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1.课程来源与背景：秸秆局部覆盖技术在西北旱地冬小麦和马铃薯种植中具有显著的增产效应，但作为一项新技术，秸秆局部覆盖技术的规范化、定量化和标准化尚未建立，土壤水碳的演变特征及其互促机制尚不明确，有关秸秆局部覆盖土壤有机碳的动态变化、固定形态及固定机理仍不清，尤其是西北旱区土壤碳库特征及碳循环问题尚需更多阐释，土壤碳损失的环境风险也有待进一步明确。为此，项目负责人于2019年3月向国家自然科学基金提交申请书，于2019年8月项目获批。 2.研究目的与意义：西北旱区地域辽阔，光、热、土资源丰富，是中国重要的粮食生产和耕地资源后备基地，在全国粮食安全战略中具有极其重要的地位。但作为一个特定的生态类型和重要的农业区域，稀缺的水资源和频繁的灾害威胁着干旱地区的农业生产，同时，长期粗放的耕作方式和全球气候变化加剧了水土流失、土地荒漠化、土壤盐碱化和耕地退化，土壤有机碳和土地生产力不断下降(Gao etal.，2017)，严重制约了旱地农业的发展。因此，大力发展与环境保护相协调的耕作技术，维持区域农田碳平衡(Kumar et al.2018)，提高水资源利用效率，是实现该区域农业可持续发展所面临的重要科学问题。 秸秆带状覆盖技术是申请人参与研发的一种利用玉米整秸秆进行局部覆盖的旱地作物栽培技术，但作为一项新技术，秸秆局部覆盖技术的规范化、定量化和标准化尚未建立，有关农田土壤有机碳和土壤水分动态过程及其可能存在的协同关系等科学问题尚缺乏深入系统的研究。该研究在申请小组以往大量工作基础上，运用定位试验方法，进一步探索并明确秸秆局部覆盖下土壤有机碳活性组分及碳排放特征、土壤供水特征、作物耗水结构及水分利用状况，揭示土壤水碳互促机制，进一步完善旱区农田保水增碳研究，为西北半干旱区农业农田节能减排和高产高效种植模式创新提供理论支撑。 3.主要论点与依据： (1)秸秆带状覆盖和地膜覆盖措施较CK显著改善了各生育时期0～200cm土层土壤水分条件和土壤贮水量，同时降低了播种-拔节期耗水量，3个生长季秸秆带状覆盖处理生育期总耗水量平均降低15.39mm，地膜覆盖较CK基本持平。 (2)秸秆带状覆盖种植有利于提高土壤质量，秸秆带状覆盖处理明显提高了冬小麦各生育期土壤有机碳(SOC)、土壤微生物量碳(MBC)、土壤可溶性有机碳(DOC)、土壤颗粒有机碳(PMC)及土壤易氧化碳(ROC)，总体增幅0～20cm土层大于20～40cm土层。地膜覆盖对SOC的影响较小，MBC、PMC总体呈正效应，DOC、ROC年际间表现不同。 (3)秸秆带状覆盖和地膜覆盖较CK均可提高籽粒产量和WUE，3个生长季秸秆带状覆盖处理较CK平均增产6.90%，WUEr平均提高11.27%、WUEb平均提高16.51%。地膜覆盖处理较CK平均增产16.28%，WUEr平均提高15.29%、WUEb平均提高25.50%。秸秆覆盖处理中，SM5具有最高的产量和WUE。 (4)土壤含水量和土壤有机碳及其组分含量呈正相关关系，土壤水分可以解释0.1～2.1%的土壤有机碳及其组分含量的变化。土壤环境要素中，土壤水分对冬小麦增产的贡献最大(0.861)，其次是土壤有机碳含量(0.790)。 综上分析，秸秆带状覆盖种植较地膜覆盖相比更有利于降低冬小麦耗水总量，改善土壤墒情和质量，两种覆盖方式籽粒产量和水分利用效率无显著差异，在半干旱区秸秆带状覆盖种植具备替代地膜冬小麦的可行性，秸秆带状处理间S5具有较高的产量和WUE，因此，种植带：覆盖带=70cm：50cm(SM5)是西北旱地小麦种植主推的种植模式。 4.创见与创新： (1)该项目将土壤碳素动态与土壤水分、环境因子在时间上高度统一，以动态的方法对秸秆局部覆盖措施下土壤有机碳及其组分进行研究，填补了西北雨养农业区土壤碳素动态有关研究。 (2)该项目将土壤碳循环与水循环有机衔接，系统探讨旱作条件下的水碳互促机制，在农田土壤生态系统研究中具有一定的创新性。 5.社会经济效益：该项目提出的秸秆带状覆盖栽培模式较传统露地增产1.94%～18.43%，水分利用效率提高12.00%～16.59%，0-40cm土壤有机碳、土壤微生物有机碳、土壤可溶性有机碳、土壤易氧化碳和土壤颗粒有机碳分别平均提高2.87%，18.14%，14.18%，10.56%和5.68%，在节水增产及土壤质量提升效果显著，社会经济效益明显。 6.历年获奖情况：项目研究期间获得省科技进步二等奖1项。

