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现代节水农业技术体系及新产品研究与开发

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  经过三年来的实施,专项已取得了一系列具有重大技术创新和科技突破的成果,初步构建起具有我国特色的现代节水农业技术体系,对推动我国节水农业的快速发展起到十分积极的作用,获得了十分显著的经济、社会、环境效益。

  (一)节水农业前沿与关键技术创新取得突破性进展

  部分领域已挤身国际先进水平,使我国节水农业技术整体水平与世界先进国家的差距缩短5-10年。

  1.建立了抗旱节水型作物鉴定评价技术,筛选出一批抗旱节水新材料和新品种

  利用上述技术鉴定了1604份作物抗旱节水特性,筛选出52份抗旱节水种质材料和抗旱节水新品种13个,其中8个品种通过国家品种审定委员会审(认)定,参加国家或省级区域试验的新品系约60个。申请新品种保护权4项,作物抗旱节水新品种13个。

  筛选品种的产量在中等干旱条件下较对照产量提高10%,作物水分利用效率(WUE)提高20%-40%,严重干旱条件下较对照产量提高15%,这些品种已在生产中应用推广4000多万亩。

  2.基于“3S”技术与生命需水信号的作物精量控制灌溉技术挤身世界先进行列,大幅度提高了田间灌水效率

  提出基于作物生命需水信号的控制性分根交替灌溉技术,根据作物生长发育的规律和特点,在作物不同生长阶段采取相应的生理调控措施,控制作物代谢和生长发育的进程,协调作物根系与地上部分生长的关系,促进光合产物和养分由叶片向籽粒的运转,提高籽粒产量和作物水分利用效率。可以达到不牺牲作物光合产物积累和产量而大幅度节省水分消耗量的目的,灌溉水利用率提高20%-30%,作物水分生产效率达到2kg/m3。

  3.环保型集雨新材料取得突破性进展,集流效率得到明显提高

  研发出具有环保理念的土壤固化剂、有机硅和地衣生物等三种集雨效率高、施工简单、工程造价低的集雨面新材料。新型土壤固化剂可有效发挥土体硅铝酸盐矿物潜在的活性,使其界面形成牢固的多晶粘土聚集体,在有效消弱土体分散、促进基本结构单元像界面紧密接触的同时,改善土体颗粒相界面接触的本质,使其产生较高的强度和水稳定性,新材料比水泥土强度高68%,集流效率达85%-91%,该材料可就地取材,每平方米投资仅3-4元,与砼集流面相比,每平方米节省投资8-10元,单位面积造价降低70%以上。新型喷涂型有机硅材料中的有机硅活性基团与土壤表面Si-O(OH)基以氢键或化学键结合,形成一层无色透明的固体涂膜且由于涂膜中烷基定向排列,使涂脂产生憎水性能。该材料可直接喷施于土表,单位面积造价为2元/m2,集流效率可达60%以上。地衣生物集雨新材料可使0.5cm水层在其上停留6小时不发生渗漏现象,汇集的径流量较对照提高27%,研制的专用营养调理剂可生物集雨面的建造时间由过去的3年缩短为30天。

  4.建立了微咸水、咸水灌溉及农业高效持续利用技术

  获得了不同区域微咸水、咸水安全灌溉的技术参数;基本搞清了不同类型作物咸水、微咸水灌溉的影响效应,阐明了非常规水灌溉对作物产量与品质的影响。建立了以小流域为尺度的微咸水、咸水农业利用为中心、两水拦蓄调水调盐为核心的非常规水灌溉流域水盐调控模式、技术及工程体系,使微咸水灌溉安全指标由传统的0.3%提高到0.5%,经连续2年的试验验证,莱州王河沿海流域地下水矿化度分别由原来的4.226‰降至3.649‰和1.526‰降至1.061‰,下降幅度为13.65%-30.47%,而未采用该技术的地下水矿化度仅下降10%。用大于0.3%矿化度的地下苦咸水灌溉,粮食产量比不灌溉增产30%-60%。

  5.首次在国际上建立微灌产品快速开发平台,有效提高了产品开发的速度和质量

  发明了“一体化”灌水器结构设计与快速制造方法,实现无模具快速制作灌水器试验件,通过灌水器水力性能试验,实现灌水器设计的快速定型,使开发周期显著缩短,单循环开发时间由原来的3~5个月缩短到3~5天,而开发成本由5万元左右降低到2千元以下。采用多点定量补充方法使快速成型精度由原来的0.1mm提高到0.02mm,从而使我国高精度微灌设备快速开发平台技术水平处于国际领先地位。

  首次采用计算流体力学数值分析和可视化方法对迷宫流道内的流动特性进行了研究,揭示了流道内水压力、流量、流阻以及流场的变化和分布规律。发明了基于流动特性的迷宫流道主航道设计方法,消除了灌水器迷宫流道内的速度死区,避免了灌溉水中固体颗粒的沉积以及防止微生物的滋长,从根本上解决了灌水器使用时容易堵塞这一国际上的技术难题。

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