支撐高產(chǎn)群體的關鍵土壤過程及動態(tài)調(diào)控機理

支撐高產(chǎn)群體的關鍵土壤過程及動態(tài)調(diào)控機理匯報內(nèi)容一、引言二、主要研究進展三、代表性研究報告四、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-有機物復合體土壤團粒重力水(團粒間)毛管水(團粒間)有機質(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_有機質(zhì)StabilityReactivity

數(shù)量結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)力土地壤有機質(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

時間動態(tài)Y,空間變異尺度效應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、氣體的傳導與運輸有機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)高效當前生產(chǎn)超高產(chǎn)產(chǎn)量(t/ha)土壤剖面、土塊，團聚體礦物-有機物復合物礦物、有機物大分子研究思路土壤有機質(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)高效群體匹配機制多尺度土壤結(jié)構(gòu)土壤容重緊實度土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)換土壤水分傳輸關鍵土壤過程適宜調(diào)控途徑二、課題主要進展重要突破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)的原位定量表征應用現(xiàn)代傳感技術，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途徑，揭示了反硝化的比率以及鐵介導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)分的投入強化了礦化速率，導致土壤反硝化脫氮增加，且磷有效性增強重要突破3:

土壤養(yǎng)分高效利用調(diào)控途徑及驗證結(jié)合重要突破1和2中的基本原理，集成現(xiàn)代信息技術、互聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)、云技術、裝備技術和控釋技術,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、代表性研究報告太湖地區(qū)水稻高產(chǎn)高效調(diào)控原理及其應用太湖地區(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)濟發(fā)達、水網(wǎng)密布的長三角:傳統(tǒng)施肥不適應集約化生產(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)濟效益和環(huán)境效益，達到高產(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、表征與時空差異,土壤養(yǎng)分關鍵轉(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)絡體系。未來五年,華為將加大投入,以實現(xiàn)網(wǎng)絡極簡、網(wǎng)絡交易模式極簡”“我們自己在編的15000多基礎研究的科學家和專家是把金錢變成知識，我們還有60000多應用型人才是開發(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

需要更復雜、更先進的理論和技術支撐養(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精準施肥信息系統(tǒng)專業(yè)化大數(shù)據(jù)專業(yè)模型應用軟件數(shù)據(jù)信息科學云計算、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：攝相機空中近攝：無人機天上遙感：微衛(wèi)星四級立體數(shù)據(jù)采集體系應用終端監(jiān)測監(jiān)控無人機微衛(wèi)星水稻氮素損失與氮素利用匹配關系不打漿輕度打漿高度打漿水稻根系與耕作的關系ppppp稻田打漿破壞土壤大團聚體和大孔隙，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)分更精準高效施用BtoC研究進展: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739.4kg/畝,與常規(guī)施肥18kgN/畝分三次施用用產(chǎn)量相當(738.5kg/畝)，減氮達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)濟效益：>123元/畝環(huán)境效益：

減氮>0.5kg/畝經(jīng)濟效益：>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-揚州示范區(qū):2018-海侖示范區(qū):2018-……第三方測產(chǎn)報告一次施用，減氮20％以上，穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，作為主推技術上報“263”專項實施領導小組

《南京市“兩減六治三提升”專項行動實施方案》“263”專項：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)保護水平、提升執(zhí)法監(jiān)管水平、提升經(jīng)濟調(diào)控水平在國內(nèi)開展了較廣泛的示范與應用在江蘇、山東、湖北、上海、四川、黑龍江等省市水稻生產(chǎn)中示范應用,取得了顯著的應用效果，得到中央電視臺、新華日報、江蘇衛(wèi)視等媒體的報道水稻、草莓專用控釋BB肥地方標準獲立項,推薦為“263”專項

主推技術小麥、玉米、果樹、疏菜等作物上進行了大面積的示范應用小結(jié)根據(jù)太湖地區(qū)水稻土的結(jié)構(gòu)特點，以及氮磷轉(zhuǎn)換過程，在穩(wěn)產(chǎn)的基礎上,氮施用量具有顯著下降空間土壤結(jié)構(gòu)特點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)代信息技術和智能終端等，可進行大面積推廣應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術會議美國、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，

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

磷酸鹽氧同位素合作研究_美國特拉華大學合作研究_美國勞倫斯伯克利國家實驗室高分LIBS激光誘導擊穿原子光譜培訓與研討水肥精準管理培訓研討核磁共振在土壤磷分析中的應用紅外光聲光譜在土壤有機物分析中應用五、主要研究成果發(fā)表學術論文發(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國際土壤學聯(lián)合會前主席、美國俄亥俄州立大學RattanLal教授專利申請獲授權(quán)國美國專利1項，申請國際專利1項申請國家發(fā)明專利8項,獲授權(quán)國家發(fā)明

專利4項申請軟件著作權(quán)和制定地方標準各1件人才培養(yǎng)當選多個國際專業(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)研究所研究生學術獎，2015全球招聘首批引進中科院新百人計劃，

2017培養(yǎng)博士研究生>6名，碩士研究生>8名科普宣傳CCTV新聞頻道、焦點訪談江蘇衛(wèi)視、江蘇教育頻道中國科學報、新華日報中國江蘇網(wǎng)、中國化肥網(wǎng)主要獲獎中華農(nóng)業(yè)科技獎一等獎(主持)，2015中國植物營養(yǎng)與肥料學會優(yōu)秀研究生指導老師獎，2017山東省科學技術獎一等獎(排名第四)，2018江蘇省農(nóng)業(yè)豐收獎一等獎，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)略決策提供技術支撐微觀生產(chǎn):適時獲取土壤肥力信息，為高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供技術支撐一帶一路: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