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耕地地力提升與化肥養分高效利用(精)/化肥和農藥減施增效理論與實踐叢書 版權信息
- ISBN：9787030694966
- 條形碼：9787030694966 ; 978-7-03-069496-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
耕地地力提升與化肥養分高效利用(精)/化肥和農藥減施增效理論與實踐叢書 內容簡介
我國耕地土壤類型豐富，但地力水平區域差異巨大，必須因地制宜，協同消減土壤障礙和穩定提升耕地地力，在長期和區域尺度上實現化肥養分的高效利用。本書針對我國主要農區的典型土壤類型，從時空格局、消障促效、培肥增效和模式集成4個層次，評價了地力水平與化肥養分利用效率之間的定量關系，揭示了土壤障礙對化肥養分利用的制約機制及其消減原理，闡明了作物-土壤-微生物相互作用對化肥養分利用的增效機制及其調控措施，構建了“擴增土壤蓄納養分功能-提升生物養分轉化功能”雙核驅動的耕地地力綜合調控理論與技術模式，為實施化肥減量增效行動、耕地質量保護與提升行動提供理論與決策支持。 本書可供農學、土壤學、生態學和環境科學等相關專業高校師生、科研人員及相關管理部門人員閱讀、參考。
耕地地力提升與化肥養分高效利用(精)/化肥和農藥減施增效理論與實踐叢書 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 我國糧食安全生產面臨的耕地資源與土壤質量退化問題 1
1.1.1 耕地資源問題 1
1.1.2 土壤質量退化問題 2
1.2 地力提升與養分高效利用的國際研究進展 4
1.2.1 打破土壤次生障礙對化肥養分利用制約的原理與技術 4
1.2.2 土壤結構與微生物群落組裝促進養分循環和化肥增效的機制 4
1.2.3 土壤–根系–微生物系統促進氮磷養分協同利用的機制 5
1.2.4 提高化肥養分利用率的地力綜合管理模式 6
1.3 地力提升與養分高效利用的國內研究進展 7
1.3.1 土壤質量演變與養分循環調控 7
1.3.2 培肥促進土壤團聚體形成和微生物演替機制 7
1.3.3 土壤–根系–微生物系統促進氮磷協同利用和作物抗逆的機制 8
1.3.4 耕地肥沃耕層構建與化肥養分增效技術 9
1.4 面向化肥減施增效的耕地地力綜合管理研究 10
1.4.1 耕地地力和養分高效管理的研究方向與內容 10
1.4.2 耕地地力和養分高效管理的研究突破點 12
第2章 耕地地力水平與化肥養分利用率的關系 13
2.1 耕地地力分布格局及其對主要作物化肥氮磷利用率的影響 13
2.1.1 主要作物系統土壤地力的分布特征 13
2.1.2 土壤地力對主要作物系統產量和氮磷利用率的影響 16
2.1.3 主要作物系統土壤地力的關鍵影響因子 26
2.2 小麥–玉米輪作農田氮肥利用率的時空演變特征及預測 32
2.2.1 長期不同施肥條件下玉米和小麥氮肥利用率的時空演變特征 32
2.2.2 氮肥利用率與土壤速效磷的關系 36
2.2.3 未來氣候變化和不同施肥條件下產量與氮肥利用率的變化趨勢預測 38
2.3 典型旱地地力與氮肥利用率的關系 44
2.3.1 作物氮肥利用率與地力關系的理論進展 44
2.3.2 推薦施氮量 45
2.3.3 我國不同區域糧食作物的*佳施氮量 46
2.3.4 氮肥利用率與基礎地力和施氮量的關系 47
2.4 水旱輪作農田地力與氮肥利用率的關系 49
2.4.1 太湖流域典型區地力調查和表征方法 49
2.4.2 地力與氮肥利用率的關系特征 52
2.4.3 氮肥利用率的提升潛力 58
2.4.4 耕地綜合地力提升的方法 61
第3章 土壤酸化與化學養分的互動機制及其調控原理 63
3.1 化肥–土壤酸化–耕地地力的互動機制 63
3.1.1 施肥與土壤酸化的互動影響 63
