項(xiàng)目名稱： 黃土區(qū)土壤-作物系統(tǒng)水動(dòng)力學(xué)及調(diào)控機(jī)理

推薦單位： 中國(guó)科學(xué)院

項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 黃土高原是我國(guó)水資源緊缺和水土流失最嚴(yán)重的區(qū)域，其中90%以上的耕地實(shí)行旱作農(nóng)業(yè)，水分的豐缺、調(diào)控和管理對(duì)該區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起決定作用。土壤-作物系統(tǒng)水動(dòng)力學(xué)及其調(diào)控理論研究既是黃土高原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)建設(shè)中的重大科學(xué)問題，也是土壤物理學(xué)、農(nóng)田生態(tài)學(xué)、作物生理學(xué)等交叉學(xué)科的前沿領(lǐng)域之一，該領(lǐng)域的研究將深化土壤-植物-大氣連續(xù)體(SPAC)水動(dòng)力學(xué)理論，促進(jìn)SPAC水運(yùn)動(dòng)理論與農(nóng)業(yè)高效用水實(shí)踐結(jié)合，為探索作物高效用水機(jī)制、開拓農(nóng)業(yè)節(jié)水新途徑提供理論指導(dǎo)，具有重要的科學(xué)價(jià)值和實(shí)踐意義。

[1] 在國(guó)內(nèi)率先較系統(tǒng)地開展了以作物根系吸水和蒸發(fā)蒸騰為中心的SPAC 水分運(yùn)動(dòng)過程和機(jī)理研究，建立了我國(guó)第一個(gè)根系吸水機(jī)理模式，提出了一個(gè)能反映作物生長(zhǎng)過程的葉面蒸騰與棵間土壤蒸發(fā)分?jǐn)傁禂?shù)計(jì)算方法以及干旱缺水條件下作物蒸發(fā)蒸騰量的計(jì)算公式。

[2] 闡明了干旱逆境下作物根源化學(xué)信號(hào)的產(chǎn)生、運(yùn)輸及其對(duì)地上部水分生理過程的調(diào)節(jié)機(jī)制。

[3] 建立了土壤水分對(duì)作物有效性的動(dòng)力學(xué)模式，獲得了土壤水分有效性評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)曲線。

[4] 創(chuàng)造性地把土壤水分有效性、作物根信號(hào)傳遞與氣孔調(diào)節(jié)機(jī)制、根區(qū)土壤濕潤(rùn)方式、根系水分傳導(dǎo)變化、節(jié)水灌溉原理等有機(jī)結(jié)合，系統(tǒng)闡明了土壤-作物系統(tǒng)中水分有效調(diào)控的機(jī)制，提出了作物高效用水調(diào)控的新方法與模式，試驗(yàn)與應(yīng)用證明在維持高產(chǎn)水平下節(jié)水30-40%，為黃土高原旱區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水開辟了新的有效途徑。

該項(xiàng)目出版專著2部，發(fā)表論文180篇，被10多個(gè)國(guó)家和國(guó)內(nèi)60多個(gè)單位的學(xué)者引用3319次，其中被SCI收錄80篇，他人引用829次，極大地促進(jìn)了該領(lǐng)域的系統(tǒng)研究與應(yīng)用，在學(xué)術(shù)界產(chǎn)生了重要的影響，有關(guān)成果被編入美國(guó)大學(xué)的教科書和國(guó)際土壤學(xué)分析方法等權(quán)威專著。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)： 核心發(fā)現(xiàn)點(diǎn):

[1]在國(guó)內(nèi)率先系統(tǒng)地開展了以作物根系吸水和蒸發(fā)蒸騰為重點(diǎn)的SPAC 水分運(yùn)移機(jī)制、過程和模型的研究，建立了我國(guó)第一個(gè)具有物理學(xué)基礎(chǔ)的作物根系吸水動(dòng)力學(xué)模型，該模型把根系吸水速率和毛根數(shù)量相聯(lián)系，還考慮了土-根界面阻力，解決了美國(guó)著名土壤水文學(xué)家Molz教授提出的有效根密度的物理基礎(chǔ)這一關(guān)鍵問題；提出了一種反映作物生長(zhǎng)過程和考慮作物冠層消光系數(shù)日變化的葉面蒸騰與棵間土壤蒸發(fā)分?jǐn)傁禂?shù)計(jì)算方法以及干旱缺水條件下作物蒸發(fā)蒸騰量的計(jì)算公式（土壤物理，代表性論著1、2）。

[2]闡明了逆境下作物根-冠間信號(hào)通訊，尤其是干旱逆境下作物根源化學(xué)信號(hào)的產(chǎn)生、運(yùn)輸及其對(duì)地上部生理過程的調(diào)控機(jī)理。發(fā)現(xiàn)土壤周期性干旱不影響作物木質(zhì)部ABA 濃度對(duì)土壤水分狀況的依賴關(guān)系，但顯著地提高了氣孔對(duì)木質(zhì)部ABA 響應(yīng)的靈敏度，而且這種靈敏度隨作物生長(zhǎng)環(huán)境及其他因素的變化而表現(xiàn)出較大的差異（作物生理，代表性論著3、4）。

