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潮土水碳氮循环转化关键过程及其库容扩增
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  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    S154.3
  • 关键词:
  • 成果简介:
    黄淮海平原分布着2.5亿亩潮土,其中苏北3811万亩。因一年二熟,潮土是中国粮食生产贡献最大的土类。但潮土总体肥力水平不高,粮食生产长期依赖大水大肥维持。扩增潮土水碳氮库容、提高水养供给能力是解决上述问题的根本。然而,潮土质地轻、层状土,导致土壤水运移复杂、有机碳增加困难、硝化强氮素移动性大等问题,对现有理论形成挑战。该项目针对层状土水运移过程、轻质碱性土有机碳积累过程、氮循环限速步骤—氨氧化过程等国际重点问题进行探索,阐明潮土水循环规律和碳氮转化机理。自1999年,在973项目等支持下,以潮土系列长期试验为基础,通过长期观测以及NMR、同位素示踪、宏基因技术等现代手段,围绕上述关键过程开展了系统深入研究,取得了下列重要创新成果: 1、水:最先建立了非均匀初始含水量、非稳态供水层状土入渗的“双非”模型,并突破了与Richards方程及水力特征参数不兼容难题;基于氢氧同位素创建了不同土层根系吸水对蒸腾贡献率分割法,发现吸水最多土层随作物生育期加长而下移,修正了基于根密度的分割法,推动了连接土壤、地表、地下和大气四水相互转化的两个关键过程—土壤入渗和腾发下土壤水运移的创新。基于流域潮土属性数据建立了土壤水力特征转换函数和平台,解决了流域巨量参数测定难题,探明了潮土持水性能、供水能力,以及持水动态、作物耗水规律和深层渗漏发生的条件,为农田水资源高效利用提供理论指导。 2、碳:探明了潮土有机碳提升过程,发现平衡施用化肥刺激作物输碳,促进潮土有机碳积累,但有机碳平衡饱和点较低,增施有机物料是突破低平衡点扩增土壤碳库的需求。探明了增加大团聚体是提高潮土有机碳主要途径,揭示了大团聚化促进有机碳积累分子尺度机制,发现甲氧基/N-烷基碳是直接影响大团体形成关键有机碳官能团。阐明了促进潮土有机碳转化积累的微生物机理,群落结构和关键微生物种群,首次分离到碳磷高效转化的关键微生物类阿氏芽孢杆菌。证实了土壤有机碳提升需降低微生物多样性,提高碳转化微生物种群的丰富度。 3、氮:基本与国际同步,最先检测到了碱性潮土存在丰富的氨氧化古菌,证实了潮土主导氨氧化过程的是氨氧化细菌,认清了氨氧化细菌和氨氧化古菌具有各自生态位分化特征及激活的环境条件。创新发展了耦合激光光谱和反向拉格朗日扩散理论的土壤氨挥发测定方法,解决氨挥发长期不能在线监测难题。系统观测和定量阐明了潮土氮循环过程,明确了氨挥发、反硝化、硝态氮渗漏损失量,在氮肥施用量超过230kg/hm2,损失迅速上升,揭示了氮碳水耦合增效机制。 发表SCI论文108篇,8篇代表性论文SCI他引964次,总他引1214次,单篇最高他引362次,1篇代表性论文入选“ESI高被引论文”。获授权专利6项,软件著作权4项。3名主要完成人获得国家杰出青年基金资助。卓有成效为潮土水碳氮库容扩增、水肥高效利用、产能提升提供了关键理论指导,得到了国内外同行的广泛认同。
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