3.1.2 土壤酸化對耕地地力和養分利用的影響 65
3.1.3 土壤酸化對養分轉化微生物群落及其功能的影響 66
3.1.4 土壤酸化對耕地地力影響的物理學機制 69
3.2 土壤酸化對作物養分吸收和利用的影響機制 75
3.2.1 土壤酸化對作物養分吸收和利用的影響 76
3.2.2 土壤酸化對根際微環境與養分轉化微生物的影響 78
3.2.3 土壤酸化誘導鋁毒對作物根系生長與養分吸收的影響 79
3.3 阻控土壤酸化提高養分利用率的主要措施 83
3.3.1 阻控土壤酸化提高養分利用率的主要改良劑 83
3.3.2 生物炭消減土壤酸化及其衍生地力障礙 90
3.3.3 消減土壤酸化促進養分循環利用的綜合調控技術 98
第4章 土壤鹽堿障礙降低養分利用率的機制及其增效途徑 101
4.1 鹽堿障礙對農田養分形態轉化、有效性與吸收利用的影響機制 101
4.1.1 鹽堿障礙對農田氮素關鍵轉化過程的影響 101
4.1.2 鹽堿障礙下根區土壤磷形態與有效性的特征 109
4.1.3 鹽堿化農田氮磷養分吸收利用的障礙機制 112
4.2 鹽堿耕地障礙消減對化肥養分利用的促進機制 118
4.2.1 障礙消減措施對鹽堿耕地土壤物理性質的調控效應 118
4.2.2 障礙消減措施對氮素轉化和磷素形態的促進機制 121
4.2.3 障礙消減措施對鹽堿耕地氮磷養分吸收利用的提升效應 126
4.3 鹽堿耕地氮磷養分增效的調控途徑 128
4.3.1 江蘇濱海鹽堿化耕地氮磷養分增效的調控途徑 129
4.3.2 山東濱海鹽堿化耕地氮磷養分增效的調控途徑 131
4.3.3 東北蘇打鹽堿化耕地氮磷養分增效的調控途徑 134
4.3.4 西北內陸鹽堿化耕地氮磷養分增效的調控途徑 136
第5章 土壤結構性障礙制約養分高效利用的機制與突破對策 140
5.1 土壤結構性障礙特征及其對養分庫的影響 140
5.1.1 黑土結構性障礙特征及其對養分庫的影響 140
5.1.2 典型區潮土結構性障礙及其對養分庫的影響 147
5.2 土壤團聚結構對養分蓄供及利用的制約機制 152
5.2.1 不同團聚結構土壤中化肥氮轉化過程及影響因素 152
5.2.2 土壤團聚結構對潮土氨基糖組成的影響機制 158
5.2.3 土壤團聚結構對磷素養分轉化的影響機制 162
5.3 土壤團聚結構形成及其微生物作用機制 164
5.3.1 不同耕作和秸稈管理措施對潮土團聚結構形成的作用機制 164
5.3.2 長期施肥對潮土團聚結構形成的微生物作用機制 173
5.4 土壤結構改良與調控技術模式 180
5.4.1 黑土玉米秸稈富集深埋還田技術 180
5.4.2 砂性潮土深免間歇耕作耦合秸稈還田技術 184
第6章 連作障礙抑制作物對養分吸收利用的機制與消減技術 187
6.1 連作障礙影響耕地地力的機制 187
6.1.1 連作障礙的土壤物理問題 187
6.1.2 連作障礙的土壤化學問題 188
6.1.3 連作障礙的土壤生物學問題 192
6.2 連作障礙抑制作物生長及養分吸收利用的機制 193
6.2.1 連作下土壤物理障礙對作物養分吸收利用的影響 194
6.2.2 連作下土壤酸化對作物養分吸收利用的影響 194
6.2.3 連作下化感物質對作物養分吸收利用的影響 195
6.2.4 連作下土壤生物對作物養分吸收利用的影響 196
6.3 連作障礙消減技術的養分增效措施 197
6.3.1 土壤養分調控 197
6.3.2 施用生物有機肥 199
6.3.3 施用生物炭 202
6.3.4 施用蚓堆肥 202
6.3.5 連作障礙綜合防控措施 204
6.4 促進蔬菜健康生長和養分利用的技術模式 205
6.4.1 促進番茄健康生長和養分利用的營養調控技術 206
6.4.2 促進黃瓜健康生長和養分利用的生物有機肥調控技術 207
第7章 土壤–作物系統養分循環增效的微生物驅動機制與調控策略 211
7.1 稻田生態系統與旱作生態系統土壤微生物組特征 211
