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边际性土地是指由于土壤障碍限制突出、水热资源约束强、地形条件局限大，导致农业产能和经济效益低下、生态脆弱的土地。2022年中央1号文件明确提出要合理保护和利用边际性土地补充耕地资源，提高耕地供给能力。在当前“双碳”目标下，基于生态优先与绿色发展原则，充分挖掘边际性土地生态利用潜力，建立科学的耕地资源保障机制，是保障未来粮食安全和推动社会经济发展的必然选择。考虑到边际性土地处于土地沙漠化、盐渍化、水土流失严重的生态脆弱区，单纯考量粮食产出注重经济收益进行大规模开发利用，会造成生态环境进一步恶化。需要综合考虑资源、环境和经济的多重限制，建立更为完善的边际性土地识别体系，针对陕西省重点边际性土地类型及其限制因子研发土地整治技术，对边际性土地规模化利用的生态和经济效益进行综合评估，确保土地资源的合理开发。 陕西省边际性土地资源数量丰富，部分地区尝试将边际性土地对农作物生产的劣势变为发展能源植物、牧草种植的优势，如陕南商洛商州区种植约5万亩菊芋、陕北榆林种植10万亩紫花苜蓿，完成陕西省全省黄连木资源调查工作，开始建立起适应土地资源潜力的农业、畜牧和能源植物发展新格局。然而由于面临分布区域广、治理难度大、生态环境风险高等实际问题，省内并未合理确定边际性土地总量、治理工程的实施范围和规模，经济合理性与综合效益尚不明确。针对上述难题，为进一步增强战略性土地储备，提高边际性土地利用效率，该项目在国家自然科学基金、国家能源局等项目的资助下，通过野外调査、模型模拟、技术研发、工程实践等一系列方法，开展区域边际性土地分布研究并研发利用技术，历时10年的科研攻关与工程实践，取得以下研究成果： (1)构建边际性土地的判别体系和适宜性评估方法，建立陕西省多尺度多类型的1km/100m栅格边际性土地资源时空数据库，探明陕西省边际性土地规模与空间分布，为边际性土地开发利用规划及相关政策制定提供科学支撑。 针对边际性土地传统调査、判别方法费时费力，基于多源地理空间数据，结合规划数据和野外调查，运用多因子综合评价法和MaxENT模型，建立综合资源、生态环境及经济约束的包含地形、温度、降水、土壤、土地利用等9个指标的边际性土地界定指标体系和土地潜力评估方法，确定我国共有边际性土地128.0万km²，陕西省包含4.6万km²(6887.6万亩)，以中覆盖度草地、低覆盖度草地、灌丛和疏林地为主；厘定适用于不同类型边际性土地可种植的主要粮食作物、能源植物、牧草等生态习性要素，建立1980年-2020年中国/陕西省1km/100m尺度不同类型边际性土地时空数据库，完成陕西省边际性土地数量、适宜性等级、空间分布特征的精准评估。 (2)研发边际性土地物理、营养重构及微生物重建技术，建立区域水蚀-风蚀-盐碱化等多障碍因素协同整治技术，为边际性土地开发利用提供新路径。 针对陕北沙地条件下中-低覆盖度草地等边际性土地瘠薄、有机质含量低、保水保肥能力差等问题，采用打破耕作层、运用土壤培肥与土壤栽培技术相结合的方法，形成农用地土体剖面构型，研发边际性土地物理、微生物及营养重建技术。面向边际性土地耕层重构后农田风蚀、水蚀和盐碱化等现状，采用沟垄种植、地面秸秆留茬覆盖等耕作措施和土壤盐碱调理剂相结合的方法，建立区域水蚀-风蚀-盐碱化等多障碍因素协同整治技术。 (3)集成土地质量变化监测与分析技术，提出资源约束条件下边际性土地规模化利用的生态和经济效益时空模拟方法，构建不同等级边际性土地资源“粮、牧、能综合种植利用适宜性”新模式，为生态、经济和社会的协调发展指明新方向。 