新形勢下大豆產地土壤環境保護與功能提升的研發建議*

何 艷，黃曉偉，程中一，王天宇，施加春，徐建明

（浙江大學土水資源與環境研究所，浙江省農業資源與環境重點實驗室，杭州 310058）

大豆是一種重要的高蛋白農產品，在我國食用、飼用、醫療以及工業等領域被廣泛利用，尤其在我國人體膳食結構中具有重要的不可替代性[1]。在過去20 年中，中國本土消耗的大豆主要依靠進口[2]，提升大豆自給力一直是重要的國家需求之一。2019年中央一號文件提出實施大豆振興計劃，多途徑在我國本土擴種大豆[3-4]；與此同時，我國農業農村發展進入新的歷史階段，土壤污染防治與質量提升在農業綠色和高質量發展中的作用更加凸顯。圍繞土壤功能的研究已從聚焦土壤肥力、追求作物產量，到更加突出土壤環境質量和健康以支撐農業高質量綠色發展的變化歷程[5]。過去高投入的農業耕作模式造成各類污染物在農田系統中不斷累積，加劇了土壤質量退化及農田生態系統穩定性降低，對大豆產地的土壤環境質量和微生態平衡構成威脅，極大程度限制了國家大豆振興計劃的有效實施。

近年來，我國大豆產地除草劑施用量整體呈上升趨勢[6]。除草劑的土壤殘留常危害后茬作物生長[7-8]，環境友好型除草劑持續多年施用也可干擾生態環境，并可能通過對土壤微生態的負面影響導致大豆更易遭受病蟲害侵襲[9-11]；目前我國耕地重金屬污染問題較為突出[12-14]，使得近年來“鎘麥”、“鎘米”等農產品安全事件頻發，大豆產地重金屬污染對大豆品質安全造成的威脅不容忽視；大豆集約化種植過程連年單作導致土壤微生態失衡，地下病蟲害日趨嚴重[15]，不僅造成減產和經濟損失，還加劇了種植過程對農藥的依賴程度。因此，當前迫切需要從大豆種植條件下產地土壤環境與微生態演變出發，準確認識限制我國大豆產業高質量綠色健康發展的關鍵問題，在系統梳理國內外已有研究進展和研究重點的基礎上提出未來研究方向，以推動我國大豆產業的健康發展。

有鑒于此，本文基于Web of Science（WoS）核心數據庫，檢索大豆產地土壤環境與微生態過程研究領域的所有文獻，利用VOSviewer 軟件進行關鍵詞共現分析，探討全球近20 年內國內外不同時期相關大豆種植體系中大豆生長受除草劑殘留、重金屬累積、地下病害發生等影響的研究熱點和進展，為解決限制我國大豆高產創建和品質提升的大豆產地土壤環境與微生態問題提供研究思路。

1 材料與方法

1.1 數據來源

國際文獻計量的數據來自美國湯森路透公司（Thomson Reuters）WoS 核心合集數據庫。依據前期文獻調研，并結合本文研究領域核心關鍵詞制定英文檢索式。除草劑相關研究的英文檢索式為：（“soybean” or “glycine max”）and（“herbicide” or“glyphosate” or “imazethapyr” or “glufosinate” or“atrazine” or “dicamba”）；重金屬相關研究的英文檢索式為：（“soybean” or “glycine max”）and（“heavy metal” or “heavy metals” or “cadmium” or“chromium” or “nickel” or “copper” or “arsenic” or“lead not lead to” or “mercury” or “zinc”）；關于地下病害，結合相關文獻以及第三版《中國農作物病蟲害》[16]，挑選出國內外典型的、危害嚴重的大豆地下病害并制定英文檢索式，即：（“soybean” or“glycine max”）and（“soil borne disease” or “soilborne disease”）（此處省略地下病害病原菌及其具體名稱）；出版年為2000—2019 年（2000 年1 月1 日至2019 年12 月31 日），選定文獻類型為Article 和Review。經檢索，獲得除草劑相關文獻2 877 篇，重金屬相關文獻2 329 篇，地下病害相關文獻2 447篇。此外，為深入分析從土壤科學領域開展的針對大豆產地環境與微生態過程的研究，在上述檢索基礎上，進一步將關于除草劑、重金屬和地下病害檢索關鍵詞合并，并分別增加土壤為關鍵詞（“soil” or“land” or “farmland”）進行綜合搜索分析，得到相關文獻2 119 篇。

