30年 不懈攻關 破解農田酸化防治難題

文/本刊記者 楊陽

1月8日上午，2018年度國家科學技術獎勵大會在人民大會堂舉行。中國熱帶農業科學院南亞熱帶作物研究所（以下簡稱熱科院南亞所）所長徐明崗研究員主持，并率領中國農業科學院等科研團隊的“我國典型紅壤區農田酸化特征及防治關鍵技術構建與應用”獲得國家科技進步二等獎。項目完成人還有徐仁扣，周世偉，馬常寶，李九玉，文石林，魯艷紅，彭春瑞，張青，詹紹軍等。

創新突破：近30年的不懈攻關

南方紅壤地區是我國農產品重要產區，近年來，紅壤以自然條件下上萬倍的速率酸化，導致紅壤酸上加酸，作物減產，嚴重威脅國家糧食安全和生態安全。由于存在酸化定量難、驅動因子貢獻率不明確、酸化和酸害閾值難以獲得等瓶頸，缺乏精準防治技術。針對紅壤區高度集約化種植模式下農田酸化時空演變特征及其驅動因素不明確、精準高效的防治技術缺乏等問題，徐明崗牽頭組織相關單位面向典型紅壤區集約化種植農田，通過點面結合、示范和推廣結合的方法，經近30年的不懈攻關，取得多方面創新性成果。

通過多點位長期監測及土壤大數據庫，突破了土壤酸化時空跨度大難以監測的技術瓶頸，首次實現了紅壤酸化的定量化。基于6個典型省域100多個持續30年監測點數據的整合分析，發現紅壤農田酸化呈現明顯的階段性，1995-2008年平均降低0.6個pH單位，pH ≤5.5的農田面積增加7000萬畝；由此繪制出了我國第一張紅壤酸化趨勢圖，為分區分類防控奠定了基礎。建立酸化速率估算方法，預測6省農田土壤20年后需改良面積占比73%以上。

探明了紅壤酸化主控因子，揭示了化學氮肥驅動、有機肥阻控土壤酸化的機制。依托長期監測大數據庫和大量輔助實驗及數學模型，揭示化學氮肥是農田土壤酸化的主要驅動力，貢獻占66%以上；隨氮肥用量，其對酸化貢獻呈指數增加。闡明有機肥能有效阻控土壤酸化，其機制有4個：富含堿性物質（58-372 cmol/kg）、絡合 降低活性鋁（95%以上）、增加土壤酸緩沖能力（66%-81%）、降低硝化潛勢（67%）。

率先構建了土壤酸化效應模型及酸化閾值預警方法，創建了減酸控酸為核心的酸化防治關鍵技術。建立土壤酸化效應模型和作物響應模型，獲得不同作物系統最佳施氮量及主要作物的pH臨界值（酸害閾值）。最佳施氮量（kg N/公頃/年）：水稻100、小麥150、玉米200，最佳有機無機肥配比：100 kg N+550 kg 干 豬 糞（10% 有機 N）、150 kg N+990 kg 干 豬 糞（18% 有 機 N）、200 kg N+1650 kg干豬糞（30%有機N），創建了控酸氮用量減施技術和雙配雙增阻酸技術。確定了石灰需要量及施用間隔年限，形成了石灰精準施用降酸關鍵技術：pH ≤ 4.5，75-160 kg/ 畝，2.5-3 年；pH 4.5-5，45-90 kg/ 畝，2-2.5 年；pH 5-5.5，25-50 kg/畝，1-2 年。

集成創新了不同酸度土壤防治的綜合技術模式，大面積推廣應用，社會經濟效益顯著。根據土壤酸度特征及土壤養分狀況，遵循“分類管控”、“防治結合”、“改良與培肥雙贏”的理念，整合關鍵技術及配套技術，提出了極強酸土壤降酸治理、強酸性土壤控酸增產、酸性土壤調酸增效以及弱酸土壤阻酸穩產等4個綜合防治技術模式，經多省大田試驗示范，提高土壤pH 0.2-0.6個單位，農作物平均增產11%-27%。