7.1.1 農田土壤微生物地理分布格局 211
7.1.2 農田土壤微生物群落構建機制 213
7.1.3 水稻和小麥的根際效應 215
7.1.4 水稻和小麥根際碳淀積與微生物群落的微尺度空間分布 217
7.2 稻田生態系統有機質分解與養分耦合轉化作用 221
7.2.1 水稻土有機質厭氧降解機制及其調控因子 221
7.2.2 水稻土磁鐵礦與生物炭顆粒對有機質降解的影響 224
7.2.3 稻田生物膜對磷素的響應 225
7.3 旱作生態系統養分蓄供與協同增效 230
7.3.1 土壤孔隙結構及微生物分布在養分蓄供中的作用 230
7.3.2 土壤水分分布和微生物活動調控氮磷養分蓄供 233
7.3.3 叢枝菌根真菌的綜合促磷效應 235
7.3.4 免耕與秸稈還田條件下土壤的碳磷互動效應 236
第8章 不同氣候帶旱地土壤微生物群落演替及功能基因組響應機制 239
8.1 不同氣候帶典型旱地土壤微生物群落結構及演替特征 239
8.1.1 不同氣候帶土壤微生物群落演替機制的研究方法 239
8.1.2 不同氣候帶典型旱地土壤移置對土壤肥力和作物產量的影響 241
8.1.3 不同氣候帶典型旱地土壤微生物群落組成與多樣性變化 244
8.1.4 不同氣候帶典型旱地土壤微生物群落演替特征 246
8.2 不同氣候帶典型旱地土壤微生物養分轉化功能組 254
8.2.1 典型土壤微生物碳轉化功能組對不同氣候條件的響應 254
8.2.2 典型土壤微生物氮轉化功能組對不同氣候條件的響應 258
8.3 典型旱地土壤核心微生物組及其與地上部作物的關系 264
8.3.1 核心微生物組與地上部作物的關系 264
8.3.2 氣候條件變化下微生物與地上部作物的關系 272
第9章 中東部集約化農田養分高效利用的沃土培育原理與途徑 276
9.1 中東部集約化農田土壤肥力培育原理與調控 276
9.1.1 東北集約化農田土壤肥力培育原理與調控 277
9.1.2 華北集約化農田土壤肥力培育原理與調控 286
9.1.3 長江中下游集約化農田土壤肥力培育原理與調控 290
9.2 中東部集約化農田土壤養分循環過程與調控 296
9.2.1 東北集約化農田土壤養分循環過程及調控 296
9.2.2 華北集約化農田土壤養分循環過程及調控 305
9.2.3 長江中下游集約化農田土壤養分循環過程及調控 308
9.3 中東部集約化農田養分高效管理與減肥增效 310
9.3.1 東北集約化玉米連作農田養分高效管理與減肥增效 311
9.3.3 長江中下游集約化雙季稻農田養分高效管理與減肥增效 325
9.3.4 中東部集約化農田養分高效利用的區域管理特征 330
第10章 西北旱區主要糧作體系有機培肥的地力提升機制 332
10.1 小麥單作體系綠肥及有機肥的培肥效應 333
10.1.1 黃土高原旱塬區有機培肥對小麥產量及土壤有機碳固持的影響 333
10.1.2 黃土高原平原區秸稈還田和施用有機肥對小麥產量和土壤有機碳固持的影響 336
10.1.3 添加鈣源對秸稈在土壤中腐解和有機碳固持的影響及其作用機制 338
10.2 小麥–玉米輪作體系下秸稈還田模式對土壤培肥和產量效應的影響 348
10.2.1 麥玉輪作體系下秸稈還田模式對小麥產量的影響 348
10.2.2 麥玉輪作體系下秸稈還田模式對土壤細菌群落及酶活性的影響 349
10.2.3 麥玉輪作體系下秸稈還田模式對土壤碳固存的影響 353
10.2.4 麥玉輪作體系下小麥秸稈高留茬還田模式促進土壤碳固存和產量效應 357
10.3 玉米||大豆間作體系對產量和土壤微生物的影響 359
10.3.1 玉米與大豆間作對作物生長的促進作用 359
10.3.2 玉米與大豆間作對土壤微生物群落結構和功能的影響 363
10.4 我國北方小麥和玉米系統秸稈還田的有機碳固持與增產效應 367
10.4.1 秸稈還田對小麥和玉米產量的影響 367
10.
