河北省土壤生态学重点实验室
- 全称河北省土壤生态学重点实验室
- 依托单位名称中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心
- 领域生命科学
-
验收年月2020年12月
所在区域河北省石家庄市
-
研究方向及主要研究内容
1、土壤生态过程与界面调控机制:
深入理解土壤生态系统地表关键带的营养物质代谢机制，通过实验、监测、模型和分子生物学技术，探索“土壤-作物-微生物”界面的关键物质循环机理和地上-地下营养级互作机制。本研究方向包括二个主要研究内容：
（1）根-土-微生物的界面过程营养代谢：应用分子生物学和基因组学技术，揭示根系分泌物的浓度及组分对农田管理措施的响应规律，阐明不同作物，不同基因型通过根系分泌物影响及选择根区微生物组的机理，解析根际及根部内生微生物的作物特异性特征以及对养分转化代谢的影响机制，研究农业生态系统地表关键带氮过程及氮污染的微生物分子生态学机制，探索集约管理条件下土壤微生物区系及其演变特征。
（2）地上-地下营养级互作机制：结合基因组学、代谢组学和蛋白质组学等研究手段，探索植物-土壤生物-地上昆虫多营养级互作过程和调控机制，研究地上昆虫取食诱导对植物根系分泌物中水、营养物质、次生代谢产物等的调控转化机制，揭示地上-地下物种互作下土壤生物群落的响应机制，解析根际微生物对植物免疫响应的调控机制和启动效应，阐明土壤大、中型动物消化道功能微生物群落结构特征。
2、土壤污染过程与环境效应:
在明确土壤生态过程与界面调控机制的基础上，面对土壤污染过程和环境效应，对农业氮磷、有毒有害化学品、有机废弃物、重金属和抗生素等面源污染发生机理、迁移转化规律、阻控机理和环境效应开展深入研究。本研究方向包括三个主要研究内容：
（1）土壤农田关键带界面的氮磷碳通量：通过长期农田生态系统定位试验，研究土壤生态系统地表关键带界面氮、磷、碳、水通量的演化规律、温室气体排放与养分损失规律，探索作物高产的氮磷碳水耦合作用机制，揭示减少养分损失的氮、磷、碳、水耦合机制，阐明增强土壤有机碳汇的碳氮磷耦合作用机制。
（2）农田氮磷面源污染阻控：利用农田氮磷监测网和地下水硝酸盐监测网、大型环境取样机和模型等方法，研究农田氮磷淋溶的时空规律、根层-深层包气带-地下水系统氮磷淋溶规律和流域氮磷面源污染源解析和污染特征、区域氮磷养分投入限量和面源污染的消减途径。针对京津冀地区农业氨排放污染和温室气体排放等问题，研究京津冀地区农田和养殖场大气NH3和温室气体的源解析、排放特征和减排机制。
（3）土壤重金属与新型污染修复：针对农业过程施肥、农药施用和覆膜等产生的重金属和农药、微塑料、持久性有机物、抗生素等污染问题，解析污染物产生的来源、通量及其环境影响。
3、土壤生态调控与生态工程:
在机理研究的基础上，针对脆弱和退化生态系统修复和土壤农林牧系统耦合，集成调控技术与示范，本研究方向包括四个主要研究内容：
（1）盐碱土壤改良生态工程：针对滨海平原区中低产田土壤盐渍化对区域农业可持续发展的制约问题，加快突破盐渍资源适生高效利用技术、土壤耕层盐分淡化技术、盐碱地低成本高效改良和培肥技术、土壤高效培肥降盐技术、区域适应性低投高效肥料技术、土壤暗管排盐改良技术、畜禽粪尿高效循环利用技术、生态草牧业技术；凝练集成 “适盐用盐、以盐治盐” 的适生盐碱土壤改良生态工程模式工程。
（2）林草退化土壤生态恢复工程：针对太行山、燕山和坝上高原区土壤生态系统环境脆弱，水土流失严重，植被覆盖率低等问题，重点研发低山丘陵区水土富集技术、山地土壤保育技术、沙地防风固沙技术、坝上高原区草场保育与生态草业技术、林草固碳增汇技术等；构建林草退化土壤恢复生态工程模式和绿山富民生态示范工程。
（3）集约农田土壤绿色培肥生态工程：针对集约化农田土壤高产、农牧分离与环境负效应的突出矛盾，重点研发化肥和农药减施、分层深施与高效利用技术、畜禽粪尿重金属和抗生素无害化技术、粪尿“饲舍-储藏-加工-施用”全链条氨挥发和温室气体减排技术、基于畜禽营养需求的新型轮作系统种植技术、土壤绿色培肥技术等；打造绿色农牧耦合和土壤绿色培肥的生态示范工程。
（4）土壤污染修复生态工程：针对河北省农田已经产生的重金属、农药和抗生素等污染现状，结合农业生产过程末端修复，在微生物技术、抗性作物育种等污染防控技术方面有所突破，有重点的开展修复示范工作。重点研发基于新型作物和微生物技术的修复技术，打造基于现代农业过程、新颖生物技术的生态示范工程。
-
代表性成果
1、揭示了农田厚包气带硝酸盐污染反硝化自修复机理:
依托华北平原从山前平原到滨海平原的厚包气带观测研究平台与氮肥梯度长期定位实验，开展了厚包气带深层土体的反硝化潜力近原位测定与估算；系统研究了剖面理化要素与反硝化热点区域对反硝化潜力的影响机制；并通过设计室内培养试验，深入探索了改变土壤中的有机碳含量和氧气浓度下，土壤反硝化速率、反硝化功能基因以及土壤微生物组成区系的变化规律，深入了解有机碳含量和氧气浓度对土壤反硝化作用的影响。
2、农业面源污染阻控和我国硝酸盐脆弱区划分:
定量了我国县域尺度农牧系统氮磷养分环境排放的历史变化和热点区域，初步划分了我国氮磷生态脆弱区和潜在脆弱区。定量的描述了过去几十年中国畜牧业转型的变化趋势，揭示了该转型的驱动因素、资源环境效应，并定量设计了我国未来农牧系统绿色发展的路径。为推进化肥减施、有机肥替代、畜禽粪尿资源化、面源污染阻控和农业绿色发展等国家重大行动提供了抓手。
3、华北平原缺水区保护性耕作技术集成研究与示范:
探明了华北平原冬小麦/夏玉米一年两熟区保护性耕作的土壤固碳、培肥、节水机制与生态效应；创立了趋零蒸发的麦田玉米整秸覆盖全免耕种植模式；研发了一系列具有自主知识产权的保护性耕作机具和玉米秸秆快速腐解剂，提出了土壤轮耕的耕作方法；创新了华北平原冬小麦/夏玉米一年两熟区保护性耕作技术体系的标准化。
4、滨海平原盐碱区适生种植技术集成研究与示范:
发明了滨海重盐碱地冬季咸水结冰灌溉改良技术，构建了重盐碱地适生种植模式；创立了旱碱地高效适生种植模式；配套了盐碱地适生种植的品种与物化产品。
-
可向社会提供特色服务
1、提供土壤氮磷淋溶阻控技术。
2、提供盐碱地改良及应用技术。
3、提供土壤重金属、农药和抗生素等污染修复技术。
4、提供农田土壤绿色培肥技术。
5、进行土壤生态学和有关研究内容的科普。