〉徐明崗在農田中查看土壤情況

效益顯著：帶動產業變革

在中國農學會組織科技成果評價會上，院士專家一致認為該成果“首次闡明了我國典型區域農田土壤酸化的時空演變規律，創建了土壤酸化速率估算與預測預警方法”、“證實并量化了氮肥驅動農田土壤酸化、有機肥阻控酸化的貢獻，創建了‘減化肥氮增有機肥’防控土壤酸化的關鍵技術”、“提出了主要作物的酸害閾值，確定了石灰需要量及施用間隔年限，構建操作性強的石灰類物質修復土壤酸化的關鍵技術”。成果總體達到同類研究的國際先進水平，在“基于南方紅壤區長期定位監測和點面結合研究土壤酸化特征及酸化驅動機制方面，處于國際領先水平”。

針對我國典型紅壤區農田土壤酸化防治重大需求，徐明崗等項目研究團隊從2008年開始，采取邊研究、邊推廣、邊示范的方式，通過長期定位試驗的引領、典型縣的示范帶動、土壤酸化防治技術宣傳手冊等資料發放、推廣技術人員培訓及現場會等方式進行推廣應用。從2010年開始在農業農村部組織的農田土壤酸化改良及有機質提升項目中逐步示范和應用，明顯促進了南方紅壤地區有機肥施用和石灰改良劑的大面積應用，示范區耕地土壤酸度得到明顯改良、作物產量得到顯著提高。

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徐明崗，中國熱帶農業科學院南亞熱帶作物研究所所長，中國土壤學會副理事長，中國植物營養與肥料學會常務理事、土壤養分循環與環境專業委員會主任，農業農村部耕地質量建設與管理專家組組長，《中國土壤與肥料》主編，中國農業科學院現代農業土壤學一級崗位杰出人才。1984年西北農業大學畢業后，于陜西省農科院土肥所從事低產田改良和旱地優化施肥研究；1994年于西北農業大學獲農學博士學位，1994-1996年在中國科學院南京土壤所作土壤化學博士后研究。

長期從事土壤肥力演變與培肥研究，引領我國耕地質量長期試驗網，主持公益性行業（農業）專項、國家“973”課題、國家自然科學基金重點國際合作項目、中歐國際合作項目等。近10年來，先后獲得國家科技進步二等獎3項，省部級一等獎2項；以第一或通訊作者發表論文192篇，其中SCI論文46篇，出版專著6部，其中《中國土壤肥力演變》獲第六屆中華優秀出版物（圖書）獎；培養博士后及博士研究生30余位。獲得周光召基金會首屆“農業科學獎”、國務院特殊津貼專家、農業農村部突出貢獻中青年專家；多次獲科技部先進個人、農業農村部優秀黨員等榮譽稱號。

2013-2015年，在湖南、江西、福建、廣西、廣東、安徽等省及其周邊地區累計示范和推廣面積8099萬畝，累計新增純收入91.6億元。土壤酸化防治技術的應用，既促進了酸化農田區農業高產穩產，為實現耕地數量質量并重管理、堅守耕地質量紅線提供了重要支撐，又促進了畜禽糞便、秸稈等有機廢棄物資源的高效利用，產生了積極的社會、經濟、環境和生態效益。

成果共獲授權專利19項，其中發明專利17項；制定行業和地方標準各1項；發表論文171篇，其中SCI收錄64篇；出版專著7部。2013-2015年，在湖南、江西等省累積推廣8099萬畝，累計增收91.6億元。既促進了酸化農田區農業高產穩產，又促進了畜禽糞便和秸稈等有機廢棄物資源的高效利用；推動了國家耕地質量建設政策和行動，帶動了酸性土壤調理劑等相關產業發展。

同時，成果也為農業農村部制定國家政策和規劃提供了依據。該成果為農業農村部“2020年化肥使用零增長行動方案”、“耕地質量保護與提升技術模式”、“酸化耕地土壤改良評價技術規范”及“土壤有機質提升技術模式概要”等規劃編制和項目實施提供了可靠的依據和技術模式。

成果核心技術成為行業標準，成果得到農技推廣部門的認可。作物酸害閾值與石灰需要量等核心技術形成了農業農村部行業技術規范--《酸性土壤改良評價技術規范》（附件2.9）；集成的以“減化肥氮增有機肥”和“石灰需要量”為核心的酸性土壤關鍵防治技術及研發的酸性土壤調理劑，作為“酸化土壤改良技術”，于2010-2015年被農業農村部作為主推技術在全國推介發布。