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耕地地力提升與化肥養(yǎng)分高效利用(精)/化肥和農(nóng)藥減施增效理論與實踐叢書

耕地地力提升與化肥養(yǎng)分高效利用(精)/化肥和農(nóng)藥減施增效理論與實踐叢書

出版社：科學(xué)出版社出版時間：2022-02-01
開本： 16開 頁數(shù)： 494
中 圖 價:¥276.0(7.5折) 定價  ¥368.0 登錄后可看到會員價
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耕地地力提升與化肥養(yǎng)分高效利用(精)/化肥和農(nóng)藥減施增效理論與實踐叢書 版權(quán)信息

耕地地力提升與化肥養(yǎng)分高效利用(精)/化肥和農(nóng)藥減施增效理論與實踐叢書 內(nèi)容簡介

我國耕地土壤類型豐富，但地力水平區(qū)域差異巨大，必須因地制宜，協(xié)同消減土壤障礙和穩(wěn)定提升耕地地力，在長期和區(qū)域尺度上實現(xiàn)化肥養(yǎng)分的高效利用。本書針對我國主要農(nóng)區(qū)的典型土壤類型，從時空格局、消障促效、培肥增效和模式集成4個層次，評價了地力水平與化肥養(yǎng)分利用效率之間的定量關(guān)系，揭示了土壤障礙對化肥養(yǎng)分利用的制約機制及其消減原理，闡明了作物-土壤-微生物相互作用對化肥養(yǎng)分利用的增效機制及其調(diào)控措施，構(gòu)建了“擴增土壤蓄納養(yǎng)分功能-提升生物養(yǎng)分轉(zhuǎn)化功能”雙核驅(qū)動的耕地地力綜合調(diào)控理論與技術(shù)模式，為實施化肥減量增效行動、耕地質(zhì)量保護與提升行動提供理論與決策支持。 本書可供農(nóng)學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)等相關(guān)專業(yè)高校師生、科研人員及相關(guān)管理部門人員閱讀、參考。

耕地地力提升與化肥養(yǎng)分高效利用(精)/化肥和農(nóng)藥減施增效理論與實踐叢書 目錄

目錄
第1章　緒論　1　
1.1　我國糧食安全生產(chǎn)面臨的耕地資源與土壤質(zhì)量退化問題　1　
1.1.1　耕地資源問題　1　
1.1.2　土壤質(zhì)量退化問題　2　
1.2　地力提升與養(yǎng)分高效利用的國際研究進展　4　
1.2.1　打破土壤次生障礙對化肥養(yǎng)分利用制約的原理與技術(shù)　4　
1.2.2　土壤結(jié)構(gòu)與微生物群落組裝促進養(yǎng)分循環(huán)和化肥增效的機制　4　
1.2.3　土壤–根系–微生物系統(tǒng)促進氮磷養(yǎng)分協(xié)同利用的機制　5　
1.2.4　提高化肥養(yǎng)分利用率的地力綜合管理模式　6　
1.3　地力提升與養(yǎng)分高效利用的國內(nèi)研究進展　7　
1.3.1　土壤質(zhì)量演變與養(yǎng)分循環(huán)調(diào)控　7　
1.3.2　培肥促進土壤團聚體形成和微生物演替機制　7　
1.3.3　土壤–根系–微生物系統(tǒng)促進氮磷協(xié)同利用和作物抗逆的機制　8　
1.3.4　耕地肥沃耕層構(gòu)建與化肥養(yǎng)分增效技術(shù)　9　
1.4　面向化肥減施增效的耕地地力綜合管理研究　10　
1.4.1　耕地地力和養(yǎng)分高效管理的研究方向與內(nèi)容　10　
1.4.2　耕地地力和養(yǎng)分高效管理的研究突破點　12
第2章　耕地地力水平與化肥養(yǎng)分利用率的關(guān)系　13　
2.1　耕地地力分布格局及其對主要作物化肥氮磷利用率的影響　13　
2.1.1　主要作物系統(tǒng)土壤地力的分布特征　13　
2.1.2　土壤地力對主要作物系統(tǒng)產(chǎn)量和氮磷利用率的影響　16　
2.1.3　主要作物系統(tǒng)土壤地力的關(guān)鍵影響因子　26　
2.2　小麥–玉米輪作農(nóng)田氮肥利用率的時空演變特征及預(yù)測　32　
