中國科學院黑土区农业生态重点实验室
作物生理與栽培學科組
鹽漬土生態與改良學科組
草地農牧業學科組
黑土有機碳與保護性耕作學科組
農田有害生物控制學科組
土壤物質循環學科組
黑土退化與修複學科組
農田分子生態學科組
土壤微生物與養分循環學科組
林下植物資源學科組
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  中國科學院黑土区农业生态重点实验室

概況

中國科學院黑土区农业生态重点实验室成立于2009年12月,依托单位为中國科學院东北地理与农业生态研究所,实验室分别坐落于我国典型黑土区的哈尔滨市和长春市,建有海伦黑土农业生态实验站、大安碱地生态试验站、长春综合农业实验站等5个长期定位实验站。实验室以我国东北黑土为研究对象,以土壤生态学、农田生态学、作物生理学为学科基础,融合地理学、环境科学、生态学等学科理论和方法,围绕黑土区农业可持续发展中的耕地保育、环境健康、生态优化等重大科学问题,开展基础性、战略性、前瞻性及学科交叉研究,为国家粮食安全和生态安全做出重要科技贡献。

 

總體定位、目標與研究方向

1. 总体定位

面向國家糧食安全、生態安全重大科技需求,針對黑土區農業發展面臨的耕地質量下降、黑土退化、農田水土調控能力降低等關鍵科學問題,開展土壤生態、農田生態系統過程與管理、作物生理生態等學科領域研究,揭示黑土農業生態過程及驅動機制,闡明黑土農田生態系統物質循環及與作物潛力的生理生態機制,攻克黑土地力提升、作物資源高效新型種植模式、鹽堿地高效治理等關鍵技術難題,推進黑土區高産、優質、高效、生態農業發展,爲實現黑土資源可持續利用,爲黑土區農業可持續發展提供科技支撐。

 

2.目標

以中國東北黑土農業生態爲重點研究領域,形成基于地表系統過程農業生態學自主創新體系,保障國家生態安全和糧食安全,爲東北區域農業可持續發展提供理論基礎和技術支撐的能力,建成具有國際先進水平的東北區域農業研究中心,建成特色鮮明的農業生態學人才培養基地。

 

3.研究方向

研究方向一:黑土區土壤質量演變與驅動機制

重點研究黑土質量退化關鍵過程與時空變異、黑土侵蝕營力作用過程與關鍵控制因子、土壤鹽漬化過程及障礙機理,揭示土壤水肥氣熱耦合過程及機理、侵蝕溝空間分布特點及發展趨勢、鹽漬土的空間分布規律及主控因子,發掘土壤質量保育和定向培育理論與方法,構建黑土質量動態數據庫和時空分異預測模型,建立水土保持耕作技術體系、鹽漬土生態恢複及綜合治理關鍵技術體系。

研究方向二:作物生産力與生理生態機制

針對作物産量性能優化過程中的物質生産、分配和産品器官形成三大關鍵過程,重點研究作物高産群體營養體結構與物質有效生産貯運的關系,探討作物高産群體受容系統結構與高收獲性能的調節機制,明確作物高産高效理想群體定向調控途徑,揭示作物光合物質生産、貯存與調運的高效機理,建立作物高産高效新型種植模式和技術體系。

研究方向三:農田與草地生態系統過程與管理

重點研究黑土農田和草地生態系統生産力穩定增長機理與優化管理,建立黑土區水土資源動態評價指標體系和預測模型,探討全球氣候變化對農田和草地生態系統的影響並提出管理對策;研究黑土農田和草地生態系統植物—土壤生物間關系及其相互作用機制,明確土壤生物對農藝措施的響應與適應機制及在農田生態系統恢複中的作用,定量描述黑土中微生物、動物和線蟲等種類和變化特征,挖掘黑土微生物對作物病蟲害的生物防治潛力。

 