1.课题来源与背景：《保护性耕作对西北旱农区豆麦轮作生产系统碳足迹的影响》项目是甘肃省科学技术厅资助的甘肃省科技计划项目-省青年科技基金计划项目，项目编号20JR10RA545。项目由甘肃农业大学/干旱生境作物学国家重点实验室承担，刘畅助理研究员主持，项目总经费2.0万元。 2.研究目的及意义：黄土高原旱作农业区是西北地区重要的商品粮生产基地，对中国粮食安全生产具有非常重要的保障作用。许多学者已对该地区不同农业耕作措施下土壤养分积累、作物生理和农田生态效应等方面进行深入的研究；其中，对农田生态效应的研究切入点多以土壤碳循环和温室气体排放变化规律为主，而从生态碳足迹角度出发，结合生命周期评价方法分析该地区不同耕作措施对农业生产系统碳足迹及其构成的影响的研究还较为缺乏。因此，该研究依托2001年设置在黄土高原半干旱区的保护性耕作长期定位试验，结合农业碳足迹理论与生命周期评价方法，对农业生产系统中各个环节生产活动所产生的直接或间接的碳排放量进行核算，定量分析西北旱农区不同农业管理措施下豆麦轮作生产系统的碳足迹及其构成，分析其碳足迹贡献率，以期为气候变化大背景下中国西北地区农业生产系统实现低碳排放、作物高产及环境友好提供科学依据。 3.主要论点与依据：该项目依托2001年设置在西北黄土高原旱作农业区的保护性耕作长期定位试验，通过系统定量地计算农业生产活动过程中由人为因素引起的各种直接和间接的碳排放总量及各个生产环节碳排放的当量，结合农业碳足迹理论与生命周期评价法，参考前人相关研究的碳排放参数，从而综合分析西北旱农区长期免耕与秸秆管理措施下豆麦轮作生产系统的碳足迹特征。试验共设4个处理，分别为免耕(NT)、免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作(T)及传统耕作秸秆还田(TS)。 主要结论如下：(1)4种耕作与秸秆还田措施下春小麦地和豌豆地均表现为N₂O气体的源，且N₂O气体通量均随季节变化呈双峰曲线变化。免耕措施能够降低了春小麦地N₂O气体排放量，春小麦生育期内土壤N₂O通量变化范围在0.019～0.181 mg·m^-2·h−1。豌豆地免耕处理(NT)的N₂O气体通量最大，传统耕作秸秆还田处理(TS)最小，豌豆全生育期N₂O通量变化范围在0.021～0.215mg·m^-2·h−1。 (2)春小麦和豌豆产量在不同耕作与秸秆还田措施下均具有显著差异，且免耕秸秆覆盖措施(NTS)的春小麦和豌豆产量最高，传统耕作措施(T)的春小麦和豌豆产量最低。春小麦地NT、NTS及TS较T处理的N₂O气体累积排放量分别显著降低25.2%、24.8%和10.5%；豌豆地NT、NTS及TS较T处理的N₂O气体累积排放量分别显著降低4.7%、12.6%和17.7%。春小麦地和豌豆地的温室气体增温潜势分别为394.31～527.31kg ha-1和518.72～630.45kg ha-1。 (3)不同耕作与秸秆还田措施下春小麦全生育期碳足迹变化范围在1209.1～1383.1 CO₂-Ce·ha-1，豌豆全生育期碳足迹变化范围在651.9～932.6CO₂-Ce·ha-1；氮肥投入是春小麦碳足迹构成的主要来源，其次为N₂O气体排放，春小麦碳足迹大小依次为：T>TS>NTS>NT；N₂O气体排放是豌豆碳足迹构成的主要来源，其次为氮肥投入，豌豆生产碳足迹大小依次为：T>NT>NTS>TS。 因此，在黄土高原旱农区豆麦轮作生产系统中，保护性耕作措施能够降低土壤温室气体排放量和农田碳足迹，并提高作物产量，是适宜该地区农业可持续发展和实现低碳农业的耕作方式。 4.创见与创新：西北旱农区不同农业管理措施下土壤养分循环、土壤水热特性、作物生理生化特征及作物产量等方面的研究已较为深入，但从农业生产系统碳足迹角度对该区长期免耕及秸秆还田措施影响豆麦轮作系统生态效应的研究还较为缺乏。该项目结合土壤碳排放测算与各生产环节生命周期评价方法，利用建立在该区的保护性耕作长期定位试验，系统研究西北旱农区不同耕作措施对豆麦轮作生产系统碳足迹的影响，解析各生产环节碳足迹的贡献率，分析各生产环节碳足迹与系统碳足迹总量的相关性，为优化西北旱农区耕作制度和实现农业生产系统低碳减排提供科学依据。 5.社会经济效益，存在的问题：通过项目研究明确了保护性耕作能够提高西北旱农区豆麦轮作系统作物产量和降低农田温室气体排放。通过定量化分析豆麦轮作系统中各生产环节的碳足迹贡献率，能够为下一步有针对的制定农田固碳减排的生产策略和降低农产品碳足迹提供科学依据。依托该项目的研究成果，为在西北旱农区大力推广保护性耕作等先进农业生产技术提供了科学依据，同时也为高校科技成果转化提供了前期探索。 降低农业源温室气体排放是实现中国“碳达峰&碳中和”双碳目标和应对全球气候变暖的关键。