第1章 緒論 1
1.1 我國糧食安全生產面臨的耕地資源與土壤質量退化問題 1
1.1.1 耕地資源問題 1
1.1.2 土壤質量退化問題 2
1.2 地力提升與養分高效利用的國際研究進展 4
1.2.1 打破土壤次生障礙對化肥養分利用制約的原理與技術 4
1.2.2 土壤結構與微生物群落組裝促進養分循環和化肥增效的機制 4
1.2.3 土壤–根系–微生物系統促進氮磷養分協同利用的機制 5
1.2.4 提高化肥養分利用率的地力綜合管理模式 6
1.3 地力提升與養分高效利用的國內研究進展 7
1.3.1 土壤質量演變與養分循環調控 7
1.3.2 培肥促進土壤團聚體形成和微生物演替機制 7
1.3.3 土壤–根系–微生物系統促進氮磷協同利用和作物抗逆的機制 8
1.3.4 耕地肥沃耕層構建與化肥養分增效技術 9
1.4 面向化肥減施增效的耕地地力綜合管理研究 10
1.4.1 耕地地力和養分高效管理的研究方向與內容 10
1.4.2 耕地地力和養分高效管理的研究突破點 12
第2章 耕地地力水平與化肥養分利用率的關系 13
2.1 耕地地力分布格局及其對主要作物化肥氮磷利用率的影響 13
2.1.1 主要作物系統土壤地力的分布特征 13
2.1.2 土壤地力對主要作物系統產量和氮磷利用率的影響 16
2.1.3 主要作物系統土壤地力的關鍵影響因子 26
2.2 小麥–玉米輪作農田氮肥利用率的時空演變特征及預測 32
2.2.1 長期不同施肥條件下玉米和小麥氮肥利用率的時空演變特征 32
2.2.2 氮肥利用率與土壤速效磷的關系 36
2.2.3 未來氣候變化和不同施肥條件下產量與氮肥利用率的變化趨勢預測 38
2.3 典型旱地地力與氮肥利用率的關系 44
2.3.1 作物氮肥利用率與地力關系的理論進展 44
2.3.2 推薦施氮量 45
2.3.3 我國不同區域糧食作物的*佳施氮量 46
2.3.4 氮肥利用率與基礎地力和施氮量的關系 47
2.4 水旱輪作農田地力與氮肥利用率的關系 49
2.4.1 太湖流域典型區地力調查和表征方法 49
2.4.2 地力與氮肥利用率的關系特征 52
2.4.3 氮肥利用率的提升潛力 58
2.4.4 耕地綜合地力提升的方法 61
第3章 土壤酸化與化學養分的互動機制及其調控原理 63
3.1 化肥–土壤酸化–耕地地力的互動機制 63
3.1.1 施肥與土壤酸化的互動影響 63
3.1.2 土壤酸化對耕地地力和養分利用的影響 65
3.1.3 土壤酸化對養分轉化微生物群落及其功能的影響 66
3.1.4 土壤酸化對耕地地力影響的物理學機制 69
3.2 土壤酸化對作物養分吸收和利用的影響機制 75
3.2.1 土壤酸化對作物養分吸收和利用的影響 76
3.2.2 土壤酸化對根際微環境與養分轉化微生物的影響 78
3.2.3 土壤酸化誘導鋁毒對作物根系生長與養分吸收的影響 79
3.3 阻控土壤酸化提高養分利用率的主要措施 83
3.3.1 阻控土壤酸化提高養分利用率的主要改良劑 83
3.3.2 生物炭消減土壤酸化及其衍生地力障礙 90
3.3.3 消減土壤酸化促進養分循環利用的綜合調控技術 98
第4章 土壤鹽堿障礙降低養分利用率的機制及其增效途徑 101
4.1 鹽堿障礙對農田養分形態轉化、有效性與吸收利用的影響機制 101
4.1.1 鹽堿障礙對農田氮素關鍵轉化過程的影響 101
4.1.2 鹽堿障礙下根區土壤磷形態與有效性的特征 109
4.1.3 鹽堿化農田氮磷養分吸收利用的障礙機制 112
4.2 鹽堿耕地障礙消減對化肥養分利用的促進機制 118
4.2.1 障礙消減措施對鹽堿耕地土壤物理性質的調控效應 118
4.2.2 障礙消減措施對氮素轉化和磷素形態的促進機制 121
4.2.3 障礙消減措施對鹽堿耕地氮磷養分吸收利用的提升效應 126
4.3 鹽堿耕地氮磷養分增效的調控途徑 128
4.3.1 江蘇濱海鹽堿化耕地氮磷養分增效的調控途徑 129
4.3.2 山東濱海鹽堿化耕地氮磷養分增效的調控途徑 131
4.3.3 東北蘇打鹽堿化耕地氮磷養分增效的調控途徑 134
4.3.4 西北內陸鹽堿化耕地氮磷養分增效的調控途徑 136
第5章 土壤結構性障礙制約養分高效利用的機制與突破對策 140
5.1 土壤結構性障礙特征及其對養分庫的影響 140
5.1.1 黑土結構性障礙特征及其對養分庫的影響 140
5.1.2 典型區潮土結構性障礙及其對養分庫的影響 147