1.2 研究方法

在WoS 核心數據庫導出以上關鍵詞檢索結果，通過VOSviewer 進行關鍵詞共現分析（Co-occurrence、All keywords，熱圖顏色深淺、網絡節點大小代表關鍵詞出現的次數），以反映關于該科學問題的研究熱點；某個關鍵詞出現次數越多，代表該研究領域越受到國家以及科學界的關注。對某些意義一致的關鍵詞進行合并，包括相同名詞單數和復數（例如herbicide 與herbicides）、意義相同的名詞或詞組（例如soybean 與glycine max、root rot 與root-rot、crop rotation 與rotation）、意義相同的縮寫（例如zinc 與Zn）等。

2 大豆產地土壤環境研究現狀及趨勢

2.1 “大豆與除草劑”研究

圖1 聚類圈中高頻關鍵詞的共現反映關于除草劑在大豆種植過程中的施用管控（management）、多種除草劑復合施用（mixture）以及對雜草控制（weed control、weed management）方面的功效（efficacy）、下茬作物易感性（sensitivity）和相關農藝過程（crop rotation，tillage）是該領域的重要研究方向之一；由于具有極強除草效果，環境友好型除草劑草甘膦及相關耐性作物品種的研究是近二十年來的研究熱點[17]。通過關鍵詞共現分析結果發現，雜草抗性（weed resistance）與草甘膦抗性（glyphosate resistance）等高頻關鍵詞聯系緊密，反映出因利用耐草甘膦大豆品種進行生產導致的雜草抗性提高的相關問題受到學界重點關注[18-19]。除草劑對大豆植株的毒理效應（phytotoxicity）[20]以及解毒機制（mechanism）[21-22]也是學者重點關注對象；同時除草劑也會抑制根瘤菌活性，這將進一步影響根瘤菌的結瘤、發育及固氮功能[23-24]，但相關研究較少。水（water）、吸附（sorption）、解吸（desorption）、消減（dissipation）、遷移（transport）、持久性（persistence）等高頻關鍵詞的出現反映基于物理化學污染過程的除草劑土-水界面吸附與遷移是研究熱點之一[25-26]。多數研究表明，環境中農藥降解過程通常由微生物主導[27]，土壤中菌群間的互作極大程度促進除草劑的降解效率[28]；然而目前關于殘留除草劑在大豆種植土壤中生物降解過程的研究較少。同時現有研究指出，氟磺胺草醚會對大豆根際土壤微生物群落豐度及酶活性產生負面影響[29]；在土壤中添加草甘膦后，耐草甘膦大豆根際微生物功能受到抑制[30]；但針對除草劑脅迫下根際微生物群落組成、功能以及互作網絡的響應鮮有報道，相關關鍵詞詞頻基本低于25 次。

