我國近30年來的化肥投入的增加支撐了我國糧食產(chǎn)量的持續(xù)增長(zhǎng)。2015年我國化肥生產(chǎn)量達(dá)7627萬t，施用量約6000萬t，單位面積化肥用量是世界平均水平的3倍。2015年我國水稻、玉米、小麥三大糧食作物化肥利用率為35.2%，比2013年提高2.2個(gè)百分點(diǎn)，但比歐美小麥、玉米主產(chǎn)區(qū)低10~30個(gè)百分點(diǎn)，因此化肥減施增效仍有較大空間。
在采用精確施肥、替代施肥和施用高效肥料提高當(dāng)季化肥利用率的同時(shí)，培育和提升耕地地力成為長(zhǎng)期穩(wěn)定提高化肥養(yǎng)分利用效率、實(shí)現(xiàn)藏肥于土與耕地大面積均衡減肥的根本途徑。耕地地力是指在特定立地條件(氣候、地形、水文)、土壤剖面理化性狀、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及水肥投入水平下農(nóng)田土壤的生產(chǎn)能力。
土壤是化肥養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、遷移和作物吸收的場(chǎng)所，地力因素(障礙和肥力因素)一方面影響土壤蓄納和穩(wěn)定供應(yīng)養(yǎng)分的能力，另一方面影響微生物活性和根系生長(zhǎng)，進(jìn)而影響?zhàn)B分在土壤–作物系統(tǒng)中的高效循環(huán)利用。我國耕地基礎(chǔ)地力對(duì)糧食產(chǎn)量(小麥、玉米、單季稻)的平均貢獻(xiàn)率為45.7%~60.2%，比農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家低了20~30個(gè)百分點(diǎn)，只有通過高強(qiáng)度集約化管理才能同時(shí)實(shí)現(xiàn)糧食增產(chǎn)和資源增效。
由于我國耕地土壤類型豐富，不同農(nóng)區(qū)管理方式多樣、地力水平差異巨大，必須分區(qū)實(shí)施地力提升措施，這是實(shí)現(xiàn)化肥減施增效的基礎(chǔ)性與關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。當(dāng)前迫切需要建立耕地地力提升與化肥養(yǎng)分利用增效之間的定量關(guān)系，打破土壤障礙對(duì)耕層長(zhǎng)效蓄納供應(yīng)化肥養(yǎng)分能力的制約，培肥地力激發(fā)作物–土壤–微生物互作功能以促進(jìn)化肥養(yǎng)分高效循環(huán)利用，構(gòu)建不同區(qū)域化肥減施增效的耕地地力綜合管理模式，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效與可持續(xù)發(fā)展提供理論和技術(shù)支撐。
1國外研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)
20世紀(jì)90年代，為應(yīng)對(duì)資源和環(huán)境對(duì)糧食生產(chǎn)的約束，國際上提出發(fā)展集約化可持續(xù)農(nóng)業(yè)，歐盟制定“2020計(jì)劃”提出通過提高土壤質(zhì)量穩(wěn)定提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。21世紀(jì)以來，國外研究主要集中在消減土壤障礙和提升土壤功能兩個(gè)層面，其中美國農(nóng)業(yè)部鹽土實(shí)驗(yàn)室與澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織等在打破土壤障礙對(duì)化肥養(yǎng)分利用的制約方面開展了系統(tǒng)研究，美國康奈爾大學(xué)、法國國家農(nóng)業(yè)研究院和瑞士有機(jī)農(nóng)業(yè)研究所等在揭示化肥養(yǎng)分高效利用的土壤生物物理機(jī)制方面取得了顯著進(jìn)展，而荷蘭瓦赫寧根大學(xué)和加拿大薩斯喀徹溫大學(xué)等建立了有效的地力分區(qū)管理與綜合培肥模式。
1.1建立了打破土壤次生障礙對(duì)化肥養(yǎng)分利用制約的原理與技術(shù)
