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科技成果

一、污染水体水生植物生态修复
构建了水生植物“安全控养-机械收获-加工处置-资源化利用”技术体系,解析水水葫芦修复湖泊水体的生态风险,揭示了水葫芦消减水体氮磷机制,研制了水生植物采收,破碎,传输以及脱水等专用装备;相关成果在太湖,滇池水污染治理和村镇污水处理厂尾水深度净化中推广应用,取得了阶段性成果。
 
二、农田养分优化管理与氮磷损失控制
1.提出了面向持续高产低污的稻田化肥减量技术体系,该技术体系包括稻季施氮量的合理计算、基于土壤肥力的前后期适宜施肥比例以及基蘖肥的合理运筹、基于作物长势的穗肥实时调控等四部分。明确了氮肥减量应重点减少前期用肥即基蘖肥的用量,水稻基蘖肥比例随肥力水平的增加而下降;低肥力下还要重视基蘖肥之间的分配,高肥力下基蘖肥的运筹比例对产量和氮肥利用率影响不大。
2.建立了基于高效缓控释肥的水稻插秧测深施肥一体化面源污染控制技术体系,实现肥料深施与插秧的同步进行,不仅节工提高了作业效率,而且缓控释肥实现了养分的缓慢释放,只需在穗分化期根据作物长势追施一次穗肥,与常规的多次施肥方法相比,可减少1-2次追肥,且能显著提高肥料利用率,减少稻田氨挥发损失以及径流损失,增加水稻产量,省工高效环保。
3.在农田养分损失控制方面:针对径流,提出了生态田埂技术、农田排水中氮磷的强化拦截与净化技术、基于高效植物配置的生态拦截沟渠技术,研发了适用于农田氮磷高浓度排水的强化净化生物反应器。针对稻田氨挥发,开展了生物炭以及生物炭基材料的稻田氨挥发控制技术研究、基于表面分子膜的稻田氨挥发控制技术研究工作,初步明确了具有明显氨挥发控制效果的表面分子膜配方。
4.在环境养分的农田回用方面,开展了不同来源污水的稻田消纳研究、秸秆还田条件下的生活污水工程尾水稻田回用的农学及生态环境效应研究、稻田对尾水中氮磷的消纳截留潜力以及尾水稻田不同回用技术模式研究。明确了利用稻田人工湿地净化环境低污染水的可行性及化肥减量的潜力,在保证高产的情况下利用生活污水工程尾水灌溉可减少化肥用量40%。
 
三、新型环境材料的研制及其农业应用
1.已制备了系列的纳米光催化剂包括纳米氧化钛,氧化锌及其与生物炭的复合材料,证明其具有良好的光催化性能,对水体中的氨氮及有机农药具有明显的降解效果。
2.制备了磁性纳米材料及与生物炭的复合材料,并以其为载体进行了微生物固定化研究,初步结果表明复合磁性生物炭对微生物有良好的负载性能,并对水体的氮磷等有较好的去除效果。
3.从微生物代谢活性和土壤N素转化角度对环境纳米材料的安全性进行了评价,发现不同类型的纳米材料可能产生不同的影响,例如AgNPs对土壤微生物的代谢活性和N循环的关键过程硝化作用有明显的抑制作用,减少了土壤微生物丰度和AOB丰度,对土壤的生态功能有潜在的环境毒性;而FeONPs则在一定程度上促进了土壤微生物的代谢活性和硝化势,对土壤的生态功能有良好的作用。