针对规模化开发边际性土地生态环境、经济效益不明确问题，集成生态环境综合观测及质量变化监测与分析技术，实现边际性土地资源-土壤-作物状态常态化连续观测：耦合植物生长过程模型和生命周期分析方法，研发光-温-水-热因子时间序列重构方法，创建资源约束条件下的生态与经济效益时空模拟模型，评估边际性土地规模化开发的生态和经济效益：结合不同等级边际性土地的障碍因子特性，提出不同类型边际性土地资源粮-牧-能综合种植利用模式。 成果获发明专利4项、软件著作权1项，出版专著1部，在国内外核心期刊发表论文56余篇，SCI、EI收录35篇，引频次数659，单篇最高引频次数162。成果在榆林靖边、延安宝塔区、商洛商州区等地实施面积约5万亩，新造耕地马铃薯多年平均单产约3850kg/亩、玉米约867kg/亩、菊芋约2590kg/亩，年新增农业经济效益达6000余万元。通过新增耕地指标转让和农业产值增加，实现综合产值约31亿元，取得显著的综合效益。在未来具有巨大的推广应用潜力，下一阶段预计可推广实施约10万亩，实现更大的综合产值。研究成果对落实2022年中央一号文件精神，积极挖掘潜力增加耕地，保障粮食安全具有重要意义。

岷江上游干旱河谷地带，气候炎热少雨，光热资源丰富，水土流失严重，土层瘠薄，造林困难，具有荒漠化或石漠化的趋势。由于其分布于长江上游主要支流的中上游，生态地位十分显著；同时，该区域也是中国西部经济建设的支撑点，其生态环境的恶化不仅威胁着区域安全，甚至会威胁长江中下游地区的稳定和发展。岷江上游干旱河谷生态环境脆弱、造林保存率和成活率低一直是林学家、生态学家和各级政府关注的焦点，该项目成果在四川省、阿坝州科技项目的主持下，经过近10年来的联合攻关，取得了一系列技术成果，为岷江上游天然林保护工程、退耕还林工程和长江上游生态安全屏障构建提供了强有力的科技支撑。 成果主要包括：1、针对岷江上游干旱河谷地区植被恢复成活率低、保存率差等实际问题，根据岷江上游干旱河谷区地形、地貌和现有植被特征，依据坡向-坡位-坡度-原生植被特征，提出了岷江上游干旱河谷植被恢复生境类型划分标准与分类系统，阐明了物种与生境的关系，将岷江上游干旱河谷划分为9类小生境。2、对岷江上游干旱河谷区乡土树种和引进树种造林成活率、保存率、树种和生理生态指标进行测定，筛选出侧柏、岷江柏等乔木生态树种，四川黄栌、羊蹄甲和黄连木等灌木生态树种，筛选出巴旦木、西康扁桃和榛子等生态经济树种。阐明了灌木更加适合在土壤较为瘠薄的阳坡、半阳坡和半阴坡，而乔木更适合用于阴坡，水肥条件相对较好的地区植被恢复，生态经济类树种更适宜在水肥条件较好的阴坡造林。3、采用实验生态学方法，对筛选的岷江上游主要树种进行繁育技术对比试验，从采种与贮藏、苗圃地选择与作床、苗期管理等苗木繁育技术环节，首次提出榛子、刺槐、大红袍花椒、西康扁桃等树种繁育技术体系。4、创新性构建了“岷江流域干旱河谷地区不同生境植被恢复模式及参数”。首次提出以坡度25°为界限，小于25°的地区以“水平阶整地+石块覆盖+块状混交”、“水平阶整地+地膜覆盖+块状混交+施用有机肥”、“阴坡缓坡(5°-15°)榛子生态经济型模式”、“阴坡斜坡(16°-25°)油松+刺槐恢复重建技术模式”、“阴坡斜坡(16°-25°)岷江柏+辐射松恢复重建技术”等5种为最佳恢复模式。