5.2 土壤團聚結構對養分蓄供及利用的制約機制 152
5.2.1 不同團聚結構土壤中化肥氮轉化過程及影響因素 152
5.2.2 土壤團聚結構對潮土氨基糖組成的影響機制 158
5.2.3 土壤團聚結構對磷素養分轉化的影響機制 162
5.3 土壤團聚結構形成及其微生物作用機制 164
5.3.1 不同耕作和秸稈管理措施對潮土團聚結構形成的作用機制 164
5.3.2 長期施肥對潮土團聚結構形成的微生物作用機制 173
5.4 土壤結構改良與調控技術模式 180
5.4.1 黑土玉米秸稈富集深埋還田技術 180
5.4.2 砂性潮土深免間歇耕作耦合秸稈還田技術 184
第6章 連作障礙抑制作物對養分吸收利用的機制與消減技術 187
6.1 連作障礙影響耕地地力的機制 187
6.1.1 連作障礙的土壤物理問題 187
6.1.2 連作障礙的土壤化學問題 188
6.1.3 連作障礙的土壤生物學問題 192
6.2 連作障礙抑制作物生長及養分吸收利用的機制 193
6.2.1 連作下土壤物理障礙對作物養分吸收利用的影響 194
6.2.2 連作下土壤酸化對作物養分吸收利用的影響 194
6.2.3 連作下化感物質對作物養分吸收利用的影響 195
6.2.4 連作下土壤生物對作物養分吸收利用的影響 196
6.3 連作障礙消減技術的養分增效措施 197
6.3.1 土壤養分調控 197
6.3.2 施用生物有機肥 199
6.3.3 施用生物炭 202
6.3.4 施用蚓堆肥 202
6.3.5 連作障礙綜合防控措施 204
6.4 促進蔬菜健康生長和養分利用的技術模式 205
6.4.1 促進番茄健康生長和養分利用的營養調控技術 206
6.4.2 促進黃瓜健康生長和養分利用的生物有機肥調控技術 207
第7章 土壤–作物系統養分循環增效的微生物驅動機制與調控策略 211
7.1 稻田生態系統與旱作生態系統土壤微生物組特征 211
7.1.1 農田土壤微生物地理分布格局 211
7.1.2 農田土壤微生物群落構建機制 213
7.1.3 水稻和小麥的根際效應 215
7.1.4 水稻和小麥根際碳淀積與微生物群落的微尺度空間分布 217
7.2 稻田生態系統有機質分解與養分耦合轉化作用 221
7.2.1 水稻土有機質厭氧降解機制及其調控因子 221
7.2.2 水稻土磁鐵礦與生物炭顆粒對有機質降解的影響 224
7.2.3 稻田生物膜對磷素的響應 225
7.3 旱作生態系統養分蓄供與協同增效 230
7.3.1 土壤孔隙結構及微生物分布在養分蓄供中的作用 230
7.3.2 土壤水分分布和微生物活動調控氮磷養分蓄供 233
7.3.3 叢枝菌根真菌的綜合促磷效應 235
7.3.4 免耕與秸稈還田條件下土壤的碳磷互動效應 236
第8章 不同氣候帶旱地土壤微生物群落演替及功能基因組響應機制 239
8.1 不同氣候帶典型旱地土壤微生物群落結構及演替特征 239
8.1.1 不同氣候帶土壤微生物群落演替機制的研究方法 239
8.1.2 不同氣候帶典型旱地土壤移置對土壤肥力和作物產量的影響 241
8.1.3 不同氣候帶典型旱地土壤微生物群落組成與多樣性變化 244
8.1.4 不同氣候帶典型旱地土壤微生物群落演替特征 246
8.2 不同氣候帶典型旱地土壤微生物養分轉化功能組 254
8.2.1 典型土壤微生物碳轉化功能組對不同氣候條件的響應 254
8.2.2 典型土壤微生物氮轉化功能組對不同氣候條件的響應 258
8.3 典型旱地土壤核心微生物組及其與地上部作物的關系 264
8.3.1 核心微生物組與地上部作物的關系 264
8.3.2 氣候條件變化下微生物與地上部作物的關系 272
第9章 中東部集約化農田養分高效利用的沃土培育原理與途徑 276
9.1 中東部集約化農田土壤肥力培育原理與調控 276
9.1.1 東北集約化農田土壤肥力培育原理與調控 277
9.1.2 華北集約化農田土壤肥力培育原理與調控 286
9.1.3 長江中下游集約化農田土壤肥力培育原理與調控 290
9.2 中東部集約化農田土壤養分循環過程與調控 296
9.2.1 東北集約化農田土壤養分循環過程及調控 296
9.2.2 華北集約化農田土壤養分循環過程及調控 305
9.2.3 長江中下游集約化農田土壤養分循環過程及調控 308
9.3 中東部集約化農田養分高效管理與減肥增效 310
9.3.1 東北集約化玉米連作農田養分高效管理與減肥增效 311