2.2.1　長期不同施肥條件下玉米和小麥氮肥利用率的時空演變特征　32　
2.2.2　氮肥利用率與土壤速效磷的關(guān)系　36　
2.2.3　未來氣候變化和不同施肥條件下產(chǎn)量與氮肥利用率的變化趨勢預(yù)測　38　
2.3　典型旱地地力與氮肥利用率的關(guān)系　44　
2.3.1　作物氮肥利用率與地力關(guān)系的理論進展　44　
2.3.2　推薦施氮量　45　
2.3.3　我國不同區(qū)域糧食作物的*佳施氮量　46　
2.3.4　氮肥利用率與基礎(chǔ)地力和施氮量的關(guān)系　47　　
2.4　水旱輪作農(nóng)田地力與氮肥利用率的關(guān)系　49　
2.4.1　太湖流域典型區(qū)地力調(diào)查和表征方法　49　
2.4.2　地力與氮肥利用率的關(guān)系特征　52　
2.4.3　氮肥利用率的提升潛力　58　
2.4.4　耕地綜合地力提升的方法　61
第3章　土壤酸化與化學(xué)養(yǎng)分的互動機制及其調(diào)控原理　63　
3.1　化肥–土壤酸化–耕地地力的互動機制　63　
3.1.1　施肥與土壤酸化的互動影響　63　
3.1.2　土壤酸化對耕地地力和養(yǎng)分利用的影響　65　
3.1.3　土壤酸化對養(yǎng)分轉(zhuǎn)化微生物群落及其功能的影響　66　
3.1.4　土壤酸化對耕地地力影響的物理學(xué)機制　69　
3.2　土壤酸化對作物養(yǎng)分吸收和利用的影響機制　75　
3.2.1　土壤酸化對作物養(yǎng)分吸收和利用的影響　76　
3.2.2　土壤酸化對根際微環(huán)境與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化微生物的影響　78　
3.2.3　土壤酸化誘導(dǎo)鋁毒對作物根系生長與養(yǎng)分吸收的影響　79　
3.3　阻控土壤酸化提高養(yǎng)分利用率的主要措施　83　
3.3.1　阻控土壤酸化提高養(yǎng)分利用率的主要改良劑　83　
3.3.2　生物炭消減土壤酸化及其衍生地力障礙　90　
3.3.3　消減土壤酸化促進養(yǎng)分循環(huán)利用的綜合調(diào)控技術(shù)　98
第4章　土壤鹽堿障礙降低養(yǎng)分利用率的機制及其增效途徑　101　
4.1　鹽堿障礙對農(nóng)田養(yǎng)分形態(tài)轉(zhuǎn)化、有效性與吸收利用的影響機制　101　
4.1.1　鹽堿障礙對農(nóng)田氮素關(guān)鍵轉(zhuǎn)化過程的影響　101　
4.1.2　鹽堿障礙下根區(qū)土壤磷形態(tài)與有效性的特征　109　
4.1.3　鹽堿化農(nóng)田氮磷養(yǎng)分吸收利用的障礙機制　112　
4.2　鹽堿耕地障礙消減對化肥養(yǎng)分利用的促進機制　118　
4.2.1　障礙消減措施對鹽堿耕地土壤物理性質(zhì)的調(diào)控效應(yīng)　118　
4.2.2　障礙消減措施對氮素轉(zhuǎn)化和磷素形態(tài)的促進機制　121　
4.2.3　障礙消減措施對鹽堿耕地氮磷養(yǎng)分吸收利用的提升效應(yīng)　126　
4.3　鹽堿耕地氮磷養(yǎng)分增效的調(diào)控途徑　128　
4.3.1　江蘇濱海鹽堿化耕地氮磷養(yǎng)分增效的調(diào)控途徑　129　
4.3.2　山東濱海鹽堿化耕地氮磷養(yǎng)分增效的調(diào)控途徑　131　
4.3.3　東北蘇打鹽堿化耕地氮磷養(yǎng)分增效的調(diào)控途徑　134　
4.3.4　西北內(nèi)陸鹽堿化耕地氮磷養(yǎng)分增效的調(diào)控途徑　136
第5章　土壤結(jié)構(gòu)性障礙制約養(yǎng)分高效利用的機制與突破對策　140　
5.1　土壤結(jié)構(gòu)性障礙特征及其對養(yǎng)分庫的影響　140　
5.1.1　黑土結(jié)構(gòu)性障礙特征及其對養(yǎng)分庫的影響　140　
5.1.2　典型區(qū)潮土結(jié)構(gòu)性障礙及其對養(yǎng)分庫的影響　147　
