1、支撑高产群体的关键土壤过程及动态调控机理汇报内容汇报内容一、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、展望一、引言一、引言土壤生产力的限制因子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结构土壤结构土壤持水土壤持水土壤养分供给土壤养分供给土壤固持和通气土壤固持和通气高产高效矿物矿物-有机物复合体有机物复合体土壤团粒土壤团粒重力水重力水(团粒间团粒间)毛管水毛管水(团粒间团粒间)有机质土壤养分土壤养分土壤生物土壤生物土壤结构与土壤生产力土壤结构与土壤生产力土壤生产力调控土壤生产力调控_有机
2、质有机质StabilityReactivity 数量数量 结构结构生产力土地壤有机质与土壤生产力土地壤有机质与土壤生产力0200400600800100012008131823植株吸氮量,mg/pot土壤有机碳(g/kg)(Liang et al.,SSSAJ,2007)(Yan,unpublished data,2013)结构与功能：蛋白质结构与功能：蛋白质光光热热盐盐酸酸结构与功能：金刚石结构与功能：金刚石结构与功能：六碳糖结构与功能：六碳糖果糖葡萄糖植物植物根系根系土壤土壤养分养分土壤土壤水热水热土壤结构土壤结构动态特征动态特征土壤组成与结构是支撑高产群体的基础土壤组成与结构是支撑高产群
3、体的基础 时间动态Y,空间变异尺度效应XYZ多尺度的土壤组成与结构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产量产量(t/ha)土壤剖面、土块，团聚体矿物-有机物复合物矿物、有机物大分子研究思路研究思路土壤有机质土壤有机质宏观宏观结构结构介观介观结构结构微观微观结构结构通透性与根通透性与根系穿透阻力系穿透阻力水分有效水分有效性条件性条件养分动态与养分动态与有效利用有效利用高产高效群体匹配机制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容重紧实度土
4、壤养分转换土壤养分转换土壤水分传输土壤水分传输关键土壤过程适宜调控途径二、课题主要进展二、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土壤养分高效利用调控原理及实现途径重要突破重要突破 1:土壤组成与结构的原位定量表征土壤组成与结构的原位定量表征Day after sowing20406080100120140Soil depth(cm)5101520253035200 kPa400 kPa600 kPa800 kPa1000 kPa
5、1200 kPa1400 kPaNT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重要突破2:土壤养分转化过程及其定量表征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及铁介导的硝酸还原及其影响因素素;发现了稻田水旱交替和养分发现了稻田水旱交替和养分的投入强化了矿化速率，导致土的投入
6、强化了矿化速率，导致土壤反硝化脱氮增加，且磷有效性壤反硝化脱氮增加，且磷有效性增强增强重要突破重要突破 3:土壤养分高效利用调控途径及验证土壤养分高效利用调控途径及验证结合重要突破结合重要突破 1 和和 2 中的基本原理，集成现代信息技术、互联网技术、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，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三、代表性研究报告三、代表性研究报告太湖地区水稻高产高太湖
7、地区水稻高产高效调控效调控原理及其应用原理及其应用太湖地区水稻施肥现状太湖地区水稻施肥现状:减肥增效减肥增效l尿素分次洒施尿素分次洒施l养分利用率低养分利用率低l水体富营养化水体富营养化l人工成本升高人工成本升高江苏江苏 GDP 突破突破 9 万亿万亿!在经济发达、水网密布的长三角在经济发达、水网密布的长三角:传统施肥不适应集约化生产、高效农业，迫切需要简化施肥传统施肥不适应集约化生产、高效农业，迫切需要简化施肥l用较小的肥料投资，争取获得最大的经济效益和环境用较小的肥料投资，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、低污染目的效益，达到高产增收、低消耗的、低污染目的l最小养分
8、率最小养分率:决定作物产量的是土壤中相对含量最少的决定作物产量的是土壤中相对含量最少的养分；最小限制率养分；最小限制率:最小养分会随条件变化而变化最小养分会随条件变化而变化l土壤肥力的形成、表征与时空差异土壤肥力的形成、表征与时空差异,土壤养分关键转化土壤养分关键转化过程、定量表征及其影响因素过程、定量表征及其影响因素简化高效施肥的基础简化高效施肥的基础任正非最近接受媒体采访说任正非最近接受媒体采访说:“华为未来五年将投华为未来五年将投入入1000亿美元重构网络体系。未来五年亿美元重构网络体系。未来五年,华为将加华为将加大投入大投入,以实现网络以实现网络极简极简、网络交易模式、网络交易模式极简
