农业水工程与新材料研究方向指南

研究方向大类

具体细分方向/选题思路

关键新材料/技术与研究前沿概述

作物高效用水与智能调控

1. 作物生命需水感知与诊断：研究作物在不同生长阶段、不同环境胁迫下的水分需求信号（如茎秆微变化、冠层温度）。

2. 高水效作物表型组学与靶向调控：利用高通量表型技术，筛选抗旱节水作物品种，并研究其生理与分子调控机制。

3. 水肥一体化智能决策模型：基于作物模型、土壤墒情与气象数据，构建动态精准的灌溉施肥决策系统。

- 智能水凝胶：用于感知土壤水分并刺激响应释放水分或养分。

- “天-空-地”一体化遥感监测：集成卫星、无人机、地面传感器，实现作物需水信息的实时、无损、大面积获取。

绿色智能节水技术与装备

1. 绿色低能耗/抗堵塞灌溉装备：研发适用于沼液等肥液的抗堵塞滴头、低压高效喷头，以及太阳能等清洁能源驱动的灌溉系统。

2. 水肥药精准施用技术：研究喷微灌条件下水肥药的运动机理、分布均匀性及增效减损方法。

3. 新型集水与水分回收技术：如利用吸湿性复合材料（如复合凝胶）从温室通风湿空气或大气中高效捕获水分，用于灌溉。

- 高性能可降解材料：研发用于滴灌带、地膜的生物基可降解聚酯材料（如PBAT），解决残膜/残带污染问题。

- 功能纳米材料：开发用于靶向递送农药、肥料或土壤修复的智能响应型纳米材料。

农业水系统智慧管控

1. 农业水网数字孪生与优化调度：构建灌区“信息感知-过程模拟-智慧管控”的数字孪生系统，优化配水调度。

2. 智能灌溉系统与控制策略：基于物联网、边缘计算和人工智能，研发自适应环境变化的智能灌溉阀门、控制系统与云平台。

3. 农业污染物监测与防控：构建农田新污染物（如微塑料、抗生素）和常规污染物的识别、在线监测与风险评价技术体系。

- 生物基/生物质衍生材料：利用农业废弃物（如秸秆）制备生物质石墨烯、生物炭等，用于水体污染物吸附降解或作为高效叶面肥，提升作物抗逆性与产量。

- 高灵敏度传感器材料：开发用于实时监测水质（重金属、养分）、土壤墒情和环境参数的纳米传感材料与器件。

区域水资源可持续利用模式

1. 多水源协同配置与非常规水安全利用：研究雨水、再生水、微咸水等多水源在区域农业中的联合调度与安全灌溉技术。

2. 农业水-能-粮-生纽带关系协同：分析区域尺度上水资源、能源、粮食生产和生态系统的耦合关系，探索协同优化路径。

3. 气候变化下农业水资源适应性管理：评估气候变化对区域农业水文过程的影响，研发适应性调控策略。

- 先进膜材料：用于微咸水淡化、污水处理回用。

- 生态功能材料：用于坡面径流调控、地下水回补或生态渠道构建的材料。