5.2　土壤團聚結(jié)構(gòu)對養(yǎng)分蓄供及利用的制約機制　152　
5.2.1　不同團聚結(jié)構(gòu)土壤中化肥氮轉(zhuǎn)化過程及影響因素　152　
5.2.2　土壤團聚結(jié)構(gòu)對潮土氨基糖組成的影響機制　158　
5.2.3　土壤團聚結(jié)構(gòu)對磷素養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的影響機制　162　
5.3　土壤團聚結(jié)構(gòu)形成及其微生物作用機制　164　
5.3.1　不同耕作和秸稈管理措施對潮土團聚結(jié)構(gòu)形成的作用機制　164　
5.3.2　長期施肥對潮土團聚結(jié)構(gòu)形成的微生物作用機制　173　
5.4　土壤結(jié)構(gòu)改良與調(diào)控技術(shù)模式　180　
5.4.1　黑土玉米秸稈富集深埋還田技術(shù)　180　
5.4.2　砂性潮土深免間歇耕作耦合秸稈還田技術(shù)　184
第6章　連作障礙抑制作物對養(yǎng)分吸收利用的機制與消減技術(shù)　187　
6.1　連作障礙影響耕地地力的機制　187　
6.1.1　連作障礙的土壤物理問題　187　
6.1.2　連作障礙的土壤化學(xué)問題　188　
6.1.3　連作障礙的土壤生物學(xué)問題　192　
6.2　連作障礙抑制作物生長及養(yǎng)分吸收利用的機制　193　
6.2.1　連作下土壤物理障礙對作物養(yǎng)分吸收利用的影響　194　
6.2.2　連作下土壤酸化對作物養(yǎng)分吸收利用的影響　194　
6.2.3　連作下化感物質(zhì)對作物養(yǎng)分吸收利用的影響　195　
6.2.4　連作下土壤生物對作物養(yǎng)分吸收利用的影響　196　
6.3　連作障礙消減技術(shù)的養(yǎng)分增效措施　197　
6.3.1　土壤養(yǎng)分調(diào)控　197　
6.3.2　施用生物有機肥　199　
6.3.3　施用生物炭　202　
6.3.4　施用蚓堆肥　202　
6.3.5　連作障礙綜合防控措施　204　
6.4　促進蔬菜健康生長和養(yǎng)分利用的技術(shù)模式　205　
6.4.1　促進番茄健康生長和養(yǎng)分利用的營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)　206　
6.4.2　促進黃瓜健康生長和養(yǎng)分利用的生物有機肥調(diào)控技術(shù)　207
第7章　土壤–作物系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)增效的微生物驅(qū)動機制與調(diào)控策略　211　
7.1　稻田生態(tài)系統(tǒng)與旱作生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物組特征　211　
7.1.1　農(nóng)田土壤微生物地理分布格局　211　
7.1.2　農(nóng)田土壤微生物群落構(gòu)建機制　213　
7.1.3　水稻和小麥的根際效應(yīng)　215　
7.1.4　水稻和小麥根際碳淀積與微生物群落的微尺度空間分布　217　
7.2　稻田生態(tài)系統(tǒng)有機質(zhì)分解與養(yǎng)分耦合轉(zhuǎn)化作用　221　
7.2.1　水稻土有機質(zhì)厭氧降解機制及其調(diào)控因子　221　
7.2.2　水稻土磁鐵礦與生物炭顆粒對有機質(zhì)降解的影響　224　
7.2.3　稻田生物膜對磷素的響應(yīng)　225　
7.3　旱作生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分蓄供與協(xié)同增效　230　
7.3.1　土壤孔隙結(jié)構(gòu)及微生物分布在養(yǎng)分蓄供中的作用　230　
7.3.2　土壤水分分布和微生物活動調(diào)控氮磷養(yǎng)分蓄供　233　
7.3.3　叢枝菌根真菌的綜合促磷效應(yīng)　235　
