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1、项目名称：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提名者：中国农学会提名意见：我单位认真阅读了项目提名书及相关提名材料，确认提名材料真实有效，完成人符合提名资格，相关栏目均符合提名要求。该成果针对我国农田酸化特征不清晰和关键防治技术针对性不强的突出问题，从酸化时空演变、酸化预测预警、酸化主控因素等方面，通过点面结合、田间试验和盆栽实验相结合，开展了农田土壤酸化演变特性及驱动机制、酸化土壤防治技术体系研究，首次阐明了我国红壤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
2、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，集成了区域农田酸化综合改良技术模式，实现了农田土壤酸度改良和肥力提升协调发展，为我国酸性土壤的分类管控、防治结合提供了技术样板。成果在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、酸化综合防治技术模式方面，具有较强的创新性，处于国际领先水平。提名为国家科技进步奖二等奖。项目简介：我国农田土壤普遍酸化且日趋严峻，威胁国家粮食安全和农业可持续发展。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。本项目面向典型红壤区集约化种植农田，
3、通过点面结合、示范和推广结合的方法，经二十余年的不懈攻关，取得如下创新性成果。1、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。2、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
4、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%）。3、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
5、 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。4、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
6、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%。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。客观评价：1. 成果获得省部级一等奖成果内容获得了2
7、010年全国农牧渔业丰收奖一等奖（红壤酸化防治技术推广与应用）、2016-2017年度中华农业科技奖一等奖（我国典型区域农田酸化特征及其防治技术与应用）。2. 第三方评价：成果总体达到国际先进水平，部分处于国际领先中国农学会组织科技成果评价会，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
8、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”。3. 查新报告显示项目在4个方面具有明显创新性查新认为：（1）获得了我国典型农田土壤酸化的演变规律，酸化具有阶段性和普遍性以及局部严重性特征；（2）发展了基于剖面底层和基于荒地pH的酸化速率估算与预测预警方法，并预测了祁阳县不同母质不同利用方式下土壤酸化趋势；（3）揭示了有机肥有效阻控土壤酸化的三个机制；（4）提出了主要作物的酸害阈值和不同pH下的石灰需要量，创建了有机肥为核心的预防技术和石灰类物质为核心的治理技术。在以上4方面的研究中，发表的论文基本上都是项目完成单位的相关报道，鲜见其他
9、单位有相同报道。4. 国家相关部门检测报告:农业部依据本成果制定国家政策和规划为农业部“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。5. 项目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年被农业部作为主推技术在全国推介
10、发布。6. 取得了一批具有我国自主知识产权的新成果取得国家发明专利、行业和地方标准等知识产权21项（附件1.1-1.7，2.9）；编著出版了中国土壤肥力演变（第二版）、红壤质量演变与培肥技术、酸化红壤的修复原理与技术等著作7部（附件5.16-5.18）；发表论文171篇，其中SCI论文64篇（附件5.1-5.15）；论文论著被引次数达到1892次（附件2.5），对我国乃至世界农田土壤酸化防治技术起到了引领作用。7. 研究成果获得了国内外同行的认可发表论文得到了国内外同行的认可，被广泛引用。代表性论文“The forms of alkalis in the biochar produced fr
11、om crop residues at different temperatures”被 “Environmental Science & Technology”上的综述论文“Pyrolysis for biochar purposes: A review to establish current knowledge gaps and research needs”引用，作为重要例证说明本文中碳酸盐和有机阴离子是生物质炭中主要碱性物质的重要发现在阐明生物质炭改良酸性土壤机制中的重要作用。代表性论文“The amelioration effects of low temperature bioc
12、har generated from nine crop residues on an acidic Ultisol”被 “Science of the Total Environment”上的综述论文“Potential role of biochars in decreasing soil acidification-A critical review”引用，作为例证说明秸秆生物质炭的含碱量是决定其改良酸性土壤效果的关键因素。中国科学院生态环境研究中心、南京土壤研究所，清华大学、浙江大学、中国农业大学、南京农业大学、湖南农业大学等高校/科研院所也都以祁阳红壤长期定位施肥试验为依托，开展土壤
13、酸化机制、酸化的生物生态响应等方面的合作研究，在Science（2010, 327, 1008-1010）、The ISME Journal (2008, 2, 254-264)、Environmental Microbiology（2007, 9, 2364-2374）、Environmental Science & Technology（2012, 46, 6102-6109）等国际著名期刊发表多篇高质量论文。特别是祁阳站等长期定位施肥土壤酸化演变特征，为Science论文发表提供了强有力的支撑。项目完成人受邀在相关国际学术研讨会做特邀报告8次，介绍在我国典型区域农田酸化特征及其防治技术方
14、面的研究进展和取得的成就。推广应用情况、经济效益和社会效益：针对我国典型红壤区农田土壤酸化防治重大需求，项目从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。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.
15、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。主要知识产权证明目录：知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态发明专利一种高效酸性土壤有机改良剂 中国ZL200910036222.82011-08-10821850中国科学院南京土壤研究所徐仁扣, 袁金华, 李九玉有效发明专利喜硝植物在修复酸化土壤中的应用及其修复方法中国ZL201110098002.52012-08-2110266
16、94中国科学院南京土壤研究所徐仁扣, 万青, 郭都, 佟德利有效发明专利铵态氮肥与硝化抑制剂配合施用改良酸性土壤的方法及其应用 中国ZL201110273035.92014-03-261368520中国科学院南京土壤研究所姜军, 徐仁扣, 钱薇, 佟德利有效发明专利硝化抑制剂与生物质炭配合施用提高氮肥利用率的方法及其应用中国ZL201210488366.92014-08-201465501中国科学院南京土壤研究所姜军，徐仁扣，佟德利，钱薇有效发明专利一种对农作物秸秆进行无烟炭化处理的装置 中国ZL201510076144.X2016-09-142239906中国科学院南京土壤研究所姜军，徐仁扣，李忠意，袁金华