该项目结合农业碳足迹理论和生命周期评价法，通过测定西北旱农区保护性耕作措施下豆麦轮作系统温室气体排放通量，分析农田温室气体排放特征，解析各生产环节碳排放量，研究农产品碳足迹构成，能够为该地区有针对性的制定固碳减排农业生产策略提供理论依据。 6.历年获奖情况：无。 7.成果简介：论文：Chang Liu，Junhong Xie，Zhuzhu Luo，Liqun Cai & Lingling Li.Soil Autotrophic Bacterial Community Structure and Carbon Utilization Are Regulated by Soil Disturbance-The Case of a 19-Year Field Study[J].Agriculture，2022，12(9)：1415。专利：1)一种用于双垄沟的施肥装置(实用新型专利)；专利号：ZL202120466981.4；2)用于免耕播种机主动旋转清茬装置(实用新型专利)；专利号：ZL202221343962.3。

国家自然基金项目《基于APSIM模型的半干旱区绿色覆盖模式优化及其长期土壤水碳效应》基金号(31960398)，实施期2020年1月-2023年12月。 寻求地膜覆盖替代技术是实现西北黄土高原半干旱区农业增产增效和可持续发展的迫切需要。体闲期种植绿肥作物且在下茬作物播前杀秧覆盖、然后在正茬作物收获后还田，可实现抑蒸保墒和保育耕地的目的，但优化绿色覆盖作物和正茬作物的水分分配是发展绿色覆盖需要首先解决的问题。用模型模拟和田闰试验相结合的方法，利用APSIM模型优化设计不同降雨量区绿色覆盖作物的种植模式，布设大田定位试验迸行情景分析并校准模型。用校准的APSIM模型设计基于绿色覆盖作物耗水/保水优化的作物种类及其播期和密度，综合考虑作物生产力与水土资源可持续利用需要，确定与区域水土资源相匹配的绿色覆盖模式。这一工作将丰富作物耕作栽培学的理论知识体系，为创建半干旱区绿色覆盖技术提供理论依据。 该项目田间试验分别在庄浪、定西、榆中布置，设置小麦-马铃薯轮作试验，设置冬小麦秸秆覆盖100kg/亩(SM100)、秸秆覆盖150kg、(SM150)、地膜覆盖(PM)、露地(CK)，马铃薯绿肥覆盖箭筈豌豆10万株(PS10)、箭筈豌豆15万株(PS15)、油菜6万株(PR6)、油菜9万株(PR9)，研究结果发现：油菜覆盖处理(PR6、PR9)和箭筈豌豆覆盖处理(PS10、PS15)产量相近，均以高密度覆盖处理产量优于低密度处理，油菜作物覆盖处理(PR6、PR9)高密度和低密度处理之间表现出显著性差异，箭筈豌豆覆盖处理不同密度之间未表现出显著性差异；绿肥覆盖显著提高0-20cm土层土壤有机碳、碱解氮和有效磷等含量，箭筈豌豆覆盖处理有机碳含量高于油菜覆盖处理，以PS15处理最高，达到16.58g/kg；绿肥覆盖处理降低了土壤的贮水量，提高花前耗水量，降低了花期和花后耗水量综合来看，休闲期绿肥覆盖轮作系统0-200cm土壤贮水量变化处于常年露地处理和地膜覆盖处理之间，使马铃薯播期土壤水分轻微降低，绿肥覆盖轮作系统能够较露地提高休闲期降雨入渗效率，对年际间土壤水分平衡没有显著影响；通过对APSIM模型适应性分析，相关性R2=0.98、归一化均方根误差NRMSE=0.14及ME=0.89值表明，APSIM模型模拟的籽粒产量和地上生物量结果与田间实测数据具有良好的一致性。 该项目存在问题：土壤碳库变化是一个长期积累变化的过程，计划后期进行补充研究，增加其它指标的测定，以便更能充分的支撑长期绿肥覆盖下土壤碳库变化的说明；APSIM模型是在项目开始时才进行验证，还需大量的数据进行反复验证和模拟，覆盖作物的模拟，还在摸索阶段。 截至2023年12月，该项目发表论文5篇。

课题来源与背景：甘肃省是全国马铃薯生产大省，是国内最具影响的优质商品薯、脱毒种薯和加工薯生产基地。定西市是“中国马铃薯之乡”，马铃薯种植面积每年稳定在300万亩以上，马铃薯产业是定西市脱贫致富的最主要的支柱产业，对确保区域粮食安全、农民增收、农业增效具有十分重要的现实意义。然而，甘肃省马铃薯生产中存在的问题同样很突出，主要是由于多年地膜覆盖种植造成土壤质地变差，田耕作层变浅、土壤僵化，水肥资源利用效率降低，另外由于当前农村劳动力不足、人力资源紧张、生产成本居高不下等问题突出。该成果针对旱作区马铃薯生产突出问题，就项目区马铃薯种植耕作关键环节，创新提出旱作马铃薯复合式耕作技术，与当地机械生产加工企业、专业合作社等新型经营主体合作，针对旱作马铃薯生产现状，研发马铃薯复合式耕作关键技术，配套复合式耕作机，形成旱作马铃薯复合式耕作关键技术模式，建立中试孵化基地，提升旱作马铃薯抗旱提质增效能力。 