2.2 “大豆與重金屬”研究

農田土壤中（agricultural soil）重金屬的毒害作用（toxicity）包括直接造成大豆組織（leaves、roots）損傷[31-32]以及抑制大豆對土壤氮（nitrogen）[33]、磷（phosphorus）[34]等養分的吸收（absorption）。除此之外，重金屬在根瘤中的積累（accumulation）會抑制根瘤菌固氮活性（nitrogen fixation），這將進一步抑制大豆生長[33，35]（圖1）；而添加鈣（calcium）等鹽基離子則可以緩解重金屬對大豆的毒害[36]。目前關于大豆解毒機制的研究主要集中于緩解重金屬引起的氧化脅迫（oxidative stress），包括抗氧化物（antioxidan）、金屬螯合有機酸（citric acid、phytic acid）的分泌和金屬螯合蛋白例如谷胱甘肽（glutathione）[37]的合成；重金屬積累也會降低大豆籽粒質量（protein、lipid）[38-39]，這可能會影響相關大豆產品品質（soybean oil、fatty-acid）[40]，同時造成食物鏈安全風險（soybean meal diet、bioavailability）（圖1）。目前關于重金屬在大豆產地土壤中的污染過程與修復的研究較少，對重金屬土壤污染過程的研究大部分停留在土壤性質對重金屬的遷移（transport）和吸附（adsorption）；植物修復（phytoremediation）是一種綠色高效去除（removal）土壤中重金屬的方法[41]，因此更偏向于利用植物修復污染土壤（contaminated soil）（圖1）。大量研究指出，重金屬污染會影響土壤微生物活性、生物量以及碳、氮、磷養分循環[42-45]，進而影響土壤肥力和健康；但類似研究較少針對大豆產地土壤展開，因而，目前對重金屬脅迫下大豆產地土壤肥力和健康功能如何演變、以及這種演變進一步對大豆產量產生何種影響還缺乏全面的認知。本研究結果發現銅、鋅與豬（pig）、雞（broiler）等畜禽關鍵詞聯系較為緊密，經查閱相關文獻得出是部分研究探討飼料大豆中銅、鋅作為微量營養元素對畜禽生長的影響[46]；本研究將銅、鋅作為關鍵詞之一進行檢索，這可能是引起該誤差的原因。

圖1 近20 年相關“大豆與除草劑、重金屬及地下病害”研究熱點及進展Fig. 1 Hotspots and progress of the research on ‘Soybean and Herbicide/Heavy metal/Soil-borne Diseases’ in the recent 20 years

2.3 “大豆與地下病害”研究

大豆胞囊線蟲?。╯oybean cyst nematode）以及導致該病害發生的大豆胞囊線蟲（Heterodera glycines Ichinohe）在所有關鍵詞中出現頻次最高，在我國主要分布在東北和黃淮海大豆主產區[16]。關鍵詞頻數排第三的是南方根結線蟲（Meloidogyne incognita），該病原菌導致的病害為大豆根結線蟲?。╯oybean root-knot nematode）（圖1）。關鍵詞頻數排第二的大豆病原菌是大豆疫霉菌（Phytophthora sojae），其引起的大豆疫霉根腐病是危害大豆生產的嚴重病害之一[47]；此外，能夠導致根腐?。╮oot rot）的病原菌還包括禾谷鐮孢（F. graminearum）和尖鐮孢（F. oxysporum）[48]、腐皮鐮孢（F. solani）以及腐霉菌屬（Pythium）[47]、立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）[49]等；由于地區性差異，各地報道的根腐病病原菌優勢種各不相同。F. virguliforme 引起的大豆猝死綜合征（sudden-death syndrome）是美洲（圖1）大豆重要病害之一[50-51]；除多種病原菌導致的根腐病外，也包括線蟲-真菌-卵菌共侵染引起的病害問題[52]。聚類圈中出現種（races）、毒性（virulence）、鑒定（identification）、植物防御（plant defence）、水楊酸（salicylic acid）等高頻關鍵詞表明針對病原體不同亞種鑒定及其對不同大豆品種的毒性和探究植物抗病機理是各國學者重點關注的研究方向。目前關于大豆地下病害防治的研究方向主要有：1）農藝手段：與非宿主作物輪作[16，53]以及抗性品種的選育、種植[53]；2）生物防治（biocontrol）：利用食線蟲真菌（nematophagous fungi）、寄生真菌（parasitism）[54]以及細菌（bacteria）[55]等進行線蟲病防治是當前該領域研究重點（圖1）。越來越多的研究指出，植物根際關鍵微生物種群能夠通過高效表達抗病基因抵御病原菌在根際的定植以有效保障植物健康[56-60]，因此近年來針對豆科植物根際（rhizosphere）中細菌（bacteria）群落在抑制根腐病病原入侵中所起的關鍵作用受到各國學者重點關注[59-60]；同時土壤病毒、真菌以及原生生物在地下病害防治中也起到重要作用[61-63]，通過強化根際免疫能力防控地下病害發生是未來研究的重點。地下病害的發生不僅與種植季節氣候相關（damping-off），也受田間耕作方式的影響[16]。除與共同宿主輪作外，除草劑的持續投入也會提高大豆染病風險：十年持續施用草甘膦會促進鐮孢菌屬在耐草甘膦大豆根系上的定殖[64]；同時草甘膦的施用也會提高其他作物根腐病發病風險[9-10]；這可能與草甘膦持續施用抑制土壤中重要拮抗菌活性導致大豆根際免疫下降有關[64-65]。但目前關于除草劑持續投入下土壤微生態的響應以及與地下病害的發病機制尚不清楚。