耕地不合理的管理導(dǎo)致土壤退化。全球退化土壤中，物理性與化學(xué)性退化分別占4.2%和12.2%，尤以酸化、鹽堿化和連作障礙為重。長(zhǎng)期大量施用銨態(tài)氮肥加速了土壤酸化、并衍生板結(jié)和耕層變薄等次生障礙，進(jìn)而降低土壤養(yǎng)分庫容、抑制作物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收。
合理配施有機(jī)肥和無機(jī)肥，以及采用誘導(dǎo)作物根系釋放堿性物質(zhì)的措施可以減緩耕地土壤酸化、改善土壤結(jié)構(gòu)。針對(duì)鹽堿環(huán)境下導(dǎo)致的作物吸收養(yǎng)分失衡障礙，通過聯(lián)合采用土壤調(diào)理與生物調(diào)控技術(shù)可以有效提升作物對(duì)養(yǎng)分的吸收效率，而應(yīng)用土壤水–鹽–肥運(yùn)移模型(HYDRUS2D/3D)可以在區(qū)域尺度上指導(dǎo)鹽堿土的改良。長(zhǎng)期連作在導(dǎo)病型土壤上導(dǎo)致作物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收效率下降，定向培育抑病型的土壤肥力性狀和微生物區(qū)系已成為提高化肥養(yǎng)分利用效率的重要策略。
1.2揭示了化肥養(yǎng)分增效的土壤物理性保護(hù)與微生物促進(jìn)機(jī)制
土壤良好結(jié)構(gòu)促進(jìn)了有機(jī)氮礦化和腐殖酸結(jié)合態(tài)磷的積累，提高了氮磷養(yǎng)分的長(zhǎng)效供應(yīng)能力。
土壤結(jié)構(gòu)體(如團(tuán)聚體)中的碳循環(huán)可以通過代謝補(bǔ)償機(jī)制促進(jìn)氮磷循環(huán)，而在生態(tài)系統(tǒng)尺度上調(diào)控碳氮磷的耦合循環(huán)促進(jìn)了養(yǎng)分的平衡供應(yīng)。調(diào)控活性有機(jī)碳輸入可以增強(qiáng)土壤結(jié)構(gòu)體中有機(jī)質(zhì)的積累，特別是促進(jìn)微生物熱區(qū)(microbialhotspot，包括有機(jī)碎屑區(qū)、根際、生物孔隙、團(tuán)聚體)結(jié)構(gòu)的形成，從而發(fā)揮土壤的生物功能。
耕層土壤中，特別是微生物熱區(qū)中的微生物群落驅(qū)動(dòng)了土壤養(yǎng)分的循環(huán)過程，基于熒光顯微成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)根系、微生物與養(yǎng)分在微觀尺度上存在互作機(jī)制；采用13C標(biāo)記和高通量測(cè)序方法發(fā)現(xiàn)間套作與輪作影響了根際微生物組成及其對(duì)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化利用；作物根系的生長(zhǎng)促進(jìn)了細(xì)菌網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，而且根系細(xì)菌之間存在廣泛的互惠作用，促進(jìn)了其生物功能。
在百年尺度上，長(zhǎng)期施用化肥和有機(jī)肥分別提高了貧營養(yǎng)型和富營養(yǎng)型微生物區(qū)系的豐度，增加了氮磷養(yǎng)分礦化的活性。在有機(jī)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中配施有機(jī)肥和磷細(xì)菌可提高土壤微生物多樣性，減施化肥30%以上。因此，調(diào)控土壤熱區(qū)的微生物區(qū)系和施用生物有機(jī)肥已成為有效減肥途徑。
1.3建立了提高化肥養(yǎng)分利用效率的地力分區(qū)管理與綜合培肥模式
耕地地力綜合管理是指根據(jù)區(qū)域氣候–作物–土壤條件，運(yùn)用耕作、輪作、施肥管理結(jié)合增加生物多樣性等農(nóng)藝措施培育耕地地力，實(shí)現(xiàn)化肥養(yǎng)分利用率和作物產(chǎn)量協(xié)同提高的目標(biāo)。
歐美發(fā)達(dá)國家耕地資源豐富，可以兼顧糧食生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，主要采取保護(hù)性耕作措施提高基礎(chǔ)地力，加拿大建立了小麥間歇性免耕模式恢復(fù)地力；美國通過豆科輪作增加土壤碳、氮固定，平均提高氮肥利用率達(dá)17%。
