项目名称： 黄土区土壤-作物系统水动力学及调控机理

推荐单位： 中国科学院

项目简介： 黄土高原是我国水资源紧缺和水土流失最严重的区域，其中90%以上的耕地实行旱作农业，水分的丰缺、调控和管理对该区域的农业生产起决定作用。土壤-作物系统水动力学及其调控理论研究既是黄土高原农业生产与生态建设中的重大科学问题，也是土壤物理学、农田生态学、作物生理学等交叉学科的前沿领域之一，该领域的研究将深化土壤-植物-大气连续体(SPAC)水动力学理论，促进SPAC水运动理论与农业高效用水实践结合，为探索作物高效用水机制、开拓农业节水新途径提供理论指导，具有重要的科学价值和实践意义。

[1] 在国内率先较系统地开展了以作物根系吸水和蒸发蒸腾为中心的SPAC 水分运动过程和机理研究，建立了我国第一个根系吸水机理模式，提出了一个能反映作物生长过程的叶面蒸腾与棵间土壤蒸发分摊系数计算方法以及干旱缺水条件下作物蒸发蒸腾量的计算公式。

[2] 阐明了干旱逆境下作物根源化学信号的产生、运输及其对地上部水分生理过程的调节机制。

[3] 建立了土壤水分对作物有效性的动力学模式，获得了土壤水分有效性评价的动态曲线。

[4] 创造性地把土壤水分有效性、作物根信号传递与气孔调节机制、根区土壤湿润方式、根系水分传导变化、节水灌溉原理等有机结合，系统阐明了土壤-作物系统中水分有效调控的机制，提出了作物高效用水调控的新方法与模式，试验与应用证明在维持高产水平下节水30-40%，为黄土高原旱区农业节水开辟了新的有效途径。

该项目出版专著2部，发表论文180篇，被10多个国家和国内60多个单位的学者引用3319次，其中被SCI收录80篇，他人引用829次，极大地促进了该领域的系统研究与应用，在学术界产生了重要的影响，有关成果被编入美国大学的教科书和国际土壤学分析方法等权威专著。

主要发现点： 核心发现点:

[1]在国内率先系统地开展了以作物根系吸水和蒸发蒸腾为重点的SPAC 水分运移机制、过程和模型的研究，建立了我国第一个具有物理学基础的作物根系吸水动力学模型，该模型把根系吸水速率和毛根数量相联系，还考虑了土-根界面阻力，解决了美国著名土壤水文学家Molz教授提出的有效根密度的物理基础这一关键问题；提出了一种反映作物生长过程和考虑作物冠层消光系数日变化的叶面蒸腾与棵间土壤蒸发分摊系数计算方法以及干旱缺水条件下作物蒸发蒸腾量的计算公式（土壤物理，代表性论著1、2）。

[2]阐明了逆境下作物根-冠间信号通讯，尤其是干旱逆境下作物根源化学信号的产生、运输及其对地上部生理过程的调控机理。发现土壤周期性干旱不影响作物木质部ABA 浓度对土壤水分状况的依赖关系，但显著地提高了气孔对木质部ABA 响应的灵敏度，而且这种灵敏度随作物生长环境及其他因素的变化而表现出较大的差异（作物生理，代表性论著3、4）。

[3]在土壤水分运动、作物蒸发蒸腾、光合及根信号传递等系统研究的基础上提出了一种对作物生育期不同阶段水分状况和作物根区土壤湿润方式进行综合调控的“调节作物时空亏缺灌溉"的新方法，将传统研究有限水量在作物生育期内的合理分配拓展到作物根区空间调节而促进作物根系微生态系统功能，实践证明提高了作物对有限水的利用效率（土壤物理、自然地理、作物生理等交叉，代表性论著5、6）。

重要发现点:

[1]首次系统建立了土壤水分对作物有效性的动力学模式，获得了黄土区土壤水分有效性的动态曲线，揭示了黄土区土壤水分有效性的动态特征，发现在田间持水量附近其有效性下降较快，在40%-80%田间持水量的土壤水分范围内其有效性下降非常缓慢，为生产实际中适当降低土壤水分下限和进行非充分灌溉提供了重要的理论基础，已被用于黄土高原旱作农业生产的水分管理实践（土壤物理、作物生理，代表性论著7、8、9）。

[2]获得了土壤水分运动参数最通用的van Genuchten模式中两个重要参数的解析表达式，由此建立了推求土壤导水参数的水平入渗法，该方法在理论上突破了传统稳态流理论的局限，在实验上极大简化了测定程序，是对现有方法的重要改进（土壤物理，代表性论著10）。

主要完成人： 邵明安

对核心发现点 [1]和重要发现点[1]和[2]有主要学术贡献。

具体表现在:

[1] 建立了作物吸水的动力学模式，揭示了土壤-作物系统中瞬态水流的特征。

[2] 建立了土壤水分对作物有效性的动力学模式，揭示了黄土区土壤水分有效性的基本特征。

[3] 提出了确定土壤水分运动参数的新方法，获得了土壤水分运动的广义相似解。

占本人研究工作量的60%。

康绍忠

对核心发现点 [1]有重要学术贡献, 对核心发现点 [3]有主要学术贡献。

具体表现在:

[1]研究了温度和水分胁迫共同作用对作物根系水分传导的影响，建立了反映叶面蒸腾与棵间蒸发分摊系数物理变化规律的计算模式，提出了蒸发蒸腾模式中计算整体冠层阻力的公式以及干旱缺水条件下作物蒸发蒸腾量计算方法。

[2]建立了简便实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进相结合的作物高效用水的机理，并在生产实际中得到了应用。

占本人研究工作量的55%。

张建华

对核心发现点 [2]有主要学术贡献。

具体表现在:阐明了干旱逆境下作物根-冠间信号通讯机制，尤其在逆境下根源化学信号的产生、运输及其对地上部生理过程的调节方面。

占本人研究工作量的55%。

黄明斌

对重要发现点 [1]有重要学术贡献。

具体表现在:揭示了耕作措施对土壤-作物系统水分利用率的影响，提出用土-根界面行为指标来评价作物的抗旱性, 揭示了系统结构对区域水循环的影响机理。

占本人研究工作量的50%。

梁银丽

对重要发现点 [1]有重要学术贡献。

具体表现在: 研究揭示小麦幼苗早发可提高土壤作物系统中的水分利用效率，提出了选择小麦早发的最佳方法,试验揭示了水肥藕合对作物水分利用效率的影响机制。

占本人研究工作量的40%。