扎根土壤做研究 心系農業可持續
——土壤與農業可持續發展國家重點實驗室

土壤與農業可持續發展國家重點實驗室（以下簡稱“實驗室”）于2003年由科技部批準建設，2005年通過驗收，其前身是中國科學院土壤圈物質循環重點實驗室。原實驗室建于1987年，同年通過驗收，正式對外開放，是中國科學院第二批對外開放的實驗室之一。2005年以來，實驗室先后獲得國家自然科學獎二等獎、國家科技進步獎二等獎等。2015年，實驗室通過科技部組織的實驗室評估，成績良。

立足需求 建設隊伍

實驗室依托中國科學院南京土壤研究所，主要面向國家需求和國際土壤科學前沿，開展土壤學基礎和應用基礎研究，解決我國土壤資源合理利用與農業可持續發展中的核心基礎科學和重大關鍵技術問題，發展現代土壤學新理論、新方法和新技術，發揮智庫作用和科技支撐功能。

數字土壤與資源管理、土壤地力與定向培育、植物營養與高效施肥、土壤生物與界面過程、土壤利用與環境變化是實驗室的五大研究方向。

數字土壤與資源管理研究方向是以復雜環境條件和高強度人為作用下土壤時空演變過程及其主要驅動因子定量解析為基礎，研究土壤數據快速采集、更新及制圖方法的研究方向。該研究方向通過整合土壤數據庫、模型庫、知識庫及大數據分析方法來建立土壤資源信息服務平臺，進而評估我國土壤資源潛力，為國家土壤資源管理提供科學數據支撐和決策支持。

中國稻田生態系統

土壤地力與定向培育研究方向主要針對耕地質量提升的國家需求。該研究方向主要研究土壤障礙消減和有機質積累機制、土壤結構形成和養分有效庫容擴增機理、土壤地力與養分利用的協同增效原理等。研究通過研發土壤地力定向培育的共性和專項技術，建立土壤地力提升與養分增效理論和技術體系，為國家糧食安全保障體系建設提供科學依據。

植物營養與高效施肥研究方向是以提高養分利用率為目標，圍繞土壤-根際-植物中的養分循環過程，研究土壤養分轉化、根際養分活化、根系養分吸收和作物養分利用的機制，從而構建合理施肥、改良作物和土壤、改善環境等農田養分高效利用技術體系。

土壤生物與界面過程研究方向主要用于解決生物資源挖掘、關鍵界面過程、農業持續發展的重大基礎問題。通過綜合應用現代先進技術，系統研究土壤生物與荷電表面化學過程的相互作用機制，揭示土壤界面關鍵元素的熱力學和動力學特征，闡明主要養分元素化學行為及其生物有效性的調控機制，從而發展土壤生物與界面過程新理論。

土壤利用與環境變化研究方向主要研究碳、氮、磷等元素在土壤、土-水、土-氣界面的形態轉化與交換過程，用以明確土壤元素循環對生態系統生產力、區域環境及全球氣候變化的影響，為提高養分資源利用效率、區域環境治理能力和農業應對全球氣候變化提供理論依據和技術支撐。

以五大研究方向為指引，實驗室在江蘇常熟、江西鷹潭、河南封丘建立了3個農業生態系統國家野外科學觀測研究站，在江蘇南京建設了土壤與環境分析測試中心。實驗室為揭示我國高強度利用下土壤資源演變的時空分異規律，探明主要農田生態類型區土壤養分和水分的循環特征與高效利用機理、生物系統功能及其生態過程機制，明確農田生態系統各單元要素間的相互作用和調控的關鍵途徑而不斷奮斗，并致力于建設高水平土壤科學研究隊伍，從而將實驗室建設成為國際一流土壤學研究中心。

扎根土壤 心向農業

土壤乃農業之本，是支撐國家糧食安全與生態文明建設的重要戰略資源。在當下，土壤的可持續發展和管理，更是實現“雙碳”目標的重要一環。近期，實驗室在我國高精度土壤信息網格研究、水-土界面微生物調控碳排放的研究等方面取得了突出進展。