大于25°的地区以“反坡鱼鳞坑整地+石块覆盖+块状混交”、“反坡鱼鳞坑整地+地膜覆盖+块状混交+施用有机肥”、“阴坡陡坡(26°-35°)岷江柏+刺槐恢复重建技术”和“阴坡急坡(36°-45°)岷江柏+刺槐恢复重建技术”4种为最佳恢复模式。 该成果取得新型实用专利4项，发表论文13篇。培训造林专业户及当地农民110人次。专业技术人员培训，共计55人次。该成果已在阿坝州7个县干旱河谷生态恢复治理中得到广泛应用，推广面积达26.7万亩，造林成活率提高10%-15%；保存率8%左右。新增销售额14350万元，新增利润1545万元，取得了显著的社会、生态和经济效益，对促进干旱河谷区生态环境的改善、林业产业发展、构建流域生态安全屏障和可持续发展等发挥了重要作用。

针对沿海湾区淤泥质潮间带和新围垦滩涂等造林困难地，普遍立地条件差、土壤粘重、含盐量高、冬季气温较低，适宜该区域种植的乔木树种较少、造林成活率较低等问题，历时17年，相继实施了“椒江出海口感潮带湿地防护林营建试验示范”、“椒江万亩重点防护林建设及示范推广”、“沿海河口感潮带湿地木麻黄防护林营建试验示范”、“温岭市多树种多层次多功能海防林建设”、“千亩红树林示范推广”、“红树林引种试验及保护技术研究”等6个项目，重点开展了盐碱地土壤改良、树种引选、种植技术和配置模式等造林关键技术研究，突破了泥质海岸造林树种单一和过去认定的树种耐盐界限，取得了一系列创新成果。 项目成功引进了秋茄、苦槛蓝等118个树种的耐寒耐盐碱种源，实现秋茄等红树林在中国最北缘地带-乐清湾东部玉环市规模化种植，并构建了6种苦槛蓝配置模式；采用野外自然筛选法，筛选出木麻黄杂交种、秋茄、苦槛蓝、柽柳、新美柳、竹柳、弗栎、夹竹桃、木芙蓉、海滨木槿、无柄小叶榕、水腊、华棕、金山棕、中东海枣、湿地松、海岸卫矛、黄连木、朴树、落羽杉、女贞、乌桕、巨桉、柳桉、邓恩桉、绒毛白蜡、布迪椰子、重阳木、侧柏、构树、红楠、海桐、枸枳作砧木的葡萄柚、枸枳作砧木的少核本地早和“满头红”、玉环柚等抗风、抗冻、耐盐碱的优良树种38个；发明和构建了5个滩涂绿化造林模式和4类节约型生态土壤改良模式，研究提出了河口淤泥质潮间带消浪林营建技术，造林成活率平均为90％；发明了黄泥和“建筑渣土”搭配抬高造林地面的方法，在含盐量高达10‰的新围垦滩涂成功种植无患子、黄山栾树、银杏、香樟、朴树、落羽杉、女贞、榔榆、木芙蓉、湿地松、罗汉松、新木姜子、红枫、红叶石楠、合欢、乌桕、红叶李、垂柳、樱花、紫薇、海滨木槿、紫荆、杨梅、垂丝海棠等24个景观树种，加快了新围垦滩涂防护林建设和景观美化的进程，改善了陆海交界处生态。 项目获授权发明专利和实用新型专利各1项，实质审查和复审发明专利各1项；发表论文19篇、出版专著1部；建立了椒江河口段淤泥质潮间带乔木型和乔灌结合型消浪示范林带、玉环北移引种秋茄红树林规模化示范林带和出海口新围垦滩涂生态型示范基干林带、生态景观型示范防护林带9000亩，在浙东南湾区沿海滩涂推广应用35557亩防护林带，保护4万余亩果树林高产稳产。经鉴定，该成果总体达到国内同类研究领先水平，曾获浙江省林业厅、浙江省林学会科技兴林奖(科学技术类)二等奖。

