河南省是我國重要糧食生產(chǎn)省份和小麥主產(chǎn)區(qū)，以僅占全國6%的耕地生產(chǎn)了全國10%以上的糧食，為保障國家糧食安全做出重要貢獻。但因降水量分布不均，作物階段性水分虧缺嚴(yán)重，影響作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。針對這一問題，項目組在十二五國家科技支撐計劃、國家“863”和國家自然科學(xué)基金等項目支持下，進行了近十年的土壤耕作保墑、土壤結(jié)構(gòu)改良與水資源高效利用技術(shù)方面的研究工作，并將研究技術(shù)成果在河南省褐土和潮土區(qū)進行了大面積示范應(yīng)用，取得如下創(chuàng)新：
  1、針對河南褐土和潮土區(qū)不同年型降雨特征與小麥-玉米周年需水錯位問題，明確了兩個典型區(qū)域農(nóng)田土壤水分變化特征和作物需水調(diào)控關(guān)鍵期。
   在褐土區(qū)，小麥返青-拔節(jié)、孕穗-抽穗、抽穗-灌漿，玉米小喇叭口-吐絲、灌漿-收獲期為作物需水調(diào)控關(guān)鍵期；在潮土區(qū)，小麥孕穗-揚花，揚花-收獲，玉米小喇叭口-吐絲、灌漿-收獲期為作物需水調(diào)控關(guān)鍵期。因此，在作物關(guān)鍵期進行適時補灌或提高土壤自身的儲水能力儲存更多的水分才能滿足作物對水分的需求，促進作物產(chǎn)量的提高。
  2、明確了褐土和潮土兩種土壤土體結(jié)構(gòu)特征、土壤水分入滲過程及土壤水庫功能之間的關(guān)系，構(gòu)建了提升土壤水庫功能的技術(shù)體系，破解了土壤水分供應(yīng)與作物關(guān)鍵期的需水矛盾。
   經(jīng)多年研究，探明了降雨的時空分布與作物需水關(guān)鍵期的耦合關(guān)系及基于土壤結(jié)構(gòu)的水分調(diào)控機理。采用合理的土壤結(jié)構(gòu)改良措施（有機肥、土壤調(diào)理劑或保水劑），同時結(jié)合深耕深松與免耕等耕作措施，改善了土體剖面土壤有機碳分布和提高了土體結(jié)構(gòu)功能，打破了阻礙降雨水分入滲、蓄存及供應(yīng)的瓶頸，提升了土壤水庫庫容與功能，提高了水分在土壤中的存留時間，構(gòu)建了褐土區(qū)抗旱、保墑、增蓄、減蒸和潮土區(qū)增蓄、減蒸的土壤水庫功能提升技術(shù)體系。通過土壤水庫功能的提升，協(xié)調(diào)了土壤水分供應(yīng)與作物需水過程的同步，確保了作物正常生長發(fā)育和高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)與水分高效利用。
  3、基于作物需水關(guān)鍵期，構(gòu)建了河南省褐土與潮土區(qū)小麥-玉米種植模式下周年水資源協(xié)調(diào)高效利用技術(shù)模式，應(yīng)用作物生長模型（RZWQM2和DSSAT）驗證了相關(guān)技術(shù)的合理性。
   在褐土區(qū)構(gòu)建了保水增效技術(shù)體系：選用適宜優(yōu)良品種+小麥播種前深松（30cm以下），播種前施用有機肥或保水劑+合理氮肥用量（180-210kg/hm2）或出苗后進行秸稈覆蓋，玉米實行免耕種肥同播+適時測墑補灌；在潮土區(qū)構(gòu)建了節(jié)水高效生產(chǎn)技術(shù)體系：選用水分高效利用作物品種，采用小麥秸稈粉碎直接還田、玉米秸稈粉碎翻壓還田，小麥播種前采用深松深耕、同時施用保水劑或有機肥+合理氮肥用量（210-240kg/hm2），玉米免耕種肥同播+分期節(jié)水灌溉與施肥技術(shù)。同時，利用作物生長模型驗證了相關(guān)技術(shù)的合理性。
   項目組歷經(jīng)10余年研究，取得授權(quán)實用新型專利5件，軟件著作權(quán)4件。在Soil and Tillage Research等國內(nèi)外權(quán)威學(xué)術(shù)期刊發(fā)表文章25篇，出版著作1部。針對褐土和潮土區(qū)的降雨與作物需水特征，集成應(yīng)用了土壤增蓄、保墑、地力提升的保墑增效與節(jié)水增效技術(shù)，并進行了大面積推廣。近3年累計推廣面積1026.1萬畝，經(jīng)濟效益達21.7億元。水分利用效率提高0.10-0.15kg/mm，肥料利用率提高10%以上。取得了顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。