7.3.4　免耕與秸稈還田條件下土壤的碳磷互動效應(yīng)　236
第8章　不同氣候帶旱地土壤微生物群落演替及功能基因組響應(yīng)機制　239　
8.1　不同氣候帶典型旱地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及演替特征　239　
8.1.1　不同氣候帶土壤微生物群落演替機制的研究方法　239　
8.1.2　不同氣候帶典型旱地土壤移置對土壤肥力和作物產(chǎn)量的影響　241　
8.1.3　不同氣候帶典型旱地土壤微生物群落組成與多樣性變化　244　
8.1.4　不同氣候帶典型旱地土壤微生物群落演替特征　246　
8.2　不同氣候帶典型旱地土壤微生物養(yǎng)分轉(zhuǎn)化功能組　254　
8.2.1　典型土壤微生物碳轉(zhuǎn)化功能組對不同氣候條件的響應(yīng)　254　
8.2.2　典型土壤微生物氮轉(zhuǎn)化功能組對不同氣候條件的響應(yīng)　258　
8.3　典型旱地土壤核心微生物組及其與地上部作物的關(guān)系　264　
8.3.1　核心微生物組與地上部作物的關(guān)系　264　
8.3.2　氣候條件變化下微生物與地上部作物的關(guān)系　272
第9章　中東部集約化農(nóng)田養(yǎng)分高效利用的沃土培育原理與途徑　276　
9.1　中東部集約化農(nóng)田土壤肥力培育原理與調(diào)控　276　
9.1.1　東北集約化農(nóng)田土壤肥力培育原理與調(diào)控　277　
9.1.2　華北集約化農(nóng)田土壤肥力培育原理與調(diào)控　286　
9.1.3　長江中下游集約化農(nóng)田土壤肥力培育原理與調(diào)控　290　
9.2　中東部集約化農(nóng)田土壤養(yǎng)分循環(huán)過程與調(diào)控　296　
9.2.1　東北集約化農(nóng)田土壤養(yǎng)分循環(huán)過程及調(diào)控　296　
9.2.2　華北集約化農(nóng)田土壤養(yǎng)分循環(huán)過程及調(diào)控　305　
9.2.3　長江中下游集約化農(nóng)田土壤養(yǎng)分循環(huán)過程及調(diào)控　308　
9.3　中東部集約化農(nóng)田養(yǎng)分高效管理與減肥增效　310　
9.3.1　東北集約化玉米連作農(nóng)田養(yǎng)分高效管理與減肥增效　311　
9.3.3　長江中下游集約化雙季稻農(nóng)田養(yǎng)分高效管理與減肥增效　325　
9.3.4　中東部集約化農(nóng)田養(yǎng)分高效利用的區(qū)域管理特征　330
第10章　西北旱區(qū)主要糧作體系有機培肥的地力提升機制　332　
10.1　小麥單作體系綠肥及有機肥的培肥效應(yīng)　333　
10.1.1　黃土高原旱塬區(qū)有機培肥對小麥產(chǎn)量及土壤有機碳固持的影響　333　
10.1.2　黃土高原平原區(qū)秸稈還田和施用有機肥對小麥產(chǎn)量和土壤有機碳固持的影響　336　
10.1.3　添加鈣源對秸稈在土壤中腐解和有機碳固持的影響及其作用機制　338　
10.2　小麥–玉米輪作體系下秸稈還田模式對土壤培肥和產(chǎn)量效應(yīng)的影響　348　
10.2.1　麥玉輪作體系下秸稈還田模式對小麥產(chǎn)量的影響　348　
10.2.2　麥玉輪作體系下秸稈還田模式對土壤細菌群落及酶活性的影響　349　
10.2.3　麥玉輪作體系下秸稈還田模式對土壤碳固存的影響　353　
10.2.4　麥玉輪作體系下小麥秸稈高留茬還田模式促進土壤碳固存和產(chǎn)量效應(yīng)　357　
10.3　玉米||大豆間作體系對產(chǎn)量和土壤微生物的影響　359　
10.3.1　玉米與大豆間作對作物生長的促進作用　359　
10.3.2　玉米與大豆間作對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的影響　363　
10.4　我國北方小麥和玉米系統(tǒng)秸稈還田的有機碳固持與增產(chǎn)效應(yīng)　367　
