旱地农田水分利用效率链的分项测算及其协同调控

不懈追求旱地农田水分利用效率的增加，提升农田生产力水平，是使旱地农业成为面向未来农业的一种积极对策的关键内涵。 解析包括蓄、保、调、用诸环节在内的从降水到土壤水，再到蒸腾水，最后到作物生产的转化过程，便形成旱地农田水分利用效率链的思想及其数学表达。本项目选取在旱地农业的研究与实践中有丰富积累的黄土高原，通过田间长期定位试验、辅助观测试验、区域大田调查及作物模型模拟，就旱地农田水分利用效率链的分项测算及其协同调控进行研究。探讨水分利用效率链的分项特征及其在以降水利用效率为纲要条件下的关联机制与递进过程；分析效率链各分项对管理措施的响应及其值域分布， 研究长时间尺度下旱地农田生产力演变与水分循环过程特征，提出旱地农田降水生产潜力适度开发指标体系及其管理措施，阐明旱地农田生态系统生产力稳定提高与水资源持续利用的耦联关系。从降水资源调控与高效利用的角度上，为区域粮食安全与生态建设提供科技支撑。

如何提高降水资源的利用效率是提升黄土高原旱地农业生产力的关键问题。本项目按照项目计划书开展工作，分析旱地农田作物-水分关系，考虑从降水到土壤水，再到蒸腾水，最后到作物生产的转化过程，构造旱地农田水分利用效率（FWUE）链的数学表达，由此说明旱作用水效率的提升过程与协同调控。在FWUE诸环节上，通过梯田建设与垄沟种植使地表径流几近消失，更具潜力和科技含量的环节在于抑制土壤蒸发（棵间及休闲期）、提升蒸散占土壤贮水的比率以及蒸腾水分利用效率。由茎流计法、基于叶面积指数的蒸腾蒸发分摊系数法对作物的蒸腾速率进行了测算，给出了蒸腾/蒸散比值。就秸秆覆盖、薄膜覆盖对作物水分利用与产量的影响进行了试验研究，进一步展示了旱作玉米生产中薄膜覆盖的重要作用。施肥导致作物在生育期消耗了更多的土壤水分，然而其所增加的土壤有机碳含量则有利于改善土壤持水能力，从而提高休闲期降水储存率和水分补给；黄土塬区的旱作农田在中低产年代未发现干层，随着优化施肥旱作产量不断提升，首要限制因子由养分因子逐渐过渡为水分因子，高产农田土壤表现出干燥化，但在降水丰沛年份这种土壤干层被削弱以至消失，尚不成为区域粮食生产可持续发展中的长期性障碍因素。基于meta分析的思想，汇集黄土高原不同区域的田间试验数据，就作物产量与蒸散量之间的关系进行了分析，作物包括春玉米与冬小麦，提出了水分-产量边界方程的构建方法，进而给出当前条件下可实现的水分生产潜力值。针对旱地作物生长的环境，分析了光合有效辐射与潜在蒸散特征，以及土壤温度表现，并描述了气候变化对作物水分利用与产量的影响结果。在该项目的支持下目前发表论文24篇，其中SCI收录期刊7篇（均标注该项目编号）。项目执行期间，培养研究生13名，其中毕业博士生2名，毕业硕士生6名。