农业节水科技奖获奖成果推介|覆膜滴灌节水增效新理论、技术与推广应用

主要完成单位

中国农业大学、北京大学、江西水利电力大学、西北农林科技大学、武威市农业技术推广中心

主要完成人

李思恩、杜太生、王旭辉、吴立峰、康 健、范军亮、刘兴成、秦淑静、郭 慧、杨晓琳、陈金亮、张宇翔、杨丹妮、潘延鑫、陈世超

成果简介

我国大田滴灌面积已达1.2亿亩，主要位于西北和东北等地区。滴灌农田由于水肥条件好，是保障我国粮食高产、稳产的精锐之师。发展大田滴灌已成为我国节水农业与高标准农田建设的重点。传统的畦灌变为滴灌后，农田水热碳通量及作物生长如何响应，滴灌通过哪些机制达到节水增产目标还研究较少。该项目在国家重点研发计划项目课题、国家自然科学基金优青项目等支持下，通过开展大面积的滴灌畦灌长期对比实验，取得主要创新成果有：

1.滴灌五大效应的新发现。通过长期定位对比实验，首次发现了滴灌的“地表增温、生长加速、午休抑制、收获指数提高以及浅埋高产”效应。具体表现为：滴灌田对比畦灌田，玉米和小麦冠层上方的空气温度平均偏高1-2℃,土壤0-100cm深度地温平均偏高1.5-2.5℃；滴灌使玉米生育期平均缩短12天，小麦生育期缩短6天；滴灌通过少量多次灌溉方式降低玉米小麦群体光合午休频率，提高玉米光合总初级生产力10%上；滴灌使玉米收获指数从0.42提高到0.46,小麦从0.39提高到0.43；同时浅埋滴灌对比地表滴灌使玉米产量和水分利用效率显著提高。

2.滴灌节水增效新机制的阐述。系统阐明了滴灌节水增效新机制，并科学评价了滴灌对比畦灌的节水增产效益。具体包括：滴灌通过减少根系层水分深层渗漏、土壤蒸发、缩短作物生育期三个正驱动，以及滴灌作物长势更好使中后期蒸腾耗水更高这个负驱动，共同作用达到节水目标；通过减少光合午休提高GPP、提升收获指数2个正驱动，以及缩短作物生育期和增加呼吸消耗2个负驱动共同作用来实现增产目标；农田尺度上滴灌对比畦灌可提高玉米产量8-15%；水分利用效率提高15-30%；区域尺度，充分灌溉对全球小麦和玉米单产提升的平均贡献分别为34%和22%。

3.滴灌农田多过程模型的开发，为发展智慧滴灌技术提供了算法基础。具体包括：玉米膜下滴灌的二维土壤水动力学模型，将上边界设置为覆膜边界与大气边界共存，水分入渗方式设置为点源入渗；基于大量实测数据，建立了玉米相对根长密度随株高和时间变化的玉米相对根长密度动态模型；通过已有资料结合深度学习建立草地渗漏模型，然后迁移至周边农田进而估算灌溉农田的深层渗漏与灌溉量，构建了农田灌溉量估算新方法；在SWAP、HYDRUS等主流模型基础上，引入覆膜和滴灌的增温机制与生长加速效应，发展了滴灌农田多过程耦合模拟方法。

4.“五连环”滴灌节水高产模式的创建。包括“中晚熟品种、覆膜浅埋滴灌种植、科学增密、水肥药一体化与智能化管理、病虫害综合防控”。在甘肃玉米示范区按照上述模式种植，玉米籽粒干重产量达到每亩1.29吨，比农户采用传统畦灌灌溉种植的玉米亩产高出近30%。灌溉总用水量280方，单方灌溉水生产力超4.6千克/方，创甘肃大田玉米灌溉水分生产力的新纪录。上述成果获国家授权发明专利8项，在甘肃、新疆等地应用500万亩以上，每年节水近1亿方，增产5亿公斤以上，取得了良好的经济与社会效益，为我国农业高质量发展提供了示范案例。

成果创新点