10.4.1　秸稈還田對小麥和玉米產(chǎn)量的影響　367　
10.
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耕地地力提升與化肥養(yǎng)分高效利用(精)/化肥和農(nóng)藥減施增效理論與實踐叢書 節(jié)選

第1章緒論 1.1我國糧食安全生產(chǎn)面臨的耕地資源與土壤質(zhì)量退化問題 1.1.1耕地資源問題 我國目前的糧食和其他主要農(nóng)產(chǎn)品供需關(guān)系總體上表現(xiàn)出“總量基本平衡、結(jié)構(gòu)性短缺、長期性偏緊”的格局。由于人口增加伴隨城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的發(fā)展，膳食結(jié)構(gòu)升級、工業(yè)用途拓展，對飼料用糧和工業(yè)用糧的需求快速增加，同時現(xiàn)有一些農(nóng)產(chǎn)品品種缺口可能繼續(xù)擴大。2016～2019年，我國糧食總產(chǎn)達6.16億～6.64億t，基于14.5億人口數(shù)和人均500kg糧食需求量，預(yù)計2030年糧食需求量將達7.25億t(中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組，2009)。2016～2019年，我國每年進口糧食維持在1億t以上（1.06億～1.31億t)，2019年進口谷物1785萬t、大豆8851萬t，相當于進口約7億畝（1畝666.7m2，后文同）耕地的產(chǎn)能。我國幅員遼闊，農(nóng)業(yè)自然資源及其時空配置復(fù)雜多樣，但水土資源及其利用存在總量不足、質(zhì)量不高、配置不協(xié)調(diào)、利用不合理的問題，需要解決資源硬約束問題以保障農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，因此實施“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略對于保障我國的糧食安全十分重要。 1.1.1.1耕地資源總量不足、質(zhì)量不高 我國耕地資源不足，2019年末耕地總面積為20.23億畝（約合1.3487億hm2)，人均耕地僅1.44畝（0.096hm2)，不足世界平均水平的40%，而且可耕地己基本利用，后備耕地資源少、條件差、開發(fā)利用難度大。我國耕地中高產(chǎn)田（1～3等地）、中產(chǎn)田（4～6等地）和低產(chǎn)田（7～10等地）面積分別占耕地總面積的31.24%、46.81%和21.95%(表1-1)，其中低產(chǎn)田土壤障礙多、改良難度大，而中產(chǎn)田障礙較少、增產(chǎn)潛力較大（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部，2019)。總體上我國耕地基礎(chǔ)地力對糧食產(chǎn)量（小麥、玉米、單季稻）的平均貢獻率為45.7%～60.2%(湯勇華和黃耀，2009)，比農(nóng)業(yè)發(fā)達國家低了20～30個百分點。如果通過地力提升措施將中產(chǎn)田平均提高1個等級，可實現(xiàn)新增糧食綜合生產(chǎn)能力800億kg以上。 1.1.1.2水土資源配置不協(xié)調(diào)、利用不合理 我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中水土資源區(qū)域分布不協(xié)調(diào)，東部氣候濕潤、水源充足，擁有全國90%的耕地，而西部干旱、半干旱或高寒區(qū)耕地只占全國的10%;南方水資源占全國總量的4/5，但耕地不到全國的2/5，北方水資源只占全國總量的1/5，但其耕地卻占全國的3/5。近20年來我國糧食生產(chǎn)重心己從南方轉(zhuǎn)移到了北方，東北和黃淮海地區(qū)糧食產(chǎn)量目前己占全國的53%，其中商品糧占全國的66%，而水資源僅占15%左右，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局與自然資源分布不匹配。