30年 不懈攻关 破解农田酸化防治难题

文/本刊记者 杨阳

1月8日上午，2018年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂举行。中国热带农业科学院南亚热带作物研究所（以下简称热科院南亚所）所长徐明岗研究员主持，并率领中国农业科学院等科研团队的“我国典型红壤区农田酸化特征及防治关键技术构建与应用”获得国家科技进步二等奖。项目完成人还有徐仁扣，周世伟，马常宝，李九玉，文石林，鲁艳红，彭春瑞，张青，詹绍军等。

创新突破：近30年的不懈攻关

南方红壤地区是我国农产品重要产区，近年来，红壤以自然条件下上万倍的速率酸化，导致红壤酸上加酸，作物减产，严重威胁国家粮食安全和生态安全。由于存在酸化定量难、驱动因子贡献率不明确、酸化和酸害阈值难以获得等瓶颈，缺乏精准防治技术。针对红壤区高度集约化种植模式下农田酸化时空演变特征及其驱动因素不明确、精准高效的防治技术缺乏等问题，徐明岗牵头组织相关单位面向典型红壤区集约化种植农田，通过点面结合、示范和推广结合的方法，经近30年的不懈攻关，取得多方面创新性成果。

通过多点位长期监测及土壤大数据库，突破了土壤酸化时空跨度大难以监测的技术瓶颈，首次实现了红壤酸化的定量化。基于6个典型省域100多个持续30年监测点数据的整合分析，发现红壤农田酸化呈现明显的阶段性，1995-2008年平均降低0.6个pH单位，pH ≤5.5的农田面积增加7000万亩；由此绘制出了我国第一张红壤酸化趋势图，为分区分类防控奠定了基础。建立酸化速率估算方法，预测6省农田土壤20年后需改良面积占比73%以上。

探明了红壤酸化主控因子，揭示了化学氮肥驱动、有机肥阻控土壤酸化的机制。依托长期监测大数据库和大量辅助实验及数学模型，揭示化学氮肥是农田土壤酸化的主要驱动力，贡献占66%以上；随氮肥用量，其对酸化贡献呈指数增加。阐明有机肥能有效阻控土壤酸化，其机制有4个：富含碱性物质（58-372 cmol/kg）、络合 降低活性铝（95%以上）、增加土壤酸缓冲能力（66%-81%）、降低硝化潜势（67%）。

率先构建了土壤酸化效应模型及酸化阈值预警方法，创建了减酸控酸为核心的酸化防治关键技术。建立土壤酸化效应模型和作物响应模型，获得不同作物系统最佳施氮量及主要作物的pH临界值（酸害阈值）。最佳施氮量（kg N/公顷/年）：水稻100、小麦150、玉米200，最佳有机无机肥配比：100 kg N+550 kg 干 猪 粪（10% 有机 N）、150 kg N+990 kg 干 猪 粪（18% 有 机 N）、200 kg N+1650 kg干猪粪（30%有机N），创建了控酸氮用量减施技术和双配双增阻酸技术。确定了石灰需要量及施用间隔年限，形成了石灰精准施用降酸关键技术：pH ≤ 4.5，75-160 kg/ 亩，2.5-3 年；pH 4.5-5，45-90 kg/ 亩，2-2.5 年；pH 5-5.5，25-50 kg/亩，1-2 年。

集成创新了不同酸度土壤防治的综合技术模式，大面积推广应用，社会经济效益显著。根据土壤酸度特征及土壤养分状况，遵循“分类管控”、“防治结合”、“改良与培肥双赢”的理念，整合关键技术及配套技术，提出了极强酸土壤降酸治理、强酸性土壤控酸增产、酸性土壤调酸增效以及弱酸土壤阻酸稳产等4个综合防治技术模式，经多省大田试验示范，提高土壤pH 0.2-0.6个单位，农作物平均增产11%-27%。

