土壤-作物系统水分循环的化学制剂协同调控与高效利用机理及模式

The hydrological cycle process in soil-crop system includes: Rainfall (irrigation) infiltration，surface runoff, deep seepage and crop transpiration. This project intends to use three kinds of typical regulate chemicals (surface soil conditioner PAM, water retention agent SAP, crop transpiration inhibitor FA) joint action in soil and crop water cycle system, to regulate the four hydrological cycle processes (increase soil infiltration, control flow, leakage and transpiration of crop), resulting in water efficient utilization. The isotope tracer, molecular biology test and other technicals are selected to explore the water migration law in soil-crop system and the mechanism for water efficient utilization under chemicals collaborative regulation, and reveal the soil non-rigid affected by chemicals, crop physiological response and the interaction mechanism between chemicals effects, rhizosphere microflora, root growth. A water migration and crop growth joint model is established, including three submodels: a corrected PM-ET evapotranspiration model, a non-rigid soil water migration model and a PS123 crop growth model.The optimal chemicals collaborative regulation mode for water efficient utilization in soil-crop system is proposed, which provides the reliable theory basis for agricultural drought resistance and agricultural water management and improve the regional agricultural comprehensive production capacity.

土壤-作物系统水分循环主要分为降雨(灌溉)入渗，地表径流，深层渗漏，作物蒸腾四个水分运移过程，本项目拟利用三种典型化控制剂（表土改良剂PAM、保水剂SAP、作物蒸腾抑制剂FA）联合作用于土壤-作物系统，对水分循环的四个过程进行综合调控，增加入渗，控制径流、渗漏和蒸腾，实现对水分的高效利用。通过同位素示踪、分子生物学测试等技术手段，探究化学协同调控作用下土壤-作物系统水分运移规律及其高效利用机制，揭示化控制剂应用下土壤的非刚性效应、作物生理响应和化控制剂作用效能-根际微生物群落-根系生长的交互影响机制，对PM-ET蒸散模型进行修正，建立非刚性土壤的水分运移模型，同时耦合PS123作物生长模型，构建适用于化学协同调控技术条件下的水分运移及作物生长联合模型，提出面向土壤-作物系统水分高效利用的化控协同调控最优技术模式，为研究农业抗旱及农田水分管理，持续提高区域农业综合生产能力提供可靠的理论依据。

旱作农业是我国主要的农业生产方式，持续提高旱地作物的水分利用效率是维持旱作农业可持续发展的重要策略。旱地作物水分利用效率由旱地土壤-作物系统降雨(灌溉)入渗，地表径流，深层渗漏，作物蒸腾四个关键水分循环过程决定，对水分循环的四个过程进行综合调控，增加入渗，控制径流、渗漏和蒸腾，可实现对水分的高效利用。本项目利用三种典型化控制剂（表土改良剂PAM、保水剂SAP、作物蒸腾抑制剂FA）联合作用于土壤-玉米系统，有针对性地调控土壤-玉米系统的关键水分循环过程，采用土壤物理化学、分子生物学、作物生理学等多学科知识为理论指导，引入同位素示踪技术及作物内源激素测试方法，在深入分析化控制剂联合应用对土壤理化特性、根系水分吸收机能、作物生长等作用效应的基础上，提出了化控制剂联合应用条件下根系吸水反求估算方法，引入时变函数概念改进了Richards方程形式，修改了刚性土壤条件下土壤水力特征参数的函数形式，并利用同位素示踪技术摸清了作物在化控制剂联合应用条件下的吸水机制，采用内源激素分泌规律刻画了化控制剂对水分在土壤-作物系统中运移的联合调控机制，构建起基于化控制剂联合应用条件下的土壤水分运移模型和作物生长模拟模型，并利用所构建的模型完成了对化学协同作用调控过程的定量化描述，提出了面向水分高效利用的化控调控最优技术模式，为研究农业抗旱及农田水分管理，持续提高区域农业综合生产能力提供可靠的理论依据。本项目共发表论文12篇，其中SCI/EI检索论文8篇；获授权专利3项，其中国家发明专利2项。