“北糧南運”相當于每年要由北方向南方輸送300億m3的水資源，加劇了北方水資源短缺的問題（夏軍等，2008;張?zhí)伊郑?015)。 我國耕地利用強度大，是美國的2.2倍、印度的3.3倍。美國大量耕地每年實行強制休耕，我國則是采用增加復(fù)種指數(shù)等方式來保證以較少的耕地資源生產(chǎn)出更多的糧食，耕地很少有休養(yǎng)生息的機會，結(jié)果往往是土地產(chǎn)出率高，但資源利用率和勞動力生產(chǎn)率低（Zhang et al.，2010)。同時，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的問題仍未得到根本改善，農(nóng)業(yè)抵御災(zāi)害的能力還比較弱。農(nóng)田有效灌溉面積僅占51.8%，農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)僅為0.52，平均水分生產(chǎn)力約為1.0kg/m3，明顯低于發(fā)達國家1.2～1.5kg/m3的水平（張?zhí)伊郑?015)。 1.1.2土壤質(zhì)量退化問題 目前，我國農(nóng)業(yè)資源環(huán)境受外源性和內(nèi)源性污染的雙重影響，加劇了土壤和水體污染、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風險。一方面，工礦業(yè)和城鄉(xiāng)生活污染向農(nóng)業(yè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移排放，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量下降和污染問題凸顯；另一方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中化學(xué)品過量使用，以及農(nóng)業(yè)廢棄物（畜禽糞污、農(nóng)作物秸稈和農(nóng)田殘膜等）不合理處置，造成嚴重的農(nóng)業(yè)面源污染（朱兆良等，2006)。根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織預(yù)測，2050年全球糧食生產(chǎn)的氮肥需求量將從74TgN/年增加到107TgN/年，為了控制全球糧食生產(chǎn)導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)面源污染水平，氮盈余量需要從目前的100TgN/年降低到50TgN/年，氮肥利用率（nitrogen use efficiency，NUE)需要從平均40%增加到平均70%，其中歐盟和美國NUE需要增至75%，而中國和亞洲其他國家需要增至60%。然而，1961～2011年我國氮肥利用率己降至全球*低，而氮盈余量升至全球*高（Zhang et al.，2015)。因此，我國亟須提高肥料利用率以解決糧食安全和環(huán)境安全的雙重壓力。 1.1.2.1化肥用量偏大，化肥利用率偏低 2013年，我國農(nóng)業(yè)化肥用量為5912萬t，按農(nóng)業(yè)種植面積（包括果園等）計算化肥用量為321.5kg/hm2，遠高出世界平均水平，分別是美國的2.6倍和歐盟的2.5倍。我國2002～2005年水稻、小麥和玉米施肥量分別為294.8kg/hm2、263.6kg/hm2和269.6kg/hm2，氮肥利用率分別為27.3%、38.2%和31.0%，磷肥利用率分別為13.0%、16.9%和15.3%，鉀肥利用率分別為28.1%、25.6%和30.5%(閆湘等，2017)。由于近年來實施測土配方施肥措施，目前我國小麥、水稻、玉米的平均氮肥用量分別為210kg/hm2、210kg/hm2、220kg/hm2，己進入水環(huán)境安全閾值范圍（225kg/hm2)，小麥、玉米、水稻的氮、磷和鉀肥的平均當季利用率分別為33%(30%～35%)、24%(15%～25%)和42%(35%～60%)(農(nóng)業(yè)部，2013)。