〉徐明岗在农田中查看土壤情况

效益显著：带动产业变革

在中国农学会组织科技成果评价会上，院士专家一致认为该成果“首次阐明了我国典型区域农田土壤酸化的时空演变规律，创建了土壤酸化速率估算与预测预警方法”、“证实并量化了氮肥驱动农田土壤酸化、有机肥阻控酸化的贡献，创建了‘减化肥氮增有机肥’防控土壤酸化的关键技术”、“提出了主要作物的酸害阈值，确定了石灰需要量及施用间隔年限，构建操作性强的石灰类物质修复土壤酸化的关键技术”。成果总体达到同类研究的国际先进水平，在“基于南方红壤区长期定位监测和点面结合研究土壤酸化特征及酸化驱动机制方面，处于国际领先水平”。

针对我国典型红壤区农田土壤酸化防治重大需求，徐明岗等项目研究团队从2008年开始，采取边研究、边推广、边示范的方式，通过长期定位试验的引领、典型县的示范带动、土壤酸化防治技术宣传手册等资料发放、推广技术人员培训及现场会等方式进行推广应用。从2010年开始在农业农村部组织的农田土壤酸化改良及有机质提升项目中逐步示范和应用，明显促进了南方红壤地区有机肥施用和石灰改良剂的大面积应用，示范区耕地土壤酸度得到明显改良、作物产量得到显著提高。

人物点击

徐明岗，中国热带农业科学院南亚热带作物研究所所长，中国土壤学会副理事长，中国植物营养与肥料学会常务理事、土壤养分循环与环境专业委员会主任，农业农村部耕地质量建设与管理专家组组长，《中国土壤与肥料》主编，中国农业科学院现代农业土壤学一级岗位杰出人才。1984年西北农业大学毕业后，于陕西省农科院土肥所从事低产田改良和旱地优化施肥研究；1994年于西北农业大学获农学博士学位，1994-1996年在中国科学院南京土壤所作土壤化学博士后研究。

长期从事土壤肥力演变与培肥研究，引领我国耕地质量长期试验网，主持公益性行业（农业）专项、国家“973”课题、国家自然科学基金重点国际合作项目、中欧国际合作项目等。近10年来，先后获得国家科技进步二等奖3项，省部级一等奖2项；以第一或通讯作者发表论文192篇，其中SCI论文46篇，出版专著6部，其中《中国土壤肥力演变》获第六届中华优秀出版物（图书）奖；培养博士后及博士研究生30余位。获得周光召基金会首届“农业科学奖”、国务院特殊津贴专家、农业农村部突出贡献中青年专家；多次获科技部先进个人、农业农村部优秀党员等荣誉称号。

2013-2015年，在湖南、江西、福建、广西、广东、安徽等省及其周边地区累计示范和推广面积8099万亩，累计新增纯收入91.6亿元。土壤酸化防治技术的应用，既促进了酸化农田区农业高产稳产，为实现耕地数量质量并重管理、坚守耕地质量红线提供了重要支撑，又促进了畜禽粪便、秸秆等有机废弃物资源的高效利用，产生了积极的社会、经济、环境和生态效益。

成果共获授权专利19项，其中发明专利17项；制定行业和地方标准各1项；发表论文171篇，其中SCI收录64篇；出版专著7部。2013-2015年，在湖南、江西等省累积推广8099万亩，累计增收91.6亿元。既促进了酸化农田区农业高产稳产，又促进了畜禽粪便和秸秆等有机废弃物资源的高效利用；推动了国家耕地质量建设政策和行动，带动了酸性土壤调理剂等相关产业发展。

同时，成果也为农业农村部制定国家政策和规划提供了依据。该成果为农业农村部“2020年化肥使用零增长行动方案”、“耕地质量保护与提升技术模式”、“酸化耕地土壤改良评价技术规范”及“土壤有机质提升技术模式概要”等规划编制和项目实施提供了可靠的依据和技术模式。

成果核心技术成为行业标准，成果得到农技推广部门的认可。作物酸害阈值与石灰需要量等核心技术形成了农业农村部行业技术规范--《酸性土壤改良评价技术规范》（附件2.9）；集成的以“减化肥氮增有机肥”和“石灰需要量”为核心的酸性土壤关键防治技术及研发的酸性土壤调理剂，作为“酸化土壤改良技术”，于2010-2015年被农业农村部作为主推技术在全国推介发布。