农业生态工程研发团队简介
农业生态工程研发团队以农业生态学为主学科，在基础研究方面以农业生态系统为研究对象，重点从事农业生态系统中土壤/水/气/作物界面中C、N、P主要营养元素迁移转化规律与其环境效应等方面的研究工作。在技术研发及应用技术领域，重点关注农业生态系统中的环境问题，综合应用生态学原理和方法，在解答相关科学问题，完善农业生态学理论的基础上，针对国家、区域性需求及农业生产各环节中所涉及环境问题，通过对农业生态系统相关理论的创新、技术研发与集成优化可实地应用的关键技术，解决农业生产过程中的实际问题，为农业生产、农业环境保护与生态环境建设提供科学依据和技术支撑。研究团队研发的技术和成果主要集中在以下几个方面：
第一部分：农林废弃物资源化利用技术体系
1. 秸秆、畜禽粪便轻简化堆肥技术
技术简介：针对畜牧养殖集中区畜禽粪便产量大，规模化处理成本高、基建投资大、无法有效形成区域循环的问题，在常规堆肥工程技术基础上，通过外加菌剂调控辅以发酵棚室太阳能简易增温手段，研制成轻简化堆肥技术，构建以牛粪、玉米秸秆为主要堆肥材料的堆肥还田技术模式，解决区域有机固体废弃物资源化难题。
技术特点：简易操作，基建成本投资成本低。实施示范基地，依本技术单位配套提供的低成本设备选型、发酵棚室构建、菌剂和发酵配方后，万吨生产规模构建成本降至35-50万元，相较规模生产的80-100万成本降低一半以上。可冬季生产，生产成本低，转化效率高。采用本技术后畜禽粪便、秸秆发酵堆肥时间夏季控制在18-20天，秋冬季为28-30天，实现了年际不间断生产；可实现2.5-3：1的转化输出比生产有机肥，吨生产成本小于300元。
推广应用或研究进展：在沈阳市辽中区扶持建立的有机肥堆肥发酵企业，年处理1万吨秸秆，2万吨牛、猪畜禽粪便，自2017年建成以来实现稳定生产，项目开展2年后收回投资成本。
2. 设施尾菜快速发酵产酸生产土壤改良剂技术
技术简介：尾菜是设施蔬菜生产中的副产物，包括烂果、藤蔓、落叶等，具有产量大（棚室每生产周期尾菜产量占产品总量的3.7-10.1%）、周期性产生（与棚室生产同周期）、含水量大的特点，常规堆肥处理方式无法经济有效处理是设施农业发展中友好环境的制约因素。以“藤蔓类设施尾菜二段式厌氧产酸发酵”和“藤蔓尾菜塑料杂质高效去除”为关键技术点，整合形成设施尾菜快速发酵产酸生产有机水溶肥技术，实现了难处理设施尾菜的资源化利用，所生产尾菜有机水溶肥在提供作物生长所需养分的同时，可改良土壤，具有减盐碱，促进有益微生物繁殖的作用。已在生菜、黄瓜、彩椒等主要设施种植品种完成效果验证，具有广阔市场应用前景。
技术特点：本技术以最难处理的藤蔓类尾菜为突破点，整合尾菜高效前处理除杂工艺，快速定向产酸发酵技术方法，实现了藤蔓类尾菜厌氧发酵干物质转化率达到61-74%，发酵周期5-7天，发酵产物pH3.3-4.2，性状稳定10个月以上，无臭味。
推广应用或研究进展：依托中科院STS项目支撑，配套研发了设施尾菜规模化前处理及工业化快速产酸发酵成套设备，并于山东寿光进行落地转化，扶持企业建立“尾菜快速产酸——土壤改良剂产品”“尾菜发酵残渣——高氮有机肥产品”的产品生产与产业化运行模式。建立了周期（5-7天）处理2.5-3吨（鲜重）尾菜，生产5-7吨发酵有机酸产品的中试生产线，该生产能力可实现年处理周边150-200棚（2亩/棚，300-400亩）设施尾菜。
3. 农业多元有机废弃物覆膜共发酵肥料化利用技术
技术简介：针对农业、农村有机废弃物组成多样、分布零散、偶发性强、季节性明显，收集储运资源化利用难，常规堆肥发酵情况下物质损失大、资源化价值低等问题，围绕覆膜发酵模式，形成多元覆膜共发酵资源化利用方案；配套研制一体化原位处理设备，形成可推广、可复制的多元有机废弃物覆膜共发酵利用技术，为以畜禽粪便、秸秆为主的农业、农村有机废弃物的高效利用与产业化应用提供技术体系支撑。
