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

1、支撐高產(chǎn)群體的關(guān)鍵土壤過程及動(dòng)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(dòng)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(guó)際合作交流五、主要研究成果六、展望匯報(bào)內(nèi)容一、引言一、引言一、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生產(chǎn)力的限制因子氣候作物土壤水、肥、氣、熱土壤水、肥、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)力土壤結(jié)構(gòu)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)毛土壤生產(chǎn)力調(diào)

2、控_有機(jī)質(zhì)StabilityReactivity 數(shù)量 結(jié)構(gòu)生產(chǎn)力土壤生產(chǎn)力調(diào)控_有機(jī)質(zhì)StabilityReactivity土地壤有機(jī)質(zhì)與土壤生產(chǎn)力(Liang et al., SSSAJ, 2007)(Yan, unpublished data, 2013)土地壤有機(jī)質(zhì)與土壤生產(chǎn)力(Liang et al., SSS結(jié)構(gòu)與功能：蛋白質(zhì)光熱鹽酸結(jié)構(gòu)與功能：蛋白質(zhì)光結(jié)構(gòu)與功能：金剛石結(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(dòng)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(dòng)態(tài)Y, 空間變異尺度效應(yīng)XYZ植物根系土壤養(yǎng)分土壤水熱土壤

3、組成與結(jié)構(gòu)是支撐高產(chǎn)群體的基礎(chǔ) 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(dòng)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)物大分子多尺度的土壤組成與結(jié)構(gòu) 宏觀尺度 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(dòng)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二、

4、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)途徑二、課題主要進(jìn)展重要突破 I: 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 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

5、氮增加，且磷有效性增強(qiáng)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(dòng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥減量增效重要突破 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(yíng)養(yǎng)化人工成本升高江蘇 GDP 突破 9 萬億! 在

6、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、水網(wǎng)密布的長(zhǎng)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(jiǎn)化施肥太湖地區(qū)水稻施肥現(xiàn)狀:減肥增效尿素分次灑施江蘇 GDP 突破用較小的肥料投資，爭(zhēng)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(duì)含量最少的養(yǎng)分；最小限制率: 最小養(yǎng)分會(huì)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(jiǎn)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(jiǎn)、網(wǎng)絡(luò)交易模式極簡(jiǎn)”“我們自己在編的15000多基礎(chǔ)研究的科學(xué)家和專

7、家是把金錢變成知識(shí)，我們還有60000多應(yīng)用型人才是開發(fā)產(chǎn)品, 把知識(shí)變成金錢” 把金錢變成金錢!?簡(jiǎn)化不等于簡(jiǎn)單 需要更復(fù)雜、更先進(jìn)的理論和技術(shù)支撐用較小的肥料投資，爭(zhēng)取獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，達(dá)到高產(chǎn)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(zhǎng)和養(yǎng)分需求規(guī)律環(huán)境：溫度、降雨、光照等4R: right source, right rate, right time, right place養(yǎng)分高效利用的要件肥料：類型、組成、配比、有效性4R: ri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(

8、s, c, f, e)土中監(jiān)測(cè)：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(jí)立體數(shù)據(jù)采集體系應(yīng)用終端監(jiān)測(cè)監(jiān)控?zé)o人機(jī)微衛(wèi)星精準(zhǔn)施肥信息系統(tǒng)專業(yè)化大數(shù)據(jù)專業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)信息科學(xué)云計(jì)算、物聯(lián)水稻氮素?fù)p失與氮素利用匹配關(guān)系水稻氮素?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(duì)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稻田打漿構(gòu)建了養(yǎng)分供需匹配模型土壤肥料作物環(huán)境構(gòu)建了養(yǎng)分供需匹配模型土壤肥料作物環(huán)境測(cè)土-配方-配肥一體化肥智能

9、配肥站建成智能化配肥站，水稻簡(jiǎn)化施肥測(cè)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B to C測(cè)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(jiǎn)化研究進(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(cè)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2015年: 示范面積: 200畝 控氮處理 ： 20 kg N/畝，729 kg/畝 常規(guī)處理： 24 kg N/畝，690 kg/畝2016年： 示范面積： 1000畝 18 kg N/畝，650 kg

10、/畝2017年: 示范面積： 3000畝 16 kg N/畝，650 kg/2018年: 示范面積： 5000 畝 15 kg N/畝，618-739 kg/畝2019年: 示范面積： 12000 畝 12 kg N/畝，預(yù)期 600 kg/畝水稻專用肥簡(jiǎn)化高效施用低磷策略：3 kg P2O5/畝減氮減氮增控氮比例減氮打漿插身施肥一體化2015年: 水稻專用肥簡(jiǎn)化高效施用低磷策略：減氮減氮增控氮南京示范區(qū) (2018)水稻專用控釋 BB 肥，12 kg N /畝，其中控釋 N 占 40%，一次性施用，產(chǎn)量達(dá) 739.4 kg/畝, 與常規(guī)施肥 18 kg N /畝分三次施用用產(chǎn)量相當(dāng) (738