9.3.3 長江中下游集約化雙季稻農田養分高效管理與減肥增效 325
9.3.4 中東部集約化農田養分高效利用的區域管理特征 330
第10章 西北旱區主要糧作體系有機培肥的地力提升機制 332
10.1 小麥單作體系綠肥及有機肥的培肥效應 333
10.1.1 黃土高原旱塬區有機培肥對小麥產量及土壤有機碳固持的影響 333
10.1.2 黃土高原平原區秸稈還田和施用有機肥對小麥產量和土壤有機碳固持的影響 336
10.1.3 添加鈣源對秸稈在土壤中腐解和有機碳固持的影響及其作用機制 338
10.2 小麥–玉米輪作體系下秸稈還田模式對土壤培肥和產量效應的影響 348
10.2.1 麥玉輪作體系下秸稈還田模式對小麥產量的影響 348
10.2.2 麥玉輪作體系下秸稈還田模式對土壤細菌群落及酶活性的影響 349
10.2.3 麥玉輪作體系下秸稈還田模式對土壤碳固存的影響 353
10.2.4 麥玉輪作體系下小麥秸稈高留茬還田模式促進土壤碳固存和產量效應 357
10.3 玉米||大豆間作體系對產量和土壤微生物的影響 359
10.3.1 玉米與大豆間作對作物生長的促進作用 359
10.3.2 玉米與大豆間作對土壤微生物群落結構和功能的影響 363
10.4 我國北方小麥和玉米系統秸稈還田的有機碳固持與增產效應 367
10.4.1 秸稈還田對小麥和玉米產量的影響 367
10.
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耕地地力提升與化肥養分高效利用(精)/化肥和農藥減施增效理論與實踐叢書 節選
第1章緒論 1.1我國糧食安全生產面臨的耕地資源與土壤質量退化問題 1.1.1耕地資源問題 我國目前的糧食和其他主要農產品供需關系總體上表現出“總量基本平衡、結構性短缺、長期性偏緊”的格局。由于人口增加伴隨城鎮化和工業化的發展，膳食結構升級、工業用途拓展，對飼料用糧和工業用糧的需求快速增加，同時現有一些農產品品種缺口可能繼續擴大。2016～2019年，我國糧食總產達6.16億～6.64億t，基于14.5億人口數和人均500kg糧食需求量，預計2030年糧食需求量將達7.25億t(中國科學院農業領域戰略研究組，2009)。2016～2019年，我國每年進口糧食維持在1億t以上（1.06億～1.31億t)，2019年進口谷物1785萬t、大豆8851萬t，相當于進口約7億畝（1畝666.7m2，后文同）耕地的產能。我國幅員遼闊，農業自然資源及其時空配置復雜多樣，但水土資源及其利用存在總量不足、質量不高、配置不協調、利用不合理的問題，需要解決資源硬約束問題以保障農產品安全生產和生態環境的可持續發展，因此實施“藏糧于地、藏糧于技”戰略對于保障我國的糧食安全十分重要。 1.1.1.1耕地資源總量不足、質量不高 我國耕地資源不足，2019年末耕地總面積為20.23億畝（約合1.3487億hm2)，人均耕地僅1.44畝（0.096hm2)，不足世界平均水平的40%，而且可耕地己基本利用，后備耕地資源少、條件差、開發利用難度大。我國耕地中高產田（1～3等地）、中產田（4～6等地）和低產田（7～10等地）面積分別占耕地總面積的31.24%、46.81%和21.95%(表1-1)，其中低產田土壤障礙多、改良難度大，而中產田障礙較少、增產潛力較大（農業農村部，2019)？傮w上我國耕地基礎地力對糧食產量（小麥、玉米、單季稻）的平均貢獻率為45.7%～60.2%(湯勇華和黃耀，2009)，比農業發達國家低了20～30個百分點。如果通過地力提升措施將中產田平均提高1個等級，可實現新增糧食綜合生產能力800億kg以上。 1.1.1.2水土資源配置不協調、利用不合理 我國農業生產中水土資源區域分布不協調，東部氣候濕潤、水源充足，擁有全國90%的耕地，而西部干旱、半干旱或高寒區耕地只占全國的10%;南方水資源占全國總量的4/5，但耕地不到全國的2/5，北方水資源只占全國總量的1/5，但其耕地卻占全國的3/5。近20年來我國糧食生產重心己從南方轉移到了北方，東北和黃淮海地區糧食產量目前己占全國的53%，其中商品糧占全國的66%，而水資源僅占15%左右，導致農業生產布局與自然資源分布不匹配。“北糧南運”相當于每年要由北方向南方輸送300億m3的水資源，加劇了北方水資源短缺的問題（夏軍等，2008;張桃林，2015)。 我國耕地利用強度大，是美國的2.2倍、印度的3.3倍。