技术特点：实现田间原位发酵，不需额外基建成本，开发出配套专用设备，设备成本控制在5-8万/台套，每台套设备可实现东北、华北地区500吨级农业有机废弃物在秋冬季的原位发酵。
4. 园林废弃物肥料化利用技术
技术简介：本项目主要是利用园林修剪的废弃物(树枝、树叶等)，通过生物技术和区域循环营养理念建立园林修剪废弃物生物转化过程及土壤改善基质生产，秉承生态中国、美丽中国的发展理念，利用区域生态循环模式来调理园林绿化行业形成，土壤健康指标、完善安全农业投入品（肥料）体系建设、完成园林修剪和凋落物生物转化模式，达到生态城建目的。
5. 煤矸石生产水稻育苗基质技术
技术简介：煤矸石是煤炭开采和洗选过程中产生的含碳量较低的岩石，已成为我国存量最大的工业固体废弃物。我国煤矸石的利用率较低，以露天堆放为主，在占用大量土地的同时也造成了许多环境问题。本技术综合煤矸石属性特征及水稻种植育苗基质的性状要求，通过煤矸石改性与有机物料复配形成了水稻育苗基质，解决了水稻育秧土短缺，常规利用草炭生产水稻育苗基质漂浮和根系扎根不好的问题。
技术特点：所生产水稻育苗基质容重为0.5-0.7g/cm3，不漂浮，苗期养分供给充足，可实现苗期（30天）只浇水的情况下实现水稻秧苗的健康生长；保水性较强，解决了草炭类育苗基质水分损失快，灌溉水量不易控制，浇灌工作量大的难题。
推广应用或研究进展：水稻育苗基质技术成果已在东三省及山东开展实施示范，相关授权专利2项。
第二部分 智慧农业监控及设备技术体系
1. 棚室专用臭氧消毒与绿色生产设备
技术简介：针对设施大棚作物细菌类病害，以低浓度臭氧作为杀灭手段，进行病害防治，降低农药的使用量实现绿色生产；并通过浓度调控，提高作物抗性，促进蔬菜品质和经济效益的双提升。
技术特点：1.完全针对设施高温、高湿变温环境研发的棚室专用臭氧消毒设备；2.依据长期科学观测结果，预设臭氧循环释放区间，自动启动，使环境臭氧量维持在合理范围，防止因为臭氧含量太高影响作物正常生长；3.供电方式灵活，安装简单，投入成本低廉，设备采用太阳能和市电组合供电，可单独太阳能供电，省去大棚内铺设电线的成本，消除安全隐患；电池盒独立设计，方便市电充电，配合定时器使用，能耗大大降低。
2. 设施农业低成本环境监测设备
技术简介：设施大棚最敏感的环境因子主要为空气温度、湿度及照度，直接影响作物生长状态，也是设施管理中需要监测的主要指标。目前，多以温度计作为主要观测手段对温度进行控制。为了让种植户能够便捷直观了解大棚的环境数据，研制成低成本设施大棚环境监测设备，该设备集成了空气温度、湿度、照度传感器，利用物联网技术将数据发送至云端，种植户可以随时通过手机端了解棚室环境情况并可进行历史追溯，同时可进行预警提醒，方便及时采取相应措施；大大降低了大棚管护的人力成本，提高作物生长环境的安全性，具有明显的经济效益。
技术特点：集成度高、成本优势明显。设备集成了传感器、采集器、通信、供电模块，单个大棚一次性投入费用500元左右，年投入通信费约60元，即可24小时全天候监控大棚环境，设定阈值自动报警。无需到达现场便可通过手机了解大棚实时温度、湿度、照度。安装灵活、操作方便。设备既可以悬挂安装，也可以立柱安装，充电一次可运行3天，扫码即可注册，无需安装客户端软件，可随时查询在线情况、电池电压、实时数据等，还可以查询历史数据。
3. 3E-PLANT高效种植舱系统（ecological, economic, efficiently）
技术简介：为解决高原、海岛等恶劣自然条件及疫情运输隔离情况下，蔬菜的高效种植与食用难题，将“生态、高效、经济”种植理念进行有机组合，开发新型可移动人工温室系统，实现不易开展农业生产情形下蔬菜的高效生产。
