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中國科學院黑土區農業生態重點實驗室
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  中國科學院黑土區農業生態重點實驗室

概況

中國科學院黑土區農業生態重點實驗室成立于2009年12月,依托單位為中國科學院東北地理與農業生態研究所,實驗室分別坐落于我國典型黑土區的哈爾濱市和長春市,建有海倫黑土農業生態實驗站、大安堿地生態試驗站、長春綜合農業實驗站等5個長期定位實驗站。實驗室以我國東北黑土為研究對象,以土壤生態學、農田生態學、作物生理學為學科基礎,融合地理學、環境科學、生態學等學科理論和方法,圍繞黑土區農業可持續發展中的耕地保育、環境健康、生態優化等重大科學問題,開展基礎性、戰略性、前瞻性及學科交叉研究,為國家糧食安全和生態安全做出重要科技貢獻。

 

總體定位、目標與研究方向

1. 總體定位

面向國家糧食安全、生態安全重大科技需求,針對黑土區農業發展面臨的耕地質量下降、黑土退化、農田水土調控能力降低等關鍵科學問題,開展土壤生態、農田生態系統過程與管理、作物生理生態等學科領域研究,揭示黑土農業生態過程及驅動機制,闡明黑土農田生態系統物質循環及與作物潛力的生理生態機制,攻克黑土地力提升、作物資源高效新型種植模式、鹽堿地高效治理等關鍵技術難題,推進黑土區高產、優質、高效、生態農業發展,為實現黑土資源可持續利用,為黑土區農業可持續發展提供科技支撐。

 

2.目標

以中國東北黑土農業生態為重點研究領域,形成基于地表系統過程農業生態學自主創新體系,保障國家生態安全和糧食安全,為東北區域農業可持續發展提供理論基礎和技術支撐的能力,建成具有國際先進水平的東北區域農業研究中心,建成特色鮮明的農業生態學人才培養基地。

 

3.研究方向

研究方向一:黑土區土壤質量演變與驅動機制

重點研究黑土質量退化關鍵過程與時空變異、黑土侵蝕營力作用過程與關鍵控制因子、土壤鹽漬化過程及障礙機理,揭示土壤水肥氣熱耦合過程及機理、侵蝕溝空間分布特點及發展趨勢、鹽漬土的空間分布規律及主控因子,發掘土壤質量保育和定向培育理論與方法,構建黑土質量動態數據庫和時空分異預測模型,建立水土保持耕作技術體系、鹽漬土生態恢復及綜合治理關鍵技術體系。

研究方向二:作物生產力與生理生態機制

針對作物產量性能優化過程中的物質生產、分配和產品器官形成三大關鍵過程,重點研究作物高產群體營養體結構與物質有效生產貯運的關系,探討作物高產群體受容系統結構與高收獲性能的調節機制,明確作物高產高效理想群體定向調控途徑,揭示作物光合物質生產、貯存與調運的高效機理,建立作物高產高效新型種植模式和技術體系。

研究方向三:農田與草地生態系統過程與管理

重點研究黑土農田和草地生態系統生產力穩定增長機理與優化管理,建立黑土區水土資源動態評價指標體系和預測模型,探討全球氣候變化對農田和草地生態系統的影響并提出管理對策;研究黑土農田和草地生態系統植物—土壤生物間關系及其相互作用機制,明確土壤生物對農藝措施的響應與適應機制及在農田生態系統恢復中的作用,定量描述黑土中微生物、動物和線蟲等種類和變化特征,挖掘黑土微生物對作物病蟲害的生物防治潛力。

 

技術支撐

1.儀器設備

實驗室擁有各類儀器500余件套,總價值2000余萬元。隨著近年來對科研力度的加強,實驗室設備的投資力度不斷加大,儀器的更新率和保有率也不斷提高。儀器的配備按照實驗室的研究發展方向日趨合理化,儀器設備的管理也更加規范化和科學化。

30萬元以上儀器設備一覽表

 