2.4 大豆相關研究中“產地土壤環境與微生態過程”方向成果產出

地下土壤微生態系統與地上植物系統緊密聯系，相互依存，共同決定著農業生產的特征、過程和農田系統功能，其中土壤微生物在植物-土壤物質交換、養分循環以及植物抗逆過程中起到關鍵作用[66-68]。為探討除草劑、重金屬以及地下病害引起的大豆產地土壤環境與微生態問題的國內外研究熱點以及研究趨勢，進一步將上述關于除草劑、重金屬和地下病害檢索關鍵詞合并，并添加土壤為關鍵詞（“soil”or “land” or “farmland”）進行綜合搜索分析。

2.4.1 “產地土壤環境與微生態過程”方向的文獻計量分析 從關鍵詞共現分析結果可以看出，近20年關于“產地土壤環境與微生態過程”的研究熱點主要包括以下三個方面：

其一，除草劑的土壤環境過程與農業管理。從關鍵詞共現分析圖中出現的高頻關鍵詞可知，引起土壤污染的除草劑來源主要是在玉米-大豆輪作體系下進行相關雜草控制和農業管理過程中形成的除草劑土壤殘留（residue），進而影響大豆的產量（impact、yield）（圖2）。由土壤污染引發的水環境二次污染問題以及基于物理化學過程的除草劑土-水界面吸附與遷移也是研究熱點之一。同時在降解研究中，主要關注生物降解和礦化的過程與機制，針對除草劑脅迫下根際微生態過程的關注較少（圖2）。

其二，重金屬積累與毒理效應。從圖2 中可以看出，鋅、鎘、銅、鉛是學者重點關注的大豆產地土壤重金屬元素。聚類圈中出現了農田土壤（agricultural soil）、施肥（fertilizer、fertilization）、污水污泥（sewage sludge），反映學者們對農田土壤中重金屬污染源有一定研究；同時學者著重探討土壤中重金屬對植物生長的影響機理，其中還涉及食品安全風險（food safety）。此外，針對大豆根際微生態過程對土壤重金屬的響應，包括重金屬對細菌、叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungus）等微生物的生態效應、以及對根瘤菌固氮（nitrogen fixation）、結瘤（nodulation）能力的探討也是近20年的研究重點之一。為應對土壤重金屬污染帶來的大豆減產以及食物鏈安全風險，各國學者重點研究了土壤重金屬污染生物修復技術（bioremediation），其中主要是利用植物提?。╬hytoextraction）的植物修復技術，研究的核心重點關注了修復技術應用前后對土壤重金屬有效性（available）的影響。

其三，地下病害發生及防治。從圖2 中可以得到，聚類圈中大豆胞囊線蟲、大豆根結線蟲及其病原菌相關關鍵詞出現次數最多，表明在研究地下病害發生的土壤過程中，線蟲病是近20 年關注度最高的地下病害，其次是根腐病以及大豆猝死綜合征；同時抗病品種選育以及生物防治以緩解地下病害仍是各國研究的重點。與生物防治以及根際聯系緊密的有真菌、根腐病、胞囊線蟲、根結線蟲、細菌、捕食性真菌、微生物（microorganisms）、微生物群落（microbial community）、多樣性（diversity）等，表明基于根際微生物群落組成以及功能多樣性調控，通過提升根際免疫力以對地下病害進行生物防治是本階段的研究熱點（圖2）。

圖2 增加引入“土壤”為合并檢索關鍵詞所得近20 年國際上相關研究熱點及進展Fig. 2 Hotspots and progress of the research on introduction of ‘soil’ as a joint key word for retrieval in the recent 20 years

