PDF《一、项目名称》

一、项目名称 喷、微灌水肥一体化精量调控技术与应用

二、提名者 水利部

三、提名意见 以喷灌和微灌技术为主要形式的现代灌溉农业在落实节水优先 国家战略、保障粮食安全和水安全、助力农业绿色发展中发挥了重要 作用.

然而在喷、微灌发展中存在理论体系不完善、关键技术缺乏、 产品和技术模式适应性差等问题,成为长期束缚喷微灌发展的瓶颈. 喷、微灌水肥一体化精量调控技术与应用 在国家

863 计划等多项 重大科研项目的连续资助下,围绕水肥利用率持续提升的难题,持续 开展

20 余年联合攻关,率先攻克了喷灌冠层截留水量损失和利用率 评价的难题,澄清了喷灌是否节水的疑虑;

系统揭示了喷、微灌水肥 调控原理和作物响应机制,构建了较为完善的喷、微灌水肥一体化理 论体系,引领了水肥一体化领域的研究.针对农田灌溉精准化和规模 化的发展趋势,建成了国内第一套具有自主知识产权的变量灌溉系 统,大大缩短了我国变量灌溉技术与国际先进水平的差距;

提出了均 匀系数分区标准,为相关技术标准修订提供了依据;

研制出系列化的 水肥一体化精量调控配套设备,促进了我国灌溉装备的升级换代;

提 出适合不同区域和作物的喷微灌水肥精量调控技术模式, 为东北节水 增粮等国家节水行动提供了直接的技术支撑,应用成效显著. 该成果获 ICID 国际节水技术创新杰出贡献奖和国际微灌奖各

1 项,获省部级一等奖

2 项;

获发明专利

22 件,软件著作权

4 件,编制7项国家和行业标准,发表论文

239 篇.成果被

5 个权威国际学会 纳入实用技术手册,产生了重大的国际影响力. 同意提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖.

四、项目简介 水肥资源约束是制约农业可持续发展的关键因素, 我国每年因缺 水得不到灌溉的面积在

1 亿亩以上,亩均施肥量达国外先进水平的 3~4 倍, 大力推广喷灌和微灌等高效节水灌溉技术成为保障国家粮食 安全、水安全、助力农业绿色发展的重大战略.本项目紧密跟踪喷、 微灌在我国不同发展阶段存在的理论体系不完善、关键技术缺乏、产 品和技术模式适应性差等问题,开展了

21 年研究,破解了水肥利用 率持续提升和减轻农田面源污染的难题,实现我国喷、微灌技术创新 能力和应用水平的全面提升.

1、创立了喷、微灌水肥模拟优化理论,提高了模型和调控精度. 探明了水、肥在灌溉施肥过程中的不同步特征,创建了灌水和施肥均 匀性评价方法;

发展了可以精确描述滴灌水肥一体化条件下溶质―土 壤界面动态过程的水氮运移模拟模型,精度提高 20%以上;

探明了层 状土壤中养分迁移的滞后性,创立了考虑水氮三维扩散特征、滞后性 及水肥施入次序的微灌系统精准设计与调控方法, 实现了适时适量适 位满足作物水肥需求,产量提高 30%;

首次建立了基于能量平衡的冠 层截留损失计算模型,得出冠层截留净水量损失占灌水量 4%~6%,明 确回答了冠层截留不影响喷灌的节水效果.

2、创新和发展了变量灌溉、喷灌和微灌均匀系数分区标准及水 肥气热综合调控等

3 项关键技术,显著提升了喷、微灌技术水平.建 成我国第一套具有自主知识产权的高精度变量灌溉系统, 灌溉水深控 制误差与国际通用方法相比降低 21%;

首创了基于差异化灌水下限及 精确确定土壤含水率传感器埋深数量和位置的非充分变量灌溉技术 体系,系统造价降低 30%,提升了变量灌溉技术对我国水资源紧缺地 区的适用性;

拓展和深化了国际上对灌溉均匀系数的认识,降低了现 行均匀系数标准的取值范围,为灌溉系统低压运行奠定了理论基础.

3、创制了耐高温低压薄壁滴灌带、多功能喷头等

7 套水肥精量 调控设备,性能达到国际先进水平,推动了喷、微灌设备向低压高性 能的更新换代. 发明了低压运行滴灌设备结构参数优化方法和材料耐 热性能改进的生产工艺,工作压力降低

5 m,耐热温度提高 35℃;

发 明了喷洒角度记忆调节装置和结构简化方法, 提高了喷头运行的抗干 扰能力,攻克了复杂环境和规模化应用条件下水肥精量施入的难题;

形成

3 套针对不同区域和典型作物的喷、微灌水肥精量调控模式, 水分和肥料利用率平均提高 26%和13%,系统能耗降低 19%,为东北 节水增粮、 华北节水压采和西北节水增效等国家节水行动提供了技术 支撑. 项目获发明专利