土壤是人類生存和發展的基礎，多個聯合國可持續發展目標（SDGs）與土壤資源利用和管理直接相關。然而，全球和我國現有土壤信息大多源于歷史土壤調查，較為粗略、陳舊，不能滿足應對糧食安全、水資源緊缺、土地退化和氣候變化等全球和區域性問題的需要。對大面積復雜地區土壤變異進行精細準確推測是土壤科學的一大挑戰，這類地區調查樣本往往數量較為有限且分布稀疏，然而土壤與成土環境之間的關系卻非常復雜。中國疆域遼闊，土壤景觀復雜多樣，人為活動強烈，建立高精度土壤數字網格在科學前沿突破上具有重要意義，在應用上有廣泛的前景，因此在全球具有典型和示范意義。

實驗室基于近年“我國土系調查與《中國土系志》編制項目”獲得的5000多個代表性土壤剖面樣點，采用預測性土壤制圖范式，利用地理信息與遙感技術對成土環境條件進行精細刻畫和空間分析，研發自適應深度函數擬合方法，集成先進的集合式機器學習方法，搭建高性能并行計算環境，生成了我國系列土壤屬性90m分辨率三維柵格分布圖，并估算了不確定性的空間分布。

在水-土界面微生物調控碳排放的研究中，實驗室得出結論，水-土界面微生物（周叢生物）在稻田碳轉化和碳排放過程中起著重要作用。此外，在對稻田生態系統進行碳循環模擬和預測時，應充分考慮界面微生物的作用。未來，通過人為調控界面微生物（如優化其物種組成和代謝活性）有望定向改變水-土界面碳循環過程。該研究為增加稻田生態系統的碳匯，實現“碳達峰”和“碳中和”提供了新思路。

勇挑重擔 奮力攻堅

2021年，實驗室有5名研究員入選“2020中國高被引學者”。實驗室主持的國家重點研發計劃項目“旱作區土壤培肥與豐產增效耕作技術”和“河套平原鹽堿地生態治理關鍵技術研究與集成示范”項目先后獲得通過。

“旱作區土壤培肥與豐產增效耕作技術”項目是“糧食豐產增效科技創新”重大專項首批啟動項目，專項經費6800萬元，執行期限為2016年1月至2021年6月。該項目由中國科學院南京土壤研究所牽頭組織，中國農業大學、中國農業科學院作物科學研究所、中化化肥有限公司等24家單位共同承擔。

“河套平原鹽堿地生態治理關鍵技術研究與集成示范”項目隸屬“典型脆弱生態修復與保護研究”專項，項目經費2200萬元，執行期限為2016年7月至2021年6月。該項目由中國科學院南京土壤研究所牽頭承擔，中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心、中國科學院地理科學與資源研究所、中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所、內蒙古農業大學、寧夏大學、清華大學、中國林業科學研究院、中國農業機械化科學研究院等20家單位共同承擔。

2021年10月，國家“十三五”科技創新成就展在北京展覽館舉行。展覽以“創新驅動發展，邁向科技強國”為主題，體現“創新是引領發展的第一動力”，全面展示“十三五”以來建設創新型國家所取得的重大成就，彰顯科技創新在我國經濟社會發展中的重要支撐引領作用。

實驗室主持的科技部基礎性工作專項重點項目“我國土系調查與《中國土系志》編制”成果入選此次展出，主要展示《中國土系志》系列叢書（30卷）和典型土壤整段剖面標本等豐富資料。該成果的展出意味著，在全國26家高校和科研單位400多人的共同努力下，我國土系調查歷經十余年，建立了基于定量標準的土系4351個。《中國土系志》是新時期我國土壤分類的標志性成果。

在“黑土糧倉”科技會戰開展實施之際，實驗室研究員和相關研究生組成聯合攻關突擊隊，于2021年10月，先后赴黑龍江省海倫市和吉林省公主嶺市，開展深耕輪作與秸稈還田培肥技術科研實驗基地建設，為助力“黑土糧倉”科技會戰打下了堅實的基礎。

扎根土壤，心系農業。實驗室廣大科研人員用實際行動譜寫了土壤學研究的華章。