美國大量耕地每年實行強制休耕，我國則是采用增加復種指數等方式來保證以較少的耕地資源生產出更多的糧食，耕地很少有休養生息的機會，結果往往是土地產出率高，但資源利用率和勞動力生產率低（Zhang et al.，2010)。同時，農業基礎設施薄弱的問題仍未得到根本改善，農業抵御災害的能力還比較弱。農田有效灌溉面積僅占51.8%，農田灌溉水利用系數僅為0.52，平均水分生產力約為1.0kg/m3，明顯低于發達國家1.2～1.5kg/m3的水平（張桃林，2015)。 1.1.2土壤質量退化問題 目前，我國農業資源環境受外源性和內源性污染的雙重影響，加劇了土壤和水體污染、農產品質量安全風險。一方面，工礦業和城鄉生活污染向農業系統轉移排放，導致農產品產地環境質量下降和污染問題凸顯；另一方面，農業生產系統中化學品過量使用，以及農業廢棄物（畜禽糞污、農作物秸稈和農田殘膜等）不合理處置，造成嚴重的農業面源污染（朱兆良等，2006)。根據聯合國糧食及農業組織預測，2050年全球糧食生產的氮肥需求量將從74TgN/年增加到107TgN/年，為了控制全球糧食生產導致的農業面源污染水平，氮盈余量需要從目前的100TgN/年降低到50TgN/年，氮肥利用率（nitrogen use efficiency，NUE)需要從平均40%增加到平均70%，其中歐盟和美國NUE需要增至75%，而中國和亞洲其他國家需要增至60%。然而，1961～2011年我國氮肥利用率己降至全球*低，而氮盈余量升至全球*高（Zhang et al.，2015)。因此，我國亟須提高肥料利用率以解決糧食安全和環境安全的雙重壓力。 1.1.2.1化肥用量偏大，化肥利用率偏低 2013年，我國農業化肥用量為5912萬t，按農業種植面積（包括果園等）計算化肥用量為321.5kg/hm2，遠高出世界平均水平，分別是美國的2.6倍和歐盟的2.5倍。我國2002～2005年水稻、小麥和玉米施肥量分別為294.8kg/hm2、263.6kg/hm2和269.6kg/hm2，氮肥利用率分別為27.3%、38.2%和31.0%，磷肥利用率分別為13.0%、16.9%和15.3%，鉀肥利用率分別為28.1%、25.6%和30.5%(閆湘等，2017)。由于近年來實施測土配方施肥措施，目前我國小麥、水稻、玉米的平均氮肥用量分別為210kg/hm2、210kg/hm2、220kg/hm2，己進入水環境安全閾值范圍（225kg/hm2)，小麥、玉米、水稻的氮、磷和鉀肥的平均當季利用率分別為33%(30%～35%)、24%(15%～25%)和42%(35%～60%)(農業部，2013)。隨著實施化肥農藥使用量零增長行動，我國水稻、玉米、小麥三大糧食作物化肥利用率由2015年的35.2%增加到2019年的39.2%，但仍然比世界先進水平低10～20個百分點。 我國化肥用量存在突出的區域不平衡問題，山東、江蘇等地區化肥用量超過390kg/hm2，內蒙古、貴州等地區施用量低于195kg/hm2，特別是我國果園、設施蔬菜地、茶園的化肥平均用量分別達到555kg/hm2、365kg/hm2、678kg/hm2，而且果菜茶種植總面積仍在增加，加劇了區域化肥過量施用的狀況（楊林章和孫波，2008;張福鎖，2008;倪康等，2019)。雖然在不同氣候、土壤和作物產量目標下，作物化肥養分利用率有較大差異，但我國農業化肥利用率總體上仍有較大的提升空間。 1.1.2.2農業廢棄物還田利用率和回收率低 我國每年產生約38億t畜禽糞污，排放的氮、磷量已經超過農業化肥氮、磷的排放量，而其化學需氧量（chemical oxygen demand，COD)排放占我國農業生產排放的COD總量的90%以上。2013年，我國飼養生豬約12億頭，年出欄7億頭左右，其中500頭以上的規模化養殖場占40%左右。然而，規；B殖場廢棄物處理設施配套比例不足50%，畜禽糞便養分還田率不到50%。2007年，對全國污染源的**次普查表明，畜禽養殖排泄物氮、磷排放總量分別達到10.24億t和16.04億t(環境保護部等，2010)，同時，這些有機廢棄物還存在重金屬和抗生素超標現象（Jia et al.，2016)？傮w上，我國農田徑流和淋洗進入水體的氮量分別占施氮量的5%和2%，NH3揮發進入大氣的氮占11%～16%，其中水田損失高于旱地（朱兆良等，2006;Chen et al.，2014；Wang et al.，2018)，因此，我國農業中種植業和養殖業導致的面源污染十分嚴重（Sunetal.