而在非洲干旱區(qū)，通過建立地力差異化管理措施來提高化肥養(yǎng)分利用率。另一方面，通過生物培肥措施改善土壤生物功能可以提高養(yǎng)分利用效率，在南非氧化土上引種固氮藍(lán)藻顯著改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力，促進(jìn)了玉米生長(zhǎng)。目前，通過調(diào)控作物根際土壤生物功能協(xié)同提高土壤地力和減少養(yǎng)分損失已成為提升土壤綜合服務(wù)功能的有效途徑
2國內(nèi)研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)
近年來，我國相繼實(shí)施了"中低產(chǎn)田改造”、“沃土工程”、“高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)”、“測(cè)土配方施肥”計(jì)劃，中國科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)等依托20世紀(jì)80年代建立的中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)和土壤肥力與肥料效應(yīng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，開展了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和土壤質(zhì)量長(zhǎng)期演變規(guī)律的研究，評(píng)價(jià)了我國農(nóng)田化肥養(yǎng)分平衡和養(yǎng)分利用的時(shí)空變化特征，揭示了熱量驅(qū)動(dòng)的化肥養(yǎng)分投入和有機(jī)養(yǎng)分再循環(huán)對(duì)產(chǎn)量的增益作用，發(fā)展了典型類型土壤質(zhì)量管理的指標(biāo)體系、培育理論與技術(shù)體系。
主要糧食產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)演變與提升綜合技術(shù)、黃淮地區(qū)農(nóng)田地力提升與大面積均衡增產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用、克服土壤連作生物障礙的微生物有機(jī)肥及其新工藝等成果先后獲得國家科技獎(jiǎng)。
目前，針對(duì)我國耕地地力和施肥水平的多樣性和復(fù)雜性，亟需在不同時(shí)空尺度上系統(tǒng)開展耕地地力提升與化肥養(yǎng)分高效利用之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制研究，重點(diǎn)在化肥減施高潛力區(qū)開展耕地地力和養(yǎng)分資源協(xié)同管理理論、技術(shù)和調(diào)控模式研究。
2.1深化了長(zhǎng)期施肥條件下土壤團(tuán)聚體和根際碳氮磷儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化機(jī)制的研究
近年來，我國學(xué)者利用同步輻射、13C-核磁共振(13C-NMR)等技術(shù)深入研究了秸稈還田和保護(hù)性耕作等對(duì)不同類型土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分庫容的協(xié)同促進(jìn)作用，發(fā)現(xiàn)不同氣候條件下土壤中秸稈分解的芳香化過程趨同；長(zhǎng)期施用有機(jī)肥和免耕促進(jìn)了不同旱地土壤>0.25mm團(tuán)聚體中碳氮磷的積累，顯著增加了水稻土>1mm團(tuán)聚體中有機(jī)碳氮的積累，但不同粒徑團(tuán)聚體中養(yǎng)分積累速率隨土壤類型而變化；而微生物控制了有機(jī)碳在團(tuán)聚體中的累積。
基于長(zhǎng)期施肥試驗(yàn)，在長(zhǎng)期尺度上闡明了典型耕地土壤類型保持有機(jī)質(zhì)平衡的有機(jī)碳投入閾值，揭示了土壤有機(jī)質(zhì)提升總體上增產(chǎn)和促進(jìn)氮素利用的趨勢(shì)]，并針對(duì)不同糧食主產(chǎn)區(qū)發(fā)展了農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的綜合提升技術(shù)體系。
