不忘初心 砥砺奋进 植根农业40年历程 祝贺中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心成立40周年

本文回顾总结了中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心(原石家庄农业现代化研究所)成立40年来的主要科研历程与业绩。40年来,不忘初心,不断探索我国农业现代化发展道路与模式,20世纪70年代末探索了农业机械化示范模式,80年代开展了恢复型生态农业模式示范,90年代开展了资源节约型农业模式示范,21世纪初探索了智慧农业和生态循环农业模式;砥砺奋进,不断创新农业系统调控理论与技术体系,创建了农田SAPC水分传输与界面调控理论,量化了农田氮素通量过程,建立了农业面源污染防控理论与技术,发展了咸水安全灌溉理论,建立了林业生态工程理论,创建了食物链模型,创新小麦育种体系;扎根农业,组织了渤海粮仓科技示范工程等大规模区域农业示范,不断引领开展区域示范服务;放眼世界,不断拓展国际合作与创新平台,为我国农业绿色发展做出重大贡献。

中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心的研究热点与研究方向变化分析——基于文献计量学分析方法

采用中国知网(CNKI)和Web of Science核心合集(Wo S)两大数据库的文献计量分析工具,统计分析了中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心(以下简称"农业资源研究中心")创建40年来科技论文发表情况,从文献角度,分析农业资源研究中心的研究基础、研究热点和研究趋势的变化历程。共检索到论文2 052篇,中文文献1 467篇、英文文献585篇。论文发文总量呈逐年增长趋势,前20年以中文论文为主,2005年达到峰值,之后出现回落的趋势,但年发文量基本保持在50篇左右。2002年以后,英文论文呈快速增长态势,2003—2017年以26.85%的年均增长率增加。被CNKI引用≥50次的论文有118篇,被Wo S引用≥50次的论文有44篇。中文论文发表在235种期刊上,英文论文发表在237种期刊上;发文量前10的中文来源刊平均影响因子1.022,英文来源刊平均影响因子3.411。论文的资助基金主要来源是中国科学院知识创新工程基金、国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划(973计划)、国家高技术研究发展计划(863计划)、国家科技支撑计划等。国际合作基金项目呈逐年上升趋势,资助基金机构达到73个,出现频率较多的是中国科学院的国际合作项目、澳大利亚国际农业研究中心基金、国家留学基金和欧共体基金等。合作研究机构主要集中在河北、北京、山东、山西等地。与国外合作的研究单位主要集中在美国、日本、荷兰、澳大利亚、丹麦、巴基斯坦等国家。Cite Space关键词共现分析显示,创建初期农业资源研究中心的研究内容少且较分散,体现在关键词数量少、相互联系弱。之后,研究主题不断增多,2000年左右达到峰值,关键词之间联系逐渐紧密。研究作物以小麦、玉米为主,研究区域集中在华北平原。目前气候变化的大背景下,研究内容主要集中于作物栽培、育种与分子生物学,农业水资源及其利用,农田生态系统及其碳、氮循环,及盐碱地土壤、水和植物的利用等方面。总之,农业资源研究中心在过去40年的发展中,取得了显著的研究成果,研究水平不断提高,形成了鲜明的研究特色。

中国科学院栾城农业生态系统试验站农田节水研究过去、现在和未来

本文回顾了中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称栾城试验站)建站初期20世纪80年代以来在农田节水方面开展的研究。20世纪80年代以作物优化灌溉制度为研究重点,解决生产实际问题;20世纪90年代围绕土壤-植物-大气系统水分传输和界面调控开展了系统研究,为农田节水措施的形成提供理论基础和技术途径;近10年来进一步深化了农田节水生理生态研究,并根据多年研究积累,形成了综合节水技术模式,进行推广应用。未来栾城试验站农田节水工作将更加突出多学科渗透交叉,以提高农田水分利用效率和效益为目标,加强基础研究和节水技术的示范应用。