2.平臺

實驗室包括海倫農業生態實驗站、大安堿地生態試驗站、長嶺草地農牧業實驗站、黑土水土保持監測研究站、長春綜合農業實驗站。海倫農業生態實驗站是國家野外觀測研究站和中科院CERN核心臺站,長期聚焦黑土農田基礎和應用基礎研究,是我國乃至國際上開展黑土研究的重要基地,也是農業部大豆、甜菜產業體系的重要臺站;大安堿地生態試驗站以解決區域生態和農業生產關鍵問題為特色,得到國內同行的高度評價,2015年實驗站被評為中科院先進集體;海倫黑土水土保持監測研究站進入了水利部水土流失監測網絡重點臺站系列。每年有眾多國內外學者赴各實驗站開展合作研究。

 

承擔主要項目及成果展示

1.當前承擔主要項目

2.主要成果(2011-2015) 

SCI論文

131篇

CSCD論文

142篇

授權專利

87項

出版著作

8部

國家獎

2項

省部級獎

16項

3. 創新成果

 (1)黑土農田地力提升基礎理論及其關鍵技術研究

進一步揭示了黑土地力變化的物理、化學過程及其生物驅動機制,解析了黑土生物群落結構、功能地理分布及其與黑土有機碳變化的關系,闡明了黑土高生產力維持機制,構建了黑土耕地保育和地力提升的關鍵技術指標;建立了侵蝕黑土水土保持耕作技術、退化黑土肥沃耕層構建技術等系列技術體系并在黑土保護工程中得到推廣應用,累積示范推廣10萬畝以上。研究成果獲得省級自然科學一等獎2項,在《Soil Biology and Biochemistry》、《Applied and Environmental Microbiology》、《Plant and soil》等Ⅰ區和Ⅱ區國際主流期刊發表高水平SCI論文10篇;撰寫了“以技術創新和集成助推黑土資源保護與可持續利用”咨詢報告。

 大豆根系活動與土壤相互作用的生態學機制。通過長期定位試驗,①明確了種植大豆改變土壤物理結構的機理,揭示了大豆根系生長控制土壤養分供應強度和容量的機制、以及土壤物理結構特征控制大豆根系生長的內在關系;②量化了土壤不同速效氮素含量對大豆聯合固氮能力的影響,解析了不同土壤條件對大豆根瘤菌豐度和群落結構的影響機制;③闡明了基于大豆根系生長發育的土壤生態系統生物鏈和食物網特征,以及線蟲、細菌和真菌控制土壤碳、氮、磷循環的速度和方向。研究成果對大豆培肥土壤功能進行了理論闡述,創建了“大豆根-土互作生態學”,豐富了耕作學理論體系,在國際上產生了重大影響,并對黑土區調整作物結構、設計合理的作物輪作體系具有重要意義。成果獲得2015年度黑龍江省自然科學一等獎。

 菌根真菌與宿主植物互作機制研究。闡明了叢枝菌根真菌與植物間的營養“對話”途徑,發現了碳、氮、磷等元素在菌根真菌和植物間的代謝轉運過程、及其相互影響規律,發展完善了菌根真菌與植物間碳、氮耦合模型;揭示了叢枝菌根真菌提高植物抗脅迫能力的生理生化機制,特別是如何通過提高植物的光合速率、保護酶的表達等實現抗逆效應;解析了植物與叢枝菌根真菌間相互作用的信號調控機制,闡釋了各信號物質的作用及其調控方式;探明了菌根共生體對人類活動的響應及其生態學特征。對于提高農田生態系統養分利用、提高作物抗逆性具有重要意義。成果獲得2015年度吉林省自然科學一等獎。

