科创中国

棉花是当今国际社会上重要的生活物资和战略物资，棉花生产事关国防、经济和民生。新疆是我国棉花的最主要生产区，新疆棉花的可持续发展事关国家棉花需求和战略安全。水资源决定着新疆社会经济的命脉，膜下滴灌被誉为新疆农业发展的一场革命！然而，伴随膜下滴灌规模化推广及长期持续应用，棉田土壤局部湿润、干湿交替水分动态，改变了盐分、养分分布运移模式，加剧了残膜持续输入危害，主导了微生物群落演替。膜下滴灌棉田生境要素发生了显著改变，严重影响了棉花生长、产量和品质。

该项目针对干旱区水资源短缺、土壤盐碱化以及长期覆膜滴灌棉田伴生的残膜污染、土壤微生境恶化等严重生态问题，通过连续15年农田原位观测和室内模拟分析，系统研究了长期膜下滴灌棉田土壤盐分、残膜、养分和微生物等关键生态因子时空演变过程，提出了一系列应对覆膜滴灌负效应的调控措施，产出了一批原创、高水平的学术成果，推动了膜下滴灌技术的可持续发展和援外输出，建成了一支顶天立地的研发团队，支撑了兵团建设全国节水灌溉示范基地、西北节水增效和国家节水行动计划。

成果首次明确了干旱区长期膜下滴灌棉田土壤盐分表聚原理和次生盐碱化假象，系统揭示了膜下滴灌棉田全周期长系列盐分时空迁移驱动及演变机理，创新构建了长期膜下滴灌棉田驱-降-排高效节水控盐与水-肥-盐多因素综合调控技术模式；首次确定了现行覆膜耕作及残膜回收机制下长期膜下滴灌棉田土壤残膜累积和分布特征，明晰了棉田残膜对春旋、秋耕、棉杆还田等农艺措施的响应机制，研发了基于地膜减增量的秸秆碳化还田与降解膜覆盖棉花根际微环境调控技术模式；首次阐明了长期膜下滴灌棉田土壤微生物群落结构与理化性质变化规律，首次探明了多因素交互改变根区生境-棉田质量和综合效益的作用机理与多因素耦合长期膜下滴灌棉田土壤微生境质量变迁特征，创新提出了长期膜下滴灌棉田土壤微生境多路径增氮固碳调控技术，形成了长期膜下滴灌土壤微生境调控综合模式；建成了基于虚拟仿真和增材制造联合技术的滴灌设备快速研发体系，创新研发了自动反冲洗过滤器、灌溉水增温装置、系列新型抗堵塞灌水器、双喉部文丘里施肥器和水肥自动灌溉系统等棉田滴灌系统核心设备。

长期膜下滴灌棉田生境要素调控基础理论技术。成果首次明确了长期膜下滴灌棉田土壤盐分表聚原理和次生盐碱化假象，量化了季节性冻融循环对土壤次生盐渍化的贡献率，揭示了长期膜下滴灌棉田残膜分布及累积趋势，明晰了长期膜下滴灌棉田土壤微生物丰度和多样性变化特征及微生物多样性对土壤次生盐渍化的响应机理；构建了长期滴灌棉田节水控盐降残膜及地力提升综合调控技术体系；破解了膜下滴灌可持续推广的疑虑和担忧，支撑了国家节水灌溉示范基地建设和现代农业发展。

长期膜下滴灌棉田高效节水控盐应用技术。成果提出了长期膜下滴灌棉田全周期节水控盐灌溉优化制度，阐明了冬春灌对水盐分布及经济效益的影响，明确了适宜北疆棉田的冬春灌灌溉方式及最优灌水定额。构建了长期膜下滴灌棉花生育期和非生育期灌排协同节水控盐技术模式，阐明了灌排联动条件下土壤淋洗特征，确定了效果、效益较好的暗管排盐工程布置模式。基于棉秆还田、无膜移栽、生物可降解膜、液体地膜对滴灌棉花土壤水热盐及棉花生长的影响机理，构建了基于地膜减增量的滴灌棉花根际微环境调控技术模式。