探索农业现代化道路 引领现代农业技术 服务区域农业发展——中国科学院栾城农业生态系统试验站30年区域示范实践

本文回顾总结了中国科学院栾城农业生态系统试验站(简称栾城试验站)30年来在河北省栾城县及太行山前平原开展的示范实践与成果。1978年栾城县批准为3个国家农业现代化综合科学试验基地县之一,20世纪80年代初栾城试验站率先开始设施农业、农村新能源、秸秆机械化覆盖、小麦模式化栽培等新技术研发与示范,80年代中期开始了农牧果结合的城郊型农业模式和生态循环农业模式集成示范,90年代初率先开展了以节水技术为核心的资源节约型农业模式示范,21世纪初开始了以信息技术为核心的都市农业模式示范实践。30年来栾城试验站以服务农业、服务地方为宗旨,积极探索农业现代化道路与关键支撑技术,拉开了我国农业现代化建设的序幕,引领了我国现代农业关键技术研发与区域示范,探索了我国农业现代化发展模式,为区域农业乃至全国农业现代化发展起到积极推动作用。

高pH对植物生长发育的影响及其分子生物学研究进展

盐碱是影响作物产量的主要非生物胁迫之一。pH恒稳态是植物正常生长和发育的必要条件,也是植物细胞生命过程中的重要信号,在许多信号转导中起重要的调控作用。但植物对高pH逆境响应和信号转导的分子机理研究尚未得到充分重视。本文对盐碱地高pH因素对植物生长发育的影响及相关分子生物学研究进展进行了综述,并提出了今后植物在盐碱复杂胁迫条件下遗传机理的研究策略。

中国农业应对气候变化关键技术研究进展及发展方向

应对频发的极端天气气候灾害,是全球和中国农业可持续发展研究中的重要议题。中国农业在应对气候变化中采取了积极政策和科学措施,在保障粮食九连增和国民经济持续高速发展方面做出了重要贡献。本文通过对气候变化在中国农业影响事实进行了具体分析,对"十一五"期间国家科技支撑计划农业领域等有关项目在适应和减缓气候变化方面的主要研究进展和成果进行了总结和分析。结果表明,气候变化对农业发展带来机遇与挑战并存,中国研制和推行的减缓和适应气候变化关键技术发挥了不同程度的作用,并相继建立了气候变化对中国农业影响评估模型和方法,指明了今后中国农业应对气候变化科技发展的方向。

彩色小麦种质资源在生物强化和功能食品应用中的研究进展

因为人类膳食不平衡和微量营养缺乏导致的隐性饥饿已经受到国内外高度重视。利用生物育种技术培育富含各种微量营养的优良作物品种是生物强化和功能食品的主要发展方向。国内外大量研究表明,彩色小麦种质资源富含花青素、铁、锌、硒、维生素、叶酸等微量营养和蛋白质等,对抗炎、抗癌、糖尿病、心脑血管疾病、贫血病、生长发育不良等有一定的功效,将在保障粮食安全和人类健康中发挥重要作用。本研究首先介绍了隐性饥饿、生物强化、功能食品、功能农业和功能品种等方面的发展趋势,重点介绍了国内外彩色小麦种质资源功能营养成分及遗传育种方面的研究进展。建议广泛收集和创制彩色功能营养小麦新种质,挖掘优异营养基因资源,揭示彩色小麦花青素和微量营养(硒、锌、铬等微量元素,维生素,人体不能合成的8种氨基酸,叶酸等)以及品质(蛋白质含量和组分)性状的遗传耦合机理,以期为彩色小麦生物强化和主粮功能化提供理论依据和技术支撑。

中国农业水问题:若干研究重点与讨论

农业用水是水资源的主要消耗方式,尤其在华北地区,因地表水资源不足,大量农田灌溉导致地下水超采现象严重;而社会经济的快速发展和气候变化加剧了水资源的不足。水循环过程是农业节水的科学基础。从水循环过程出发,开展水量转化研究,在农田水文过程界面加以调控,进行系统的节水研究,是节水研究的重点。重视水资源的科学管理,提高水分利用效率,建立节水农业的市场机制,促进节水设施建设;同时深入开展水循环的基础研究,充分利用非传统水资源,是解决我国农业水问题的有效途径。