技术原理及性能指标：旱作马铃薯复合式耕种技术以研发耕层优化的耕作技术提升为突破口，首先聚合深松和旋耕优势，研发同时能够打破犁底层、降低土壤容重、改善耕层结构、提高土壤供水能力的复合式耕作技术，配套研发复合式耕作机，实现机艺一体化，集成全膜覆盖垄上微沟种植、有机肥增施技术等关键技术，形成旱作马铃薯复合式耕作技术模式。该技术主要是减少耕作次数，由常规的翻耕和旋耕2次，利用复合式耕作机械，改变成一次性完成深松和旋耕。关键技术参数“深松深度40cm、旋耕深度20cm”。 技术的创造性与先进性：1)创建旱作马铃薯复合式耕作技术，确立马铃薯“深松深度40cm、旋耕深度20cm”的技术规范。2)研发复合式耕作机，配套起垄覆膜机具和膜上点播机，形成旱作马铃薯“复合式深旋松耕-起垄覆膜-膜上点播”耕种技术工序。3)以“复合式耕作”为核心技术，集成“全膜覆盖垄上微沟、化肥深施匀施、有机肥增施技术”等关键技术，形成综合技术模式。该成果通过复合式耕作减少耕作次数，可使土壤深松深度在40cm，旋耕深度20cm，显著改善土壤理化性状和提高土壤质量，降低劳动力生产成本15%，技术具有明显的先进性。 技术的成熟程度，适用范围和安全性：该成果研发的复合式耕作机已批量生产，在当地企业和合作社开展中试试验，达到了增产增效和节本节能的效果。技术成果适用于半干旱旱作区马铃薯、玉米的种植，从2021年开始，已在项目区开展项目技术示范，该项目技术和机具已经基本成熟，安全可控。 应用情况及存在的问题：该成果2021-2023年，已在定西市安定区鲁家沟聚鑫马铃薯合作社和坤丰农业科技有限公司开展试验示范，累计示范面积2.0万亩，集成技术模式可节本增效311.4元/亩，累计产生经济效益622.9万元。该技术模式需要配套较大马力的动力设备，适宜在机械动力条件较好的企业、合作社、种植大户等新型经营主体实施。 历年获奖情况：无。

1.课题来源与背景：保护性耕作能够改善土壤结构，促进土壤养分积累与循环。微生物作为土壤中物质循环与能量流动的主要驱动者，直接参与土壤磷周转，其群落多样性与生态功能对提高农田土壤肥力和促进作物生长具有非常重要的作用，但在黄土高原半干旱旱农区，保护性耕作影响土壤磷周转的微生物机理还不清楚，从根际微生物角度研究半干旱区保护性耕作影响土壤磷周转的机理具有重要的理论意义。为此，该研究拟依托2001年建立的不同耕作措施(传统耕作、免耕秸秆覆盖、免耕、传统耕作秸秆翻埋)长期定位试验，运用磷组分分级集合宏基因组学高通量测序等测定方法，全面系统的研究保护性性耕作措施下土壤磷周转的功能微生物群落多样性与结构的变化规律，并明确土壤磷周转相关微生物群落生态功能特征对耕作与秸秆还田措施的响应机制，以期明确旱农区长期免耕和秸秆还田影响土壤磷周转的微生物响应机理，为气候变化背景下该区保护性耕作的推广应用提供理论和技术支撑。“黄土高原石灰性土壤长期保护性耕作对土壤磷周转的影响及其微生物学机制”获批为甘肃省自然科学基金，项目编号为21JR7RA813，资助经费6.0万元，执行年限为2021年11月-2023年10月。 2.研究目的与意义：该研究拟依托黄土高原半干旱区长期定位试验，在2022年研究了四种耕作措施(T，传统耕作；NT，免耕；TS，传统耕作+秸秆翻入；NTS，免耕秸秆覆盖)对小麦磷素利用的影响，从土壤磷形态、土壤酶活性及小麦磷累积等方面探讨保护性耕作对小麦磷素循环及磷素利用的影响，阐明保护性耕作对于提高作物产量及改善磷素利用具有重要意义。 3.主要论点与论据：(1)随着土层的加深，土壤总磷、有效磷、活性磷、中等活性磷和稳定态的磷(HCI-P)呈下降趋势，而残留磷含量变化不明显，但是秸秆还田处理促进土壤活性磷含量；(2)免耕秸秆覆盖显著提高土壤碱性磷酸酶活性、脲酶活性、蔗糖酶活性和过氧化氢酶活性；土壤酶活性提高促进土壤磷素循环，增加土壤活性磷和中活性磷含量，提高小麦磷素利用效率，保护性耕作显著增加小麦叶面积指数，延缓叶片衰老；(3)保护性耕作促进了小麦各生育氮磷累积量，优化了各器官的氮磷分配，降低了小麦氮磷比。NTS处理显著增加小麦各时期干物质累积，优化干物质分配，进而提高了小麦产量。这些结果说明陇中旱农区推广秸秆覆盖还田能够促进土壤磷素循环，提高土壤有效磷和全磷含量，提高小麦磷素利用效率，同时，秸秆覆盖还田还可增加土壤酶活性，提高小麦干物质和磷累积量，优化各器官氮磷和干物质分配，增加小麦叶面积指数，延缓了叶片衰老，同时提高了小麦磷肥利用效率，实现了小麦增产。 4.创见与创新：该研究系统研究了保护性耕作如何影响土壤磷周转及其微生物驱动机制，为旱农区保护性耕作技术的推广应用和作物生产的可持续发展提供理论和技术支撑。 5、社会经济效益、存在的问题：无。