四、耕地质量管理和调控 
在国家科技支撑、农业行业专项、国家青年基金等项目的资助下,依托江苏省耕地保育试验站平台,对江苏省土壤养分非均衡化机制与调控技术、土壤酸化和盐碱化成因与高效利用技术、区域及流域性农田土壤有效磷、速效钾的等级划分、土壤复合污染过程与修复技术、农田氮磷流失规律研究和农田固碳与养分分区管理技术等方面进行了研究,得出了一系列研究成果。已申请专利2项,发表论文10多篇,制定地方标准12项,获得1项成果。
在农业部行业专项、江苏省自然基金、江苏省国际合作和江苏省自主创新基金等项目的资助下,开展了畜禽粪便养分管理和肥料化利用技术研究,揭示了畜禽粪便堆肥中氮、磷、钾等养分变化与损失规律。阐明了沼液对作物增产、提质与防病的主要机制,发明了沼液防病性能增强方法,研制出相关产品并制订沼液在蔬菜作物上使用技术规程。发表论文15篇,获得国家发明专利6项,制定地方标准1项。
在科技部973、国家基金、农业部行业专项和江苏省科技厅等项目的资助下,采用“净土+保健”协同技术修复和防控障碍土壤,阐明不同外源调控手段下,土壤微生物区系演变规律,研发了药肥一体绿色环保土壤消毒技术和土壤生态调理剂,对蔬菜土传病害防控效果达90%以上,在省内多个蔬菜基地进行示范应用,取得显著的经济、社会和环境效益 。发表论文18篇,获得专利8项,制定地方标准2项。
 
五、甘薯营养生理与施肥
在国家甘薯产业技术体系“土壤与肥料岗位”资助下,对全国三大薯区土壤肥力现状进了初步评价,建立了主产区土壤氮磷钾养分的丰缺指标;研究了不同主栽品种的营养特性、养分吸收规律、水分需求、水氮和水钾耦合、高效施肥技术,建立了施肥指标体系;对甘薯在盐碱地上的适应性机制进行了初步研究;进行了钾高效品种筛选试验研究,筛选出了3个钾不同效率的品种。已获得授权发明专利5项。实用新型专利1项,发表甘薯相关论文20多篇,其中SCI期刊4篇。

六、新型肥料
筛选获得多株具有促生防病功能的微生物菌株,分离纯化鉴定了抗菌物质和促生长物质,并探明其促生防病机理,研发了具有促生防病功能的微生物肥料并实现了技术转让。其中发表论文8篇,获得专利2项 。
 
七、障碍土壤改良技术研究
1.鉴于普遍存在的农田土壤板结、结构性差、有机质含量低、生产力低下、保水保肥能力差等土壤问题,有针对性地应用土壤改良剂对土壤理化性状及生物学特性进行改良。主要开展的研究包括:1)利用发酵床垫料有机肥及秸秆原料生物炭培肥土壤、固定土壤有机碳。通过不同比例上述改良剂的施用,在增加土壤养分即有机质含量、培肥地力的同时,提高有机碳结构稳定性,减少土壤CO2释放,降低温室效应;2)促进土壤团粒结构形成和稳定,大大改善土壤结构。通过上述改良剂的合理施加,促进土壤团聚体(尤其是>0.25cm粒级)的形成、周转和稳定,并促进大团聚体内微团聚体的形成,进而减少土壤板结、增加土壤孔隙度、提高通气透水性能;3)提高土壤微生物活性和微生物群落结构多样性,促进微生物群落结构向有利于作物生长方向演化。
2.针对设施栽培土壤连作障碍,以及在盐碱地、荒漠化地区和海岛上应用专用基质进行设施栽培等问题,进行了农业废弃生物质材料基质化的研究,主要开展了养猪发酵床垫料和水体修复植物的基质化研究。鉴于养猪发酵床秸秆垫料的原料来源复杂和质量不稳定,并存在含盐量高、保水性差、易板结等缺点,进行了生产原料再发酵处理,并通过添加基质调理剂等生产工艺来改善栽培基质产品性能,提高产品质量稳定性。主要开展的研究包括:1)熟化发酵床垫料再发酵研究。根据商业化栽培基质的质量标准,针对不同来源的熟化发酵床垫料基本性状,添加畜禽粪便及其他农业废弃物进行再发酵,使有关基质性状指标稳定并接近基质产品标准;2)开展了集保水、控盐和膨松功能于一体的基质调理剂的研发。筛选保水性能好、盐分调节能力强和增加基质通透性的环境友好型材料,复配优化,形成基质调理剂;3)通过基质原料与调理剂最佳复配比例研究,生产出保水和通透性稳定,并适合不同作物的基质产品;4)进行了对基质中重金属和有机污染物的安全性评价;5)在基质性能调配生产工艺上取得突破,建立了规模化基质生产线,实现基质产品的标准化和商业化生产。
 