技術支撐

1.儀器設備

實驗室擁有各類儀器500余件套,總價值2000余萬元。隨著近年來對科研力度的加強,實驗室設備的投資力度不斷加大,儀器的更新率和保有率也不斷提高。儀器的配備按照實驗室的研究發展方向日趨合理化,儀器設備的管理也更加規範化和科學化。

30萬元以上儀器設備一覽表

 

2.平台

實驗室包括海倫農業生態實驗站、大安堿地生態試驗站、長嶺草地農牧業實驗站、黑土水土保持監測研究站、長春綜合農業實驗站。海倫農業生態實驗站是國家野外觀測研究站和中科院CERN核心台站,長期聚焦黑土農田基礎和應用基礎研究,是我國乃至國際上開展黑土研究的重要基地,也是農業部大豆、甜菜産業體系的重要台站;大安堿地生態試驗站以解決區域生態和農業生産關鍵問題爲特色,得到國內同行的高度評價,2015年實驗站被評爲中科院先進集體;海倫黑土水土保持監測研究站進入了水利部水土流失監測網絡重點台站系列。每年有衆多國內外學者赴各實驗站開展合作研究。

 

承擔主要項目及成果展示

1.當前承擔主要項目

2.主要成果(2011-2015) 

SCI論文

131篇

CSCD論文

142篇

授權專利

87項

出版著作

8部

國家獎

2項

省部級獎

16項

3. 创新成果

 (1)黑土農田地力提升基礎理論及其關鍵技術研究

进一步揭示了黑土地力变化的物理、化学过程及其生物驱动机制,解析了黑土生物群落结构、功能地理分布及其与黑土有机碳变化的关系,阐明了黑土高生产力维持机制,构建了黑土耕地保育和地力提升的关键技术指标;建立了侵蚀黑土水土保持耕作技术、退化黑土肥沃耕层构建技术等系列技术体系并在黑土保护工程中得到推广应用,累积示范推广10万亩以上。研究成果获得省级自然科学一等奖2項,在《Soil Biology and Biochemistry》、《Applied and Environmental Microbiology》、《Plant and soil》等Ⅰ区和Ⅱ区国际主流期刊发表高水平SCI論文10篇;撰写了“以技术创新和集成助推黑土资源保护与可持续利用”咨询报告。

 大豆根系活動與土壤相互作用的生態學機制。通過長期定位試驗,①明確了種植大豆改變土壤物理結構的機理,揭示了大豆根系生長控制土壤養分供應強度和容量的機制、以及土壤物理結構特征控制大豆根系生長的內在關系;②量化了土壤不同速效氮素含量對大豆聯合固氮能力的影響,解析了不同土壤條件對大豆根瘤菌豐度和群落結構的影響機制;③闡明了基于大豆根系生長發育的土壤生態系統生物鏈和食物網特征,以及線蟲、細菌和真菌控制土壤碳、氮、磷循環的速度和方向。研究成果對大豆培肥土壤功能進行了理論闡述,創建了“大豆根-土互作生態學”,豐富了耕作學理論體系,在國際上産生了重大影響,並對黑土區調整作物結構、設計合理的作物輪作體系具有重要意義。成果獲得2015年度黑龍江省自然科學一等獎。

 菌根真菌與宿主植物互作機制研究。闡明了叢枝菌根真菌與植物間的營養“對話”途徑,發現了碳、氮、磷等元素在菌根真菌和植物間的代謝轉運過程、及其相互影響規律,發展完善了菌根真菌與植物間碳、氮耦合模型;揭示了叢枝菌根真菌提高植物抗脅迫能力的生理生化機制,特別是如何通過提高植物的光合速率、保護酶的表達等實現抗逆效應;解析了植物與叢枝菌根真菌間相互作用的信號調控機制,闡釋了各信號物質的作用及其調控方式;探明了菌根共生體對人類活動的響應及其生態學特征。對于提高農田生態系統養分利用、提高作物抗逆性具有重要意義。成果獲得2015年度吉林省自然科學一等獎。

