代表性研究成果名称	华北平原农田生态系统水分高效利用的理论和应用
基础类或应用基础类或基础性类	应用基础类
完成单位署名排序	1
本室参加的固定人员名单	欧阳竹，罗毅，李运生，袁国富，武兰芳，马军花，娄金勇
是否保密	否
围绕华北平原农田生态系统可持续管理的问题，特别是针对水资源短缺、水分利用效率不高、区域水土资源利用不协调等问题，以黄河下游引黄灌溉区为重点研究区域，建立了华北平原农田生态系统水分高效利用管理的理论基础和技术体系。开展引黄灌区关键水文学过程作物-土壤水-地下水耦合作用关系实验研究和理论创新。在区域尺度上，进行作物/植物生长、陆地水文、地下水过程耦合模拟方法创新。形成了在黄河流域引黄灌区以实验研究为基础，模型开发为特色，从田间到区域尺度的实验、模型、应用相结合，层次递进的研究成果，具体包括： （1）在对作物-水分关系进行长期实验的基础上，获得了冬小麦产量-耗水量的多值函数关系，为粮食产量-水资源需求量评估及风险分析提供依据；建立了多设施组合实验，揭示了不同作物种植条件下地下水蒸发规律，提出了一个综合考虑大气、作物、土壤、地下水位的潜水蒸发公式；建立了基于冠层温度的冬小麦水分胁迫指数(CWSI)的指标体系，提出了利用常规气象资料计算作物冠层阻力的公式，改进和发明了相关观测装置；开发了作物-土壤系统模拟模型CropS，该模型揭示了鲁西北平原冬小麦的耗水规律；阐述了主要牧草和农作物的生产力与水分利用效率之间的关系，为华北平原种植结构调整及资源高效利用提供重要科学依据，为农田灌溉管理提供关键决策指导。 （2）利用长期连续的地面观测数据，开展了农田水、热、碳通量点尺度的机理、区域尺度的遥感模型开发和验证研究。改进了MOD16算法，提出了一种适合该地区的像元温度分解方法和一种利用亚像元信息定义VI-Ts图的方法；开发了全遥感信息驱动的陆地蒸发散模型，精确估算了华北平原农田的蒸发散，为农田灌溉和水资源管理提供了科学依据。 （3）综合目前国际上著名的相关模型，针对华北平原区域水循环的复杂性，研发了综合模拟生态、陆地水文、地下水过程的分布式生态水文模型distributed eco-hydrological simulation system (dehydros)，这是国际上为数不多的几个综合性生态-水文模型之一。利用该模型研究了黄河下游灌区和内蒙古河套灌区粮食产量和水资源的关系，提出了黄河上游河套灌区保持年40´108 m3引水量是保证目前粮食产量水平的临界值；黄河下游灌区若实现粮食亩产900 kg的目标，按照现有管理水平，水资源缺口达33´108 m3。 （4）开发了基于GSM通讯网络，集土壤水分动态信息采集、传输、接收、空间分析与决策为一体的区域土壤墒情监测系统，并在山东省禹城市初步示范。同时进一步在潘庄灌区拓展，布设了100个点的农田耕层墒情监测网络。基于该监测网络、遥感信息和模型模拟，建立了农业旱情预报和灌溉决策支持系统，为区域农田水管理提供技术支撑。 （5）针对目前农田灌溉系统设施配套率低、灌溉用水计划性差，浪费严重等问题，建立了2.3万亩的农田定量灌溉节水技术体系试验示范区，形成的技术体系和模式包括：1）节水定量灌溉技术—监测土壤墒情，依据作物需水量和土壤墒情制定灌溉制度和调水计划，改大水漫灌为窄（小）畦灌；2）渠系配套和渠道灌溉计量技术—完善干、支、斗、农渠四级灌溉渠系配套，自动监测计量渠系灌溉流量，计量到田块，实现定量灌溉。统一灌溉模式—改分户分散灌溉为“用水者协会”统一灌溉；3）按量收费制度—改按田块平均收费为按实用水量收费。通过试验示范，综合节水30%以上。 本项研究注册软件著作权2项，发表论文21篇。

 

成果佐证清单：

1)He C H, Cheng S K, Luo Y. 2007. Water diversions and China’s water shortage crisis in Managing Water Resources in a Changing Physical and Social Environment, IGU and UGI, Villa Celimontana, 000184 Roma, Italy

2)罗毅. 2005. 农田生态系统的水循环要素研究. 见《中国生态系统》(孙鸿烈主编). 科学出版社, 1580-1604

3)Yuan G F, Luo Y, Sun X M, et al. 2004. Evaluation of a crop water stress index for detecting water stress in winter wheat in the North China Plain. Agricultural Water Management, 64, 29-40

4)孙志刚, 王勤学, 欧阳竹等. 2004. MODIS水汽通量估算方法在华北平原农田的适应性验证. 地理学报, 59(1): 49-55

5)房全孝, 陈雨海, 李全起等. 2004. 灌溉对冬小麦水分利用效率的影响研究. 农业工程学报, 20(4): 34-39

6)任鸿瑞, 罗毅. 2004. 鲁西北平原冬小麦和夏玉米耗水量的实验研究. 灌溉排水学报, 23(4): 37-39

7)Wang Q X, Watanabe M, Ouyang Z. 2005. Simulation of water and carbon fluxes using BIOME-BGC model over crops in China. Agricultural and Forest Meteorology, 131, 209-224

8)尹志芳, 刘恩民, 陈炳新. 2005. 时域反射仪与中子仪测定土壤含水量标定试验研究. 干旱地区农业研究, 23(6): 161-165

9)张银辉, 罗毅, 刘纪远等. 2006. 灌区土地利用变化驱动因素分析-以内蒙古河套灌区为例. 资源科学, 28(1): 81-86

10)Luo Y, Lei Z D, Zheng L, et al. 2007. A stochastic model of soil water regime in the crop root zone. Journal of Hydrology, 335, 89-97

11)Sun Z G, Wang Q X, Bunkei M, et al. 2008. A New Method to Define the VI-Ts Diagram Using Subpixel Vegetation and Soil Information. Sensors, 8, 6260-6279

12)Luo Y, He C S, Sophocleous M, et al. 2008. Assessment of crop growth and soil water modules in SWAT2000 using extensive field experiment data in an irrigation district of the Yellow River Basin. Journal of Hydrology, 352, 139-156

13)罗毅, 郭伟. 2008. 作物模型研究与应用中存在的问题. 农业工程学报, 24(5): 307-312

14)一种作物水分胁迫指数测定装置（实用新型专利）

15)作物-土壤系统模拟模型CropS(CropandSoilsystem)，软件著作权，2006