该项目成果隶属于化学，涉及应用化学、催化化学、绿色化学、能源化学等交叉领域。煤、石油、天然气等不可再生资源的日益消耗不仅造成了能源短缺，而且产生了严重的环境污染。开发可再生能源及绿色燃料添加剂是解决上述困境的有效方法之一。生物柴油是典型的清洁可再生能源，是石化柴油燃料的理想代替品；碳酸酯是公认的绿色燃料添加剂。针对生物柴油和碳酸酯发展现状和存在的问题，新型高效催化剂的设计与合成是亟待解决的关键科学问题。近年来，在国家自然科学基金委、河北省自然科学基金委、河北教育厅等多项课题的资助下，该项目以设计、合成新型离子型催化剂为核心，并应用于生物柴油制备以及油品添加剂碳酸酯的合成；探讨其催化反应机理；筛选经济、非食用黄连木籽为原料，建立了简单可行的降酸和生物柴油制备的方法。1.设计、合成新型季铵盐为母体结构的离子液体和单分子中具有Lewis酸、碱中心的Salen为母体结构的两类多中心功能化离子型催化剂材料，通过不同手段确定催化剂结构，建立简单、有效的离子型催化剂合成方法。2.筛选离子型催化剂应用于催化脂肪酸与醇反应制备生物柴油及二氧化碳与环氧化合物的偶联反应研究，探讨离子型催化剂结构与性能之间的本质联系，优化反应过程中各因素的关系，确定新型离子型催化剂的优化条件及多功能基团的协同催化是催化剂高活性表现的内在原因。3.通过有机反应模拟水相反应中高效催化反应，揭示了水环境下催化剂高效反应机理，为解决水油两相反应、降低传质阻力、增强反应活性提供重要科学指导。4.使用廉价易得的非食用木本黄连木籽为原料，选择高效的油料获取方法，针对其高酸特性探索出最佳的降酸办法，制备出组成和理化性质优良的生物柴油。依托项目发表论文近40篇，SCI检索30余篇，其中8篇代表性论著分别发表于中科院Top期刊JCatal(SCI一区)及其它高级别期刊Catal Sci Technol，ChemCatChem，J Mol Catal，Chin J Catal等SCI二区期刊。仅对代表性论文不完全统计，SCI他引238次；单篇最高SCI他引69次；SCI他引论文分布在Chem Rev (IF 47.928)、Chem Soc Rev (IF 38.618)、Nature Chem (IF 25.87)、Chem Commun (IF 6.319)、J Catal (IF 6.844)、ACS Catal (IF 10.614)、J Am Chem Soc (IF 13.858)、Angew Chem Int Ed (IF 11.994)、Green Chem (IF 9.125)等顶级期刊上。上述研究成果得到了该领域学术界D J Darensbourg、A W Kleij、M North等众多知名专家的高度评价。

黄连木属(Pistacia L.)属于漆树科(Anacardiaceae)，本属植物约10种，分布广泛，不少种类是重要的木本油料树种和生物质能源树种，有重要的开发利用价值。中国黄连木是中国分布面积最大的黄连木属植物，26个省(自治区、直辖市)有自然分布，面积1000多万亩，仅河南省相对集中分布就达150多万亩。黄连木在保障国家食用油安全及能源安全方面具有重要的战略作用。2007年8月，国家发展改革委《可再生能源中长期发展规划》中将黄连木作为重要的生物燃料油植物进行开发；2013年5月，国家林业局《全国林业生物质能源发展规划(2011-2020)》将黄连木作为油料能源林进行规划和布局，2020年计划发展到88万公顷；2014年12月，国务院办公厅《关于加快木本油料产业发展的意见》也提出要大力发展木本油料产业。 中国对黄连木的开发利用尚不完善，良种及高效栽培技术缺乏，为此，课题组实施了“国内外黄连木属多种种质资源收集、良种选育与高效栽培技术”项目，系统开展了黄连木属种质资源的收集、系统发育与亲缘关系研究；无性系选育，分子标记辅助育种等良种选育技术研究；繁育及高效栽培技术研究等。10多年来，取得了重大创新和突破，主要如下： 1.