水土流失是全球面临的重要生态环境问题之一，严重威胁区域生态、粮食安全，制约社会经济发展。西南高山峡谷区覆盖大横断“七脉六江”地区，气候、水文、地形及地质等时空分异特征显著，作为中国“三区四带”的重要生态安全屏障，对保障国家生态安全和区域高质量发展具有重要作用。然而，西南高山峡谷区受复杂地形地质约束、复合侵蚀营力(水力-冻融-重力)驱动、少数民族聚集区耕种活动及水电工程开发利用等活动影响，区域水土流失态势尚未得到有效遏制。因此，针对西南高山峡谷区特殊的自然、人文因素，加强水土保持、生态修复、监测预报等基础应用研究，整体提升该区域生态系统服务功能、推进水土保持与民族经济协同发展已迫在眉睫。 主要研究内容：1.西南高山峡谷区水土流失分异、演变规律及驱动机制明晰高山峡谷区复杂地形地质等要素分异及多民族聚集区水土流失分布格局与地带性分异规律，提出不同峡谷类型水土流失治理的科学分区，解析多营力复合侵蚀规律及其耦合机理，阐明水土流失对农业种植模式、高陡地形、岩溶地质和冻融作用的响应机制，揭示复杂地形地质、生态环境分异与民族聚集区农业耕种的水土流失规律及驱动机制，为研究区土壤侵蚀综合预报模型构建与参数优化、水土保持措施合理配置提供理论依据。2.西南高山峡谷区土壤侵蚀预报优化与智慧监测体系研发西南高山峡谷区降雨侵蚀力空地协同估算与精度提升技术，提出考虑峡谷高陡地形、高海拔冻融、岩溶区水土漏失和民族聚集区耕作扰动侵蚀影响的模型参数表征或因子改进方法，发展西南高山峡谷区土壤侵蚀优化模型；研究模型精度多维集合评估技术，明确土壤侵蚀优化模型在研究区应用的准确度与可靠性；形成适宜不同类型高山峡谷区的水土流失监测技术，构建智慧水土保持监测体系。3.西南高山峡谷区水土流失综合治理关键技术研发西南高山峡谷冻融区水源涵养与生态系统稳定性维持技术、岩溶区侵蚀关键带水土保持技术、干旱河谷区植被适度恢复与水资源高效利用技术、农耕种植区土壤保持与保护性耕作技术及水电开发项目水土保持与小流域综合治理技术，形成西南高山峡谷区水土流失综合治理关键技术体系。4.西南高山峡谷民族聚集区水土保持生态产业发展技术与模式分析典型农林业、畜牧业、村落文化产业的水土资源利用特征，研发多年生特色经济植物的种苗快繁、高效节水等关键栽培技术；集成山地、河谷生态农业和“林地+”生态产业等高截流蓄水技术，微区域集水、光伏高效集水节水、复合立体种植等土壤保土保水保肥和林地水源涵养功能增持关键技术；创新农牧复合产业与村落文化产业发展中面源污染防控多层次技术体系。5.西南高山峡谷区生态系统服务整体提升技术集成与应用示范集成山地特色资源开发、水土流失治理与民族经济协同调控技术，构建生态服务功能整体提升的水土流失综合防治技术体系，发展生态与民族经济协同振兴的产业模式，并进行典型县域示范。 主要阶段性研究成果：(1)阐明了西南高山峡谷区水土流失分异、演变规律与驱动机制。基于资料收集、遥感数据、野外调查和模拟实验，构建了研究区基本资料数据库，结合土壤侵蚀模型，探明了整个高山峡谷区水土流失的空间分异特征与主导因素，阐述了岩溶地质背景，以及高山带冻融区和低山带河谷区等不同地貌的土壤侵蚀的空间格局及影响因素，解析了水力-重力复合侵蚀发生机制及水力-冻融复合侵蚀的影响机制，初步构建了水土流失的观测和模拟实验数据库。(2)突破西南高山峡谷区水土流失监测、预报和水土流失综合防治等技术瓶颈，创建了高山峡谷区星地协同的水土保持智慧监测技术。建立了基于地理加权与机器学习的降尺度模型，实现了降雨侵蚀力星地协同估算，较全球降水观测计划(GPM)等遥感数据产品的精度和分辨率有了明显提升，并基于此形成全区多时间尺度降雨侵蚀力数据集；构建了基于深度学习的坡耕地和人为扰动地块等对象快速识别及其图斑边界的自动、批量提取方法，精度达70％以上，可解决传统人工勾绘存在的标准不一、效率偏低等问题。该技术可有效提升土壤侵蚀模型因子等获取效率与精度，促进区域土壤侵蚀预报优化和精准防治。(3)初步集成了水土防护、水源涵养、经济效益提升的生态高水平保护与种养业高质量发展的协同模式。研发了“横拦纵调植物-工程”土壤流失阻控技术，“农林废弃物还田+生物炭/微生物菌剂+果树”增肥增产技术和“草+生物炭/微生物菌剂+果树”等“根系加筋固土”技术；构建了西南高山峡谷冻融区水源涵养和生态系统稳定性评估指标体系、农耕种植区微地形改造+保护性耕作方法体系及水电项目开发区域小流域“源头减量-过程阻控-末端修复”的一体化防控技术体系；初步提出了岩溶区柑橘园水土“拦-集-蓄节-用”调配技术及陡坡、中坡和缓坡适宜种植模式的土壤保持技术。