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资划所“主要粮食产区农田土壤有机质演变与提升综合技术及应用”获2015年国家科技进步二等奖

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    1月8日,国家科学技术奖励大会在人民大会堂举行召开,由中国农业科学院农业资源与农业区划研究所徐明岗研究员牵头完成的“主要粮食产区农田土壤有机质演变与提升综合技术及应用”获2015年国家科技进步二等奖。
    据悉,我国农田土壤有机质含量低,严重地制约我国农业的高产稳产和可持续发展。与欧美等休闲土壤培肥的方式显著不同,我国农田生态类型多样、利用强度大、集约化程度高,特别是从20世纪80年代以来,化肥普遍施用而有机肥施用量呈下降趋势。在这个背景下,查清我国主要粮食产区农田土壤有机质的变化特征与区域差异,揭示土壤有机质提升的区域主控因子,明确有机质提升的技术途径,是实现国家粮食安全的战略需求。
    该研究针对集约化高强度种植及化肥持续超量施用态势下,我国不同区域农田土壤有机质提升的限制因素和技术途径不明确的问题,基于我国五大粮食产区(东北、华北、西北、南方旱地和长江流域水田)42个长期定位试验及362个典型农户的长期定位监测,开展联网研究,探明了近30年来不同区域农田土壤有机质的演变规律及影响因素,构建了有机质提升的关键技术;集成创新了不同区域土壤有机质提升的综合技术模式,提出了13种以增施有机肥和秸秆还田技术与限制因子消减技术为核心的具有区域独特性的有机质提升主要技术模式,大面积推广应用成效显著,为农田土壤有机质提升提供了技术样板。成果共取得33项知识产权,发表论文371篇(其中SCI 76篇)、专著9部,为《国家高标准农田建设规划》《全国耕地地力评价及土壤有机质提升项目》《全国耕地质量等级情况公报》等国家级规划和公报提供了科学依据与技术支撑。技术模式近3年累积推广面积10672万亩,促进了秸秆等废弃物资源的高效利用与耕地质量提升,具有显著的生态环境效益。
    该研究成果具备3项意义, 一是探明了我国主要粮食产区农田土壤有机质的演变规律,构建了多区域有机质预测模型,实现了有机质提升潜力的定量化。发现现有施肥水平下,东北黑土有机质呈现缓慢下降趋势,其他区域土壤有机质处于稳定上升阶段。有机物料投入是有机质提升的第一要素,其转化为有机质的利用效率平均为16.3%,呈现为随水热增加而降低的趋势。构建了多点位、多区域验证的农田土壤有机质变化模拟预测模型,精确度达到86%以上,实现了有机质提升潜力的预测。二是揭示了土壤有机质提升与作物高产稳产的定量耦合关系,明确了有机质提升的定向培育目标。突破了土壤有机质提升与作物增产耦合效应的量化难题。发现在当前生产水平下,每公斤提升1克有机质,三大粮食作物每亩可增产47-66公斤,稳产性提高5%-8%。建立了有机质提升与作物增产的响应模型,提出了不同区域粮食丰产稳产的有机质适宜值,实现了土壤有机质定向培育目标的定量化。三是探明了农田土壤有机质提升的主要限制因素,创建了有机质提升的关键技术。影响农田土壤有机质提升的主要可控限制因素为有机物料投入量、土壤水分、温度和pH值等。增加有机物料投入、改善土壤水分、pH值等是有机质提升需要突破的关键技术。在维持适量有机物料投入下,北方增蓄保水技术土壤有机质提升8%-12%;南方调酸促控有机物料转化技术提升土壤有机质9%-15%。
    该研究主要完成单位是中国农科院资划所、黑龙江农科院土壤肥料与环境资源研究所、河南农科院植物营养与资源环境研究所、吉林农科院、西北农林科技大学、湖南省土壤肥料研究所、西南大学。主要完成人是徐明岗、张文菊、魏丹、黄绍敏、朱平、杨学云、聂军、石孝均、辛景树、黄庆海。
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