棉田滴灌系统关键技术设备。成果围绕棉田滴灌系统从首部到田间的全过程，研发构建了保障稳定滴灌的梯级泥沙处理技术体系及配套设施设备：提出的新型双重沉沙池，相较传统沉沙池建设面积减少了30%以上，降低工程造价36.60%；首次将射流清洗技术引入农业过滤器自清洗，结合创新提出的波浪形滤网结构研发了自动反冲洗过滤器，自动识别杂质堵塞程度、自动排污清洗，清洗速度快，除污彻底，清洗用水量相较同类产品大幅减少90%以上；创新研发的离散型流道叠片过滤器，水头损失相较同类产品降低33.5%-50%，水力性能显著。针对不同地形、土壤类型等，研发了系列新型抗堵塞灌水器，包括穿孔型滴灌灌水器、涡旋消能滴灌灌水器、分流对冲式滴灌灌水器、压力补偿灌水器等多种灌水器，充分利用分流、对冲、旋涡三种消能形式，在优化消能效果的同时提高了滴头自清洗能力，堵塞周期相较市面同类产品延长了35%以上，流态指数均低于0.47，水力性能和抗赌性能优异。充分利用新疆丰富的光热资源，基于光伏光热技术，设计了棉田灌溉水增温系统，对灌溉水进行增温的同时可产生电能，出水口水温最高可达21.5℃，增温幅度最高可达12.5℃。

适用条件：该模式适用于干旱区采用膜下滴灌技术种植棉花等大田作物。

1）生育期节水驱盐技术：根据不同盐渍化程度，确定合理生育期的灌水量和灌水次数，充分发挥高频滴灌驱盐功效。

2）非生育期降盐技术：在受潜在盐渍化威胁的干旱地区，需在非生育期采用冬春灌结合明沟或暗管大定额排水洗盐的方法，排出长期滴灌下的农田累积盐分，维持农田土壤环境健康。

3）灌排协同排盐技术：暗管排盐与冬春灌洗盐相结合。

4）深翻耕作技术：深翻要打破犁底层，改善土壤结构，优化土地质量，增强土壤渗透能力，犁耕深翻深度为30-40 cm，深耕深度误差不超过2厘米，深翻耕作后须配合机械化平田整地技术整平地面。

5）棉秆炭化还田技术：棉秆炭化还田量为1.14-1.20 t/亩，粉碎棉秆时要用大型秸秆粉碎机，使棉秆粉碎的长度在3-5 cm左右，以免秸秆过长土压不实，地不沉实，影响作物的出苗与生长。粉碎之后要尽快进行秋翻将秸秆翻耕入土，最好是边粉碎边耕翻，这样可以让秸秆尽快翻入土壤，秋翻深度应在25-30 cm以上，加快秸秆分解的速度，同时也可以避免秸秆损失。棉秆还田后，补充氮肥20-30 kg N/亩，土壤微生物在分解棉秆时，与下茬作物幼苗争夺土壤中氮素的现象。棉秆还田时要选用生长良好的棉花秸秆，不要将带有棉花枯黄萎病的秸秆翻埋还田，一定将带有病菌秸秆运出田外处理，彻底切断病菌的污染，以免病害蔓延和传播。

6）降解膜替代技术：秸秆覆盖替代地膜，秸秆覆盖量为800-1000 kg/亩，秸秆长度为3-5 cm，“表层+深层秸秆覆盖”有效抑制水分蒸发散失，抑制深层盐分上移，有利于脱盐区的形成；完全生物降解地膜、光解地膜、生物光降解地膜等替代地膜，优先采用诱导期65天的PBAT母料生物降解地膜（透明，厚度0.015 mm）替代新疆地区传统地膜。

7）生物炭施用技术：对于轻度盐渍化土壤，随基肥撒播并翻耕进行改良，生物炭施用量为10-20 t/hm²；对于中重度盐渍化土壤，物炭施用量为30-40 t/hm²。