11、.5kg/畝)，減氮達(dá) 6 kg/畝南京示范區(qū) (2018)水稻專用控釋 BB 肥，12 kg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，18 kg N /畝，產(chǎn)量 580.2 kg /畝專用肥 1 次施用， 10.5 kg N /畝，產(chǎn)量 618.3 kg/畝經(jīng)濟(jì)效益： 123元/畝環(huán)境效益： 減氮 0 .5 kg/畝經(jīng)濟(jì)效益： 20 元/畝環(huán)境效益： 減氮 7 kg/畝等產(chǎn):等氮:蘇州示范區(qū) (2018)水稻專用控釋BB肥，控釋 N 占 4鎮(zhèn)江示范區(qū): 2017-揚(yáng)州示范區(qū): 2018-海侖示范區(qū): 2018-鎮(zhèn)江示范區(qū): 2017-第

12、三方測(cè)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(dòng)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)控水平第三方測(cè)產(chǎn)報(bào)告一次施用，減氮20以上，穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，作為主推技在國(guó)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(tái)、新華日?qǐng)?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

13、 “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)用在國(guó)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 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 20 kg N/畝以上，推薦用量為 18 kg N/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 12 kg N/畝以下 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)換過程四、國(guó)際合作與交流四、國(guó)際合作與交

14、流國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議美國(guó)、澳大利亞、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、以色列、瑞典、葡萄牙、日本等國(guó)家 30 余人次， 其中特邀報(bào)告 7 人次國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議美國(guó)、澳大利亞、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、以色列、瑞典、合作研究_英國(guó)諾丁漢大學(xué)CT 斷層掃描系統(tǒng)合作研究_英國(guó)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(guó)特拉華大學(xué)NMR 磷酸鹽氧同位素合作研究_美國(guó)特拉華大學(xué)合作研究_美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室高分 LIBS 激光誘導(dǎo)擊穿原子光譜合作研究_美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室高分 LIBS 激光誘培訓(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)用培訓(xùn)與研討水肥精準(zhǔn)管理

15、培訓(xùn)研討五、主要研究成果五、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 篇發(fā)表學(xué)術(shù)論文發(fā)表論文 57 篇，其中 SCI 論文 50 篇出版專著主編、參編英文專著各 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國(guó)際土壤學(xué)聯(lián)合會(huì)前主席、美國(guó)俄亥俄州立大學(xué) Rattan Lal 教授出版專著主編、參編英文專著各 1 部：國(guó)際土壤學(xué)聯(lián)合會(huì)前主席專利申請(qǐng)獲授 權(quán)國(guó)美國(guó)專利 1 項(xiàng)，申請(qǐng)國(guó)際專利 1 項(xiàng)申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利 8 項(xiàng), 獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明 專利 4 項(xiàng)申請(qǐng)軟件著作權(quán)和制定地方標(biāo)準(zhǔn)各 1 件專利申請(qǐng)獲授 權(quán)國(guó)美國(guó)專利 1 項(xiàng)，申請(qǐng)國(guó)際專利 1 項(xiàng)人才培養(yǎng)當(dāng)選多個(gè)國(guó)際專業(yè)期刊副主編 (Associate Editor): 杜昌文 Soil Science Society of American

17、Journal (SSSAJ), 2017- 任圖生 Canadian Journal of Soil Science, Soil Use and Management, 2018- 周 虎 Soil Use and Management, 2018-獲國(guó)際植物營(yíng)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 名人才培養(yǎng)當(dāng)選多個(gè)國(guó)際專業(yè)期刊副主編 (Associate E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(guó)科學(xué)報(bào)、新華日?qǐng)?bào)中國(guó)江蘇網(wǎng)、中國(guó)化肥網(wǎng)科普宣傳CCTV 新聞?lì)l道、焦點(diǎn)訪談主要獲獎(jiǎng)中華農(nóng)業(yè)科技獎(jiǎng)一

18、等獎(jiǎng) (主持)，2015中國(guó)植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)會(huì)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主要獲獎(jiǎng)中華農(nóng)業(yè)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng) (主持)，2015六、展望 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Produce more with less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Prod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(guó)，光溫水資源豐富，水稻種植面積 4500 余萬畝，土壤養(yǎng)分供給問題十分突出洞里沙湖流域