農(nóng)田水利工程專業(yè)國(guó)家自然科學(xué)基金

農(nóng)田水利工程專業(yè)國(guó)家自然科學(xué)基金2001~2003年資助情況簡(jiǎn)要分析左強(qiáng)（國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)工程與材料科學(xué)部水利學(xué)科，北京100085） 國(guó)家自然科學(xué)基金（以下簡(jiǎn)稱科學(xué)基金）面向全國(guó)，是國(guó)家創(chuàng)新體系的重要組成部分，其主要任務(wù)是資助自然科學(xué)基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和部分應(yīng)用研究，重點(diǎn)支持具有良好研究條件和研究實(shí)力的高等院校和科研機(jī)構(gòu)中的研究人員。設(shè)立科學(xué)基金制的目的是為了促進(jìn)我國(guó)基礎(chǔ)研究的發(fā)展，努力使我國(guó)的基礎(chǔ)科學(xué)在世界上占有一席之地，是為了培養(yǎng)、更新和充實(shí)基礎(chǔ)研究的國(guó)家隊(duì)?？茖W(xué)基金制一貫倡導(dǎo)“依靠專家、發(fā)揚(yáng)民主、擇優(yōu)支持、公正合理”的評(píng)審原則，基本形成了專家評(píng)專家的較為“公平、公正、公開”的合理資助格局，因而其資助的項(xiàng)目基本反映了國(guó)內(nèi)各學(xué)科基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)和變化趨勢(shì)。以下將以近3年（2001~2003年）國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱科學(xué)基金會(huì)）工程與材料科學(xué)部工程科學(xué)五處水利學(xué)科農(nóng)田水利工程專業(yè)方向（含農(nóng)業(yè)水土工程）資助的科學(xué)基金項(xiàng)目為例，簡(jiǎn)要分析該專業(yè)方向研究領(lǐng)域的資助格局、研究熱點(diǎn)、主要研究方法或手段，以期為本次論壇研討提供一點(diǎn)基本的素材或背景資料。1、近3年資助概況（1）資助項(xiàng)目類別與經(jīng)費(fèi)2001~2003年，科學(xué)基金會(huì)工程材料學(xué)部水利學(xué)科共資助了農(nóng)田水利工程專業(yè)方向內(nèi)的26個(gè)項(xiàng)目，其中基金重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)；自由申請(qǐng)18項(xiàng)（含小額預(yù)研項(xiàng)目3項(xiàng)。小額預(yù)研項(xiàng)目每項(xiàng)資助7~10萬元，執(zhí)行期1年），占69%；青年基金6項(xiàng)（含小額預(yù)研1項(xiàng)），占23%；地區(qū)基金1項(xiàng)；無基金重大項(xiàng)目和杰出青年基金項(xiàng)目。資助項(xiàng)目數(shù)約占水利學(xué)科近3年資助項(xiàng)目總數(shù)的11%，屬學(xué)科內(nèi)較小或研究人員較少的研究方向。從資助經(jīng)費(fèi)上看，農(nóng)水專業(yè)近3年共獲得資助655萬元，其中重點(diǎn)項(xiàng)目140萬元，自由申請(qǐng)374萬元（除3個(gè)小額預(yù)研項(xiàng)目外，平均23.5萬元/項(xiàng)），青年基金119萬元（除1項(xiàng)小額預(yù)研外，平均22.2萬元/項(xiàng)），地區(qū)基金22萬元。其資助率（資助項(xiàng)目數(shù)/申請(qǐng)項(xiàng)目數(shù)）和平均資助強(qiáng)度（資助經(jīng)費(fèi)總數(shù)/資助項(xiàng)目總數(shù)）基本與學(xué)部的平均水平持平（2003年，工程材料學(xué)部的平均資助率約為18%，平均資助強(qiáng)度約24萬元/項(xiàng)）。就各年度的資助情況而言，農(nóng)水專業(yè)2001年共資助各類項(xiàng)目8項(xiàng)，資助金額共計(jì)149萬元；2002年資助10項(xiàng)，資助金額218萬元；2003年資助8項(xiàng)（含重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)），經(jīng)費(fèi)總額288萬元。資助項(xiàng)目總數(shù)變化不大，但經(jīng)費(fèi)總數(shù)基本處于逐年攀升的狀態(tài)。當(dāng)然，若不考慮重點(diǎn)項(xiàng)目，僅就面上項(xiàng)目（包括自由申請(qǐng)、青年基金和地區(qū)基金）來講，則無法看到上述逐年增加的趨勢(shì)。