隨著實施化肥農(nóng)藥使用量零增長行動，我國水稻、玉米、小麥三大糧食作物化肥利用率由2015年的35.2%增加到2019年的39.2%，但仍然比世界先進水平低10～20個百分點。 我國化肥用量存在突出的區(qū)域不平衡問題，山東、江蘇等地區(qū)化肥用量超過390kg/hm2，內(nèi)蒙古、貴州等地區(qū)施用量低于195kg/hm2，特別是我國果園、設(shè)施蔬菜地、茶園的化肥平均用量分別達到555kg/hm2、365kg/hm2、678kg/hm2，而且果菜茶種植總面積仍在增加，加劇了區(qū)域化肥過量施用的狀況（楊林章和孫波，2008;張福鎖，2008;倪康等，2019)。雖然在不同氣候、土壤和作物產(chǎn)量目標下，作物化肥養(yǎng)分利用率有較大差異，但我國農(nóng)業(yè)化肥利用率總體上仍有較大的提升空間。 1.1.2.2農(nóng)業(yè)廢棄物還田利用率和回收率低 我國每年產(chǎn)生約38億t畜禽糞污，排放的氮、磷量已經(jīng)超過農(nóng)業(yè)化肥氮、磷的排放量，而其化學(xué)需氧量（chemical oxygen demand，COD)排放占我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排放的COD總量的90%以上。2013年，我國飼養(yǎng)生豬約12億頭，年出欄7億頭左右，其中500頭以上的規(guī)模化養(yǎng)殖場占40%左右。然而，規(guī)；B(yǎng)殖場廢棄物處理設(shè)施配套比例不足50%，畜禽糞便養(yǎng)分還田率不到50%。2007年，對全國污染源的**次普查表明，畜禽養(yǎng)殖排泄物氮、磷排放總量分別達到10.24億t和16.04億t(環(huán)境保護部等，2010)，同時，這些有機廢棄物還存在重金屬和抗生素超標現(xiàn)象（Jia et al.，2016)？傮w上，我國農(nóng)田徑流和淋洗進入水體的氮量分別占施氮量的5%和2%，NH3揮發(fā)進入大氣的氮占11%～16%，其中水田損失高于旱地（朱兆良等，2006;Chen et al.，2014；Wang et al.，2018)，因此，我國農(nóng)業(yè)中種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)導(dǎo)致的面源污染十分嚴重（Sunetal.，2012)。 2015年，我國主要農(nóng)作物秸稈可收集資源量為9.0億t，秸稈綜合利用率為80.1%，其中秸稈肥料化利用率為43.2%。2015年，我國農(nóng)膜用量達260多萬噸，其中地膜用量為145萬t，因廣泛使用超薄地膜（<0.008mm)，其回收率一般低于60%，致使每年有約58萬t農(nóng)膜殘留在土壤中，影響土壤的結(jié)構(gòu)和通透性，降低了作物對土壤養(yǎng)分和水分的利用。隨著秸桿還田和有機肥替代化肥行動的持續(xù)推進，2019年我國秸稈綜合利用率增加到83.7%，畜禽糞污資源化利用率達70%，但在肥料化利用方面仍有提升潛力。 1.1.2.3區(qū)域性土壤退化和土壤污染問題突出 近30年來，我國耕地肥力狀況總體向好（徐明崗等，2015)。據(jù)農(nóng)業(yè)部國家*耕地質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，1985～2006年在常規(guī)施肥管理條件下，農(nóng)田大量養(yǎng)分含量總體表現(xiàn)為上升趨勢，土壤全氮、有效磷、速效鉀平均含量分別為1.55g/kg、27.4mg/kg、127mg/kg，分別提升了19%、330%、67%(全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃研究所，2008)。