东北黑土地是我国重要的商品粮生产基地，是国家粮食安全的压仓石，但开垦以来由于高强度利用导致黑土层变薄、耕作层变浅变瘦。项目组围绕着黑土层和耕作层存在的科学和技术问题，在国家和地方项目的支持下，历经33年的研究，取得如下创新性成果： 1、首次提出了肥沃耕层构建的理论，探明了肥沃耕层构建的高效机制，制定了肥沃耕层构建的技术标准并发布。发现东北黑土地退化的关键过程是开垦后黑土层有机质锐减、耕作层变浅、肥力降低；据此创制了以培肥0-35 cm土层为目标的肥沃耕层构建技术。构建肥沃耕层可提高玉米产量14.8%-35.7%，提高大豆产量11.5%-35.1%，玉米和大豆根系生物量分别增加15.6%和12.9%以上，大气降水利用效率提高了13.9 kg/hm2/mm以上，增加土壤速效氮、磷、钾分别为11.9%、13.7%和9.5%以上。 2、针对不同土壤类型的耕地，创制了三套"肥沃耕层构建"技术。探明了秸秆、有机肥和化肥三元物料构建肥沃耕层的效应。研制了玉米秸秆二次粉碎、深混还田技术和配套机具，发明了消除粘重土壤犁底层的新机具，研发了肥沃耕层构建全程机械化作业技术体系并形成了相应标准。针对黑土地中厚层、厚层、薄层和障碍层等土壤特征，建立了"秸秆深混耕层扩容"、"熟土心土混层二元补亏增肥"、"黑土心土混层三元补亏调盈"的肥沃耕层构建核心技术体系，多年多点示范结果土壤有机质平均增加1.5 g/kg以上，耕层厚度达到30 cm以上。 3、以肥沃耕层构建的三套技术为基础，针对玉米连作、玉米-大豆轮作和玉米-大豆-大豆种植方式，集成创新了肥沃耕层构建的9个子模式，形成黑土地保护利用技术模式群。针对东北不同区域的种植业结构、气候条件和黑土层厚度、熟土层深度、障碍层的危害程度，围绕黑土地保护利用，以机械耕作扩容土层和秸秆、有机肥、化肥三元物料增肥为核心技术，集成"翻、免"耕作技术、玉米秸秆"深混、覆盖"技术、玉米大豆"轮作连作"技术和测土配方施肥系列技术，独创基于"肥沃耕层构建技术"的玉米连作、玉米-大豆轮作、玉米-大豆-大豆种植的3个主模式，并形成了9个子模式，在东北地区具有典型性的20个县的核心示范区应用，玉米、大豆分别增产11%和13%以上。已被农业部黑土保护利用项目所采用。 获国家授权专利19件，出版专著6本，发表论文250篇，其中SCI、EI收录72篇，制定技术标准2项，2项技术被农业部列为主推技术，获省部级科技成果一等奖2项。成果为国家黑土地保护利用提供了理论和技术支撑，已在东北黑土区累计应用1.63亿亩，增粮83.3亿公斤，增收118.6亿元，社会、经济和生态效益显著。成果整体达到国际领先水平。

中国科学院东北地理与农业生态研究所农业技术中心

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