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我国现代节水农业前沿技术研究与发展趋势

发布日期:2008-03-10 作者:何永进      来源:《苏南科技开发》――2006年第4期     

1.现代节水农业前沿技术

    围绕作物生理需水与用水、精量控制灌溉等领域,对现代节水农业前沿技术开展原创性研究。通过对水-土-植物关系、干旱条件下植物根信号传输和气孔反应的机制、干旱胁迫锻炼对植物超补偿功能的刺激等问题的研究,带来农业节水原理与技术的创新,促进节水农业新思路的问世和源头高技术的产生,为我国现代节水农业的发展提供基础理论和技术储备。

    作物高效用水与生理调控技术:(1)研究主要作物节水条件下产量形成及可视化的生产

模型,获得维持农作物较高水分生产效率的生理和生态学过程参数,提出农作物根系微生态系统水分吸收功能调控模型和水分利用整体超补偿功能环境反应模型;(2)研究不同生态区域内主要农作物(小麦、玉米、棉花、水稻)非充分灌溉条件下的需水量季节分布和计算模式和不同节水灌溉技术条件下的作物需水和耗水模型,提出作物水分生产函数与有限水量条件下的非充分灌溉制度,得到不同节水灌溉方式下实施非充分灌溉制度的技术;(3)研究主要农作物(小麦、玉米、棉花、水稻、果树)调亏灌溉的指标体系(最佳凋亏阶段和调亏程度),提出不同养分水平或施肥条件下调亏灌溉的模式及相应的指标,获得作物调亏灌溉的田间实施技术;(4)研究主要农作物(小麦、玉米、棉花、水稻) 控制性分根交替灌溉的指标体系,提出不同养分水平或施肥条件下控制性分根交替灌溉的模式及相应参数,获得不同土壤、作物下控制性分根交替灌溉的灌水技术要素最优组合设计方法及的田间实施技术;作物需水信息采集与精量控制灌溉技术:(1)研究作物对水分亏缺信息的感受、传递与信号转导的过程,建立作物水分信号诊断指标体系,获得利用作物茎杆变形测量诊断作物缺水状况的新技术与新产品;(2)研究作物水分区域分布监测技术和作物蒸腾过程快速监测技术,提出区域土壤水分空间变异性与最佳动态监测布点方式和区域土壤墒情监测预报技术,获得土壤水分动态快速测定与预报技术及新产品;(3)以土壤墒情监测预报、作物水分动态监测信息与作物生长信息的结合为基础,研究运用模糊人工神经网络技术、数据通讯技术和网络技术建立具有监测、传输、诊断、决策功能的作物精量控制灌溉系统,研制开发智能化的灌溉信息采集装置和智能化的灌溉预报与决策支持软件。

    农田水肥调控利用与节水高效作物栽培技术:(1)以小麦、玉米、棉花等主要作物为对

象,研究不同区域、种植制度、地力基础和水资源状况下主要作物农田养分供应与利用模式,

提出不同水分条件下获得最高水分利用效率的水分与养分最佳参数组合;(2)研究不同灌溉

方式下作物根区水分养分迁移、转化和吸收的动力学过程,提出相应的作物根际水肥耦合循环与调控模型,获得以提高水肥耦合利用效率为目标的田间节水灌溉技术参数的最优组合;(3)以小麦、玉米、棉花等主要作物为对象,研究农田高效用水的作物群体时空分布特征,影响农田整体抗旱特性和水分利用效率的群体因素和调控技术;构建主要农作物高效用水群体优化结构的综合栽培技术体系。

2 现代节水农业关键技术

   以田间节水灌溉、灌溉用水管理、农艺与化控节水等为重点,适当考虑干旱缺水地区特殊水源的开发与高效利用,研究现代节水农业关键技术,创制一批新型的农业节水新产品与新材料,促进节水农业技术水平的提升,为我国农业节水提供适合国情的实用性应用技术。