技术特点：以模块化、便拆卸为设计思路，两人无需焊接和大型吊装设备即可完成组装；系统综合了设施大棚和植物工厂的优点，可在无市电情况下稳定运行；专利的顶棚、侧盖太阳能板闭合装置，可根据光照强度自行开关，将太阳能发电与高效保温需求有效统一，降低了能耗，提高了光效。系统墙体采用高密保温材料，具有良好的保温、隔热、阻燃性能；悬挂构型、箱体密闭式结构、辅助加热等技术的应用，实现了系统在低能耗下的热量平衡；内外环境耦合、雨水收集、水分循环等措施的应用，极大的降低了运维成本；可通过智能控制系统，实现内外环境、设备状态的动态感知，进行远程操控，节约人力成本。用户可依据种植喜好定制培养种类。
推广应用或研究进展：在山东地区实现了冬季稳定蔬菜生产，周期稳定生产蔬菜900棵（30天）。
第三部分 绿色肥料技术研发与产业化
1. 农用微生物资源保护与利用
技术简介：以国民经济和社会发展的重大需求为导向，面向生命科学前沿，开展东北亚地区（寒冷地区、海洋、森林、干旱区）微生物资源利用的基础和应用基础研究；建立从微生物资源获取、机制解析、功能开发、到技术创新的完整研究体系，为升级农用生物产业、改善生态环境等提供新理论、新技术和新产品。具体开展工作：1）微生物资源与大数据挖掘利用；2）微生物适应机制与发酵工艺技术；3）微生物天然产物与合成生物学；4）微生物肥料、生物农药、土壤修复菌新技术研发。
适用单位：农业微生物相关投资和运行企业
2. 生物活性基质体系产业化技术
技术简介：生物基质栽培技术是近几年新发展的产业项目，主要适用于土壤改良、立体栽培、都市家庭园艺等方面。本基质是针对作物的全方位的土壤需求及营养需求而设计的营养基技术体系，利用秸秆、泥炭等原料经过生物转化而成，具有防病、防土壤重茬效果、减少农药的使用，降低生产成本、减少药残是绿色有机栽培的必需措施。基质栽培经几年改进和试验示范，效果良好。
3. 水溶肥料生产技术
技术简介：我国是缺水农业大国，发展节水农业势在必行，水肥一体化推动了液体肥料产业发展作为新型肥料产业发展的必然选择，满足可持续发展且高效的农业发展要求及农村人口的减少，符合智慧农业对农业的需求。中科院生态所相关科研人员针对水溶肥料工艺、配方、专用化等问题在国内领先采用微生物-矿质元素联合协同增效水溶肥料设计理念，已实现产业化。
4. 煤矸石肥料、基质及土壤改良技术研究与示范
技术简介：煤矸石是煤炭生产和加工过程中产生的固体废弃物，每年的排放量相当于当年煤炭产量的10％左右，目前已累计堆存30多亿吨，占地约1.2万公顷，是目前我国排放量最大的工业固体废弃物之一。我国煤炭系统现在每年还要排放出近1亿吨煤矸石。随着煤矸石在农业方面研究的不断深入，在农业领域的应用可开展：土壤调理剂、生物肥料载体、复混肥料配料、煤矸石吸附剂等产品产业化，产品可结合当地沙化土地等特色，构建煤矸石肥料化利用区域循环模式，达到绿色和发展和谐的新局面。
5. 硼泥肥料化利用技术——硼矿全产业链利用技术
技术简介： 硼泥是硼矿生产过程中没有加以利用的资源，自建国初期至今在辽宁丹东、营口和西藏等地区大量存放，平均生产一吨硼砂会产生4吨硼泥，硼泥中含有丰富的硼、镁、硅、钙等植物所必需的营养元素，中科院生态所科研团队已经研发出相关技术并实现产业化，有效解决了硼泥资源的利用新途径，为硼矿、镁矿等产业的无废弃物发展开辟了新的途径。
6. 含镁肥料技术研究与应用
技术简介：资料显示，我国土壤有效镁含量处于严重缺乏状态的土壤占8%, 处于缺乏状态的土壤占13%, 处于中等水平的占33%, 而处于丰富和极丰富状态的分别占34%和12%。有54%的土壤需要不同程度的补充镁素肥料；我国土壤有效镁含量较低的区域主要集中在长江以南地区，主要省份有福建、江西、广东、广西、贵州、湖南和湖北等省份。根据我国土壤有效镁含量判断，每年我国土壤需要补充984万吨的含镁肥料。
7. 植物增色剂研制及应用