(2)東北蘇打鹽堿地高效治理的理論和技術體系

針對蘇打鹽堿地障礙因素以及開發種稻的關鍵技術難題,在作物耐鹽堿生理機制研究方面取得新進展,創建了蘇打鹽堿地改土增糧關鍵技術,篩選和培育出耐鹽堿水稻品種進而破解了蘇打鹽堿地以稻治堿品種匱乏的瓶頸。申請新型鹽堿地土壤改良劑發明專利2項,完成“生物炭與微生物菌肥改良鹽堿地操作技術規程”、“生物炭改良鹽堿地操作技術規程”。技術在松嫩平原西部累計推廣8647萬畝,增產糧食39.2億kg,新增經濟效益105億元。實現了鹽堿地大規模增產增收和環境友好治理雙贏,極大地推動了鹽堿地治理的技術進步。成果“蘇打鹽堿地大規模以稻治堿改土增糧關鍵技術創新及應用”獲得2015年度國家科技進步二等獎。同時,實驗室作為第一承擔單位獲得2015年國家“973”項目“人工草地生產力形成機理與調控途徑”支持。

(3)東北主要作物新型種植模式與作物生產力提升理論與技術體系

針對東北主要作物相互遮陰、光合效率低、產量潛力難以發揮的科學問題,以優化作物群體結構、提高光資源利用率為目標,創建了作物高光效新型種植模式。該模式依據經緯度、太陽高度角、方位角、植株高度等參數,科學量化了作物最佳種植壟向(東北黑土區磁南偏西18-23度)和壟距(玉米160cm+40cm,160cm為通風透光帶,40cm種植兩行玉米,6-7萬株/hm2;水稻50cm+20cm,50cm通風透光帶,20cm種植兩行水稻,20-25穴/m2);構建了玉米壟間苗帶交替休閑耕作、留高茬和秸稈全株還田、高效水肥管理等系列技術,即:160cm通風透光帶內每年種植40cm兩行玉米、交替種植3年、第4年重復第1年苗帶、休閑3年,收獲后留茬30-35cm,其余秸稈放在40cm行間,按玉米需水需肥規律和土壤供水供肥能力及自然降水實施田間水肥管理。該模式促進了耕地地力恢復,降低了土壤侵蝕,提高了土壤保水保肥能力,明確了作物群體受光環境優化、光合性能提高是高光效新型種植模式的主要增產機制(作物PPDK等5種光合關鍵酶活性提高及持續時間延長機理,糖、淀粉等光合產物分配和轉運規律)。玉米和水稻光能利用率分別提高0.19%、0.14%,玉米和水稻產量分別提高6-15%、5-10%。技術模式累計示范1273萬畝,增產糧食84.46億kg,增收10.37億元。成果“作物高光效新型種植模式及配套技術研究與應用”獲得2015年度吉林省科學技術進步一等獎、2014年度中國科學院科技促進發展一等獎。撰寫了“加快免耕播種機產業化,推行秸稈全覆蓋還田”的建議報告。

 

人才培養與國內外合作交流

1. 人才培養 

5年間(2011-2015)已培養畢業研究生48人,其中博士28人,碩士20人。目前實驗室在讀研究生 41 人,其中碩士 10人、博士 31 人。在培養的研究生中有10%的研究生在國外高水平大學進行了聯合培養。同時實驗室同東北農業大學、東北林業大學、八一農墾大學等高校聯合培養研究生百余人。 

 

2.合作交流

組織舉辦會議

    

實驗室構成: 

主任:李秀軍 研究員 

副主任:王光華 研究員,田春杰 研究員 

人員組成: 

實驗室現有固定人員62人,其中正高級職稱20人,副高級職稱26人,中級職稱16人。實驗室還有41名研究生,其中碩士10人、博士31人,和4名博士后流動人員。人員老中青結合,以中青年科技人員為主體,研究隊伍比例合理。 

    

研究團隊: 

黑土退化與修復 

土壤物質循環 

黑土有機碳與保護性耕作 

鹽漬土生態與改良 

土壤微生物與養分循環 

農田分子生態 

作物生理與栽培 

草地農牧業 

農田有害生物控制 

 

 
地址:吉林省長春市高新北區盛北大街4888號 
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