與2002年相比，2003年資助的項(xiàng)目數(shù)與經(jīng)費(fèi)總額反而下降明顯。資助項(xiàng)目數(shù)和資助經(jīng)費(fèi)總數(shù)的徘徊或減少，一方面反映了農(nóng)水專業(yè)方向的研究水平在水利學(xué)科中整體不強(qiáng)，尚處于弱勢(shì)（事實(shí)上水利學(xué)科在工程材料學(xué)部的狀況也基本與此類似）；另一方面也說明其基礎(chǔ)研究隊(duì)伍較為單薄，每年的申請(qǐng)量偏少（因?yàn)榭茖W(xué)基金會(huì)的經(jīng)費(fèi)分配比例主要依據(jù)往年的資助額和當(dāng)年的項(xiàng)目數(shù)來確定）。農(nóng)水專業(yè)近幾年無重大項(xiàng)目和杰出青年基金獲得者產(chǎn)生，基本上也反映了上述現(xiàn)象。從國(guó)家層面上來看，水資源緊缺的局面和發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的要求已成為當(dāng)務(wù)之急，其中存在著大量的科學(xué)問題需要我們?nèi)ヌ剿骱脱芯?。?yīng)該承認(rèn)，目前農(nóng)田水利工程專業(yè)的研究隊(duì)伍和水平與國(guó)家需求的目標(biāo)尚存在一定的差距。（2）依托單位與項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 上述26個(gè)項(xiàng)目共涉及國(guó)內(nèi)11家高等院校和科研院所，具體分布情況如表1所示。表12001~2003年度水利學(xué)科農(nóng)水專業(yè)方向資助項(xiàng)目依托單位的分布單位名稱獲資助項(xiàng)目數(shù)量（項(xiàng)）備注武漢大學(xué)5中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)5中國(guó)農(nóng)科院（灌溉所、所象所）4西北農(nóng)林科技大學(xué)3含重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)西安理工大學(xué)2內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)2清華大學(xué)1中國(guó)水科院（水利所）1河海大學(xué)1太原理工大學(xué)1北京市農(nóng)科院1當(dāng)然，國(guó)內(nèi)從事農(nóng)田水利或農(nóng)業(yè)水土工程基礎(chǔ)研究工作的絕不只限于上述11家單位，但表1也從一定程度上反映了該專業(yè)研究方向目前國(guó)內(nèi)較為活躍的科研單位。武漢大學(xué)作為我國(guó)農(nóng)水專業(yè)較強(qiáng)的高校，曾對(duì)農(nóng)水專業(yè)的發(fā)展和科學(xué)研究做出過相當(dāng)大的貢獻(xiàn)，目前仍保持著一定的基礎(chǔ)研究隊(duì)伍和發(fā)展勢(shì)頭。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)作為一支新生的農(nóng)水科研力量，正顯示出較大的發(fā)展?jié)摿?；中?guó)農(nóng)科院、西北農(nóng)林科技大學(xué)、西安理工大學(xué)和內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)仍然是農(nóng)水科研主戰(zhàn)場(chǎng)上的生力軍；清華大學(xué)和中國(guó)水科院，擁有較強(qiáng)的科研實(shí)力，應(yīng)該能做出更大的貢獻(xiàn)。以下從項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的角度來分析目前從事農(nóng)水基礎(chǔ)研究工作主要科研力量的年齡結(jié)構(gòu)與層次。所資助的26個(gè)項(xiàng)目分別由23位專家主持（其中3人各主持2個(gè)項(xiàng)目），其中35歲（含35歲）以下4人，約占總數(shù)的17%；35~45歲（含45歲）13人，占長(zhǎng)的影響；以河套灌區(qū)為背景，有關(guān)水鹽時(shí)空變異數(shù)據(jù)的穩(wěn)健性與穩(wěn)健估計(jì)方法研究。另2項(xiàng)的主要研究?jī)?nèi)容如下： 分析干旱區(qū)鹽堿地改良過程中的地下水、土壤水鹽運(yùn)動(dòng)機(jī)理，建立適合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)的水鹽運(yùn)動(dòng)模擬模型，研究綜合考慮鹽堿地改良與節(jié)水、水質(zhì)環(huán)境等目標(biāo)要求的農(nóng)田排水多準(zhǔn)則優(yōu)化設(shè)計(jì)模型與方法，探索農(nóng)田排水可持續(xù)利用概念下的水質(zhì)、水量聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型與算法。 