(4)初步形成了环境质量提升的西南高山峡谷民族文化产业发展模式。初步研发了山地多年生特种经济植物(茶叶)+水土保持植物(小檗)+草+裸地的水土保持培育技术，全面统计归纳了西南高山峡谷区“林地+”模式的类型、分布与规模，初步完善了“林地+”水土保持型生态经济产业发展技术；构建了农-畜复合产业发展模式；揭示了区域坡面农业技术的分布、特征及水土流失问题，构建了水土保持型生态农业发展技术。(5)已在4个典型二级水土保持分区的5个典型县域建立了示范基地，支持西南高山峡谷区的水土保持友好型民族经济可持续发展。永胜县、云龙县、兰坪县已有示范面积3509公顷。在波密县，建设了超过80亩(1公顷=15亩)的林下天麻种植核心示范区，技术辐射推广到超过300亩；构建了茶园水土保持技术提质增效示范区30亩，技术辐射面积达200亩。在康定县，建设了355公顷的水土保持生态产业协同发展技术模式示范区、5420公顷的生态清洁小流域建设技术模式示范区及662公顷的坡耕地土壤保持与保护性耕作技术模式示范区。

项目是甘肃省科技厅农业类重点研发计划项目。随着中国农业的转型升级和土地流转的加快，中国农村青壮年劳动力大量向城市转移，农村劳动力减少，耕地逐渐向农业大户流转，农业逐渐向规模化发展，但是，以家庭经营为主的土地规模小、零散，不利于机械化耕作，规模化生产。因此国家专项规划土地整理，调整土地关系，扩大单块农田面积，为便于机械化作业、规模化生产做好准备。土地整理后降低了生产成本，促进了农业生产规模化、机械化发展。但是，土地整理后，在平整过的土地或生土翻作耕层或犁底层受到破坏，土壤耕作层发生变化，出现土壤板结、有机质降低、返碱严重、杂草危害等问题。 项目主要针对中国农业转型升级后如何有效的简化生产环节，减少劳动用工，降低生产成本，实现农机农艺融合，将传统、分散的小农经济生产方式改变为适宜大规模生产、集约化栽培、机械化操作的生产模式；同时研究在规模生产模式下如何改善土壤质量，促进土壤地力提升，保持规模化种植下的耕地土壤持续利用。集成土地整理后瓜菜规模化生产与地力快速提升瓜技术，形成2项创新技术模式：1.籽用南瓜规模化生产化学杀雄控蔓蜜蜂杂交授粉技术模式：采用化学整枝杀雄并结合蜜蜂授粉，减少用工6个，亩减少支出1046.5元；2.微生物配合秸秆还田土壤地力提升技术模式：微生物促进有机物分解和养分释放，提高土壤、氮、钾、磷等营养物质，增加土壤微生物的数量和活性，土壤有机质大幅度提升，较常规种植土壤有机质提高了13.6%，并可减少20%化肥用量，示范区土壤质量得到显著提高，改良效果显著。 该成果与国内外同类研究相比，具有地域性、创新性，更适合应用于甘肃省瓜菜规模化生产与农田高效培肥和节水。上述技术在甘肃示范区推广应用面积3804亩，辐射带动1.0万亩，实现节水28.3%、节肥22.4%，增产3.4%，平均亩减支增效1169.5元，新增纯收益444.8万元。获得实用新型专利3项，出版专著1部，发表论文3篇，经济效益、社会和生态效益显著。

课题来源与背景：该课题来源于甘肃省科技计划优秀博士生项目，下发部门为甘肃省科学技术厅。有机碳储量和氮磷等养分含量是评估农田土壤肥力状况的关键指标，荒漠转变为农田是干旱区重要的土地类型转化之一，但对荒漠开垦后在长期耕作背景下土壤碳库与养分库的变化模式的认识仍非常有限。此外，绿洲农田在长期耕作条件下容易出现土壤次生盐渍化、土壤盐基离子流失和土壤酸化等问题，这严重影响绿洲农田土壤健康，对区域经济发展产生巨大负面影响。因此，揭示长期耕作条件下土壤阳离子浓度和盐基饱和度的变化趋势可为绿洲农田土壤健康管理提供理论参考。 研究目的与意义：明确长期耕作条件下荒漠绿洲农田土壤阳离子交换量、盐分含量及组成、土壤有机碳库、土壤养分含量的变化模式及主要影响因素。研究结果可为荒漠绿洲农田土壤肥力提升、盐渍化治理及可持续发展提供科学依据。 主要论点与论据：①研究结果表明，荒漠绿洲农田0-40cm土层土壤碳储量、氮磷储量均在荒漠开垦初期快速增长，但随耕作年限的增长增速逐渐下降，回归分析表明碳储量和养分储量均在耕作60年后逐渐趋于稳定，随即森林模型模拟结果表明土壤粒径组成、化学计量及pH是影响碳库和养分库状况的关键因子。②沙漠开垦后表层土壤结构稳定性指数有所提高，但在开垦60年后呈现出略有下降的趋势，张掖绿洲区农田土壤整体上仍存在严重的退化风险(结构稳定性指数≤5%)。