9、极简”“我们自己在编的我们自己在编的15000多基础研究的科学家和专家多基础研究的科学家和专家是把是把金钱变成知识金钱变成知识，我们还有，我们还有60000多应用型人才多应用型人才是开发产品是开发产品,把把知识变成金钱知识变成金钱”把金钱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养分高效利用的要件养分高效利用的要件l 肥料肥料：类型、组成、配比、有效性：类型、组成、配比、有效性l 土壤：养分、水分供应水平土壤：养分、水分供应水平l 作物作物：生长和养分需求规律：生长和养分需求规律l 环境环境：温度、降雨、光照等：温度、降雨、光照等4R:right source
10、,right rate,right time,right place精准施肥信息系统精准施肥信息系统专业化大数据专业模型应用软件数据数据信息信息科学科学云计算、物联网土壤、作物、肥料、环境 Y=F(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：微卫星四级立体数四级立体数据采集体系据采集体系应用终端监测监测监控监控无人机无人机微卫星微卫星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。
11、适度打浆有利用养分吸收与利用构建了养分供需匹配模型构建了养分供需匹配模型土壤土壤肥料肥料作物作物环境环境测土测土-配方配方-配肥一体化肥智能配肥站配肥一体化肥智能配肥站l 建成智能化配肥站，水稻简化施肥建成智能化配肥站，水稻简化施肥l 测土测土-配方配方-配肥一体化快速配肥系统配肥一体化快速配肥系统l 减少肥料成本，养分更精准高效施用减少肥料成本，养分更精准高效施用B to C研究进展研究进展:土壤红外光谱信息系统土壤红外光谱信息系统土壤光谱信息系统土壤光谱信息系统 APP(土壤谱土壤谱)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2015年年:示范面积示范面
12、积:200亩亩 控氮处理控氮处理：20 kg N/亩，亩，729 kg/亩亩 常规处理：常规处理：24 kg N/亩，亩，690 kg/亩亩2016年：年：示范面积：示范面积：1000亩亩 18 kg N/亩，亩，650 kg/亩亩2017年年:示范面积：示范面积：3000亩亩 16 kg N/亩，亩，650 kg/2018年年:示范面积：示范面积：5000 亩亩 15 kg N/亩，亩，618-739 kg/亩亩2019年年:示范面积：示范面积：12000 亩亩 12 kg N/亩，预期亩，预期 600 kg/亩亩水稻专用肥简化高效施用水稻专用肥简化高效施用低磷策略：低磷策略：3 kg P2
13、O5/亩亩减氮减氮增控氮比例减氮打浆插身施肥一体化南京示范区南京示范区(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(738.5kg/亩)，减氮达 6 kg/亩苏州示范区苏州示范区(2018)水稻专用控释水稻专用控释BB肥，控释肥，控释 N 占占 40%，一次性施用，一次性施用 传统肥料传统肥料 3 次施用，次施用，18 kg N/亩，产量亩，产量 580.2 kg/亩亩 专用肥专用肥 1 次施用，次施用，10.5 kg N/亩，产量亩，产量 618
14、.3 kg/亩亩经济效益：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:镇江示范区镇江示范区:2017-扬州示范区扬州示范区:2018-海仑示范区海仑示范区:2018-第三方测产报告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：专项：l二减：减煤炭消耗总量、减落后化工产能”l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l三提升：提升生态保护水平、提升执法监管水平、提升经济调控水平在国内开展了较广泛的示
15、范与应用在国内开展了较广泛的示范与应用l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l水稻、草莓专用控释 BB 肥地方标准获立项,推荐为“263”专项 主推技术l小麦、玉米、果树、疏菜等作物上进行了大面积的示范应用 小小 结结 根据太湖地区水稻土的结构特点，以及氮磷转根据太湖地区水稻土的结构特点，以及氮磷转换过程，在稳产的基础上换过程，在稳产的基础上,氮施用量具有显著下氮施用量具有显著下降空间降空间土壤结构特点和氮磷过程及有效性，可为专业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
16、信息技术和智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太湖流域水稻氮肥常规用量 20 kg N/亩以上，推亩以上，推荐用量为荐用量为 18 kg N/亩亩,采取综合的调控措施，在采取综合的调控措施，在稳产的前提下稳产的前提下,氮肥用量可减至氮肥用量可减至 12 kg N/亩以下亩以下四、国际合作与交流四、国际合作与交流国际学术会议国际学术会议美国、澳大利亚、英国、德国、法国、以色列、瑞典、美国、澳大利亚、英国、德国、法国、以色列、瑞典、葡萄牙、日本等国家葡萄牙、日本等国家 30 余人次，余人次，其中特邀报告其中特
