农田水利工程专业国家自然科学基金

农田水利工程专业国家自然科学基金2001~2003年资助情况简要分析左强（国家自然科学基金委员会工程与材料科学部水利学科，北京100085） 国家自然科学基金（以下简称科学基金）面向全国，是国家创新体系的重要组成部分，其主要任务是资助自然科学基础研究、应用基础研究和部分应用研究，重点支持具有良好研究条件和研究实力的高等院校和科研机构中的研究人员。设立科学基金制的目的是为了促进我国基础研究的发展，努力使我国的基础科学在世界上占有一席之地，是为了培养、更新和充实基础研究的国家队。科学基金制一贯倡导“依靠专家、发扬民主、择优支持、公正合理”的评审原则，基本形成了专家评专家的较为“公平、公正、公开”的合理资助格局，因而其资助的项目基本反映了国内各学科基础研究领域的发展动态和变化趋势。以下将以近3年（2001~2003年）国家自然科学基金委员会（以下简称科学基金会）工程与材料科学部工程科学五处水利学科农田水利工程专业方向（含农业水土工程）资助的科学基金项目为例，简要分析该专业方向研究领域的资助格局、研究热点、主要研究方法或手段，以期为本次论坛研讨提供一点基本的素材或背景资料。1、近3年资助概况（1）资助项目类别与经费2001~2003年，科学基金会工程材料学部水利学科共资助了农田水利工程专业方向内的26个项目，其中基金重点项目1项；自由申请18项（含小额预研项目3项。小额预研项目每项资助7~10万元，执行期1年），占69%；青年基金6项（含小额预研1项），占23%；地区基金1项；无基金重大项目和杰出青年基金项目。资助项目数约占水利学科近3年资助项目总数的11%，属学科内较小或研究人员较少的研究方向。从资助经费上看，农水专业近3年共获得资助655万元，其中重点项目140万元，自由申请374万元（除3个小额预研项目外，平均23.5万元/项），青年基金119万元（除1项小额预研外，平均22.2万元/项），地区基金22万元。其资助率（资助项目数/申请项目数）和平均资助强度（资助经费总数/资助项目总数）基本与学部的平均水平持平（2003年，工程材料学部的平均资助率约为18%，平均资助强度约24万元/项）。就各年度的资助情况而言，农水专业2001年共资助各类项目8项，资助金额共计149万元；2002年资助10项，资助金额218万元；2003年资助8项（含重点项目1项），经费总额288万元。资助项目总数变化不大，但经费总数基本处于逐年攀升的状态。当然，若不考虑重点项目，仅就面上项目（包括自由申请、青年基金和地区基金）来讲，则无法看到上述逐年增加的趋势。与2002年相比，2003年资助的项目数与经费总额反而下降明显。资助项目数和资助经费总数的徘徊或减少，一方面反映了农水专业方向的研究水平在水利学科中整体不强，尚处于弱势（事实上水利学科在工程材料学部的状况也基本与此类似）；另一方面也说明其基础研究队伍较为单薄，每年的申请量偏少（因为科学基金会的经费分配比例主要依据往年的资助额和当年的项目数来确定）。农水专业近几年无重大项目和杰出青年基金获得者产生，基本上也反映了上述现象。从国家层面上来看，水资源紧缺的局面和发展节水农业的要求已成为当务之急，其中存在着大量的科学问题需要我们去探索和研究。应该承认，目前农田水利工程专业的研究队伍和水平与国家需求的目标尚存在一定的差距。（2）依托单位与项目负责人 上述26个项目共涉及国内11家高等院校和科研院所，具体分布情况如表1所示。表12001~2003年度水利学科农水专业方向资助项目依托单位的分布单位名称获资助项目数量（项）备注武汉大学5中国农业大学5中国农科院（灌溉所、所象所）4西北农林科技大学3含重点项目1项西安理工大学2内蒙古农业大学2清华大学1中国水科院（水利所）1河海大学1太原理工大学1北京市农科院1当然，国内从事农田水利或农业水土工程基础研究工作的绝不只限于上述11家单位，但表1也从一定程度上反映了该专业研究方向目前国内较为活跃的科研单位。武汉大学作为我国农水专业较强的高校，曾对农水专业的发展和科学研究做出过相当大的贡献，目前仍保持着一定的基础研究队伍和发展势头。中国农业大学作为一支新生的农水科研力量，正显示出较大的发展潜力；中国农科院、西北农林科技大学、西安理工大学和内蒙古农业大学仍然是农水科研主战场上的生力军；清华大学和中国水科院，拥有较强的科研实力，应该能做出更大的贡献。以下从项目负责人的角度来分析目前从事农水基础研究工作主要科研力量的年龄结构与层次。所资助的26个项目分别由23位专家主持（其中3人各主持2个项目），其中35岁（含35岁）以下4人，约占总数的17%；35~45岁（含45岁）13人，占长的影响；以河套灌区为背景，有关水盐时空变异数据的稳健性与稳健估计方法研究。另2项的主要研究内容如下： 分析干旱区盐碱地改良过程中的地下水、土壤水盐运动机理，建立适合当地特点的水盐运动模拟模型，研究综合考虑盐碱地改良与节水、水质环境等目标要求的农田排水多准则优化设计模型与方法，探索农田排水可持续利用概念下的水质、水量联合优化调度模型与算法。 