□本報記者 周靜
黑土地農(nóng)用土壤質(zhì)量退化是導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低的重要因子，量化土壤質(zhì)量退化對作物產(chǎn)量影響的貢獻，對有針對性地研發(fā)阻控黑土地農(nóng)用土壤質(zhì)量退化具有重要指導(dǎo)性意義。日前，中國科學(xué)院黑土地農(nóng)用土壤質(zhì)量退化過程與阻控途徑項目研究取得兩項重要進展：探明了東北黑土地土壤退化類型及耦合對作物產(chǎn)量影響機制；完成了黑土耕地土壤質(zhì)量與作物產(chǎn)能協(xié)同提升技術(shù)集成與應(yīng)用。
該項目負責(zé)人、中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員鄒文秀介紹，今年共有186人投入該項目研究，在理論研究、技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用、人才培養(yǎng)等方面都取得了一定成績。
理論研究方面，項目組科研人員通過對各區(qū)域典型坡面的深入研究，明確了坡面上作物產(chǎn)量和土壤屬性的空間分布特點，詳細分析了土壤養(yǎng)分在不同坡位的分布規(guī)律及其與坡位的耦合關(guān)系，揭示了侵蝕強度對作物產(chǎn)量的影響機制和二者之間的相互作用。完成了多地區(qū)土壤退化數(shù)據(jù)的整合與綜合分析，建立了關(guān)鍵退化過程的診斷框架，初步篩選出主導(dǎo)土壤質(zhì)量退化的關(guān)鍵因素。在研究土壤退化過程中，深入探討了熱量傳導(dǎo)、水分遷移和養(yǎng)分運輸?shù)奶卣?，識別了能量平衡、水分擴散通量和養(yǎng)分遷移過程中的敏感環(huán)境因子，構(gòu)建了退化條件下水、熱、養(yǎng)分過程的關(guān)鍵驅(qū)動因子識別模型。進一步明確了不同區(qū)域高產(chǎn)田和低產(chǎn)田土壤理化指標(biāo)的差異，識別出退化黑土的主要物理、化學(xué)和微生物限制因子。共發(fā)表相關(guān)成果學(xué)術(shù)論文26篇，其中17篇為SCI論文，9篇為CSCD論文，出版專著2部，獲得3項省部級獎勵。
在技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用方面，建立了與退化土壤相關(guān)的長期監(jiān)測系統(tǒng)，包含土壤有機質(zhì)、養(yǎng)分、土壤水分保持能力等關(guān)鍵指標(biāo)的觀測，并應(yīng)用高精度空間分析工具對土壤質(zhì)量的變化進行全面評估，形成了黑土退化與改良的診斷體系。構(gòu)建了土壤水熱耦合傳感器、配套的數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)，提高了對土壤水、熱動態(tài)的實時監(jiān)測能力，為研究土壤物理過程提供了先進工具。提出了根系層土壤結(jié)構(gòu)性障礙的消減技術(shù)途徑，為改善退化土壤的物理結(jié)構(gòu)、促進作物根系生長提供了有效的方法。繼續(xù)開展黑土培肥與產(chǎn)能提升技術(shù)的效果驗證與熟化工作，研究了限制因子消減、擴庫增容、土壤增碳肥田等技術(shù)措施。明確了不同有機物料增碳肥田和秸稈還田方式的技術(shù)效果，提出了適合研究區(qū)域的土壤培肥與產(chǎn)能提升技術(shù)方案，發(fā)揮了有機物料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的有效利用。繼續(xù)構(gòu)建適宜黑土地農(nóng)用土壤質(zhì)量的評價體系，制定了土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)綜合指標(biāo)的分析標(biāo)準(zhǔn)，為土壤質(zhì)量的監(jiān)測與評價提供了規(guī)范?；贛eta分析，完成了人為土壤管理措施在提高東北地區(qū)作物產(chǎn)量中的作用及區(qū)域適宜性評價，為制定不同區(qū)域的土壤管理策略提供了參考。相關(guān)成果獲批4項地方標(biāo)準(zhǔn)，授權(quán)4項發(fā)明專利，申請5項發(fā)明專利，獲得10項軟件著作權(quán)。