系统研究并总结出了黄连木繁育、栽培及黄连木种子小蜂综合防控技术，集成了黄连木高效栽培技术体系。制定了《黄连木育苗技术规程》、《黄连木栽培技术规程》2个国家行业标准，推进了黄连木标准化栽培进程。 2.筛选出了具有多个优良性状并适宜中部地区推广的国外黄连木种质资源；首次构建了黄连木优良类型综合评价指标体系；选育出了6个中国黄连木优良无性系和“安阳黄连木”良种。 3.系统开展了国内外黄连木属多种种质资源种类与分布、生物学特性、天然群落物种多样性、遗传多样性及资源评价等研究，并编制了黄连木属植物检索表和中国黄连木主要类型检索表。 4.建立了首个资源较完备的国内外黄连木属种质资源库，其中国外黄连木种5个、杂交种1个，中国黄连木类型35个，优树种质资源348份。 该项目制定国家行业标准2个，审定林木良种1个，出版著作2部，发表学术论文21篇，其中核心期刊17篇，评价成果1项，鉴(认)定成果2项，获河南省林业厅科技进步一等奖。 项目成果已在河南、山西、陕西等地进行了大面积的推广应用，直接经济效益5.4828亿元，经济、生态和社会效益十分显著。培养博士1人，技术骨干150余人，新增就业岗位3000多个，相关内容被国家林业局列入2017年100项重点推广科技成果。经专家委员会评价，该成果总体居国内领先水平，在黄连木属多种种质资源评价及利用方面居国际先进水平。

(1)通过对舟山海岛秋色叶植物应用现状的全面调查，了解了存在层次结构不明显、海岛特色景观不突出、季色相不明显、人为破坏严重等问题，在深入调查了各地景观植物造景现状后，深刻体会到，凡根据适地适树原则进行植物配置的景观效果相对较好，而盲目进行植物配置的往往因植物生长不良而严重影响植物景观效果。 (2)通过充分的实地调查研究，总结了经验教训，大胆提出了舟山海岛景观林建设发展对策新思路：①坚持乡土秋色叶植物与外来植物相结合的配置原则；其次坚持适地适树与观赏性相结合的配置原则；再次是坚持常绿与秋色叶植物相结合的配置原则，根据滨海立地条件进行树种选择与植物造景。②着力扩建海岛景观植物苗木培育基地。③根据功能要求不同采取不同景观树种配置形式进行植物造景。 (3)根据舟山海岛滨海景观立地条件，制定景观树种选择配置原则进行筛选，筛选出滨海景观林建设树种各类。据综合统计后，总共筛选出适宜滨海景观林树种65种，其中常绿乔木11种；落叶乔木15种；常绿灌木15种；落叶灌木10种；地被植物7种；藤蔓植物4种；其他类型3种。这既丰富了滨海景观植物物种多样性，又达到了适地适树的目的，为提升舟山海岛滨海景观林植物配置效果提供了科学依据和翔实资料。 (4)研究总结了主要乡土植物容器育苗技术，营建了海岛示范苗圃和容器育苗基地，总结了舟山新木姜子、普陀樟、红楠等景观植物的容器选择与基质配方对比试验的育苗关键技术，为进一步推广应用提供了技术支撑。分别在舟山市林科院国家海岛特色树种良种基地-定海盐仓共裕苗木基地、曙光农场苗木基地建立了海岛示范苗圃和容器育苗基地，培育了多种海岛乡土景观植物，在数量上突破了10万株的有：舟山新木姜子10万株、普陀樟15万株、红楠15万株、海滨木槿20万株(其中舟山新木姜子容器苗1万株、普陀樟容器苗4万株、红楠容器苗6万株)。此外，还培育大规格的适应海岛生长外来观赏景观植物，部分已推向绿化造林市场，取得了经济效益。 (5)建立了滨海景观林植物配置示范点3个，分别为岱山县高亭镇钟家山、岱西镇双合山体和嵊泗县菜园镇李柱山枸桔套困难地，树种选择和植物配置上各有特色，项目组精心选择三处作为滨海景观林植物配置模式示范点，为滨海景观林建设植物配置模式提供样板。 (6)集成总结滨海景观林植物配置参照模式。 A.营建秋色叶景观模式-上层：秋色叶植物(无患子、乌桕、黄连木等)，常绿乔木(普陀樟、全缘冬青、香樟、木麻黄等)+中层：紫叶李、无刺构骨、石楠、海桐等+下层：金边黄杨、龟甲冬青、滨柃等+底层：麦冬、芙蓉菊等；B.营建春夏花景观模式-上层：白玉兰、柿树、全缘冬青等+中层：西府海棠、紫薇、无刺构骨、海桐、火棘等+下层：金边黄杨、洒金珊瑚、铺地柏、小龙柏、滨柃等+底层：麦冬、芙蓉菊、葱兰等。

研究针对景观林建设中存在珍贵树种种质资源缺乏，种苗繁育和营林技术缺乏等问题开展研究，项目开展资源调查，建立珍贵树种种质资源圃，开展了降香黄檀等珍贵树种造林适应性试验研究，同时研究了黄连木、香樟、桢楠、闽楠、降香黄檀等珍贵树种的育苗技术，编写雁荡润楠、刨花楠、香樟、闽楠、凤凰润楠、红楠育苗技术规程，并建立多个珍贵树种种苗工厂化培育示范基地，2010年-2013年培育珍贵树种11.5万株，在泰顺罗阳林场等地建立珍贵树种示范林600亩，在全市推广应用面积2100亩。

该项目对黄连木在海南、广西、湖北等地的资源及开发情况进行了调研，收集了黄连木3个种源200分资源，建立苗圃10亩；开展黄连木繁育技术研究，制定黄连木苗木培育技术规程（企业标准），累计培育优良苗木3.2万株，芽苗移植成活率达到89.33%，发芽率提高40%，有效防控昆虫、鼠害和病害育苗成本降低50%。通过大苗深栽、打顶处理研究黄连木的矮化技术；在屯昌县、海口灵山镇和林科所岭脚基地建设种植示范基地45亩，岭脚基地种植黄连木成活率达到95%，以3年生大苗计算，每亩效益达5566元；编写技术报告“黄连木实生容器苗育苗技术规程”1份，发表论文2篇。

研究采用热扩散式液流探针（TDP）配合气象站的方法，对河北省平山县主要造林树种黄连木、刺槐、山杏、雪花梨、山桃、酸枣、荆条的树干液流进行了连续监测，从树干液流变化特征，及其与环境因子和土壤含水量的关系三个角度，对比分析了用材树种与经济树种在耗水规律上的差异特征、乔木树种与灌木树种在耗水规律上的差异特、主要造林树种树干液流与气象因子的关系、人工补水控制条件下树干液流与土壤含水量的关系、刺槐、酸枣、荆条的树干边材解剖构造与树干液流的关系。研究得出刺槐、酸枣、荆条具有低耗水性，可优选为该地区植被恢复的造林树种，而刺槐的抗旱性强，又为乔木树种，可优选为该地区最佳造林树种。另外，该研究对该地区主要造林树种的耗水模型进行了拟合，能够预测其耗水量。该研究为河北省以及北方水资源短缺地区低耗水造林树种的选择和林分结构配置及为其灌水的实施提供了理论依据。

课题设计制备了带长碳链烷基和磺酸官能团的咪唑类、季铵盐类离子液体，利用红外、紫外、1HNMR，13CNMR，质谱等手段确定催化剂结构，并测定离子液体的熔点、Hammett酸性等对反应有影响的物理性质，充分说明影响其催化活性的因素。考察了催化剂在油酸甲酯化反应中的活性，确定了反应的温度、时间、醇油比和催化剂用量。其中，长链B酸离子液体[n-DodecMe2N-PS][PTSA]具有较高的催化活性。在n(甲醇)：n（油酸）：n（催化剂）为1.5:1:0.1，60℃，反应3h条件下催化油酸酯化反应，油酸甲酯产率达96.5%。反应结束后离子液体与酯化产物分为两相，产物易于分离，该离子液体重复利用9次,催化活性没有明显降低。确定采用离子液体催化制备生物柴油的最佳反应条件，反应温度低、时间短，转化率最高，该离子液体可以循环使用，催化剂重复使用达到9次以上。