八、污染土壤修复技术研究
针对土壤重金属-抗生素复合污染日趋严重这一环境问题,以铜(Cu)-四环素/土霉素复合污染为例,主要开展的研究包括:1)分析和探明复合污染条件下超积累植物对重金属Cu的富集和对四环素/土霉素的降解能力; 2)优化不同类型生物炭对超积累植物生长的影响及其对其富集Cu和降解四环素/土霉素的强化作用; 3)在此基础上,深入研究了植物和生物炭联合修复的整体效果,探讨不同影响因素条件下的作用机理,并找到最佳修复条件;4)同时,通过叶绿素测定、根系活力比较、过氧化氢酶测定和土壤微生物测定,深入分析、揭示植物和生物炭修复能力强化的机理,为进一步研究复合污染土壤修复开辟新的思路、探索新的原理,从而达到保障农产品安全和人体健康的目的。

九、秸秆高效还田配套装备与模式研究
针对当前秸秆还田处置难、效率低以及后茬播栽质量差等问题,通过农机与农艺融合创新解决秸秆高效还田及其后续农艺障碍问题,为基于秸秆还田的稻麦稳产高产提供技术支持。主要开展了以下几方面研究:1)根据江苏稻茬小麦季节紧、土壤类型丰富、播种粗放等特点,开展秸秆旋耕还田与秸秆覆盖还田两种模式研究,以充分利用当地温光资源。从秸秆匀铺扩散装置改进、高效旋耕施肥设备筛选、机械匀播装置创新、播后适墒镇压等方面开展广泛研究,以期实现秸秆高效旋耕还田与机械均匀播种间的互适。同时开创性开展了稻收麦播秸秆同步覆盖还田技术的研究,在一体化装备、适宜留茬高度、适宜播量、精确施肥等方面进行了系统研究,为适宜地区机械化稻套麦零共生生产提供技术支撑;2)稻麦抗逆壮苗丰产技术研究。通过开展秸秆腐解液与外源激素等逆境锻炼育秧、深穴基质育秧及田间增氧等技术研究,明晰各技术作用机理,形成秸秆还田条件下的水稻壮秧配套关键技术;通过对不同耕作、播种、镇压、施肥等关键技术开展研究,组装集成基于秸秆还田的稻茬小麦壮苗技术,配以其它技术措施,以实现壮苗丰产。

十、基于规模化生产的稻麦周年高产高效全程机械化生产技术研究
针对家庭农场、专业合作社等农业生产主体发展十分迅速,规模化、机械化、专业化生产将是农业发展的趋势,原有的适用于一家一户的粮食种植模式已难以适应未来生产。因此对稻麦周年高效全程机械化生产中关键技术问题开展研究对于保障国家粮食安全、促进农业增收增效具有重要的支撑作用。主要开展了以下研究:1)周年高产的稻麦品种搭配研究,通过在不同生态区开展优质专用高产稻麦品种(系)对温光资源响应特征研究,明确各生态区主推稻麦品种(系);2)基于土壤结构改良的作物周年高产耕作制度设计研究,通过研究不同年限机械深耕与少免耕技术对稻麦两熟制土壤理化结构、土壤微生物区系、肥料利用效率、作物产量的影响机理研究,明确适宜的耕作制度;3)面向机械化与规模化生产的作物肥水高效利用机理及其技术研究,重点开展稻麦周年高产的肥水利用规律及其损失途径研究,为制定相应的肥水管理技术提供基础;4)水稻育秧与小麦播种方式优化研究,重点开展大棚机插长龄壮秧(20-25天)育秧技术、机插秧与施肥一体化技术研究,解决我省水稻收获期偏迟影响小麦适期播种的难题,实现轻简高效化生产。小麦重点开展机械播种方式对产量形成机制与效益的影响研究,以期实现适期播种或晚中求早;5)稻麦周年生产关键农机装备的筛选与创新,开展小麦播种、深施肥与宽幅可调镇压装置创新集成,水稻植保施肥装置的创新集成。

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