基于流域模型与遥感解译方法的农业面源污染精细化源解析技术研究

农业面源污染源解析是面源污染防治的基础。农作物种植是农业面源污染源的重要组成,然而传统的面源污染源解析方法不能量化不同农作物对农业面源污染负荷的贡献,其解析精度也难以满足环境管理部门精细化管理的客观需求。本研究以天津于桥水库上游沙河流域为研究区,采用流域模型与遥感解译的方法,解析流域总磷负荷来源与贡献,旨在建立一种农业面源污染源精细化源解析技术。研究结果显示:基于Google Earth Engine(GEE)平台的农作物遥感总体分类精度在88%以上,Kappa系数均大于0.81,整体分类结果可信。沙河流域主要作物类型包括冬小麦-夏玉米、板栗、果树与其他作物,其中冬小麦-夏玉米的种植面积最大,占比为44%~67%,板栗种植面积次之,占比为11%~29%。冬小麦-夏玉米种植面积总体呈下降趋势,板栗种植面积则呈快速上升趋势。沙河流域Generalized Watershed Loading Function(GWLF)模型对溪流量与总磷负荷的模拟表现良好,其模型校准期与验证期的NSE在0.59以上,R^(2)在0.79以上。耕地为沙河流域最大的面源总磷负荷来源,占总磷负荷总量的61%;在耕地中,冬小麦-夏玉米总磷负荷占比最大(52%),板栗次之(20%);考虑到板栗种植面积近年来不断上升,未来沙河流域面源总磷负荷仍有升高的风险。

气候变化对中国东北三省主要粮食作物影响研究综述

全球气候变化已经成为事实,并且导致全球粮食危机和饥饿风险增加。东北三省作为我国主要的粮食生产基地,对气候变化十分敏感。本文梳理了当前及未来气候变化对东北三省玉米、水稻和大豆生产影响的相关研究,概括了当前主要研究方法、东北三省主要作物对气候变化的响应以及应对措施,并进一步评述了当前主要研究方法和研究领域的不足:1)研究气候变化和极端气候事件对作物生长发育和产量影响的主要方法包括田间试验法、统计分析法以及作物模型法,其中田间试验法结果最直观,统计分析法可操作强、应用范围最广,作物模型法机理性强。2)东北三省气候变化明显,并且随着气候变化,干旱逐渐取代低温冷害成为当地主要灾害。3)气候变化对东北三省作物生产整体是有利的。气候变暖改善了东北三省热量资源,不仅使作物种植区域逐渐北移,作物品种也逐渐从早中熟向中晚熟转变。4)随着气候变暖不断加剧,未来东北地区作物应选择耐高温、抗旱和抗寒等抗逆性强的品种;加强农田水利设施建设,增强应对干旱洪涝灾害的能力;采用新的农业管理措施,保护土壤健康以及粮食生产安全。5)未来需要加强对CO_(2)补偿效应以及病虫害等的研究,加强对作物模型的完善,以更好地应对气候变化对粮食安全的不利影响。

盐碱地肥沃耕层构建水肥盐综合调控机理与技术研究进展

盐碱地是我国重要的后备耕地资源,我国历来高度重视盐碱地的改良和利用工作,但目前盐碱区淡水资源短缺严重制约了盐碱地的改良利用。如何在水资源约束下,优化调控土壤水肥盐动态是当前盐碱地可持续利用中亟待解决的关键科学问题。近年来,大量研究利用有机培肥、耕作、节水灌溉、田间覆盖、咸水利用等农艺措施,在盐碱地建立“控盐、保肥、保水”的肥沃耕作层,显著改变了水肥盐在土壤-植物-大气连续体中的运移过程,实现了盐碱地质量和产能快速提升,上述内容也日益成为盐碱地改良利用中的重要研究方向。本文系统总结了盐碱地改良和肥沃耕层构建等方面的研究进展,并针对盐碱地肥沃耕层构建下土壤水肥盐综合调控及其与植物生长的协同关系等进行了展望,以期为盐碱地可持续改良利用提供参考。

中国陆地生态系统近30年NPP时空变化研究

通过陆地生态系统碳循环模型(CASA模型),利用AVHRR的NDVI长期监测数据,逐像元模拟1981～2008年中国陆地生态系统NPP的时空变化,分析其对气候因子的响应关系。结果表明,中国陆地生态系统NPP总量在3.38～4.35 Pg C/a之间变化,平均约为3.8 Pg C/a,且研究期间呈上升趋势。在青藏高原、新疆天山地区和东北大小兴安岭、长白山等冷湿区,NPP年总累积量和年均温呈显著正相关,和年降水量呈显著负相关;地处华北的太行山、燕山等山区和内蒙古中部草原区等干燥环境区,NPP与年降水呈正相关关系;青藏高原及新疆地区和华北平原、四川盆地等农业区,NPP与年均温呈正相关关系。