應(yīng)用穩(wěn)定性同位素探針、高通量測(cè)序和基因芯片等技術(shù)顯著推進(jìn)了土壤–根系–微生物系統(tǒng)中養(yǎng)分轉(zhuǎn)化機(jī)制的研究，發(fā)現(xiàn)在根際尺度上水稻土有機(jī)物降解與養(yǎng)分釋放過程存在微生物的種間互營機(jī)制；在田塊尺度上長(zhǎng)期平衡施肥顯著提高了缺磷紅壤性水稻土中氮轉(zhuǎn)化功能基因多樣性和氮素轉(zhuǎn)化酶活性，水稻與綠肥長(zhǎng)期輪作改變了氮轉(zhuǎn)化微生物群落結(jié)構(gòu)，提高了銨態(tài)氮的供應(yīng)；在區(qū)域尺度上輪作系統(tǒng)顯著改變了水稻土微生物的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不同水稻土中共有的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵細(xì)菌(根瘤菌目Rhizobiales)和真菌(肉座菌目Hypocreales)具有調(diào)控氮素轉(zhuǎn)化的作用。
在旱地系統(tǒng)中，秸稈腐解過程中碳分解與氮素固定和反硝化存在耦合機(jī)制，微生物控制了有機(jī)碳在團(tuán)聚體中的積累，氣候條件顯著影響了不同土壤中秸稈腐解微生物群落的演變過程。在砂姜黑土中長(zhǎng)期施用有機(jī)肥通過改變土壤pH顯著恢復(fù)了由于施用化肥而降低的微生物多樣性；在堿性潮土中施用有機(jī)肥顯著提高了氨氧化細(xì)菌數(shù)量，增加了影響碳素和磷素轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵微生物(如菌根真菌和Bacillusasahii)豐度；在酸性紅壤中，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥顯著增加了大團(tuán)聚體中生物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，大團(tuán)聚體中食細(xì)菌線蟲對(duì)細(xì)菌的捕食作用降低了土壤呼吸熵，而對(duì)氨氧化細(xì)菌的捕食作用提高了土壤硝化勢(shì)。因此長(zhǎng)期施用有機(jī)肥的管理措施對(duì)于維持和提升土壤微生物轉(zhuǎn)化養(yǎng)分的功能具有重要作用。
2.2推進(jìn)了土壤次生障礙發(fā)生機(jī)制研究，探索了耕地肥沃耕層構(gòu)建與化肥養(yǎng)分增效技術(shù),建立了國家測(cè)土配方施肥數(shù)據(jù)管理平臺(tái)
針對(duì)土壤酸化，通過對(duì)全國多點(diǎn)數(shù)據(jù)的分析闡明了施用化肥對(duì)土壤酸化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，通過野外定位試驗(yàn)研究分析了紅壤酸化對(duì)氮磷轉(zhuǎn)化的制約作用，提出了生物炭改良方法。
針對(duì)鹽堿化，基于壟作、硫酸鋁改良和氮肥分次施用效應(yīng)，提出重度鹽堿土上提高作物產(chǎn)量和養(yǎng)分利用率的技術(shù)體系。針對(duì)連作障礙，研發(fā)了控制土壤連作障礙的新型微生物有機(jī)肥技術(shù)。針對(duì)不同區(qū)域的耕層土壤退化，在東北平原黑土區(qū)提出“玉米免耕結(jié)合秸稈深埋的肥沃耕層構(gòu)建技術(shù)”以應(yīng)對(duì)耕層變薄問題，在華北平原潮土區(qū)建立“激發(fā)式玉米秸稈行間掩埋技術(shù)”消減土壤砂性障礙，在關(guān)中平原和渭北旱塬塿土和黑壚土區(qū)建立了小麥–玉米的“高茬還田”和“壟溝覆膜栽培”技術(shù)減緩干旱脅迫和提升土壤有機(jī)質(zhì)，在長(zhǎng)江中游紅壤區(qū)發(fā)展“耕層養(yǎng)分庫和生物功能協(xié)同重建技術(shù)”阻控酸化和瘠薄，在四川盆地紫色土區(qū)構(gòu)建“聚土壟作免耕–坡式梯田模式”破除耕層淺薄問題，這些中低產(chǎn)田改造技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了養(yǎng)分利用效率和作物產(chǎn)量。
