、治畜禽養(yǎng)殖污染、治環(huán)境隱患三提升：提升生態(tài)保護(hù)水平、提升執(zhí)法監(jiān)管水平、提升經(jīng)濟(jì)調(diào)控水平在國內(nèi)開展了較廣泛的示范與應(yīng)用在江蘇、山東、湖北、上海、四川、黑龍江等省市水稻生產(chǎn)中示范應(yīng)用,取得了顯著的應(yīng)用效果，得到中央電視臺、新華日報(bào)、江蘇衛(wèi)視等媒體的報(bào)道水稻、草莓專用控釋BB肥地方標(biāo)準(zhǔn)獲立項(xiàng),推薦為“263”專項(xiàng)

主推技術(shù)小麥、玉米、果樹、疏菜等作物上進(jìn)行了大面積的示范應(yīng)用小結(jié)根據(jù)太湖地區(qū)水稻土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及氮磷轉(zhuǎn)換過程，在穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)上,氮施用量具有顯著下降空間土壤結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和氮磷過程及有效性，可為專業(yè)模型的構(gòu)建提供依據(jù)，集成現(xiàn)代信息技術(shù)和智能終端等，可進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用太湖流域水稻氮肥常規(guī)用量20kgN/畝以上，推薦用量為18kgN/畝,采取綜合的調(diào)控措施，在穩(wěn)產(chǎn)的前提下,氮肥用量可減至12kgN/畝以下四、國際合作與交流國際學(xué)術(shù)會議美國、澳大利亞、英國、德國、法國、以色列、瑞典、葡萄牙、日本等國家30余人次，

其中特邀報(bào)告7人次合作研究_英國諾丁漢大學(xué)CT斷層掃描系統(tǒng)NMR

磷酸鹽氧同位素合作研究_美國特拉華大學(xué)合作研究_美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室高分LIBS激光誘導(dǎo)擊穿原子光譜培訓(xùn)與研討水肥精準(zhǔn)管理培訓(xùn)研討核磁共振在土壤磷分析中的應(yīng)用紅外光聲光譜在土壤有機(jī)物分析中應(yīng)用五、主要研究成果發(fā)表學(xué)術(shù)論文發(fā)表論文57篇，其中SCI論文50篇SCI論文中，Top期刊論文33篇，占66%SCI論文中，IF>3的32篇，占63%；其中IF>5的7篇，IF>4的20篇出版專著主編、參編英文專著各1部：ZhouJianminDuChangwen.PrincipleandPracticeinEnhancingNutrientUsingEfficiency.ScientificPress,2015RattanLal,Soil-SpecificFarming：PrecisionAgriculture.Wiley，2015國際土壤學(xué)聯(lián)合會前主席、美國俄亥俄州立大學(xué)RattanLal教授專利申請獲授權(quán)國美國專利1項(xiàng)，申請國際專利1項(xiàng)申請國家發(fā)明專利8項(xiàng),獲授權(quán)國家發(fā)明

專利4項(xiàng)申請軟件著作權(quán)和制定地方標(biāo)準(zhǔn)各1件人才培養(yǎng)當(dāng)選多個(gè)國際專業(yè)期刊副主編(AssociateEditor):

杜昌文SoilScienceSocietyofAmericanJournal(SSSAJ),2017-

任圖生CanadianJournalofSoilScience,SoilUseandManagement,2018-

周虎

SoilUseandManagement,2018-獲國際植物營養(yǎng)研究所研究生學(xué)術(shù)獎(jiǎng)，2015全球招聘首批引進(jìn)中科院新百人計(jì)劃，

2017培養(yǎng)博士研究生>6名，碩士研究生>8名科普宣傳CCTV新聞?lì)l道、焦點(diǎn)訪談江蘇衛(wèi)視、江蘇教育頻道中國科學(xué)報(bào)、新華日報(bào)中國江蘇網(wǎng)、中國化肥網(wǎng)主要獲獎(jiǎng)中華農(nóng)業(yè)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)(主持)，2015中國植物營養(yǎng)與肥料學(xué)會優(yōu)秀研究生指導(dǎo)老師獎(jiǎng)，2017山東省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)(排名第四)，2018江蘇省農(nóng)業(yè)豐收獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，2018六、展望多因子偶合的高產(chǎn)高效支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)從機(jī)械化向信息化跨越Producemorewithless土壤紅外光譜信息系統(tǒng)宏觀管理:快速高精度土壤制圖，為戰(zhàn)略決策提供技術(shù)支撐微觀生產(chǎn):適時(shí)獲取土壤肥力信息，為高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)支撐一帶一路:柬埔寨現(xiàn)代農(nóng)業(yè)特區(qū)柬埔寨地處熱帶的農(nóng)業(yè)國，光溫水資源豐富，水稻種植面