在对农田土壤阳离子交换量和盐基饱和度的研究中发现，荒漠开垦为农田后显著提高了农田土壤阳离子含量，但酸性阳离子的增加速度高于盐基离子，因此导致盐基饱和度随耕作年限的延长逐渐降低，老农田面临土壤酸化的风险。③逐步回归模型结果发现土壤含水率、pH、有机质含量和黏粉粒含量是评估土壤盐基离子含量的重要指标。④构建了预测土壤阳离子交换量的方程模型，CEC=0.436+0.291 SWC+5.228TN+0.009Silt+0.020EC-0.013AK。 创见与创新：该研究第一次从长时间序列上揭示了荒漠绿洲农田土壤碳库、养分库及盐基饱和度的变化趋势及关键影响因子，为绿洲农田土壤肥力管理提供了理论依据。长期以来，针对绿洲农田土壤的研究忽视了土壤阳离子交换量及盐基饱和度，导致对荒漠绿洲农田土壤缓冲性的认识有限，该研究弥补了已有研究中存在的这些不足之处。

(一)课题来源与背景：自选课题。 几千年来，中国传统的作物耕作方法用机械、畜力或人力进行土壤耕作，创造有一定深度的疏松的表土层，作业方式包括耕、耙、耪、耢、中耕和镇压等，这些耕种方式可以促进土壤通气，调节土壤温度，促进养分转化等效果；但也有不利的方面：(1)翻耕使湿土裸露，加快了土壤水分的散失，不利于保墒，尤其在春旱情况下。(2)翻耕加速土壤有机质的氧化分解，导致土壤有机质含量下降。(3)翻耕需要较大动力投人，加大农业生产成本。(4)长期翻耕容易形成犁底层，造成土壤紧实，影响土壤的通透性等。(5)在干旱、半干旱地区，翻耕后的田地土壤裸露，容易造成土壤风蚀，导致土壤肥力退化，形成沙尘暴，破坏生态环境。 因此，中国无论旱地植被如草原、绿化、旱地作物如玉米、甘蔗、红薯、马铃薯、花生、小麦等还是水田作物如水稻都面临旱季补水问题，而通过耕作方式一次性完成对土壤的改造，提高土壤蓄水能力，相对于以上发明技术更有推广和应用价值。 (二)研究目的与意义： 该发明的目的是提供一种旱地底层粉垄碎土贮水丰产保护性耕作方法，利用螺旋钻头与铧犁相配的双层耕具对旱地耕作层以下部分土层进行犁耕，构建新的旱地上层、下层土壤不乱的“超级旱地耕作层”，既相对保持现有熟化旱地耕作层土壤及其营养状态，又能活化其底部土壤资源，能够促进旱地作物生长发育、增产提质，实现提高旱地活土、保水、生态等“自然力”供给水平，提高旱地作物生产能力。 (三)主要论点与论据： 地底层粉垄碎土贮水丰产保护性耕作方法，包括如下步骤：(1)在旱地作物种植前，采用螺旋钻头与铧犁相配的双层耕具深入地面12～15cm以下的土壤层，利用铧犁沉入到耕作层下部将硬土层犁耕成犁耕层，犁耕层之下为硬土层；旱地耕作层利用粉垄螺旋钻头入土5～8cm旋耕成粉垄层；形成上层碎土、中层松土、深层不动型结构，构建独特的“土壤水库”；(2)将所需种植的旱地作物播种或移栽，并按照作物所需常规种植管理模式进行日常管理。通过这种底层松土处理的旱地，能够促进旱地作物生长发育、增产提质，实现提高旱地活土、保水、生态等“自然力”供给水平，提高旱地作物生产能力。 (四)创见与创新： 1、该发明在保护旱地现有耕作层基础上，利用螺旋钻头与铧犁相配的双层耕具对旱地耕作层以下部分土层进行碎土，构建新的旱地上层、下层土壤不乱的“超级旱地耕作层”，既相对保持现有熟化旱地耕作层土壤及其营养状态，又能活化其底部土壤资源，形成以构建“超级地下土壤水库”为主体的新的能够促进旱地作物生长发育和增产提质的土壤生态环境；实现提高旱地活土、保水、生态等“自然力”供给水平，提高旱地作物生产能力。 2、该发明在旱地耕作中，将铧犁沉入到耕作层下部将硬土层犁耕成犁耕层，犁耕层之下为硬土层；旱地耕作层利用粉垄螺旋钻头入土5～8cm旋耕成粉垄层，将地面的空气氧气带入被犁耕的土中，彻底“激活”旱地作物深层土壤，形成“土壤蓄水库”。 3、该发明在旱地作物种植前，采用入土5～8厘米的旋耕碎土，既可减少耕作能耗降低生产成本，又减少土壤扰动，增强保护性耕作性能。 4、该发明旱地底层粉垄碎土贮水丰产保护性耕作的生态栽培方法，比传统旱地耕作的耕作层加深1～2倍，底层土壤活化、贮存的天然降水数量多，土壤氧气、微生物数量增加，可适当减少化肥农药施用量和灌溉用水量，实现绿色生态增产提质目的。 5、该发明旱地底层粉垄碎土贮水丰产保护性耕作方法适合于多种旱地作物，可以作为旱地作物耕作的标准方法。 (五)社会经济效益，存在的问题： 通过这种底层松土处理的旱地，能够促进旱地作物生长发育、增产提质，实现提高旱地活土、保水、生态等“自然力”供给水平，提高旱地作物生产能力。 尚未发现存在问题。 (六)历年获奖情况： 无。