，2012)。 2015年，我國主要農作物秸稈可收集資源量為9.0億t，秸稈綜合利用率為80.1%，其中秸稈肥料化利用率為43.2%。2015年，我國農膜用量達260多萬噸，其中地膜用量為145萬t，因廣泛使用超薄地膜（<0.008mm)，其回收率一般低于60%，致使每年有約58萬t農膜殘留在土壤中，影響土壤的結構和通透性，降低了作物對土壤養分和水分的利用。隨著秸桿還田和有機肥替代化肥行動的持續推進，2019年我國秸稈綜合利用率增加到83.7%，畜禽糞污資源化利用率達70%，但在肥料化利用方面仍有提升潛力。 1.1.2.3區域性土壤退化和土壤污染問題突出 近30年來，我國耕地肥力狀況總體向好（徐明崗等，2015)。據農業部國家*耕地質量監測數據，1985～2006年在常規施肥管理條件下，農田大量養分含量總體表現為上升趨勢，土壤全氮、有效磷、速效鉀平均含量分別為1.55g/kg、27.4mg/kg、127mg/kg，分別提升了19%、330%、67%(全國農業技術推廣服務中心和中國農業科學院農業資源與區劃研究所，2008)。根據2005～2014年測土配方施肥項目數據，我國耕層土壤有機質平均含量為24.7g/kg，與全國第二次土壤普查數據對比，提高了4.85g/kg(增加了24.5%)，但西北地區（甘肅和青海）耕層土壤有機質含量下降（楊帆等，2017)。耕層土壤有機質含量增加的主要原因在2000年前是化肥投入增加導致的根茬量增加，在2000年以后是實施了秸稈還田和增施有機肥措施(Zhao et al.，2018)。但是，我國耕地土壤C:N:P仍然不協調，我國表層（0～10cm)富含有機質土壤的C:N:P約為134:9:1(Tian et al.，2010)，低于全球表層土壤C:N:P(186:13:1)，導致土壤供應和作物生長需求之間供需錯配，影響土壤生產力。 然而，我國耕地仍然存在區域性質量下降問題，退化耕地面積己占耕地總面積的40%以上，在高強度農業利用下紅壤加速酸化、土壤次生鹽堿化、耕作層變薄和板結黏閉、土壤連作障礙等嚴重影響耕地生產能力的發揮。目前，我國水土流失耕地面積約3.6億畝，鹽堿耕地面積約1.14億畝，強酸和極強酸性（pH<5.5)耕地面積約2.61億畝，沙化耕地面積約3843萬畝。我國耕地表層土壤pH在20世紀80年代以來己下降了0.13～0.80(Guo et al.，2010)，每年設施蔬菜和豆科作物遭受連作障礙的面積分別達5000萬畝和3000萬畝。此外，我國耕地還存在重金屬和農藥污染問題，影響了土壤健康和農產品質量安全。2014年調查結果表明，耕地土壤點位超標率達19.4%，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環芳烴（環境保護部和國土資源部，2014)，其中南方地區（特別是西南地區）土壤重金屬污染風險*大(Chenet al.，2015)。 1.2地力提升與養分高效利用的國際研究進展 1.2.1打破土壤次生障礙對化肥養分利用制約的原理與技術 20世紀90年代，為應對資源和環境對糧食生產的約束，國際上提出發展集約化可持續農業（Cassman，1999)，歐盟制定的“2020計劃”提出通過提高土壤質量穩定提升農業生產效率。21世紀以來，國外研究主要集中在消減土壤障礙和提升土壤功能兩個層面，其中美國農業部鹽土實驗室（Salinity Laboratory，Agricultural Research Service，USDA)與澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（Commonwealth Scientific andIndustrial Research Organization，CSIRO)等在打破土壤障礙對化肥養分利用的制約方面開展了系統研究，美國康奈爾大學（Cornell University)、法國國家農業科學研究院（Institut Nationale de la Recherche Agronomigue，INRA)和瑞士有機農業研究所（Research Institute of Organic Agriculture，FiBL)等在揭示化肥養分高效利用的土壤生物物理機制方面取得了顯著進展，而荷蘭瓦赫寧根大學（Wageningen University &
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