根據(jù)2005～2014年測土配方施肥項目數(shù)據(jù)，我國耕層土壤有機質(zhì)平均含量為24.7g/kg，與全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)對比，提高了4.85g/kg(增加了24.5%)，但西北地區(qū)（甘肅和青海）耕層土壤有機質(zhì)含量下降（楊帆等，2017)。耕層土壤有機質(zhì)含量增加的主要原因在2000年前是化肥投入增加導(dǎo)致的根茬量增加，在2000年以后是實施了秸稈還田和增施有機肥措施(Zhao et al.，2018)。但是，我國耕地土壤C:N:P仍然不協(xié)調(diào)，我國表層（0～10cm)富含有機質(zhì)土壤的C:N:P約為134:9:1(Tian et al.，2010)，低于全球表層土壤C:N:P(186:13:1)，導(dǎo)致土壤供應(yīng)和作物生長需求之間供需錯配，影響土壤生產(chǎn)力。 然而，我國耕地仍然存在區(qū)域性質(zhì)量下降問題，退化耕地面積己占耕地總面積的40%以上，在高強度農(nóng)業(yè)利用下紅壤加速酸化、土壤次生鹽堿化、耕作層變薄和板結(jié)黏閉、土壤連作障礙等嚴重影響耕地生產(chǎn)能力的發(fā)揮。目前，我國水土流失耕地面積約3.6億畝，鹽堿耕地面積約1.14億畝，強酸和極強酸性（pH<5.5)耕地面積約2.61億畝，沙化耕地面積約3843萬畝。我國耕地表層土壤pH在20世紀80年代以來己下降了0.13～0.80(Guo et al.，2010)，每年設(shè)施蔬菜和豆科作物遭受連作障礙的面積分別達5000萬畝和3000萬畝。此外，我國耕地還存在重金屬和農(nóng)藥污染問題，影響了土壤健康和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。2014年調(diào)查結(jié)果表明，耕地土壤點位超標率達19.4%，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環(huán)芳烴（環(huán)境保護部和國土資源部，2014)，其中南方地區(qū)（特別是西南地區(qū)）土壤重金屬污染風險*大(Chenet al.，2015)。 1.2地力提升與養(yǎng)分高效利用的國際研究進展 1.2.1打破土壤次生障礙對化肥養(yǎng)分利用制約的原理與技術(shù) 20世紀90年代，為應(yīng)對資源和環(huán)境對糧食生產(chǎn)的約束，國際上提出發(fā)展集約化可持續(xù)農(nóng)業(yè)（Cassman，1999)，歐盟制定的“2020計劃”提出通過提高土壤質(zhì)量穩(wěn)定提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。21世紀以來，國外研究主要集中在消減土壤障礙和提升土壤功能兩個層面，其中美國農(nóng)業(yè)部鹽土實驗室（Salinity Laboratory，Agricultural Research Service，USDA)與澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（Commonwealth Scientific andIndustrial Research Organization，CSIRO)等在打破土壤障礙對化肥養(yǎng)分利用的制約方面開展了系統(tǒng)研究，美國康奈爾大學(xué)（Cornell University)、法國國家農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院（Institut Nationale de la Recherche Agronomigue，INRA)和瑞士有機農(nóng)業(yè)研究所（Research Institute of Organic Agriculture，F(xiàn)iBL)等在揭示化肥養(yǎng)分高效利用的土壤生物物理機制方面取得了顯著進展，而荷蘭瓦赫寧根大學(xué)（Wageningen University &

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