农田生态学和长期试验示范引领黑土地保护和农业可持续发展
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创新和发展了农田生态学理论，阐明了大豆在农田生态系统中的重要作用
根据东北黑土区旱田主栽作物的种植制度，建立了玉米、大豆和小麦的长期连作和不同组合的轮作试验，发现了大豆连作条件下胞囊线虫病发病程度呈现两段性。第一段是随着连作年限增加胞囊线虫病加重，第二段是约5年后胞囊线虫病的产生减轻并稳定在一个水平上。研究发现在第二阶段是土壤产生了能抑制胞囊线虫病的属性，使大豆胞囊线虫种群密度显著减少。通过分离、培养和鉴定出能抑制大豆胞囊线虫的寄生菌株 14 株，包括厚坦轮枝菌、淡紫拟青霉和镰孢菌等。抑制性土壤属性的产生导致大豆胞囊线虫病危害程度可以减少 90% 以上，修正了前人“大豆胞囊病危害程度随着年限增加而不断地加重”的观念。农田生态系统的多样性，决定有益生物和有害生物的优势度，通过农田作物之间的合理配置，使生态系统生物链加长、生物网层级变多，通过生态平衡调控某一有害生物对作物的危害。这些研究成果，创新和发展了农田生态学理论，为国家合理配置粮豆生产提供了理论支持。
大豆根瘤共生固氮效率的高低取决于大豆根瘤菌与宿主大豆的亲和性，土壤中大豆根瘤菌丰度和多样性越高，形成高固氮效率根瘤的概率就越大。研究发现，与玉米-大豆-小麦轮作相比，大豆连作、小麦连作和玉米连作条件下的大豆根瘤菌丰度分别下降了 15、11 147 和 2 518 倍。通过对大豆和非豆科作物轮作连作条件下大豆根瘤中根瘤菌的分离、纯化、培养，共鉴定出 3 种大豆根瘤菌（Bradyrhizobiumsp. I，B. japonicum USDA 6T 和 B.dizoefficiens USDA110）。大豆是大豆根瘤菌最适宜的宿主，通过大豆和非豆科作物之间的轮作连作能够改变土壤中大豆根瘤菌丰度、组成和生活方式，并控制根瘤菌侵染后大豆的固氮效率的高低。这些研究成果深化了作物、微生物间的相互作用关系，揭示了大豆在农田生态系统中的重要地位，为玉米-大豆轮作提供了重要的数据支撑。
基于作物轮作连作试验，发现了对土壤养分、水分、结构、微生物的多样性、丰度产生了协同提高效应。明确了从农田尺度上以大豆为核心的作物间、作物和环境间，以及作物、微生物和动物种群间的相互作用关系，揭示了大豆与不同作物系统配置对人类调控的响应与适应规律，为解决区域重大生产问题和国家轮作休耕战略提供科技支撑。这部分研究成果于 2015 年获得了黑龙江省自然科学奖一等奖。