农业节水科技奖获奖成果推介|黄土高原绿色智慧集雨补灌关键技术及应用

主要完成单位

西北农林科技大学、陕西崇仁水利工程有限公司、全国农业技术推广服务中心、榆林市农业技术服务中心、榆林市果业发展中心、兰州大学

主要完成人

赵西宁、蔡耀辉、高晓东、吴 勇、任利宇、张宝庆、刘忠雄、文明宜、刘柯楠、曹红霞、任小龙、高学睿、宋小林、鲁 成、王双银

成果简介

干旱频发、水资源短缺是人类共同面临的世界性难题，黄土高原尤为突出。如何科学抗旱保障农业生产，已成为落实黄河流域生态保护与高质量发展国家战略面临的重大挑战。该项目采用应用基础研究、关键技术与装备研发和生产实践相结合的研究思路，创新绿色智慧集雨补灌关键技术和多界面联合调控雨水资源化技术，耦合形成2大技术模式，并进行大面积应用，推动区域农业生产与生态协同发展。

项目组以充分挖潜利用降雨径流为目标，聚焦通过集雨补灌提高作物产量及

水分利用效率等所面临的重大技术难题，取得如下成果：

1.厘清黄土高原集雨补灌发展潜力。构建黄土高原主要作物种植结构空间分布高精度数据集，耦合考虑空间分布的长系列作物蒸散发数据集，建立黄土高原集雨补灌适配模型，明确集雨最佳窗口期、关键补灌期、潜在发展面积和主要粮经作物增产潜力，为其规模化发展提供理论依据。

2.研发旱作绿色智慧集雨补灌技术。建立无资料地区降雨径流预测新方法，提出光伏提水系统参数优化配置方案，创制出大容量防蒸发蓄水池、绿色碳基灌水器、智慧集雨补灌控制平台、可移动式智能水肥施用装置等新产品，构建四位一体绿色智慧集雨补灌技术，建设成本降低60%上。

3.创新多界面联合调控雨水资源化技术。研发出适用于旱作玉米、马铃薯等粮食作物和苹果、红枣等经济林果的多界面(根—土、土一气、气一植)联合调控雨水资源化技术，根区土壤有效水含量平均提高7.3%和10.1%。

4.创新抗旱增粮和提质增效技术模式。确定出不同区域玉米、谷子、苹果等集雨补灌制度和多界面联合调控雨水资源化技术主要应用参数，农机农艺相结合，形成大田粮食作物集雨补灌抗旱增粮技术模式和经济林果集雨补灌提质增效技术模式。与当地传统模式相比，玉米和苹果平均增产63.6%和18.5%，水分利用效率提高21.9%和22.1%。

在Science Bulletin、Scientific Data和Water Resources Research等期刊发表高质量论文92篇；授权国家发明专利12件、实用新型和软著27件，制定行业和地方标准7项。入选农业农村部重大引领性技术1项、主推技术2项，首批“一带一路”科技减贫先进适用技术1项，被写入陕西省委一号文件和“十四五”农业节水行动方案。近3年累计推广应用296.0万亩，新增经济效益35.7亿元，具有广阔应用前景。

成果创新点

在理论研究方面，评估了黄土高原地区集雨补灌的发展潜力，可发展补灌面积5640万亩，作物产量平均增产30%以上。

在装备研制方面，研发出单池容量达5000m³的大容量敞口式防蒸发蓄水池，突破传统集雨窖容量局限，且建造成本降低了三分之二；创新性地以秸秆为原料制成绿色碳基灌水器，实现灌水器材的环保无污染。

在关键技术研发方面，研发多界面联合调控技术，克服了以往单一界面调控的不足，使根区土壤有效水平均提高7%~22%；建绿色智慧集雨补灌技术系统，将补灌控制面积从传统的不足10亩提升至500亩以上，运维成本降低47.2%。

在模式集成方面，形成粮食作物抗旱增粮与经济林果提质增效技术模式，大面积示范应用，使玉米和苹果的水分利用效率分别提升至3.1kg/m³和7.4kg/m³。