以河套灌区为背景，主要研究现有农业耕作技术水平下，含盐土壤中作物耗水与光合作用的关系；作物缺水性信号与缺水状况的定量诊断方法；作物对适度水分亏缺的补偿效应；水、盐胁迫对水分散失、光合作用及光合产物分配的动态影响。（6）水资源利用与生态效应（4项） 水资源利用对生态环境的影响、生态需水量及其时空变化规律等问题，已日益受到人们的普遍关注。与此有关的项目申请正逐年增温，已资助项目的主要研究内容有：西北干旱区典型林草的需水、耗水规律研究（重点项目）；土壤结构稳定剂（PAM）和抗旱剂对雨养农业地区抗旱、抗侵蚀的影响；农业种植结构调整对渭北旱塬区农田水分生态效应的影响；农田控制排水对减少地表水质污染的影响。（7）污水灌溉（2项） 已资助的与污水灌溉有关项目的主要研究内容如下：污灌条件下的氨挥发及有机氮、磷的运移、转化规律与模拟、有机氮的矿化；作物对污水中污染物的吸收与转化；盐分组成与盐分含量对作物吸氮和铵吸附的影响；污灌中盐分与有机质的相互作用及对土壤硝化、反硝化和温室气体N2O排放的影响；污灌区地下水、土壤水水质污染的预测预报等。（8）农田排水（2项） 20世纪80年代前曾经热闹的农田排水研究似已逐步冷清，与日益状大的灌溉研究队伍已形成极大的反差。尽管数量较少，所幸有人仍在坚持，涉猎的研究内容除了在传统意义上有所发展的盐碱地改良的多目标排水优化设计外，资助的另一项目——利用农田控制排水以承纳部分污水（其中含有可供作物吸收的水分、养分）、从而减少对地表水的污染，则给了我们或多或少的清新气息。3、资助项目的研究方法与手段（1）实验方法 专业方向的限制使得农水专业领域资助的项目几乎都需开展各式各样的实验，以获取有效的数据资料，或用于计算参数、分析某种机理与关系，或用于校验模型、统计规律。所资助的26个项目中，仅2个项目未设计实验，但仍需收集大量的资料来完成其研究工作；其余的24个项目均需依靠各类实验来支撑其研究内容，占总数的92%，其中布置田间实验的有18项，占70%；从事室内（包括温室）实验工作的17项，占65%；同时开展田间、室内实验的11项，占42%。由此可见，农水专业的各类研究目前仍然需依赖于物理实验，无法像数学、天文、物理等学科的某些方向一样，可以从事纯理论的研究。这一方面是因为该学科领域的研究对象非常复杂，另一方面也说明人们对该专业领域内的诸多规律、机理还缺乏足够的认识。（2）数学方法 易于探讨机理和描述动态变化过程的各类数学方法或数值模拟手段已被广泛接受和应用。已资助的项目中，约69%的项目（18项）都计划采用不同的数值方法来模拟水分、盐分或养分的运动过程或分布；另8个项目未涉及数值模拟，主要通过各种实验方法获得不同变量间的关系（包括简单的回归统计），以分析某些机理或变化规律。 就选用的数值模拟方法而言，传统的有限单元法和有限差分法依然占据着主导地位，其它有特色的方法包括： 运用分形几何理论，描述滴灌灌水器流道的流态特征和随测量尺度变化的参数的随机变异程度； 在部分机理尚不清楚且影响关系较为复杂的情况下，引入人工神经网络模型分析水分、养分对作物生长的影响； 引入随机微分方程描述多孔介质的空间变异性和地下水运动的随机变化过程； 应用地质统计学方法研究土壤的空间变异性，或与过程模型相结合研究土壤水盐的时空变异性，为尺度转换提供理论依据。 总而言之，数学方法已成为农田水利定量研究中一种不可缺少的手段，传统的定性分析方法已很难胜任目前的各种研究工作。（3）物理、化学、生物和其它方法 农田水利的研究对象应涉及众多的物理、化学和生物过程。坦率地讲，农田水利与物理学的结合还是相当密切的，许多物理学的方法或原理都已被引入农田水利的研究之中，如水力学、土力学、热传导、质量守恒、能量守恒等，这在所资助的许多项目中都有具体的体现，这里不再一一细说。但物理学中是否还有已成熟的理论可用于农田水利的研究，仍值得我们去思考和探索。 至于农田水利与化学和生物学的有机结合，目前尚处于起步阶段。从所资助的项目来看，涉及化学过程的项目有5项，主要是关于氮、磷、污染物的运移和转化，PAM和抗旱剂在土壤中的行为等；涉及生物过程的项目5项，主要探讨的是土壤水分、养分状况与作物的某些生理、生化特征之间的关系。事实上，农田土壤中存在着大量的化学、生物学过程，如化肥、农药和灌溉污水中的各种元素在土壤中的迁移与转化，土壤生物、微生物对水分、养分运移的影响，植物根系的构型与功能及其对光合产物形成的影响，水肥调控与作物耐旱生理特性的关系等等。如何与化学、生物学和农学专家联姻，找准农田水利与化学、生物学、农学的结合点，取得具有创新性的研究成果，还有待于大家的共同努力。 此外，为了探索土壤的空间变异性、解决尺度效应或尺度提升的问题，少数项目已在尝试引入遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、数字高程模型（DEM）以及水文模型等方法，从而完成由点及面的跨越。当然，这些工作也仅仅只是起步，在今后若干年内，都将会是农田水利专业内的研究热点。【作者简历】左强，男，1965年8月出生，博士,中国农业大学资源环境学院土壤和水科学系教授，博士生导师.中国农业大学资源环境学院节水农业磴口试验站站长，中国农业大学资源环境学院农业水管理研究所所长，