作物水分利用效率的遗传改良研究进展

从植物不同种属和品种的水分利用效率差异、水分利用效率的进化、水分利用效率的遗传及基因定位和分子标记、水分利用效率的转基因和基因克隆、水分利用效率的育种改良及生物节水研究发展趋势等方面介绍了国内外的研究进展,说明水分利用效率遗传育种改良研究日益受到重视,并将在生物节水、节水农业方面发挥重要作用。

小麦抗旱节水生理遗传育种研究进展

以国内外近20年来80余篇参考文献为基础,从抗旱小麦品种演变,抗旱节水生理遗传育种机理的历史和最新研究进展,包括抗旱性和节水性的生理生化机制以及抗旱节水遗传等方面,对小麦抗旱节水生理遗传育种的研究进展做了综述。认为随着小麦抗旱高产育种研究的不断深入,旱地育种研究逐渐从抗旱性生理遗传育种研究发展到现在的抗旱节水性生理遗传育种研究,通过育种手段提高小麦水分利用效率成为节水农业一个重要研究方向。

水分利用效率——未来农业研究的关键问题

随着生物节水研究的深入发展 ,让每一滴生产出更多的食物 ,水分利用效率是未来农业研究的关键问题。抗旱、节水和水分利用效率的概念是不同的 ,在不同学科中有不同的研究尺度和层次。不同降水量和水资源地区的抗旱、节水和水分利用效率有不同的研究重点和不同的节水农业发展方向。从被动的耐旱性研究到主动的抗旱性研究再到节水研究 ,在未来必将转向水分高效利用研究。小麦高产育种进化中其水分利用效率有递增的趋势 ,作物抗旱耐旱育种要转向高水分利用效率育种是势在必行的 ,因为高水分利用效率育种 ,可以将抗旱性和丰产性统一于一体。增施肥料是提高大面积中低产田作物水分利用效率和产量的关键措施之一 ,今后应该继续受到全面重视。

中国农牧系统养分管理研究的意义与重点

中国由于农牧分离和不合理的养分管理方式导致了农田硝酸盐淋失、水体富营养化、氨挥发和温室气体排放等环境问题日益严重。研究中国"土壤-作物-畜牧业"生产系统(即农牧系统)养分流动特征,通过优化农牧系统养分管理,保持养分合理流动与循环,减少各个环节的养分环境排放,提高系统利用率是农牧业可持续发展的关键,也可为"化肥减施"、"有机肥替代化肥"、"畜禽养殖废弃物资源化利用"和"面源污染阻控"等国家行动提供科学依据。本文对中国农牧系统养分投入、利用率和环境排放等特征、国内外农牧系统养分管理研究进展进行了分析,提出中国农牧系统养分管理研究重点。目前中国农牧系统养分流动特征是过渡依赖化肥养分投入提高粮食和饲料产量,进而支持集约化畜牧业发展;而农牧分离的生产方式导致了农牧系统养分流动效率低,环境排放高;都市圈及其周边是排放的热点区域。国际研究经验表明,农牧结合是可持续集约化农业的必然出路,农牧结合的核心是通过改善畜禽粪尿管理,减少养分的损失和提高养分在农田循环的比例和数量。兼顾提高农牧业生产力和保护环境的"土壤-作物-畜牧业"系统养分管理已经成为全球关注的焦点。未来,中国农牧系统养分管理研究应包括:(1)典型农作系统"土壤-作物-畜牧"系统养分流动规律和环境效应的定量研究;(2)有机肥替代化肥机理与调控途径研究;(3)畜禽粪尿养分循环利用机理和减排技术研究;(4)高产高效"土壤-作物-畜牧"系统设计研究。

河北省太行山区域耕地资源空间分布特征研究

本文根据遥感影像资料,在对河北省境内太行山区域耕地资源进行解译的基础上,应用GIS技术和空间分析方法,对其空间分布特征从海拔高度、坡度及地形类型3个方面进行了分析研究。结果表明,河北省太行山区域耕地的80.9%分布于海拔500m以下,93.7%分布于坡度15°以下,70.3%分布于平地和U型谷地。由此可以看出,目前河北省太行山区域耕地资源开发利用比较合理。本文对河北省太行山区域耕地资源空间分布特征的分析可为太行山区域耕地质量评估和合理利用提供科学依据和支持。