22 件,软件著作权

4 件,编制

7 项国家/行业 标准,获国际节水技术创新杰出贡献奖和国际微灌奖,两项国际奖每 年度全球仅授奖一项,获省部级一等奖

2 项.取得的原创性成果产 生了重大的国际影响力,被国际农业工程学会等

5 个权威国际学会 纳入实用技术手册.发表论文

239 篇,总引用逾

3363 次.研制产品 国内市场占有率 30%以上,近3年销售

46 亿元,出口

20 余个国家, 创汇

2110 万美元.成果示范应用

1285 万亩,累计节水

22 亿m3 、节肥35 万吨,增收节支逾

69 亿元,辐射推广

3000 万亩,为提高水 肥利用效率、促进农业可持续发展提供了支撑.

五、客观评价

1、成果评价

2017 年9月28 日,水利部科技推广中心组织了以康绍忠院士为 组长的评价咨询专家组对项目进行了科学技术成果评价. 专家组认为 成果总体上达到国际领先水平.

2005 年9月7日,水利部国际合作与科技司组织了以李英能为 组长、康绍忠为副组长的鉴定委员会,对项目中的系列喷头研制和产 业化开发内容进行鉴定,鉴定专家组认为成果总体达到国际先进水 平.

2、主要知识产权 本成果出版专著

4 部,参编

3 部,发表论文

239 篇,其中,SCI 收录

67 篇,EI 收录

100 篇,Web of Science 引用

671 次,EI 引用

242 次,总引用逾

3363 次(国家农业图书馆出具检索报告) .获得国 家发明专利

22 件,实用新型专利

12 件,软件著作权登记

4 件、新产 品鉴定证书

3 件,参编国家标准

7 项(5 项发布,2 项在编) 、行业标 准1项(发布) 、地方标准

2 项(发布) .

3、主要科技奖励 第1完成人李久生获得

2016 年度国际灌排委员会(ICID)国际 农业节水技术创新杰出贡献奖,该奖项每年全球范围仅授予

1 人. 第1完成人李久生获得

2017 年度美国农业与生物工程学会 (ASABE)授予的国际微灌奖,得到微灌技术全球领先的美国农业工 程界的赞赏,是该奖项首次授予非美国籍的科学家,该奖项每年全球 范围仅授予

1 人. 获大禹水利科学技术奖一等奖(2018) ,获农业节水科技奖一等 奖(2012) .

六、推广应用情况 项目形成了适合东北、华北、西北和西南地区小麦、玉米等主要 粮食作物以及设施农业、果蔬等经济作物喷、微灌水肥精量调控技术 模式,在黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、北京、河北、河南、山东、 甘肃、新疆、云南、广西、贵州等

13 个省市区示范推广应用面积达 到1285 万亩.近三年,累计实现节水 22.63 亿m3,减施肥料 35.13 万吨.

七、主要知识产权和标准规范等目录 知识产 权类别 知识产权具体名称 国家 授权号 授权日期 证书编号 权利人 发明人 有效 状态 发明专利 一种双翼型防灼伤滴灌带 中国 201610490532.7 2018.2.2

2802966 大禹节水(天津)有限 公司 王冲,寇潇雨 有效 发明专利 设置电磁阀启闭循环周期的方法 及装置 中国 201410635754.4 2017. 2.15

2384957 中国水利水电科学研 究院;

中农智冠 (北京) 科技有限公司 赵伟霞,李久生,王春晔, 栗岩峰 有效 发明专利 一种确定土壤水分监测仪器埋设 位置的方法和装置 中国 201410814832.7 2016. 1.27

1932030 中国水利水电科学研 究院 赵伟霞,李久生,栗岩峰, 王珍 有效 发明专利 地埋式滴灌专用单向管接旁通及 制备方法 中国 201510432814.7 2018.3.6

2836233 大禹节水(天津)有限 公司 王冲,纪学伟,保功辉,冯 厚军 有效 发明专利 一种旋转射线喷头的角度调节装 置 中国 201310192794.1 2015.5.20

1666559 中国水利水电科学研 究院 栗岩峰,李久生,赵伟霞, 谢时友 失效 发明专利 旋转射线喷头 中国 201410391137.4 2016.10.19

2279536 中国水利水电科学研 究院 栗岩峰,李久生,赵伟霞, 谢时友 失效 发明专利 具有换向旋转装置和角度控制记 忆功能的升降式喷头 中国 200910080297.6 2012.5.30

961628 中国水利水电科学研 究院 栗岩峰,李久生,李蓓,谢 时友 失效 发明专利 一种水肥气高效耦合灌溉供水系 统及灌溉方法 中国 201310269757.6 2015.5.13

1662810 鲁东大学 张振华,李久生,杨润亚, 赵伟霞,潘英华 有效 发明专利 一种测量水气耦合滴灌水气出流 量的系统与方法 中国

2013105553919 2016.2.10

1950267 鲁东大学 张振华,李久生........