2.4.2 中國在“產地土壤環境與微生態過程”方向的研究特點及學術貢獻 近20 年國際上關于除草劑、重金屬以及地下病害引起的大豆土壤環境與微生態問題共計發表2 119 篇文獻，h 指數達76；發文量居前3 位的國家分別是大豆主產國美國、中國以及巴西，共占總發文量的72.9%。美國關于該科學問題發文量最高，占比接近50%，h 指數為63；中國發文量與美國差距較大，僅為美國的1/3（表1）。然而，中國學者在近五年關于該科學問題的發文量超過2000—2014 年發文量的總和，尤其是h 指數在2010—2019 時段內與美國差距甚微，這表明隨著中國土壤科學的發展以及世界大豆貿易格局的變化，尤其是國家“大豆振興計劃”出臺和實施，中國學者在本領域研究的數量和影響力迅速增大，這為后續立足當下國情實際，在保障主糧豐產增效的同時提升我國大豆自給力，實現大豆高產創建和品質安全，打下了堅實的理論基礎。

進一步以美國作為國際研究的代表，分析中國與國際上該方向研究特色與關注熱點的差異。近20年美國學者相關研究中的關鍵詞共現分析結果表明（圖3），美國關于除草劑引起的土壤環境與微生態問題的研究方向已經從農業管理向除草劑的土壤環境過程方面過渡，包括除草劑土-水界面的吸附、遷移、殘留、消減以及降解；同時，因常年反復施用導致的除草劑殘留對土壤養分循環過程的影響也是美國學者近年來研究的側重點[69]。在土壤重金屬污染引起的大豆土壤生態環境問題方面，美國學者僅關注重金屬對植物的毒害作用以及食物鏈安全風險，關于土壤重金屬污染過程以及生態效應等方面研究較少（圖3），這可能與美國大豆主產區耕地土壤質量相對優良，由土壤污染源引起大豆重金屬污染的安全風險不典型有關；地下病害發生及防治也是美國學者的研究重點（圖3）。聚類圈中出現次數最多的地下病害關鍵詞是大豆胞囊線蟲病，其次是大豆猝死綜合征以及根腐病。隨著微生物測序手段的進步，關于地下病害的研究熱點由宏觀防控逐漸過渡到微觀發病/抗病機理（針對具體病原菌）研究，尤其是在大豆根際微域中，微生物群落，包括細菌以及真菌群落多樣性在植物抗性以及生物防治中起到的作用成為研究熱點[70-71]。

表1 2000—2019 年大豆主產國關于“土壤環境與微生態過程”領域發文情況Table1 Publication of papers ‘Soil Environment and Micro-ecological Process of soybean’ in major soybean producing countries in 2000-2019

圖3 近20 年美國學者關于“大豆土壤環境與微生態過程”研究熱點及進展Fig. 3 Hotspots and progress of the researches on ‘Soil Environment and Micro-ecological Process of Soybean’ accomplished by American scholars in the recent 20 years

根據圖4 關鍵詞共現結果，可以總結近20 年中國學者在該方向研究中取得的主要學術成就。對于土壤除草劑殘留引發的大豆產地土壤環境與微生態問題，中國學者多聚焦于除草劑在土-水界面削減的生物化學過程，相關成果產出與美國差距較大。目前，我國大豆產區除草劑施用種類繁多，導致除草劑的土壤殘留特征復雜、對土壤微生態過程以及土壤功能的影響未知，這將成為限制大豆高產創建的重要問題之一。

圖4 近20 年中國學者關于“大豆土壤環境與微生態過程”研究熱點及進展Fig. 4 Hotspots and progress of the research on ‘Soil Environment and Micro-ecological Process of Soybean’ accomplished by Chinese scholars in the recent 20 years

