长江计划的思考：从微观到宏观课件

,单击此处编辑母版文本样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,长江计划的,思考：,从微观到宏观,长江计划的思考：,主要内容,研究背景,拟解决的科学问题与研究内容,已有工作基础,未来的工作方向与目标,主要内容研究背景,2,Reaches,of the Yangtze River,Rice,planting,area in China,Reaches of the Yangtze RiverRi,3,数据来源：国家统计局,江苏省,GDP,与人口各占全国的,10%,和,6%,。,长江中下游国民生产总值,GDP,与人口,数据来源：国家统计局江苏省GDP与人口各占全国的10%和6%,4,长江中下游水稻,生产重要性,江苏省水稻种植面积与总产各占全国的,7.5%,和,9.3%,。,数据来源：国家统计局,长江中下游水稻生产重要性江苏省水稻种植面积与总产各占全国的7,5,数据来源：国家统计局,地区,Hunan,Jiangxi,Anhui,Jiangsu,Hubei,Sichuan,Zhejiang,Chongqing,2009,年,4047.20,3282.06,2246.85,2233.24,2045.08,2027.10,938.74,682.04,2014,年,4120.71,3339.45,2217.33,2271.69,2143.95,1991.80,824.21,689.67,增减,%,1.82,1.75,-1.31,1.72,4.83,-1.74,-12.20,1.12,The changes in rice planting area in different provinces,数据来源：国家统计局地区HunanJiangxiAnhuiJ,6,地区,Hunan,Jiangxi,Anhui,Jiangsu,Hubei,Sichuan,Zhejiang,Chongqing,2009,年,2578.60,1905.90,1802.89,1591.92,1520.20,1405.61,666.67,511.30,2014,年,2634.00,2025.15,1912.00,1729.47,1526.50,1394.55,590.11,503.19,增减,%,2.15,6.26,6.05,8.64,0.41,-0.79,-11.48,-1.59,The changes of rice production(10*4 t)in different provinces,地区HunanJiangxiAnhuiJiangsuHube,7,地区,Jiangsu,Hubei,Chongqing,Sichuan,Zhejiang,2009,年,8091.90,7643.18,7582.55,7543.53,7020.99,2014,年,8416.64,8066.75,7296.10,7663.92,7159.70,增减,%,4.01,5.54,-3.78,1.60,1.98,7043.18,6832.21,+3.09%,Rice yield(kg/ha)in different provinces,地区JiangsuHubeiChongqingSichuan,8,施肥现状，,the status of fertilization and yield,缺氮对产量影响最大,缺磷缺钾产量与全肥区产量呈显著正相关，高产水平磷钾对产量的影响变大。,N is the most affectting factor on rice yield formation.,Rice yield(P and K free)is positive correlated to NPK,to obtain a higher rice yield,P and K are need.,施肥现状，the status of fertilizati,9,磷肥对不同轮作体系中水稻的增产效应,从不同产量水平的磷肥效率来看，两种轮作方式下的水稻磷肥增产效果都随着基础产量的增加而下降，其中不同产量水旱轮作中水稻在施肥后肥效变化不显著，而,水田连作,中的水稻当不施磷处理的水稻单产低于,3487 kg hm,-2,时，其磷肥肥效显著增加,P=0.0008,P=0.3651,P0.0001,PNPKControl,，即有机肥（畜禽粪便、秸秆）的投入有利于土壤肥力的提高,两个数据集的土壤综合肥力指数均表现为:NPKSNPKMN,相关性分析表明，全量数据集和最小数据集条件下，土壤综合肥力指数与水稻产量均表现出正相关。,相关性分析表明，全量数据集和最小数据集条件下，土壤综合肥力指,研究基础,稻,-,麦轮作体系中连续,4,年不同施肥处理下土壤有机质的,13,C-NMR,波谱图,(,小麦季,A,和水稻季,B,）,CK,：对照；,CF,：纯化肥；,OICF,：有机无机配施；,PMC,：纯猪粪堆肥,稻麦轮作体系土壤中所有处理中都以烷基和烷氧基,C,占优势，表明多糖（如碳水化合物和纤维素）积累可能是稻麦轮作体系土壤有机质增加的重要方式,。,施用,有机肥,和,有机无机复合肥增加了土壤中,糖碳,的,比例,，这,可能与团聚体对土壤有机质的保护作用有关。,长江中下区域不同轮作系统土壤生物肥力演变特征与培肥策略：,土壤肥力对化学养分循环的影响,研究基础稻-麦轮作体系中连续4年不同施肥处理下土壤有机质的1,研究基础,长江中下区域不同轮作系统土壤生物肥力演变特征与培肥策略,小麦,-,玉米轮作系统中，,长期,施用含氮化肥但不配施有机肥会导致土壤酸化，微生物区系失衡；而施用有机肥能增加土壤中富营养细菌类群的相对丰富，进而增加易降解有机碳利用相关基因的相对含量，有利于土壤养分,循环。