在國家尺度上，基于測(cè)土配方施肥數(shù)據(jù)和模型分析，建立了全國測(cè)土配方施肥數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，研發(fā)了縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)(CLRMIS)并應(yīng)用于2498個(gè)縣，支撐了全國耕地地力評(píng)價(jià)和施肥決策。
2.3亟需開展耕地地力與化肥養(yǎng)分利用之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制與協(xié)同提升技術(shù)研究
耕地地力與化肥養(yǎng)分利用之間的關(guān)系受氣候、土壤和作物等諸多因素的綜合影響，必須結(jié)合區(qū)域尺度的長(zhǎng)期綜合觀測(cè)，揭示耕地地力空間分布格局對(duì)化肥養(yǎng)分利用的多尺度影響規(guī)律，建立耕地管理模式與耕地質(zhì)量及化肥養(yǎng)分利用效率之間的關(guān)系，闡明耕地地力培肥的區(qū)域減肥潛力和調(diào)控對(duì)策。
目前需要加強(qiáng)研究耕地酸化過程與養(yǎng)分循環(huán)的耦合作用機(jī)制；探索水–鹽–肥耦合促進(jìn)化肥養(yǎng)分高效利用的機(jī)制；厘清連作障礙制約化肥養(yǎng)分利用的效應(yīng)關(guān)系；開展田間原位研究，揭示消減土壤結(jié)構(gòu)障礙過程中土壤團(tuán)聚體–有機(jī)質(zhì)關(guān)鍵組分–氮磷轉(zhuǎn)化–微生物網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同機(jī)制，集成肥沃耕層構(gòu)建與土壤生物功能提升的耕地地力綜合管理技術(shù)。
國內(nèi)外研究均證明提高地力是實(shí)現(xiàn)化肥減施的長(zhǎng)效途徑，但減施策略也因養(yǎng)分類型而異。穩(wěn)定提升地力對(duì)提高磷肥長(zhǎng)期累積利用率效果明顯；但我國氮肥過量施用問題嚴(yán)重，減施氮肥更依賴于提高當(dāng)季利用率。
地力培育是一個(gè)長(zhǎng)期過程，特別是中低產(chǎn)田地力培育難以一蹴而就。因此，必須加強(qiáng)理論創(chuàng)新，攻克在中短期內(nèi)加快提升耕地地力、實(shí)現(xiàn)化肥減施增效的技術(shù)難題。如果利用國家尺度長(zhǎng)期試驗(yàn)平臺(tái)，加強(qiáng)土壤學(xué)與生物學(xué)和植物營養(yǎng)學(xué)的交叉研究，揭示消除土壤障礙制約和培育地力促進(jìn)養(yǎng)分利用機(jī)制，耦合土壤蓄納庫容提升和養(yǎng)分加速循環(huán)利用的增效作用，建立以有機(jī)培肥與耕作管理為基礎(chǔ)的綜合調(diào)控技術(shù)原理和優(yōu)化模式，將能夠?yàn)榇竺娣e均衡減施化肥、實(shí)現(xiàn)
藏肥于土目標(biāo)提供重大基礎(chǔ)理論和技術(shù)支撐。
3面向化肥減施增效的耕地地力綜合管理研究重點(diǎn)和突破方向
我國中低產(chǎn)耕地約占耕地總面積的67.3%，嚴(yán)重制約了養(yǎng)分的高效利用；同時(shí)在高產(chǎn)耕地中存在養(yǎng)分過量施用和肥力退化的潛在影響。我國中低產(chǎn)田的土壤原生障礙和次生障礙并存，主要為酸化、鹽堿、砂性、黏重板結(jié)、土層淺薄、障礙層，疊加瘠薄、干旱、水土流失和重金屬污染等問題，限制了農(nóng)田生產(chǎn)潛力的發(fā)揮和水肥資源的高效利用。
如東北平原的薄層黑土、白漿土和蘇打鹽堿土，華北平原的薄層褐土、砂姜黑土、潮土和濱海鹽堿土，西北地區(qū)的黑壚土、土、黃綿土和綠洲干旱次生鹽漬土，南方丘陵區(qū)的紅壤和紫色土，長(zhǎng)江中下游的冷浸田、黃泥田和白土等。
因此，面向建立耕地大面積均衡減肥技術(shù)的國家需求，亟需針對(duì)我國農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)的主要土壤類型和作物類型(小麥、玉米、水稻和蔬菜)，以消除土壤障礙制約和快速培育地力從而穩(wěn)定提升化肥養(yǎng)分利用率為突破口，以提升耕地養(yǎng)分資源利用率為目標(biāo)，開展農(nóng)田地力提升與養(yǎng)分利用增效機(jī)制和技術(shù)的多尺度研究。