在土壤重金屬污染與修復方面，中國學者則關注較多，推動了中國在該領域研究的長足發展。關鍵詞共現分析結果表明，國內學者重點關注鎘、鋅、鉛、銅等典型重金屬元素，研究熱點內容包括土壤重金屬污染與修復、重金屬形態及有效性、重金屬吸附-解吸過程、植物積累與毒理效應、根際生物化學與微生物過程以及健康安全風險等；2014 年《全國土壤污染狀況調查公報》顯示全國土壤環境狀況總體不容樂觀，耕地重金屬污染問題較為突出[12-14]，但具體針對大豆產地的重金屬污染情況的調研還相當有限，對不同大豆產區主推品種的重金屬富集能力也未可知，這是相關大豆品質安全的一大隱患。今后的工作亟待全面排查我國大豆產地重金屬污染風險區，并因土而宜地在具有優良生產性狀的大豆主推品種中進一步篩選兼具重金屬低積累特性的品種，以保障重金屬污染風險區的大豆安全生產。

在地下病害防控方面，中國與美國學者都十分重視。中國學者除了重點探討大豆胞囊線蟲病的防治外，針對大豆疫霉以及尖鐮孢菌引起的大豆根腐病也是近年來中國學者研究側重點。同時，對于大豆土壤微生物與病原體拮抗過程和機理，尤其是在根際土壤中微生物間分子互作機制近年來成為中國學者重點關注的研究內容[72-73]。在大豆實際生產中，除草劑持續投入可能破壞大豆根際微生態平衡，從而提高地下病原菌入侵的風險；結合我國不同大豆產地中不同耕作制度、除草劑施用背景和降解周期，探討土壤微生物-地下病害致病菌互作機制，有助于理解不同農業管理過程中土壤功能演變對大豆增產和農業節本增效的影響。

3 分析結論與“十四五”研發展望

大豆產地土壤環境與微生態過程的研究工作開展近20 年以來，針對除草劑與重金屬污染、以及地下病害發生與防治的研究已取得重大突破。2000 年以來，國際上相關研究的主要熱點可以概括歸納為除草劑的土-水界面吸附與遷移過程、重金屬污染的食物鏈安全風險、大豆生長與污染毒理、地下病害防治等方面。目前，國際上更加關注影響大豆高產創建和品質安全的除草劑殘藥危害和重金屬解毒生理機制，在地下病害生物防治方面，相關病原真菌/卵菌的侵染、寄生以及大豆抗病分子機理是主要的熱點，病原菌與大豆根際土著微生物的網絡互作關系也正在成為最新的研究前沿。但是，各國學者更多關注大豆抵抗污染脅迫和病害的逆境適應性生理調節機制，缺少對影響大豆生長和引起大豆減產的地下土壤過程的研究。中國近年來在本領域的研究主要圍繞大豆重金屬積累及解毒機制、重金屬污染修復、病原體株系鑒定與大豆抗病機制等展開，雖然科研產出位于世界前列，尤其是近5 年的成果質量逐漸向國際看齊，但結合文獻計量分析來說，缺乏系統性，與國際水平尚存在差距，尤其是對于大豆產區的地下土壤環境過程與微生態效應的關注較少。

在當前的新形勢下，國家糧食安全戰略調整及農業供給側結構性改革對我國大豆產業提出了更高要求，如何結合主糧豐產增效和污染耕地安全利用攻堅戰，更加凸顯產地土壤環境保護與功能提升在大豆綠色生產和高質量發展中的作用，以增強國產大豆自給力和競爭力，是當前大豆產業發展面臨的巨大挑戰。未來，圍繞大豆產業的研究迫切需要注重從只聚焦土壤肥力、優化育種及栽培生理、追求大豆產量，向同時關注土壤安全與微生態健康、保障大豆質量安全、支撐大豆產業高質量綠色發展的重大轉變。協同大豆產地土壤健康與污染防控的高產創建是實現這一轉變并解決提升國產大豆自給力的“卡脖子”風險核心技術的關鍵紐帶。有鑒于此，后續工作應更加注重除草劑、重金屬和病原生物的地下過程研究，尤其是如何基于土壤環境與微生態過程的研究降低歷史遺留或前茬殘留除草劑的殘藥危害、減少重金屬的食物鏈遷移、增強大豆抵抗病害的能力。建議在微觀機制方面，從分子水平上探討大豆產地土壤中功能微生物（含大豆內生微生物、根際微生物組）在除草劑殘留/重金屬污染脅迫下相關功能基因的表達，并從地下微生態動態響應與地下-地上適應反饋的角度，基于根際免疫調控的新思路，系統探討污染物及病原生物根際過程對大豆高產創建和品質提升、土壤環境功能及健康質量的影響；在對接產業發展需求方面，通過產、學、研、政聯合，以及崗崗聯合、崗站對接，瞄準大豆產地土壤生態功能優化與高產創建的綜合調控原理與技術研發來整體推進，系統開展相關共性、關鍵方法原理及技術的研究、集成、試驗和示范，保障公眾“舌尖上的安全”和維護大豆產地土壤生態系統平衡健康，引領國產大豆產業的健康有序發展。支撐上述研究的關鍵科學研發任務建議包括：