以河套灌區(qū)為背景，主要研究現(xiàn)有農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)水平下，含鹽土壤中作物耗水與光合作用的關(guān)系；作物缺水性信號(hào)與缺水狀況的定量診斷方法；作物對(duì)適度水分虧缺的補(bǔ)償效應(yīng)；水、鹽脅迫對(duì)水分散失、光合作用及光合產(chǎn)物分配的動(dòng)態(tài)影響。（6）水資源利用與生態(tài)效應(yīng)（4項(xiàng)） 水資源利用對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響、生態(tài)需水量及其時(shí)空變化規(guī)律等問題，已日益受到人們的普遍關(guān)注。與此有關(guān)的項(xiàng)目申請(qǐng)正逐年增溫，已資助項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容有：西北干旱區(qū)典型林草的需水、耗水規(guī)律研究（重點(diǎn)項(xiàng)目）；土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑（PAM）和抗旱劑對(duì)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)地區(qū)抗旱、抗侵蝕的影響；農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)渭北旱塬區(qū)農(nóng)田水分生態(tài)效應(yīng)的影響；農(nóng)田控制排水對(duì)減少地表水質(zhì)污染的影響。（7）污水灌溉（2項(xiàng)） 已資助的與污水灌溉有關(guān)項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容如下：污灌條件下的氨揮發(fā)及有機(jī)氮、磷的運(yùn)移、轉(zhuǎn)化規(guī)律與模擬、有機(jī)氮的礦化；作物對(duì)污水中污染物的吸收與轉(zhuǎn)化；鹽分組成與鹽分含量對(duì)作物吸氮和銨吸附的影響；污灌中鹽分與有機(jī)質(zhì)的相互作用及對(duì)土壤硝化、反硝化和溫室氣體N2O排放的影響；污灌區(qū)地下水、土壤水水質(zhì)污染的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等。（8）農(nóng)田排水（2項(xiàng)） 20世紀(jì)80年代前曾經(jīng)熱鬧的農(nóng)田排水研究似已逐步冷清，與日益狀大的灌溉研究隊(duì)伍已形成極大的反差。盡管數(shù)量較少，所幸有人仍在堅(jiān)持，涉獵的研究?jī)?nèi)容除了在傳統(tǒng)意義上有所發(fā)展的鹽堿地改良的多目標(biāo)排水優(yōu)化設(shè)計(jì)外，資助的另一項(xiàng)目——利用農(nóng)田控制排水以承納部分污水（其中含有可供作物吸收的水分、養(yǎng)分）、從而減少對(duì)地表水的污染，則給了我們或多或少的清新氣息。3、資助項(xiàng)目的研究方法與手段（1）實(shí)驗(yàn)方法 專業(yè)方向的限制使得農(nóng)水專業(yè)領(lǐng)域資助的項(xiàng)目幾乎都需開展各式各樣的實(shí)驗(yàn)，以獲取有效的數(shù)據(jù)資料，或用于計(jì)算參數(shù)、分析某種機(jī)理與關(guān)系，或用于校驗(yàn)?zāi)Ｐ?、統(tǒng)計(jì)規(guī)律。所資助的26個(gè)項(xiàng)目中，僅2個(gè)項(xiàng)目未設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，但仍需收集大量的資料來完成其研究工作；其余的24個(gè)項(xiàng)目均需依靠各類實(shí)驗(yàn)來支撐其研究?jī)?nèi)容，占總數(shù)的92%，其中布置田間實(shí)驗(yàn)的有18項(xiàng)，占70%；從事室內(nèi)（包括溫室）實(shí)驗(yàn)工作的17項(xiàng)，占65%；同時(shí)開展田間、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的11項(xiàng)，占42%。由此可見，農(nóng)水專業(yè)的各類研究目前仍然需依賴于物理實(shí)驗(yàn)，無法像數(shù)學(xué)、天文、物理等學(xué)科的某些方向一樣，可以從事純理論的研究。這一方面是因?yàn)樵搶W(xué)科領(lǐng)域的研究對(duì)象非常復(fù)雜，另一方面也說明人們對(duì)該專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的諸多規(guī)律、機(jī)理還缺乏足夠的認(rèn)識(shí)。