①课题来源与背景：该课题来源于国家自然科学基金项目。在中国西北干旱地区，土壤的无效蒸发是影响土壤水分利用效率的重要因素。砂石覆盖、秸秆覆盖和地膜覆盖等是农业生产中常用的旱作覆盖节水方式，具有减少蒸发、增温保墒、减少土壤侵蚀、抑制地表返盐、减少病虫害和杂草、促进作物生长，提高作物品质等作用。因此，研究地面覆盖对发展节水农业具有十分重要的意义。压砂地是中国西北旱区劳动人民为了生存与自然抗争，经过长期生产实践不断总结创新而形成的以砂石覆盖免耕为核心的保护性耕作方法。大量研究表明，压砂作为一种广泛应用于农业领域的技术，具有增加降水入渗、减少水分蒸发、改善土壤温度、抑制盐碱、改良土壤、减少风力水力侵蚀、保护环境等作用。同时，在砂石资源丰富的地区，覆盖砂石操作简便，简单易行。然而，土壤表面压砂是砂砾石在土体中的再分布过程，影响土壤孔隙，减小土壤过水断面，增加孔隙弯曲度，同时易产生大孔隙，由于砾石层破坏了土体连续性，使得土壤水热盐迁移过程比均质土壤更为复杂，砂石覆盖对土壤的影响机制尚有许多不明之处。因此，深入研究砂石覆盖条件下土壤水分、盐分和热量耦合迁移机制，对扩大砂石覆盖在西北干旱地区的推广应用、大力发展旱作节水农业和建设美丽乡村具有重要的意义和研究价值。 ②技术原理及性能指标：通过室内实验和野外大田试验，基于经典统计和地统计方法，研究了压砂地土壤水分特征曲线参数的空间变异性，提出了一种利用土壤水分特征参数空间变化规律推断土壤水力特性的方法；基于三维空间分布图、平均相对偏差、时间稳定性系数等方法，研究了压砂地土壤水分的时间稳定性特征及空间变异规律，指出采用代表性测点监测土壤水分含量的方法是可行的，为合理布设野外土壤水盐的采样方法提供了参考依据；基于地统计学和克里格插值等方法，研究了压砂地枣园土壤水分、盐分的变异性，构建了土壤水分、盐分随深度变化的预测模型。通过室内模拟实验，研究了覆砂与无覆砂条件下土壤表层混掺0、0.1、0.2和0.5%保水剂对土壤水分入渗过程的影响，混掺0.5、1.5、2.5和4.5%生物炭对土壤水分入渗和蒸发的影响，建立了土壤水分Kostiakov入渗模型和土壤水分Black蒸发模型；研究了覆盖砂条件下土壤表面混掺0、0.1、0.2、0.5和1.0%高吸水性聚合物对土壤水分入渗的影响，率定出0.2%的效果最佳。通过数值模拟，基于反距离加权法、协同克里格法和自回归滑动平均模型，研究了压砂地枣园土壤盐分时空变化，指出反距离加权法是预测土壤盐分时空变化适宜的方法；基于VADOSE/W研究了1、3、5、6、8、10、15和20cm砂石覆盖厚度对土壤水分蒸发和土壤温度的影响，发现5cm的蓄水保温效果最佳；基于HYDRUS-2D，在构建不同水土温度土壤水热运移数值模型的基础上，研究了滴灌条件下水温与土温对覆砂土壤水热运移规律的影响，以及不同灌溉水量、不同灌溉次数下土壤水盐、水热的变化规律，确定出灌水量2250m³/hm²是新砂地和中砂地的适宜的节水控盐灌溉定额，3500m³/hm²是老砂地适宜的节水控盐灌溉定额。 ③技术的创造性与先进性：该项目将传统砂石覆盖保护性耕作方法与现代节水滴灌技术相结合，以压砂后农田土壤水分、热量、盐分的变化为出发点，采用理论分析、数值模拟及实验研究相结合的方法，阐明了压砂地土壤水热盐时空分布特征及迁移规律，探究了压砂地滴灌土壤水热盐调控机制，并借助数字图像法，从微观结构上进行压砂地土壤水热盐耦合迁移机理研究与突破是该项目的主要创新点。该研究成果不仅为压砂地农业水热盐调控、降水资源有效涵养和利用、促进旱作农业生产提供理论依据和科学指导，而且填补了压砂地土壤水分时空变异机制与土壤特性相关性的研究空白。 ④技术的成熟程度，适用范围和安全性：在该项目的资助下，采用理论分析和数值模拟相结合的方法，厘清了压砂地土壤水分、盐分时空变异规律，阐明了压砂地土壤水热盐时空分布特征、迁移规律，明晰了压砂地土壤水盐、水热耦合迁移机理，并在构建不同水土温度土壤水热运移数值模型的基础上，提出了压砂地适宜的节水控盐灌溉制度。该研究成果对促进旱作节水农业的可持续发展具有重要的现实意义。 ⑤应用情况及存在的问题： 通过该项目的资助，在理清压砂地土壤水热盐耦合迁移机制的基础上，指导农户进行了压砂地西瓜、红枣、枸杞、小麦和胡麻的种植，开展了200亩的技术推广应用，促进了当地经济社会的发展，改善了农民的生活水平，提高了当地的农业生产力。 ⑥历年获奖情况：课题负责人长期从事节水灌溉理论及土壤水热盐动态的研究，主持完成的项目有国家自然科学基金、教育部协同育人项目、甘肃省省政府决策咨询委员会重点研究课题、甘肃省省委组织部陇原青年人才项目和甘肃省教育厅课题等10余项纵向课题，20余项横向课题。荣获甘肃省科技进步三等奖1项，甘肃省水利科技进步一等奖4项、二等奖1项。