1）大豆產地土壤典型除草劑復合污染防控與修復

瞄準環境友好型除草劑殘藥危害的產業問題，調研國內大豆產地作物種植全周期除草劑施用狀況，篩選建立適用于不同糧豆輪作制度的典型污染因子監測指標體系，探明東北、黃淮海及南方區域不同種植制度（含玉米-大豆輪作、小麥-大豆輪作、大豆單作等）土壤中除草劑的復合污染與結合殘留特征；評估環境友好型除草劑土壤系統結合殘留的長期暴露效應與風險，重點關注宏觀尺度下土壤生態網絡與微觀尺度下土壤生態功能的長期動態響應，厘清除草劑長期施用對土壤關鍵微生物調控養分循環和地力提升的影響機理，在分子生物學基因水平上闡明除草劑復合污染與結合殘留的大豆高產障礙介導機制，基于同位素示蹤的結合殘留污染削減原理研究，構建大豆產地除草劑殘藥危害的綠色削減與輕簡化阻控技術。

2）基于根際免疫的大豆病害綜合防控新原理與方法

瞄準大豆地下病害頻發的產業問題，定期對大豆產地地下病原體（細菌、真菌、病毒）進行普查，表征其豐度、多樣性及區域分布特征，基于微流控技術超高通量挖掘土壤難培養病原體暗物質，提高對大豆產地土壤病原體認知的精準度；搭建基于多組學技術的大豆根際微生物培養組學分析平臺，深度挖掘大豆根際病原體關鍵拮抗微生物資源庫；厘清大豆地下病害發病規律與生物、非生物因子間的潛在聯系，明確病原體與土壤組分（含礦物、有機質）相互作用的多要素耦合界面過程、及其在調控土壤病毒-原核生物-原生動物多營養級微食物網動態演化過程中的影響作用，闡明環境/條件致病的土壤生態學機制，發展完善地下病害發病過程及土壤生態防控的基礎理論；構建以生物防治為主的綠色防控技術，研發新型多功能微生物生防關鍵技術和核心產品，基于大豆根際免疫強化推進大豆地下病害防治的專業化、綠色化，形成大豆產地土壤地下病害綠色生態調控理論與技術體系。

3）南方重金屬污染土壤上青貯大豆替代種植技術與強化應用的成套措施

結合主糧豐產增效和污染耕地安全利用，監測南方大豆產地土壤重金屬污染特征，協同分析土壤與大豆籽粒中重金屬累積的對應關系，評價大豆籽粒的重金屬污染安全風險；在水稻產區不易或不能開展水稻安全種植的污染區域（如重金屬地質高背景山區、重度污染區等）推行青貯大豆替代種植，開展重金屬低積累青貯大豆育種、土宜性品種篩選及其污染適應性的生理與分子機制研究，在玉米產區推行玉米-大豆帶狀復合種植，通過重金屬低積累耐陰大豆品種選育及配套間作效應優化，在保障玉米不減產的前提下增收大豆，提升污染耕地糧食種植利用率；在此基礎上，協同大豆種植過程，開展基于水肥耦合優化的不同區域重金屬污染同步鈍化及其穩定性和安全性研究，構建重金屬污染產地土壤高效鈍化-農藝調控-大豆低吸耦合技術，集成適用于南方重金屬污染土壤上青貯大豆替代種植的技術體系與強化應用成套措施。