| 成果简介： |
2008年起，项目组以陕北风沙滩区内榆阳、神木等6县区为典型区(以下称为陕北农牧交错带)开展了砒砂岩与沙复配成土造田的沙地土地整治工程项目建设，至今在143个土地整治项目中得到了应用，总实施面积15.65万亩，总造田面积12.48万亩，为解决人地矛盾突出、有效补充耕地、确保18亿亩耕地红线和粮食安全做出了重要尝试。尽管工程实施中采用了多方面联合节水技术，但随着应用实践的不断推进，当水资源供给能力不足时新造田地将再次沦为荒地。因此，在水资源紧缺，生态环境脆弱的陕北农牧交错带，以节水利用为前提，探索水资源对沙地农业利用的适应性调控技术，提出水与沙地利用的空间适配格局，以有序的开发保障水土资源可持续利用，以水土资源可持续利用带动区域生态环境的良性循环尤为必要。
2014年起该研究提出了沙地农业利用生态效应的测算技术、水资源对沙地农业利用的适应性调控技术以及基于应用服务平台的沙地农业利用过程化管控技术等3项关键技术，揭示了水土资源-经济-生态间的互馈关系机理；提出了以多元调控情景下沙地农业利用的时空适配格局指导工程建设的复合利用新模式，突破了干旱半干旱区域水资源对沙地农业利用的胁迫作用的瓶颈，解决了沙地农业经济与水资源的可持续供给间的矛盾。采用过程化管控技术，突破了固定业务流程适应性差、业务流程增减与修改困难等技术难题，使变化条件下的沙地农业推广应用成为可能。该研究从如下3个方面实现了创新：
1.理论创新。在评估沙地农业利用生态效应的基础上，揭示了水土资源-经济-生态间的互馈关系与机理，解析了水资源在经济、生态中的关键性资源角色，为实现适应性调控技术的突破提供了理论依据。
建立了生态服务价值、沙地面积、农业用水量、总用水量和农林牧渔总产值等指标的多变量VAR模型，利用脉冲响应方法得出各指标的动态互馈关系。其中农业用水量对生态服务价值和农林牧渔总产值均产生负响应，即农业用水量对二者具有一定约束作用；沙地面积、生态服务价值对用水量产生正响应，表明用水量变化对沙地面积及生态服务价值的改变具有一定促进作用。另外，通过方差分解技术获得水资源对农林牧渔总产值、沙地面积及生态服务价值等指标变化的贡献度占比分别为58.86%、86.39%、70.93%，表明水资源在沙地农业利用中扮演着关键性资源的角色，水资源的有限性对沙地农业发展起到显著约束作用，也验证了开展水资源调控下沙地农业利用适配格局研究的必要性。
2.技术创新：在前期沙地农业利用工程建设的基础上，实现了沙地农业利用生态效应的测算技术、水资源对沙地农业利用的适应性调控技术以及基于应用服务平台的过程化管控技术等3项关键技术的创新，为保障沙地农业利用的资源和生态安全、促进沙地农业利用大面积、长时期推广提供了技术支持。①生态效应测算技术：沙地农业利用在生态服务价值改变、水资源减量及农业面源污染3个方面产生正负生态效应，采用地下水数值模拟获得水资源减量及农业面源污染的准确表达，并建立经济学模型对沙地农业利用的生态效应进行评价，在参与互馈关系分析时更具准确性和可靠性。②水资源适应性调控技术：从降雨情景、节水情景及种植结构情景等3个角度设置了63个方案集，以可开发沙地面积和沙地农业可用水量为约束，建立了经济、社会和生态效益最大为目标的沙地农业利用的水资源调控模型，并采用基于正交ε占优策略改进的NSGA-Ⅱ算法对模型求解。2018年，以地多水少的榆阳区为例，在节水20%、40%、60%共3种情景下，推荐沙地利用面积占比分别为13.4%、16.1%和19.3%。规划年(2025年)，随着黄河引水工程的实施，推荐沙地利用面积占比分别为26.4%、31.9%和39.1%，比现状年略有提高，表明了沙地农业利用受到水资源的限制明显。从研究区域整体来看2018年、2025年和2030年60%节水情景下开发规模不超过24.6%、35.9%、90.6%是实现区域资源利用与生态环境保护并重、促进自然与社会系统协调发展的有效手段。③过程化管控技术：以应用服务平台为依托，将沙地农业利用及水资源调控中所涉及的方法、模型及数据处理过程定制为组件，并以知识图技术为工具，链接工程与非工程措施间的交互，实现了水资源利用对沙地农业调控的过程性表达及动态管理。
3.应用创新：融合了沙地农业利用工程与水资源调控手段，构建了以资源-经济-生态协调为目标导向的沙地农业复合利用新模式；以应用服务平台为依托，以知识图技术为工具实现了对复合利用新模式的动态管理。
在工程规划和实施阶段充分落实“节水优先”，为水资源调控提供数据基础；以“空间均衡”理论为指导，通过水资源调控探索适应于资源条件的经济和环境格局，并用以动态地调整工程规划与设计、引导沙地农业有序开发利用，将工程技术与非工程技术相结合，构建了沙地农业复合利用新模式，并以应用服务平台为依托，以组件为基础，以知识图技术为工具.实现了新模式的过程性表达及动态管理。
该研究在沙地农业复合利用新模式的指导下，陆续在陕北农牧交错带风沙滩区开展沙地土地整治总实施面积15.65万亩，新增耕地面积12.48万亩，未超过推荐的沙地利用面积，不影响水资源与生态保护的可持续性。通过沙地农业利用，实现总直接经济效益约5.74亿元；总生态服务价值增值量5124万元，远大于水资源减量及农业面源污染损失产生的生态负效应479.73万元，表明除可观的经济效益外，沙地农业利用还具有明显的生态环境累积正效应。
成果获国家发明专利3项，实用新型专利6项，计算机软件著作权25项，论文129篇(SCI/SSCI/EI38篇)，专著2部。成果的应用践行了沙地治理利用与资源持续支持并重的新要求，在保障粮食安全、农民脱贫攻坚、振兴农村经济和改善生态环境等方面效益显著，被央视、人民日报、科技日报等数十家媒体报道，其中第三方评价认为具有原创性和重要的推广价值，达到了同类研究国际领先水平。 |