17、邀报告 7 人次人次合作研究合作研究_ _英国诺丁汉大学英国诺丁汉大学CT 断层扫描系统断层扫描系统NMR 磷酸盐氧同位素磷酸盐氧同位素合作研究合作研究_ _美国特拉华大学美国特拉华大学合作研究合作研究_ _美国劳伦斯伯克利国家实验室美国劳伦斯伯克利国家实验室高分高分 LIBS 激光诱导击穿原子光谱激光诱导击穿原子光谱培训与研讨培训与研讨水肥精准管理培训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红外光声光谱在土壤有机物分析中应用中应用五、主要研究成果五、主要研究成果发表学术论文发表学术论文发表论文发表论文 57 篇，其中篇，其中
18、 SCI 论文论文 50 篇篇SCI 论文中，论文中，Top 期刊论文期刊论文 33 篇，占篇，占 66%SCI 论文中，论文中，IF 3 的的 32 篇，占篇，占 63%；其；其中中 IF 5 的的 7 篇，篇，IF 4 的的 20 篇篇出版专著出版专著主编、参编英文专著各主编、参编英文专著各 1 部：部：Zhou Jianmin Du Changwen.Principle and Practice in Enhancing Nutrient Using Efficiency.Scientific Press,2015Rattan Lal,Soil-Specific Farming：Prec
19、ision Agriculture.Wiley，2015国际土壤学联合会前主席、美国俄亥俄州立大学国际土壤学联合会前主席、美国俄亥俄州立大学 Rattan Lal 教授教授专利申请专利申请获授获授 权国美国专利权国美国专利 1 项，申请国际专利项，申请国际专利 1 项项申请国家发明专利申请国家发明专利 8 项项,获授权国家发明获授权国家发明 专利专利 4 项项申请软件著作权和制定地方标准各申请软件著作权和制定地方标准各 1 件件人才培养人才培养当选多个国际专业期刊副主编当选多个国际专业期刊副主编(Associate Editor):杜昌文杜昌文 Soil Science Society of
20、American Journal(SSSAJ),2017-任图生任图生 Canadian Journal of Soil Science,Soil Use and Management,2018-周周 虎虎 Soil Use and Management,2018-获国际植物营养研究所研究生学术奖，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，全球招聘首批引进中科院新百人计划，2017培养博士研究生培养博士研究生 6 名，硕士研究生名，硕士研究生 8 名名科普宣传科普宣传CCTV 新闻频道、焦点访谈新闻频道、焦点访谈江苏卫视、江苏教育频道江苏卫视、江苏教育频道中国
21、科学报、新华日报中国科学报、新华日报中国江苏网、中国化肥网中国江苏网、中国化肥网主要获奖主要获奖中华农业科技奖一等奖中华农业科技奖一等奖(主持主持)，2015中国植物营养与肥料学会优秀研究生指导老师奖，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山东省科学技术奖一等奖(排名第四排名第四)，2018江苏省农业丰收奖一等奖，江苏省农业丰收奖一等奖，2018六、展望六、展望 多因子偶合的高产高效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支撑现代农业从机械化向信息化跨越Produce more with less土壤红外光谱信息系统土壤红外光谱信息系统l 宏观管
22、理宏观管理:快速高精度土壤制图，为快速高精度土壤制图，为战略决策提供技术支撑战略决策提供技术支撑l 微观生产微观生产:适时获取土壤肥力信息，适时获取土壤肥力信息，为高效农业生产提供技术支撑为高效农业生产提供技术支撑一带一路一带一路:柬埔寨现代农业特区柬埔寨现代农业特区l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l洞里沙湖流域规划实施 450 万亩农业特区，雨季种植水稻，产量提升 50%以上，旱季实现棉花种植l高新技术集成运用，规模化和全程机械化生产，构建第一产业为基础的全产业链迅速提升柬埔寨农业生产水平，同时相当于给中国新增迅速提升柬埔寨农业生产水平，同时相当于给中国新增 10 个县的耕地个县的耕地李克强总理的关注，洪森首相的重视，柬埔寨农业部的大力支持李克强总理的关注，洪森首相的重视，柬埔寨农业部的大力支持传统的水稻生长状况传统的水稻生长状况示范推广水稻生长状况示范推广水稻生长状况中间为柬埔寨农业中间为柬埔寨农业部部长及其夫人部部长及其夫人首次实现了棉花种植首次实现了棉花种植谢谢谢谢,敬请敬请 批评指正！批评指正！南京汤泉南京汤泉“4+X”长期定位试验长期定位试验(2012-)
