滴灌是全球干旱区最具推广潜力的节水技术之一。仅在我国新疆地区，大田滴灌使用面积已超6000万亩，甘肃、内蒙、宁夏等干旱区也在大面积推广。由于滴灌水肥一体化技术的普及，带动了农业耕种管收等环节的全面现代化。围绕滴灌节水问题，国内外学术界一直存在争论，使用滴灌后，作物长势更好，滴灌还一定能节水吗？滴灌是如何去影响作物生长的？滴灌推广能否解决干旱区农业缺水问题？
针对上述问题，中国农业大学石羊河实验站团队从上世纪90年代就开始研究滴灌的问题，当时受限于条件限制，主要是开展一些小区对比实验。从2014年起，中国农业大学石羊河实验站在国内外首次开展了大面积的覆膜滴灌与农户广泛使用的覆膜畦灌技术的大田水热碳氮通量对比监测实验（超过3000亩规模，持续至今），2017年至2020年开展了滴灌与畦灌的小麦水热通量及生长对比实验，2019至2022年开展了滴灌与畦灌的大豆水热通量与生长对比实验，通过上述极具代表性的对比观测实验，在滴灌节水增产提效新机理与量化模型方面取得一系列新的发现和突破，主要包括：
（1）表明滴灌主要是通过降低土壤蒸发、减少水分深层渗漏、缩短作物生育期、增加收获指数等系列新机制达到节水省肥增产功效（对比传统畦灌）。作物蒸腾量变化不大，在某些年份甚至还会增加。通过对2014-2022年大面积滴灌玉米田与畦灌玉米田的持续监测，表明滴灌将当地玉米多年平均灌溉量500mm下降到400mm以内，灌溉节水率20%以上，未来通过发展智慧滴灌技术，节水率有望进一步提高。滴灌减少玉米蒸发蒸腾量ET年均40-50mm，主要原因为土壤蒸发减少及生育期的缩短。滴灌消减氮淋失量与氨挥发量50%以上，提高氮肥利用率20%以上。9年长期定位观测表明滴灌对比畦灌使玉米生育期平均缩短10-14天，玉米收获指数平均提高3-5%，产量平均提高7-10%。（见以下代表性论文1，2，3）
（2）滴灌的使用，改变了作物生长发育进程，造成了明显的作物物候效应。团队在国际上率先报道了滴灌的加速生长效应，认为其主要原因是滴灌减少灌溉后，土壤温度增加，尤其表层地温增加明显，地温的增加使得作物生长显著加速。玉米生育期平均缩短10-14天，小麦生育期平均缩短5-7天，大豆生育期3-5天。研究还表明，滴灌使干物质分配更有利于向果实部分累计，地上地下干物质比例明显增加。研究还发现，不同作物对滴灌调控反应不一。玉米在使用滴灌后叶面积指数明显增加，而小麦在使用滴灌后叶面积指数反而减少（最后产量仍然提高），主要原因为滴灌在小麦苗期水分的减少会降低分蘖数，从而降低叶面积指数，但滴灌通过减少光合午休等途径提高了光合效率，最终产量提升10%以上。（见以下代表性论文4，5）
（3）滴灌对农田温室气体减排具有明显作用。对比畦灌，滴灌使N2O排放降低32.46%，CH4吸收提高23.49%，CO2排放降低4.53%。土壤硝态氮含量对滴灌处理下的N2O和CH4通量的影响较大，而土壤铵态氮含量则对滴灌和畦灌处理下的CO2通量以及畦灌处理下的CH4通量的影响较大。此外，滴灌处理玉米灌溉水利用效率和氮肥偏生产力分别比畦灌处理高17.90%和71.84%，全球变暖潜势和温室气体排放强度分别比畦灌处理低6.65%和20.79%。（见代表性论文6）
（4）发展了滴灌条件下水碳通量多过程模拟方法。包括比较了机器学习模型与传统物理模型预测玉米总初级生产力的精度，表明机器学习尤其是支持向量回归模型，具备较高的预测精度和稳定性；改进了直角双曲线光合模型，有效提高了玉米GPP的模拟精度；耦合Friendlingsten模型与Logistic模型，显著提升了营养生长时期玉米干物质向根、茎和叶的分配模拟；通过对国际著名水碳氮多过程耦合模式-Coupmodel模型的改进，实现了对覆膜及滴灌等复杂条件下多过程的精确模拟。（见代表性论文7，8，9，10）
以上成果先后发表在AFM、STTE、JH、AGM、EJA等行业主流期刊上，并获2021年全国农业节水科技进步一等奖和2022年教育部自然科学二等奖，回答了行业关注的上述热点问题，为未来干旱区大面积推广滴灌提供了重要科学基础。研究受到中国农业大学石羊河实验站康绍忠院士团队长期指导和支持，受到中国农业大学"人才培育发展支持计划"青年科学家创新团队及国家自然科学基金等项目资助。
成果代表性论著：
[1]Wang, Y.H., Li, S.E., Qin, S.J., Guo, H., Yang, D.N., Lam, H.-M. How can drip irrigation save water and reduce evapotranspiration compared to border irrigation in arid regions in northwest China [J]. Agricultural Water Management, 2020, 239: 106256. (Q1, 通讯)
[2]Wang, Y.H., Li, S.E., Liang, H., Hu, K.L., Qin, S.J., Guo, H. Comparison of water-and nitrogen-use efficiency over drip irrigation with border irrigation based on a model approach [J]. Agronomy, 2020, 10, 1890. (Q1, 通讯)