首先，需要建立多尺度的綜合研究方法體系，包括分子尺度的宏基因組測(cè)序和生物信息學(xué)方法，團(tuán)聚體尺度的13C-核磁共振、同步輻射和計(jì)算機(jī)體層攝影(CT)，田塊尺度的同位素標(biāo)記和原位自動(dòng)觀測(cè)技術(shù)，區(qū)域尺度的時(shí)空序列調(diào)查、養(yǎng)分循環(huán)模型技術(shù)。
其次，基于多時(shí)空尺度的研究方法，開展土壤學(xué)與生態(tài)學(xué)和植物營養(yǎng)學(xué)交叉研究，重點(diǎn)回答提高化肥養(yǎng)分利用效率的4個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題：①地力與養(yǎng)分利用率關(guān)系及其時(shí)空變化規(guī)律；②土壤障礙(酸化、鹽堿、板結(jié)粘閉、耕層變淺、連作障礙)制約養(yǎng)分高效蓄積轉(zhuǎn)化機(jī)制與消減原理；③地力培肥促進(jìn)根系–土壤–微生物互作提高養(yǎng)分耦合利用機(jī)制及調(diào)控途徑；④肥沃耕層構(gòu)建與生物功能提升對(duì)養(yǎng)分蓄納供應(yīng)的協(xié)同驅(qū)動(dòng)增效機(jī)制與調(diào)控理論。
通過剖析地力與化肥養(yǎng)分利用效率關(guān)系及其時(shí)空變化規(guī)律與主控因素，揭示障礙對(duì)養(yǎng)分高效儲(chǔ)存轉(zhuǎn)化的制約機(jī)理及其消減原理，闡明培肥地力促進(jìn)根系–土壤–微生物互作功能從而促進(jìn)養(yǎng)分耦合循環(huán)利用的增效機(jī)制，建立穩(wěn)定提升土壤功能–加速養(yǎng)分循環(huán)利用的“雙核驅(qū)動(dòng)”地力綜合管理理論。
最后，基于區(qū)域氣候、土壤、作物條件，建立并應(yīng)用化肥減施增效的耕地地力管理模式、途徑和對(duì)策，實(shí)現(xiàn)藏肥于土、大面積均衡減肥的目標(biāo)。
通過系統(tǒng)研究，需要在理論和技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)3個(gè)方面的突破：
1)在區(qū)域尺度和長(zhǎng)時(shí)間尺度上，建立耕地地力與化肥養(yǎng)分利用率的定量關(guān)系，發(fā)展多尺度動(dòng)態(tài)關(guān)系模型。基于國家尺度耕地地力和養(yǎng)分管理研究平臺(tái)，主要包括中國科學(xué)院的中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的土壤肥力與肥料效應(yīng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，利用長(zhǎng)期試驗(yàn)從長(zhǎng)時(shí)間尺度建立不同管理措施下地力提升與化肥養(yǎng)分利用率變化的定量關(guān)系和預(yù)測(cè)模式；基于我國農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)耕地地力與化肥養(yǎng)分利用率調(diào)查，從區(qū)域尺度建立不同氣候、土壤和作物系統(tǒng)中地力和障礙因子與化肥養(yǎng)分利用率的定量關(guān)系和預(yù)測(cè)模型。在不同時(shí)空尺度上揭示耕地地力演變過程中控制化肥養(yǎng)分利用率的因素，評(píng)價(jià)不同區(qū)域通過地力提升減施化肥的潛力。