[3]在土壤水分運(yùn)動(dòng)、作物蒸發(fā)蒸騰、光合及根信號(hào)傳遞等系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上提出了一種對(duì)作物生育期不同階段水分狀況和作物根區(qū)土壤濕潤(rùn)方式進(jìn)行綜合調(diào)控的“調(diào)節(jié)作物時(shí)空虧缺灌溉"的新方法，將傳統(tǒng)研究有限水量在作物生育期內(nèi)的合理分配拓展到作物根區(qū)空間調(diào)節(jié)而促進(jìn)作物根系微生態(tài)系統(tǒng)功能，實(shí)踐證明提高了作物對(duì)有限水的利用效率（土壤物理、自然地理、作物生理等交叉，代表性論著5、6）。

重要發(fā)現(xiàn)點(diǎn):

[1]首次系統(tǒng)建立了土壤水分對(duì)作物有效性的動(dòng)力學(xué)模式，獲得了黃土區(qū)土壤水分有效性的動(dòng)態(tài)曲線，揭示了黃土區(qū)土壤水分有效性的動(dòng)態(tài)特征，發(fā)現(xiàn)在田間持水量附近其有效性下降較快，在40%-80%田間持水量的土壤水分范圍內(nèi)其有效性下降非常緩慢，為生產(chǎn)實(shí)際中適當(dāng)降低土壤水分下限和進(jìn)行非充分灌溉提供了重要的理論基礎(chǔ)，已被用于黃土高原旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的水分管理實(shí)踐（土壤物理、作物生理，代表性論著7、8、9）。

[2]獲得了土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)最通用的van Genuchten模式中兩個(gè)重要參數(shù)的解析表達(dá)式，由此建立了推求土壤導(dǎo)水參數(shù)的水平入滲法，該方法在理論上突破了傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)流理論的局限，在實(shí)驗(yàn)上極大簡(jiǎn)化了測(cè)定程序，是對(duì)現(xiàn)有方法的重要改進(jìn)（土壤物理，代表性論著10）。

主要完成人： 邵明安

對(duì)核心發(fā)現(xiàn)點(diǎn) [1]和重要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)[1]和[2]有主要學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)。

具體表現(xiàn)在:

[1] 建立了作物吸水的動(dòng)力學(xué)模式，揭示了土壤-作物系統(tǒng)中瞬態(tài)水流的特征。

[2] 建立了土壤水分對(duì)作物有效性的動(dòng)力學(xué)模式，揭示了黃土區(qū)土壤水分有效性的基本特征。

[3] 提出了確定土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)的新方法，獲得了土壤水分運(yùn)動(dòng)的廣義相似解。

占本人研究工作量的60%。

康紹忠

對(duì)核心發(fā)現(xiàn)點(diǎn) [1]有重要學(xué)術(shù)貢獻(xiàn), 對(duì)核心發(fā)現(xiàn)點(diǎn) [3]有主要學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)。

具體表現(xiàn)在:

[1]研究了溫度和水分脅迫共同作用對(duì)作物根系水分傳導(dǎo)的影響，建立了反映葉面蒸騰與棵間蒸發(fā)分?jǐn)傁禂?shù)物理變化規(guī)律的計(jì)算模式，提出了蒸發(fā)蒸騰模式中計(jì)算整體冠層阻力的公式以及干旱缺水條件下作物蒸發(fā)蒸騰量計(jì)算方法。

[2]建立了簡(jiǎn)便實(shí)用的作物根系吸水模式， 揭示了利用植物生理功能和灌溉方式改進(jìn)相結(jié)合的作物高效用水的機(jī)理，并在生產(chǎn)實(shí)際中得到了應(yīng)用。

占本人研究工作量的55%。

張建華

對(duì)核心發(fā)現(xiàn)點(diǎn) [2]有主要學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)。

具體表現(xiàn)在:闡明了干旱逆境下作物根-冠間信號(hào)通訊機(jī)制，尤其在逆境下根源化學(xué)信號(hào)的產(chǎn)生、運(yùn)輸及其對(duì)地上部生理過程的調(diào)節(jié)方面。

占本人研究工作量的55%。

黃明斌

對(duì)重要發(fā)現(xiàn)點(diǎn) [1]有重要學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)。

具體表現(xiàn)在:揭示了耕作措施對(duì)土壤-作物系統(tǒng)水分利用率的影響，提出用土-根界面行為指標(biāo)來評(píng)價(jià)作物的抗旱性, 揭示了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)區(qū)域水循環(huán)的影響機(jī)理。

占本人研究工作量的50%。

梁銀麗

對(duì)重要發(fā)現(xiàn)點(diǎn) [1]有重要學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)。

具體表現(xiàn)在: 研究揭示小麥幼苗早發(fā)可提高土壤作物系統(tǒng)中的水分利用效率，提出了選擇小麥早發(fā)的最佳方法,試驗(yàn)揭示了水肥藕合對(duì)作物水分利用效率的影響機(jī)制。

占本人研究工作量的40%。