   田间节水灌溉技术:(1)研制抗堵、耐用、价廉的微灌灌水器,开发新型微灌过滤器、注肥器及系统控制设备;(2)研究节能异形喷嘴喷头、可调仰角及可调雾化程度的喷头、喷洒区域为矩形的喷头,开发适宜于园林喷灌的升降式喷灌装置,改进扇形转动的摇臂式喷头,研制新型移动式轻小型喷灌机组和智能控制低压变量自走式喷洒机组;(3)研究土地精平标准与激光控制平地技术,开发国产激光控制平地铲运设备和相应的液压升降控制系统,提出与激光控制平地技术实施相配套的田间灌排工程系统模式,研究地面灌溉技术控制参数,开发田间波涌灌溉控制设备、田间多孔闸管灌溉系统和田间灌溉自动控制设备;(4)研发适合家庭规模的可调式小型免耕坐水播种技水与设备,创制集灌水、播种、施肥于一体的新型多功能行走式局部施灌机。

   灌溉系统输配水监控与调配技术:(1)研发水分损失小、价廉、精度高、抗干扰性强的渠系量水设备,研制具有量水和控制双重功能的取水口量水设施、新型管道量水仪表、适合高含沙渠道采用的量水装置等,开发经济实用的灌区自动化量水二次仪表及设备、井灌区计量与控制用水装置等;(2)开发基于局域网络、Internet网络与RSGPS技术相结合的灌区动态管理信息采集、传输和分析技术,研究灌溉系统的计算机识别技术和动态配水系统下非恒定流模拟仿真技术和水量与流量的实时调控技术;(3)研究灌区中央控制系统自动控制技术和水力自动控制技术,开发灌溉配水系统的闸门控制模式及基于模糊控制方法的灵活方便的控制器。

   农艺节水技术:(1)以小麦、玉米等大田作物及林草为重点,应用分子标记辅助选择、转基因、基因聚合技术结合常规育种的方法,创制抗旱节水型、水分高效利用型的优异育种新材料,选育抗旱节水与高产优质相结合型的新品种(组合);(2)研究主要生态区域节水高效型的作物种植结构和适合区域特点的节水高效间作套种与轮作等种植模式。

3.现代节水农业技术研究发展趋势

   现代节水农业技术是在传统的节水农业技术中融入了生物、计算机模拟、电子信息、高分子材料等一系列高新技术,具有多学科相互交叉、各种单项技术互相渗透的明显特征。现代节水农业技术涉及的既不是简单的工程节水和水管理节水问题,也不是简单的农艺节水和生物节水问题。从支撑现代节水农业技术的基础理论而言,需将水利工程学、土壤学、作物学、生物学、遗传学、材料学、数学和化学等学科有机地结合在一起,以降水(灌溉)-土壤水-作物水-光合作用-干物质量-经济产量的转化循环过程作为研究主线,从水分调控、水肥耦合、作物生理与遗传改良等方面出发,探索提高各个环节中水的转化效率与生产效率的机理。另一方面,现代节水农业技术又需要生物、水利、农艺、材料、信息、计算机、化工等多方面的技术支持,来建立适合国情的技术体系。

   随着20世纪中叶以来科学技术出现的重大突破,节水农业领域中大量借助于土壤水动力学、植物生理学的理论和现代数学方法及计算模拟手段,试图从整体上来考虑水--作物-大气间的互动作用与关系,定量描述土壤-植物-大气连续体中水分和养分运移的转化过程,据此制定科学的水、肥调控方案,这使得对节水农业的研究已由以往单纯的统计或实验性质变为一门有着较为严谨的理论基础与定量方法的科学。计算机技术、电于信息技术、红外遥感技术以及其它技术的应用,使得在土壤水分动态、土壤水盐动态、水沙动态、水污染状况、作物水分状况等方面的数据监测、采集和处理手段得到长足发展,促进了农业用水管理水平的提高,而高分子复合材料和纳米材料的研制创新正在促使渠道防渗、管道灌溉、覆膜灌溉、坡面集雨等方面孕育着技术上的重大突破。

    在提高农业用水的利用率和水的生产效率的节水农业技术研究中,不仅涉及到与土壤-植物-大气系统中的界面过程,水分传输和系统反馈的机制,水分调控的途径以及大气水、地表水、地下水、土壤水转化关系等相关领域内的前沿技术,还与利用现代高新技术对水资源、土壤水分和作物水分进行监测调控,根据作物需水规律进行精量灌溉等关键技术有关。为此,必须以具有学科交叉性的重大前沿性技术研究为基础,研发与农业节水相关的重要关键技术,探索建立适合国情的现代节水农业技术体系。


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