技术简介：众所周知，膨果、增甜、着色，能够大幅提高果实、花卉或蔬菜的品质，因此，着色、增甜、促早熟是植物后期管理的重要一环，直接影响着当年的种植效益。以果实为例，果实的遗传因子、光照、水分、温度、糖的积累都是影响果实增色的主要因子，和这些因子呈高度正相关的就是微生物及其代谢产物和矿质营养，微生物代谢产物中比如多糖类物质就是植物着色的关键物质，同时微生物代谢物质结合态的矿质元素也能够促进植物对矿质元素的吸收率。因此，提供一种着色效果好的纯生物的、安全有效的果实着色剂具有重要的现实意义，本技术已获得授权专利。
8. 多功能植物育苗营养包生产技术
技术简介：植物育苗产业关系到植物人工栽培的发展，其中涵盖蔬菜、花卉、林业、中草药等诸多植物，以蔬菜为例，我国每年蔬菜种苗集约化育苗量近2000亿株。我国目前60%以上蔬菜种植采用育苗移栽。育苗基质（育苗土）的养分管理关乎育苗的质量，本技术研制的营养包能够实现植物苗齐、苗壮、颜色浓绿、防病促生长的目的，独特的HA-77螯合配方，可快速、高效地吸收营养，本产品全水溶，本技术已获得授权专利。
9. 腐植酸肥料技术产业化
技术简介：腐植酸是动植物遗骸经过微生物的分解和转化，地球化学的系列过程形成和积累起来的一类有机物质。腐植酸在农业领域的实践证明，腐植酸对农作物等作物的生长具有类似于荷尔蒙的刺激作用。目前，腐植酸已成为农业上应用的叶面肥、抗旱剂、调整剂及复配产品的主要成分。在肥料方面，与氮、磷、钾等元素结合制成的腐植酸类肥料，具有肥料增效、改良土壤、刺激作物生长、改善农产品质量等功能。本技术构建了以腐植酸专用肥、腐植酸肥料增效剂、腐植酸液体肥料、腐植酸土壤改良产品为代表的腐植酸肥料产品体系，并实现产业化开发。
10. 人参专用肥料生产技术
技术简介：人参生长于山地针、阔叶混交林或杂木林下。少数野生于深山荫湿林下。对土壤要求较严格，以排水良好、土层深厚富含腐殖质、疏松而肥沃的砂质壤土为佳。人参生长过程中根部易受到危害，由于人参是以根入药，所以根部的健康很重要。人参种植期间，如何使人参根系健康、植株健壮，促进根系发育和提高根系活力，增强植株的抗旱、抗逆性是关键。人参专用肥是针对人参特点，结合30余年人参养分需求构建出的E-MAX技术研发，可根据其不同生长阶段实际所需提供养分，即使在养分吸收量大的时期也能保证供给。
11. 大豆专用系列肥料生产技术
技术简介：大豆在国家粮食安全中占有重要地位。《“十四五”全国种植业发展规划》提出，到2025年，力争大豆播种面积达到1.6亿亩左右，我国一直重视大豆产业发展，突出表现为大豆种植面积有限、单产不高。本技术基本构建了以HA-B、Fe、Zn为主要作用机理的大豆拌种肥（解决大豆黄萎病问题）；大豆根瘤菌和固氮菌为代表的微生物菌剂产品；以聚合氨基酸产物为代表的叶面肥料；以合成固氮酶活化剂为主要成分的全营养大豆底肥构建的大豆系列专用肥体系，可实现技术产业化。
第四部分 农业及生态环境相关技术研发及体系构建
1.硝酸盐污染原水处理技术
技术概况：地下水硝酸盐污染已成为我国地下水污染的主要类型，特别是在地下水短缺与集约化种植发达地区，如华北等地区，大量肥料施用导致的硝酸盐污染更为严重。受硝酸盐化学特征及地下水埋藏条件限制，受污染地下水中的硝酸盐极难去除，长期饮用含高浓度硝酸盐的水，会使人畜中毒。另外，工厂化循环水产养殖过程中，硝酸盐等有害物质会逐渐累积，诱发水产养殖动物产生急性和慢性疾病，成为工厂化水产养殖用水高效循环利用的重要瓶颈。针对该方面问题，基于生化、物化与生化结合的方法，研发了一系列高效去除水中硝酸盐的技术，适用于脱硝处理饮用水原水和循环水养殖水体。
技术状态：已获国家专利，实验室小试完成，正进行中试及大规模实地应用。
2.水肥盐输入协同调控的水肥一体化技术