地下水超采区农业种植结构与作物耗水时空演变研究

针对河北省受农业生产活动和降水量变化影响,社会用水与水资源承载能力严重失衡的问题,基于河北省水资源变化特征,利用Penman-Monteith公式和作物系数法计算区域主要作物需水量,分析种植结构变化对灌溉需水量的影响。结果表明:进入21世纪以来,河北省水资源总量、地表水资源量和地下水资源量比1956—2017年年均值分别减少22.36%、42.15%和9.01%,地下水开采量和农田灌溉量逐年下降,但地下水超采量仍高达3.31×10^9 m^3,典型深层地下水漏斗区地下水位埋深依然处于60.34~70.46 m。同一作物年际间的需水量呈现弱降低趋势,蔬菜、水稻、水果、棉花、薯类、冬小麦、油料、大豆、玉米和谷子的需水量依次降低,分别为750.56~893.09 mm、698.25~832.60 mm、653.93~773.28 mm、506.30~634.23 mm、481.42~594.37 mm、401.66~504.60 mm、406.26~510.68 mm、335.28~429.74 mm、309.72~399.54 mm、269.94~345.77 mm。冬小麦的水分亏缺指数最高,为0.72;蔬菜、水稻和水果的水分亏缺指数依次降低,分别为0.47、0.46和0.36。冬小麦、蔬菜和水果年均灌溉需水总量分别占作物总灌溉需水量的46.87%、12.94%和12.24%。与1980—1989年相比,2010—2017年蔬菜和水果种植面积分别增加了186.01%和59.98%,灌溉需水量相应增加了143.75%和18.91%,而其他作物灌溉需水量均有所降低,蔬菜和水果种植面积增加成为农业灌溉需水量保持高位运行的主导因素。从实现主要农产品供需平衡、水资源平衡和国家粮食安全考虑,大幅减少高耗水作物(蔬菜和水果)种植面积是未来降低作物灌溉总需水量的有效途径。在保证京津冀市场需求的基础上,河北省蔬菜和水果的种植面积分别缩减至1.72×10^5、1.97×10^5 hm^2,年灌溉总需水量可减少3.31×10^9 m^3。

资源型城市耕地非农化及关联因子研究--以河北省邯郸市为例

【目的】以河北省邯郸市为例,研究资源型城市耕地资源的时空变化过程,为该区域土地资源合理利用提供理论依据。【方法】利用邯郸市1990、2000、2008年遥感影像、耕地调查资料及社会经济统计数据,分析邯郸市耕地非农化的时空变化特征,并利用转移矩阵进一步探讨邯郸市耕地与其他土地利用类型之间的转化关系;最后通过灰色关联分析,探讨2000-2010年来邯郸市耕地非农化的影响因素。【结果】1990-2010年,邯郸市耕地非农化面积在时间上呈现一定的波动性,在空间上表现出很强的地域性,城市中心耕地非农化程度最高,耕地非农化程度从市中心向外呈现先增加后降低的趋势,先后出现耕地缓慢非农化区、耕地增长区;转移矩阵分析表明,耕地转出量大于转入量,耕地面积呈减少趋势;最后经过灰色关联分析得出,人口因素、农民人均收入水平、科技水平、第三产业是影响2000-2010年邯郸市耕地非农化的主要因素。【结论】资源型城市耕地非农化问题日益严重,促进其耕地资源合理非农化,对保障该区域经济健康发展和社会稳定有重要意义。

NaCl胁迫下3种盐生植物生长发育及离子在不同器官分布特性研究

盆栽试验研究不同浓度NaCl盐胁迫下盐地碱蓬(Suaeda salsa)、碱蓬(Suaeda glauca)、中亚滨黎(Atriplexcentralasiatica)等3种盐生植物生长发育及离子在不同器官分布特性结果表明,随土壤含盐量的升高,盐生植物出苗率明显降低,但对碱蓬和中亚滨黎株高、碱蓬花序长度等有一定促进作用,并与土壤含盐量密切相关。盐地碱蓬和碱蓬叶片内Na+含量随土壤含盐量的增高而升高,其他离子有少量下降或变化不明显,而盐地碱蓬茎中离子含量随土壤含盐量的变化不显著。植株中各离子含量为Na>K/Mg>Ca,不同器官内含盐量为叶>茎。