[3]Yang, D.N., Li, S.E., Kang, S.Z., Du, T.S., Guo, P., Mao, X.M., Tong, L., Hao, X.M., Ding, R.S., Niu,J. Effect of drip irrigation on wheat evapotranspiration, soil evaporation and transpiration in Northwest China [J]. Agricultural Water Management, 2020, 232, 106001. (Q1, 通讯)
[4]Yang, D.N., Li, S.E., Wu, M.S., Yang, H.B., Zhang, W.X., Chen, J., Wang, C.Y., Huang, S.Y., Zhang, R.Q., Zhang, Y.X. Drip irrigation improves spring wheat water productivity by reducing leaf area while increasing yield [J]. European Journal of Agronomy, 2023, 143, 126710. (Q1, 通讯)
[5]Wang, C.Y., Li, S.E., Wu, M.S., Zhang, W.X., He, H.X., Yang, D.N., Huang, S.Y., Guo, Z.Y., Xing, X.L. Water use efficiency control for a maize field under mulched drip irrigation [J]. Science of The Total Environment, 2023, 857, 159457. (Q1, 通讯)
[6]Wang, C.Y., Li, S.E., Wu, M.S., Wang, X.H., Wang, S.J., Guo, Z.Y., Huang, S.Y., Yang, H.B., Gao, L. High efficiency and low greenhouse gas emissions intensity of maize in drip irrigation under mulch system [J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2023, 346, 108344. (Q1, 通讯)
[7]Guo, H., Zhou, X., Dong, Y., Wang, Y.H., Li, S.E. On the use of machine learning methods to improve the estimation of gross primary productivity of maize field with drip irrigation [J]. Ecological Modelling, 2023, 476(804):110250. (Q2, 通讯)
[8]Guo, H., Li, S.E., Kang, S.Z., Du, T.S., Liu, W.F., Tong, L., Hao, X.M., Ding, R.S. Comparison of several models for estimating gross primary production of drip-irrigated maize in arid regions [J]. Ecological Modelling, 2022, 468(3):109928. (Q2, 通讯)
[9]Zhang, R.Q., Yang, D.N., Li, S.E., Chen, J.L., Hu, D., Guo, H., Wang, C.Y., Wang, Y.H., Cong, X. Coupling of environmental factors and growth stages in simulation of maize biomass allocation [J]. Plant and soil, 2022. (Q1, 通讯)
Wang, C.Y., Li, S.E., Wu, M.S., Jansson, P.-E., Zhang, W.X., He, H.X., Xing, X.L., Yang, D.N., Huang, S.Y., Kang, D., He, Y. Modelling water and energy fluxes with an explicit representation of irrigation under mulch in a maize field [J]. Agricultural and Forest Me
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