（2）數(shù)學(xué)方法 易于探討機(jī)理和描述動(dòng)態(tài)變化過程的各類數(shù)學(xué)方法或數(shù)值模擬手段已被廣泛接受和應(yīng)用。已資助的項(xiàng)目中，約69%的項(xiàng)目（18項(xiàng)）都計(jì)劃采用不同的數(shù)值方法來模擬水分、鹽分或養(yǎng)分的運(yùn)動(dòng)過程或分布；另8個(gè)項(xiàng)目未涉及數(shù)值模擬，主要通過各種實(shí)驗(yàn)方法獲得不同變量間的關(guān)系（包括簡(jiǎn)單的回歸統(tǒng)計(jì)），以分析某些機(jī)理或變化規(guī)律。 就選用的數(shù)值模擬方法而言，傳統(tǒng)的有限單元法和有限差分法依然占據(jù)著主導(dǎo)地位，其它有特色的方法包括： 運(yùn)用分形幾何理論，描述滴灌灌水器流道的流態(tài)特征和隨測(cè)量尺度變化的參數(shù)的隨機(jī)變異程度； 在部分機(jī)理尚不清楚且影響關(guān)系較為復(fù)雜的情況下，引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析水分、養(yǎng)分對(duì)作物生長(zhǎng)的影響； 引入隨機(jī)微分方程描述多孔介質(zhì)的空間變異性和地下水運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)變化過程； 應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究土壤的空間變異性，或與過程模型相結(jié)合研究土壤水鹽的時(shí)空變異性，為尺度轉(zhuǎn)換提供理論依據(jù)。 總而言之，數(shù)學(xué)方法已成為農(nóng)田水利定量研究中一種不可缺少的手段，傳統(tǒng)的定性分析方法已很難勝任目前的各種研究工作。（3）物理、化學(xué)、生物和其它方法 農(nóng)田水利的研究對(duì)象應(yīng)涉及眾多的物理、化學(xué)和生物過程。坦率地講，農(nóng)田水利與物理學(xué)的結(jié)合還是相當(dāng)密切的，許多物理學(xué)的方法或原理都已被引入農(nóng)田水利的研究之中，如水力學(xué)、土力學(xué)、熱傳導(dǎo)、質(zhì)量守恒、能量守恒等，這在所資助的許多項(xiàng)目中都有具體的體現(xiàn)，這里不再一一細(xì)說。但物理學(xué)中是否還有已成熟的理論可用于農(nóng)田水利的研究，仍值得我們?nèi)ニ伎己吞剿鳌?至于農(nóng)田水利與化學(xué)和生物學(xué)的有機(jī)結(jié)合，目前尚處于起步階段。從所資助的項(xiàng)目來看，涉及化學(xué)過程的項(xiàng)目有5項(xiàng)，主要是關(guān)于氮、磷、污染物的運(yùn)移和轉(zhuǎn)化，PAM和抗旱劑在土壤中的行為等；涉及生物過程的項(xiàng)目5項(xiàng)，主要探討的是土壤水分、養(yǎng)分狀況與作物的某些生理、生化特征之間的關(guān)系。事實(shí)上，農(nóng)田土壤中存在著大量的化學(xué)、生物學(xué)過程，如化肥、農(nóng)藥和灌溉污水中的各種元素在土壤中的遷移與轉(zhuǎn)化，土壤生物、微生物對(duì)水分、養(yǎng)分運(yùn)移的影響，植物根系的構(gòu)型與功能及其對(duì)光合產(chǎn)物形成的影響，水肥調(diào)控與作物耐旱生理特性的關(guān)系等等。如何與化學(xué)、生物學(xué)和農(nóng)學(xué)專家聯(lián)姻，找準(zhǔn)農(nóng)田水利與化學(xué)、生物學(xué)、農(nóng)學(xué)的結(jié)合點(diǎn)，取得具有創(chuàng)新性的研究成果，還有待于大家的共同努力。 此外，為了探索土壤的空間變異性、解決尺度效應(yīng)或尺度提升的問題，少數(shù)項(xiàng)目已在嘗試引入遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、數(shù)字高程模型（DEM）以及水文模型等方法，從而完成由點(diǎn)及面的跨越。當(dāng)然，這些工作也僅僅只是起步，在今后若干年內(nèi)，都將會(huì)是農(nóng)田水利專業(yè)內(nèi)的研究熱點(diǎn)。【作者簡(jiǎn)歷】左強(qiáng)，男，1965年8月出生，博士,中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土壤和水科學(xué)系教授，博士生導(dǎo)師.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院節(jié)水農(nóng)業(yè)磴口試驗(yàn)站站長(zhǎng)，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院農(nóng)業(yè)水管理研究所所長(zhǎng)，