西北旱区农业与生态节水应用基础研究取得重要进展 日期:2007-12-7

农业与生态节水不仅涉及到土壤植物大气连续体(SPAC)中的界面过程、水分传输和系统反馈机制、水分调控途径以及大气水、地表水、地下水、土壤水的转化关系和尺度效应,还涉及到根据作物生命需水信号实施精量控制用水,开发节水优质高效的非充分灌溉、调亏灌溉及作物根系分区交替灌溉技术。在国家自然科学基金的资助下,中国农业大学中国农业水问题研究中心康绍忠教授领导的课题组在甘肃省河西走廊石羊河流域经过多年的系统研究,在农业与生态节水应用基础研究领域取得了重要进展。

  SPAC系统的复杂性体现在系统中不同介质的非线性作用、不同界面过程以及如何由点到面的尺度转换等问题。课题组系统探索了SPAC水分传输的力能关系,发现SPAC水流通量与水势差成比例的关系仅在叶气系统水势差小于80MPa时才成立,且须有5MPa的初始启动水势差的作用才有水流通量产生,从而修正并完善了国际上采用较多的Van den Honert关于SPAC水流通量与水势差成线性关系的假设;揭示了根系水导与根系吸水的补偿效应,建立的简便实用的作物根系吸水模型克服了国际上目前常用的模型中包含较多的难以测定的参数而不便于应用的困难;考虑消光系数的日变化和非均匀湿润条件建立了棵间蒸发与叶面蒸腾分摊系数计算模型,考虑冠层结构变化提出了果树三维蒸腾模型。建立的静态和动态SPAC模型模拟的土壤水动态变化与实测值的平均相对误差分别为11.59%5.16%,优于目前国际上采用的Hydrus-2D模型。有关结果被作为国际知名教科书《土壤本质和性状》中的内容。

  在此基础上,课题组将作物全生育期水量优化分配与根系空间湿润方式调节,灌水方式的改进与根冠通信相结合,系统提出了作物根系分区交替灌溉技术体系、应用模式和配套施灌设备。考虑作物生长冗余控制和适度缺水补偿效应,建立了小麦、玉米、棉花等作物的调亏灌溉模式,基于作物水分品质响应关系提出了瓜类作物节水调质的灌溉模式。试验结果表明,根系分区交替灌溉技术节水30%以上,棉花霜前花产量提高10.6%,改善了皮棉品质;作物调亏灌溉模式在同等产量时节水20%-30%,同时提高了水果、瓜类的含糖量和Vc含量。开发的适于基层技术人员的智能式非充分灌溉预报器获得国家发明专利。有关成果还被国际灌排委员会组织编写的《Innovative Approaches to Water Saving in Irrigated Agriculture》一书以及国家发改委、科技部、水利部等5部委编写的《中国节水技术政策大纲》作为先进农业节水技术介绍和推广。

  在过去的4年中,课题组建立石羊河流域农业与生态节水试验站进行了定位试验研究与观测,积累了7210762221597个基础科学试验数据。在Journal of Experimental BotanySoil Science Society of America JournalPlant and Soil等国际期刊发表SCI收录论文30余篇,在首届中澳科技合作会议、第八届国际沙漠技术大会等重要学术会议上做了20多次特邀报告,主办节水农业与水土资源可持续利用国际学术会议1次,石羊河流域水资源合理配置与节水农业建设学术研讨会2次,引起了国内外农业与生态节水领域的广泛关注。有关研究成果获2006年度ICID国际节水技术奖、国家科技进步奖二等奖等奖励。结合项目培博士后2名,博士研究生11名,硕士研究生20名,其中1人获全国优秀博士学位论文。

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