項目名稱： 黃土區土壤-作物系統水動力學及調控機理

推薦單位： 中國科學院

項目簡介： 黃土高原是我國水資源緊缺和水土流失最嚴重的區域，其中90%以上的耕地實行旱作農業，水分的豐缺、調控和管理對該區域的農業生產起決定作用。土壤-作物系統水動力學及其調控理論研究既是黃土高原農業生產與生態建設中的重大科學問題，也是土壤物理學、農田生態學、作物生理學等交叉學科的前沿領域之一，該領域的研究將深化土壤-植物-大氣連續體(SPAC)水動力學理論，促進SPAC水運動理論與農業高效用水實踐結合，為探索作物高效用水機制、開拓農業節水新途徑提供理論指導，具有重要的科學價值和實踐意義。

[1] 在國內率先較系統地開展了以作物根系吸水和蒸發蒸騰為中心的SPAC 水分運動過程和機理研究，建立了我國第一個根系吸水機理模式，提出了一個能反映作物生長過程的葉面蒸騰與棵間土壤蒸發分攤系數計算方法以及干旱缺水條件下作物蒸發蒸騰量的計算公式。

[2] 闡明了干旱逆境下作物根源化學信號的產生、運輸及其對地上部水分生理過程的調節機制。

[3] 建立了土壤水分對作物有效性的動力學模式，獲得了土壤水分有效性評價的動態曲線。

[4] 創造性地把土壤水分有效性、作物根信號傳遞與氣孔調節機制、根區土壤濕潤方式、根系水分傳導變化、節水灌溉原理等有機結合，系統闡明了土壤-作物系統中水分有效調控的機制，提出了作物高效用水調控的新方法與模式，試驗與應用證明在維持高產水平下節水30-40%，為黃土高原旱區農業節水開辟了新的有效途徑。

該項目出版專著2部，發表論文180篇，被10多個國家和國內60多個單位的學者引用3319次，其中被SCI收錄80篇，他人引用829次，極大地促進了該領域的系統研究與應用，在學術界產生了重要的影響，有關成果被編入美國大學的教科書和國際土壤學分析方法等權威專著。

主要發現點： 核心發現點:

[1]在國內率先系統地開展了以作物根系吸水和蒸發蒸騰為重點的SPAC 水分運移機制、過程和模型的研究，建立了我國第一個具有物理學基礎的作物根系吸水動力學模型，該模型把根系吸水速率和毛根數量相聯系，還考慮了土-根界面阻力，解決了美國著名土壤水文學家Molz教授提出的有效根密度的物理基礎這一關鍵問題；提出了一種反映作物生長過程和考慮作物冠層消光系數日變化的葉面蒸騰與棵間土壤蒸發分攤系數計算方法以及干旱缺水條件下作物蒸發蒸騰量的計算公式（土壤物理，代表性論著1、2）。

[2]闡明了逆境下作物根-冠間信號通訊，尤其是干旱逆境下作物根源化學信號的產生、運輸及其對地上部生理過程的調控機理。發現土壤周期性干旱不影響作物木質部ABA 濃度對土壤水分狀況的依賴關系，但顯著地提高了氣孔對木質部ABA 響應的靈敏度，而且這種靈敏度隨作物生長環境及其他因素的變化而表現出較大的差異（作物生理，代表性論著3、4）。

[3]在土壤水分運動、作物蒸發蒸騰、光合及根信號傳遞等系統研究的基礎上提出了一種對作物生育期不同階段水分狀況和作物根區土壤濕潤方式進行綜合調控的“調節作物時空虧缺灌溉"的新方法，將傳統研究有限水量在作物生育期內的合理分配拓展到作物根區空間調節而促進作物根系微生態系統功能，實踐證明提高了作物對有限水的利用效率（土壤物理、自然地理、作物生理等交叉，代表性論著5、6）。

重要發現點:

[1]首次系統建立了土壤水分對作物有效性的動力學模式，獲得了黃土區土壤水分有效性的動態曲線，揭示了黃土區土壤水分有效性的動態特征，發現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其有效性下降非常緩慢，為生產實際中適當降低土壤水分下限和進行非充分灌溉提供了重要的理論基礎，已被用于黃土高原旱作農業生產的水分管理實踐（土壤物理、作物生理，代表性論著7、8、9）。

[2]獲得了土壤水分運動參數最通用的van Genuchten模式中兩個重要參數的解析表達式，由此建立了推求土壤導水參數的水平入滲法，該方法在理論上突破了傳統穩態流理論的局限，在實驗上極大簡化了測定程序，是對現有方法的重要改進（土壤物理，代表性論著10）。

主要完成人： 邵明安

對核心發現點 [1]和重要發現點[1]和[2]有主要學術貢獻。

具體表現在:

[1] 建立了作物吸水的動力學模式，揭示了土壤-作物系統中瞬態水流的特征。

[2] 建立了土壤水分對作物有效性的動力學模式，揭示了黃土區土壤水分有效性的基本特征。

[3] 提出了確定土壤水分運動參數的新方法，獲得了土壤水分運動的廣義相似解。

占本人研究工作量的60%。

康紹忠

對核心發現點 [1]有重要學術貢獻, 對核心發現點 [3]有主要學術貢獻。

具體表現在:

[1]研究了溫度和水分脅迫共同作用對作物根系水分傳導的影響，建立了反映葉面蒸騰與棵間蒸發分攤系數物理變化規律的計算模式，提出了蒸發蒸騰模式中計算整體冠層阻力的公式以及干旱缺水條件下作物蒸發蒸騰量計算方法。

[2]建立了簡便實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相結合的作物高效用水的機理，并在生產實際中得到了應用。

占本人研究工作量的55%。

張建華

對核心發現點 [2]有主要學術貢獻。

具體表現在:闡明了干旱逆境下作物根-冠間信號通訊機制，尤其在逆境下根源化學信號的產生、運輸及其對地上部生理過程的調節方面。

占本人研究工作量的55%。

黃明斌

對重要發現點 [1]有重要學術貢獻。

具體表現在:揭示了耕作措施對土壤-作物系統水分利用率的影響，提出用土-根界面行為指標來評價作物的抗旱性, 揭示了系統結構對區域水循環的影響機理。

占本人研究工作量的50%。

梁銀麗

對重要發現點 [1]有重要學術貢獻。

具體表現在: 研究揭示小麥幼苗早發可提高土壤作物系統中的水分利用效率，提出了選擇小麥早發的最佳方法,試驗揭示了水肥藕合對作物水分利用效率的影響機制。

占本人研究工作量的40%。