技术概况：北方集约化设施蔬菜种植发达地区的灌溉用水多存在矿化度偏高等问题，长期用于设施农业灌溉，加重土壤盐渍化。基于水肥盐输入协同调控的水肥一体化技术，降低灌溉输盐强度，减缓和修复土壤盐渍化。
技术状态：已获国家专利，实验室小试完成，正进行中试规模实地应用。
3.设施菜地合理减量施肥技术体系
技术概况：设施农业尤其以高强度、密集化种植为主的设施蔬菜生产，在长期连续使用后，会出现设施内土壤病原菌的种类增多，数量增加，土传病害频发，土壤酸化、盐渍化加剧等连作障碍现象。设施大棚的使用年限受限，使用周期变短，单位棚面积经济效益下降。肥料（化肥、有机肥）的不合理过量施用，是产生上述问题的重要诱因之一，主要为过量的肥料施用在过量补充某种营养元素同时，打破了土壤养分平衡，改变了土壤氧化还原电位，土壤内微生态环境改变，土壤正常物质循环代谢过程受阻。在明晰大棚连作障碍主要机理的基础上，我组研发出以减量合理施肥为主，配合简便可行农艺措施，维系设施内土壤环境稳定，延长大棚使用寿命的设施菜地合理减量施肥技术体系，提高大棚使用效率与单位棚面积经济效益。
技术状态：成型技术，已完成实地应用检验，可直接应用。
4. 低温条件下“四位一体”沼气池技术
技术概况：以沼气池为核心，综合养殖圈（舍）、厕所和暖棚等生产生活设施，形成“四位一体”的农村家庭庭院物质循环高效利用模式，有效处理人、畜、禽粪便，解决房前屋后蔬菜种植并充分利用生物质能源，改善农村能源结构。并重点针对寒冷地区低温、冬季漫长的特点，分别从沼气池结构保温，发酵高效菌剂筛选，填料成分与堆腐时间调控等方面着手，提高寒冷地区低温条件下沼气池产气效率，延长冬季产气时间。
技术状态：成型技术，已在辽宁东部实地应用检验，可直接应用。
5. 分散户用污水土地处理系统
技术概况：针对北方农村区域相对广阔，居住分散，生活污水无法有效处理，现有以污水处厂为主的集中处理方式，投资巨大，运行成本在农村地区缺乏有效财力支撑的实际问题。研发了以土地渗滤为主要处理方式的分散户用污水土地处理系统，该系统无动力运行，占地面积小，户均（3口之家）占地面积2-4平方米，且为地下构造不影响地上使用。经实测该系统对普通生活污水处理效果达到集中式生活污水处理厂出水标准。
技术状态：已完成中试，相关专利申请中。但目前只能以处理生活污水为主，无法处理粪便排水，正在努力改进中。
6. 轻度重金属污染土壤安全利用
技术概况：受生产力发展水平，环境意识及历史原因的影响，污灌（污水灌溉：指利用生产废水进行农田灌溉，主要以冶金、炼钢、印染废水为主）在我国多个地区均有较长时间的应用，如北京、沈阳、天津、太原和新疆等，造成大量农田土壤重金属累积超标。在受污灌影响的土地中，有很大部分污染程度较轻，但又不适宜耕作，针对这一问题，通过集成研发，利用农艺措施调控、低吸收作物筛选、超富集植物与低吸收作物间作、作物基因片段改造等手段，降低作物对轻污染土壤中重金属的吸收，使之达到食品安全界限以内，大量轻度重金属污染农田由此得以重新利用。
技术状态：该技术为集成创新性技术。
7. 矿山下垫面与生境修复技术
技术概况：针对我国典型矿山生产过程中，采场、排土场和尾矿库等生态环境恶劣区域，针对现有植被恢复技术方法成本高、见效慢的问题，突破矿山生态修复过程中以客土为主的传统模式，提出矿区原位生态修复的理念，即在不影响矿区修复效果及复垦群落生态功能的前提下，以采场土、山皮土、尾矿砂、秸秆等矿区生产生活废弃物为修复基质主要辅料，无需外运客土，减少工程费用的同时，实现矿区废弃物的资源化利用，促进矿区环境与经济的可持续发展。
技术状态：可应用。
8. 山区型河流生态环境修复技术
技术概况：针对山区型河流流速快，比降大，河流生境受损后尤其是水生植物、鱼类不易恢复的情况，主要通过栖息地调整，河流水体自净能力强化等手段，在恢复河流水质的基础上，强调恢复河流的生态功能，使受胁迫河流重新“生动”起来。
技术状况：该技术为集成技术体系，可应用。