在人才培養(yǎng)方面，培養(yǎng)了2名國家級人才和2名省部級人才，培養(yǎng)研究生25名。
鄒文秀表示，項目組科研人員通過對東北黑土地土壤退化類型及耦合對作物產(chǎn)量影響機制的研究，創(chuàng)新性地劃分了黑土地農(nóng)用土壤侵蝕對作物產(chǎn)量降低的空間格局，量化了黑土地農(nóng)用土壤退化類型及耦合作用對作物產(chǎn)量降低的貢獻。研究表明，區(qū)域尺度上，坡度是影響土壤侵蝕與沉積分布的關(guān)鍵因素，侵蝕顯著降低玉米產(chǎn)量，而沉積區(qū)因養(yǎng)分積累產(chǎn)量有所提升；流域尺度上，土壤侵蝕速率與作物產(chǎn)量呈顯著負相關(guān)關(guān)系，侵蝕強烈區(qū)域的產(chǎn)量下降幅度達26.3%～71.8%。土壤侵蝕導(dǎo)致的作物減產(chǎn)，最嚴重的區(qū)域集中在中部和西北部，而影響相對較小的區(qū)域主要分布在西南部和東北部，多數(shù)區(qū)域的土壤侵蝕導(dǎo)致作物減產(chǎn)均超過20%。此外，揭示了土壤質(zhì)量退化通過影響微生物養(yǎng)分資源限制、作物水分利用效率，進而影響作物產(chǎn)量的過程。在典型黑土區(qū)，土壤侵蝕是導(dǎo)致作物減產(chǎn)的主導(dǎo)退化類型，貢獻率達27%。土壤侵蝕深度被確立為作物減產(chǎn)的關(guān)鍵因素，其次是土壤有機質(zhì)和全氮含量。土壤質(zhì)量指數(shù)與作物產(chǎn)量顯著正相關(guān)，其中土壤養(yǎng)分（如有機質(zhì)、全氮）對產(chǎn)量貢獻最大，而土壤物理性質(zhì)則通過改善土壤結(jié)構(gòu)和水肥保持能力間接提升產(chǎn)量。
同時，通過對黑土耕地土壤質(zhì)量與作物產(chǎn)能協(xié)同提升技術(shù)集成與應(yīng)用的研究，識別了作物根系層土壤的主要限制因子，提出了土壤障礙消減-土壤質(zhì)量提升-作物產(chǎn)量增加的技術(shù)途徑，明確了技術(shù)區(qū)域適宜性。研究成果表明，土壤酸化、有機質(zhì)下降、養(yǎng)分有效性低和土壤結(jié)構(gòu)惡化是退化黑土限制作物產(chǎn)量的主要因子，區(qū)域尺度上，土壤酸化、有機質(zhì)含量低、土壤保水性差限制了遼河平原玉米產(chǎn)量提升；土壤養(yǎng)分供給能力和有機質(zhì)含量是限制松嫩平原玉米產(chǎn)量的主要因素。專家們提出了多源有機物料還田配合深翻/深松是消減黑土作物根系層土壤障礙的有效途徑，揭示了根際土壤中堿解氮含量對微生物資源碳限制和磷限制的影響最大，而β-葡萄糖苷酶活性是影響土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。有機物料施用通過調(diào)控根際土壤作物產(chǎn)量能提高5.99%、土壤質(zhì)量指數(shù)增加46.55%。
科研人員分區(qū)域構(gòu)建了土壤質(zhì)量與作物產(chǎn)量協(xié)同提升途徑，為黑土地保護利用、分區(qū)治理提供了技術(shù)支撐。基于多源有機物還田，構(gòu)建了松嫩平原黑土地保育與培肥、遼河平原“補還一體”、三江平原改良快速培肥的土壤質(zhì)量與作物產(chǎn)量協(xié)同提升途徑，同時，基于預(yù)測模型估算了東北地區(qū)不同土壤管理措施下主要作物的產(chǎn)量效應(yīng)值，開展技術(shù)模式適宜性評價。預(yù)測結(jié)果顯示旋耕和深松/深翻的適宜性覆蓋了東北所有耕作區(qū)，其中旋耕的高度適宜區(qū)范圍較大，但深松/深翻的增產(chǎn)幅度更高。