8）水肥制度优化技术：在淡水资源短缺地区，结合滴灌棉田冬春灌，非盐渍化土壤可采用微咸水亏缺灌溉，生育期内灌溉定额在85%-100%充分灌溉定额，可获得较高的产量和水肥利用效率。

王振华，国务院特殊津贴专家、全国宝钢优秀教师奖。主要从事干旱区节水灌溉科研和教学工作。现任石河子大学水利建筑工程学院院长、现代节水灌溉兵团重点实验室主任、石河子大学科协副主席。入选第四批国家万人计划-青年拔尖人才、第一层次“兵团英才”。主持科技部第三次新疆综合科学考察项目1项，国家自然科学基金项目5项、中国工程院院士咨询研究课题2项、国家科技支撑计划专题5项及其他省部级以上科研计划20项。授权发明专利4项、授权实用新型专利27项，研究成果荣获省部级科技进步一等奖7项、二等奖2项、三等奖4项。 李文昊，水利部青年拔尖人才，中国青年科技工作者协会农业科学与技术专业委员会委员。开展以大田滴灌为核心的节水灌溉科技创新、示范推广和科研育人等工作。主持完成省部级以上项目6项，企业委托项目2项。授权专利8件，软件著作权3件。成果荣获省部级科技进步奖5项，二等奖2项。获石河子大学“五四”青年奖章。郭立，长期从事地球关键带水文土壤和生态水文领域的多尺度观测、机理认识、过程模拟和综合集成。研究方向包括“根-土-水”相互关系、流域土壤水分时空规律、坡面产汇流机制、水资源管理和生态水文遥感。先后主持国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（海外）、青年项目各1项，主持四川省区域创新合作项目等省部级科研项目4项。2019年入选四川大学“双百人才工程”。张金珠，主要从事干旱区节水灌溉理论与技术，主持并完成国家自然基金1项，主持兵团灌溉实验项目5项。授权专利5项，获自治区科技进步三等奖1项、兵团科技进步二等奖1项，节水科技奖二等奖1项，入选水利部成熟适用水利科技成果推广清单1项。宋利兵，主要从事农业水利工程、水利水电工程专业的教学和科研工作，主要研究领域为节水灌溉、作物生境调控、气候变化、作物生态系统模拟等。主持国家自然科学基金地区基金1项，主持单位委托项目2项，主持校级项目2项，以主要参与人参与省部级项目5项。团队骨干研发人员。 李海强，中国土壤学会会员、中国水土保持学会会员。目前主要从事长期覆膜滴灌生态演变和水土保持等方向教学和科研工作。目前主要参与的项目有：兵团南疆重点产业创新发展计划项目“南疆自压灌区节水控盐与水肥一体化关键技术集成研究”和兵团重大科技项目“干旱区现代灌区与智慧农业技术体系研究与示范”课题一“现代灌区与绿洲农业灌排技术保障体系研究与示范”。团队骨干研发人员 

新疆维吾尔自治区节约用水办公室评价该成果，“明晰了长期膜下滴灌生境要素变迁与调控机制，丰富了膜下滴灌节水理论和技术，为深入推广膜下滴灌提供了重要理论依据。成果对于全区节水行动计划推进和农业节水高质量发展具有重要指导价值，有利于进一步加大田间高效节水灌溉推广力度，实现新疆水安全有效保障、水资源高效利用” 。

新疆生产建设兵团水土保持与水利发展中心评价该成果，“丰富和发展了干旱区膜下滴灌理论和技术，为兵团大力推广膜下滴灌提供了重要理论依据和技术支撑，有力促进了膜下滴灌在全疆乃至全国的推广应用，推动形成了大田滴灌兵团范式，支撑兵团引领了国家节水灌溉发展，为兵团今后膜下滴灌长期可持续应用和水利高质量发展提供了重要理论指导”。

新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司认为，“研究成果对于我院节水灌溉工程和高标准农田规划设计具有重要参考价值，我院借鉴成果先后完成了石河子、图木舒克、阿克苏等兵团和地方灌区730万亩膜下滴灌和高标准农田设计工作。”

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