(2)東北蘇打鹽堿地高效治理的理論和技術體系

针对苏打盐碱地障碍因素以及开发种稻的关键技术难题,在作物耐盐碱生理机制研究方面取得新进展,创建了苏打盐碱地改土增粮关键技术,筛选和培育出耐盐碱水稻品种进而破解了苏打盐碱地以稻治碱品种匮乏的瓶颈。申请新型盐碱地土壤改良剂发明专利2項,完成“生物炭与微生物菌肥改良盐碱地操作技术规程”、“生物炭改良盐碱地操作技术规程”。技术在松嫩平原西部累计推广8647万亩,增产粮食39.2亿kg,新增经济效益105亿元。实现了盐碱地大规模增产增收和环境友好治理双赢,极大地推动了盐碱地治理的技术进步。成果“苏打盐碱地大规模以稻治碱改土增粮关键技术创新及应用”获得2015年度国家科技进步二等奖。同时,实验室作为第一承担单位获得2015年国家“973”项目“人工草地生产力形成机理与调控途径”支持。

(3)東北主要作物新型種植模式與作物生産力提升理論與技術體系

针对东北主要作物相互遮阴、光合效率低、产量潜力难以发挥的科学问题,以优化作物群体结构、提高光资源利用率为目标,创建了作物高光效新型种植模式。该模式依据经纬度、太阳高度角、方位角、植株高度等参数,科学量化了作物最佳种植垄向(东北黑土区磁南偏西18-23度)和垄距(玉米160cm+40cm,160cm为通风透光带,40cm种植两行玉米,6-7万株/hm2;水稻50cm+20cm,50cm通风透光带,20cm种植两行水稻,20-25穴/m2);构建了玉米垄间苗带交替休闲耕作、留高茬和秸秆全株还田、高效水肥管理等系列技术,即:160cm通风透光带内每年种植40cm两行玉米、交替种植3年、第4年重复第1年苗带、休闲3年,收获后留茬30-35cm,其余秸秆放在40cm行间,按玉米需水需肥规律和土壤供水供肥能力及自然降水实施田间水肥管理。该模式促进了耕地地力恢复,降低了土壤侵蚀,提高了土壤保水保肥能力,明确了作物群体受光环境优化、光合性能提高是高光效新型种植模式的主要增产机制(作物PPDK等5种光合关键酶活性提高及持续时间延长机理,糖、淀粉等光合产物分配和转运规律)。玉米和水稻光能利用率分别提高0.19%、0.14%,玉米和水稻产量分别提高6-15%、5-10%。技术模式累计示范1273万亩,增产粮食84.46亿kg,增收10.37亿元。成果“作物高光效新型种植模式及配套技术研究与应用”获得2015年度吉林省科学技术进步一等奖、2014年度中國科學院科技促进发展一等奖。撰写了“加快免耕播种机产业化,推行秸秆全覆盖还田”的建议报告。

 

人才培養與國內外合作交流

1. 人才培養 

5年間(2011-2015)已培養畢業研究生48人,其中博士28人,碩士20人。目前實驗室在讀研究生 41 人,其中碩士 10人、博士 31 人。在培養的研究生中有10%的研究生在國外高水平大學進行了聯合培養。同時實驗室同東北農業大學、東北林業大學、八一農墾大學等高校聯合培養研究生百余人。 

 

2.合作交流

組織舉辦會議

    

實驗室構成: 

主任:李秀軍 研究員 

副主任:王光華 研究員,田春杰 研究員 

人員組成: 

實驗室現有固定人員62人,其中正高級職稱20人,副高級職稱26人,中級職稱16人。實驗室還有41名研究生,其中碩士10人、博士31人,和4名博士後流動人員。人員老中青結合,以中青年科技人員爲主體,研究隊伍比例合理。 

    

研究團隊: 

黑土退化與修複 

土壤物質循環 

黑土有機碳與保護性耕作 

鹽漬土生態與改良 

土壤微生物與養分循環 

農田分子生態 

作物生理與栽培 

草地農牧業 

農田有害生物控制 

 

 
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