2)揭示集約化管理下地力提升促進(jìn)化肥養(yǎng)分高效利用的界面過程機(jī)制，發(fā)展“雙核驅(qū)動(dòng)”養(yǎng)分增效的地力綜合調(diào)控理論，創(chuàng)新化肥減施增效的理論和模式。針對(duì)集約化管理下地力提升措施對(duì)“養(yǎng)分輸入-保蓄-供應(yīng)”的促進(jìn)機(jī)制，從根系–土壤–微生物界面，闡明根系分泌物和有機(jī)質(zhì)關(guān)鍵組分與不同界面(根表、根際、團(tuán)聚體)微生物網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同演變關(guān)系，揭示其互反饋機(jī)制對(duì)氮磷耦合循環(huán)的激發(fā)效應(yīng)和增效機(jī)制。基于土壤障礙消減和肥沃耕層構(gòu)建，提高土壤對(duì)養(yǎng)分的蓄納供應(yīng)能力；基于輪作培肥，促進(jìn)根系–土壤–微生物互作效能，挖掘“擴(kuò)氮固碳促磷”潛力；創(chuàng)建“穩(wěn)定提升土壤功能-加速養(yǎng)分循環(huán)利用”的“雙核驅(qū)動(dòng)”地力綜合調(diào)控理論，建立化肥減施增效的地力綜合管理模式。
3)在國家尺度，建立耕地地力與化肥利用機(jī)制關(guān)聯(lián)型的協(xié)同管理大數(shù)據(jù)平臺(tái)。基于不同時(shí)空尺度耕地地力與化肥養(yǎng)分利用率定量關(guān)系和影響因素研究，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(WebGIS)和分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DDBMS)融合多元數(shù)據(jù)，包括耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)、測(cè)土配方施肥、長(zhǎng)期試驗(yàn)及相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)，集成傳統(tǒng)的土壤分類型、農(nóng)業(yè)施肥決策型和社會(huì)經(jīng)濟(jì)管理型數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢(shì)，建立互聯(lián)網(wǎng)分布式數(shù)據(jù)平臺(tái)和基于多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)(MSTP專線)的內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)，構(gòu)建國家尺度耕地地力和化肥養(yǎng)分高效利用的協(xié)同管理大數(shù)據(jù)平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，采用云計(jì)算軟件(VMWare系列軟件)開展典型區(qū)域的大數(shù)據(jù)分析，在評(píng)價(jià)耕地地力水平基礎(chǔ)上，分類提出化肥資源高效配置利用和減施區(qū)劃方案，并為政府部門、企業(yè)、推廣人員和農(nóng)戶提供咨詢服務(wù)。
致謝：感謝李忠佩、田霄鴻、張?jiān)缕健⒘河矜谩⒑诔晌倪^程中的幫助。
(作者：孫波1,8，陸雅海2，張旭東3，盧升高4，韋革宏5，楊勁松1,8，朱安寧1,8，劉滿強(qiáng)6，段英華7(1土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)；2北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)；3中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所；4浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院；5西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院；6南京農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院；7中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所；8農(nóng)業(yè)部耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)；內(nèi)容來源：《土壤》（soils.issas.ac.cn，2017年第2期）)
中國鄉(xiāng)村發(fā)現(xiàn)網(wǎng)轉(zhuǎn)自：土壤觀察（微信公眾號(hào)）
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