,Xun et al.2015 Environ Microb,研究基础长江中下区域不同轮作系统土壤生物肥力演变特征与培肥策,研究基础,长江中下区域不同轮作系统土壤生物肥力演变特征与培肥策略,长期,有机无机配,施能提高土壤微生物间的互作关系，从而提高,土壤微生物活性,以及增强土壤稳定性。,对养分循环的影响？,长期,有机无机配,施能通过调节土壤酶活性改变土壤离子有效性。,Ling,et al.,2016 SBB,Feng et al.2016 Sci Rep,研究基础长江中下区域不同轮作系统土壤生物肥力演变特征与培肥策,主要内容,长江流域农业生产与氮磷的重要性,长江流域磷平衡与演变规律,在长江流域水水、水旱、旱旱轮作体系中的氮磷循环特征,未来的工作方向与目标,主要内容长江流域农业生产与氮磷的重要性,26,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,淹水条件下的,土壤磷状况,大量的根分泌物活化土壤磷,(,有机酸,酸性磷酸酶 等,),淹水氧化还原,电位降低,干旱氧化还原,电位升高,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,禾本科旱作条件下,的土壤磷状况,豆科旱作条件下,的土壤磷状况,耕层,深层,土壤磷有效性较高,扩散能力强,团粒结构破碎,有机质积累,土壤通气性差,厌氧性细菌增生,pH,稳定,Fe,2+,，,Mn,2,+,土壤磷有效性较低,扩散能力弱,团粒结构形成,有机质矿化消耗,土壤通气性好,需氧性细菌增生,pH,相对不稳定,Fe,3+,，,Mn,4+,水稻根系,较浅，主要分布,在,耕层以,吸收耕层中的磷为主,旱作禾本科作物根系较深，可达,60cm,，吸收下层土壤磷,淹水条件下相关,土壤理化性状特征,旱地条件下禾本科作物根际土壤相关理化性状特征,旱地条件下豆科作物根际,土壤相关理化性状特征,土壤磷有效性提高,扩散能力弱,团粒结构形成,有机质矿化消耗,土壤通气性好,需氧性细菌增生,pH,相对不稳定,Fe,3+,，,Mn,4+,水旱轮作体系加速磷下移,在季节性干湿交替的背景下，综合利用,各作物根际特征,，优化根系与根际管理，提高磷利用效率,水稻,禾本科旱作,(,如 玉米、小麦,),豆科旱作,(,如 蚕豆、鹰嘴豆,),区域与体系,磷平衡及对,生产力的影响,各体系土壤特征,不同体系作物根系根际特征,红色字体,磷高效特征,水旱轮作：根系,-,根际,-,土壤,-,磷的有效性,PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP,27,研究区域拓展,从上游的江津,(,重庆,),拓展至中游的沙洋,(,湖北,),和下游的如皋,(,江苏,),通过收集各类统计资料和文献报道结果，对长江流域农田系统的氮磷输入输出平衡，外援氮磷 排放的环境效应、经济代价及未来优化空间进行综合评价，为整个流域的绿色生产服务。,研究区域拓展从上游的江津(重庆)拓展至中游的沙洋(湖北)和下,28,种植体系的多元化,从原来的水稻,-,小麦、玉米,-,小麦和水稻,-,冬水三个体系拓展至：,1,）江津：水稻,-,小麦、玉米,-,小麦、水稻,-,冬水、,水稻,-,蔬菜,2,）沙洋：水稻,-,小麦、玉米,-,小麦、水稻,-,冬水、,水稻,-,蔬菜、水稻,-,油菜、玉米,-,油菜,3,）如皋：水稻,-,小麦、玉米,-,小麦、水稻,-,冬水、水稻,-,蔬菜,种植体系的多元化从原来的水稻-小麦、玉米-小麦和水稻-冬水三,29,3.3,研究内容的进一步拓展,从原来集中开展上游局部氮磷平衡,/,去向和环境效应拓展至整个长江流域氮磷钾养分循环、土壤肥力演变及土壤、水体和大气环境效应与资源环境代价的综合研究。在未来,3-5,年内我们将重点突破：,流域尺度的氮磷素输入、输出平衡特征及其驱动力；,主要作物体系氮磷肥的产量效应与利用效率评价；,氮磷肥的损失途径、水体环境效应与经济损失的评估。,3.3 研究内容的进一步拓展从原来集中开展上游局部氮磷平衡/,30,具体研究计划,计划分两个层次来开展工作：,层次,1,：,开展田间原位研究，定量长江上中下游农田氮磷素转化、去向与损失途径，评估水改旱和旱改水及氮磷素优化的产量与环境效应,层次,2,：,从宏观层面结合统计资料和文献数据及模型，开展长江流域氮磷素投入、作物产出与氮磷素水体环境输出的研究，系统评价长江流域单位氮磷的产量效应、环境效应与未来优化情景,具体研究计划计划分两个层次来开展工作：,31,谢谢大家！,欢迎批评指正！,谢谢大家！,32,提高根系对磷的利用效率是优化生态系统服务功能的关键,（,Graham et al.,2016,unpublished,）,提高根系对磷的利用效率是优化生态系统服务功能的关键（Grah,33,研究基础,稻,-,麦轮作体系中不同施肥,处理对土壤总,细菌区系的,影响及其驱动因子,长江中下区域不同轮作系统土壤生物肥力演变特征与培肥策略,施用有机肥显著提高了丛毛单胞菌,科，,孢囊杆菌,科，,硝化螺旋菌,科,，,消化链球菌,科等的相对丰度。施肥,方式是引起细菌群落结构变化的重要因素。,研究基础稻-麦轮作体系中不同施肥处理对土壤总细菌区系的影响及,34,研究基础,小麦,-,玉米,轮作体系中不同施肥,处理对土壤产碱性磷酸酶微生物的影响,CK,：对照,；,M,：纯有机肥；,NPK,：,纯化肥,；,MNPK,和,HMNPK,：,有机无机配,施,长江中下区域不同轮作系统土壤生物肥力演变特征与培肥策略,施用,有机肥能使更多,的该微生物定植在,土壤细砂粒中，但是施用化肥能导致更多,的该微生物定植在,土壤粘粒中,，粘粒中磷酸酶活性,增强,，加快,对粘粒中稳定性有机物的脱磷酸化，引起其更易被其他微生物分解利用,，土壤,中稳定性有机物减少而导致土壤中碳库稳定性的破坏。长期,处于纯化肥施用模式,下会导致土壤碳库持久供应能力下降，最终引起作为产量和品质的下降,。,小麦