农业资源研究中心现有中国科学院农业水资源和河北省节水农业2个重点实验室,有16个研究组,多人入选国家、院人才计划。2015年围绕着国家粮食安全、水安全与生态安全的战略需求,在水文过程与水资源高效利用、种质资源创制与新品种培育、生态系统过程与管理等主要研究领域取得了较好进展。
水文过程与水资源高效利用:对华北山前平原典型灌溉农田深层包气带开展了连续原位观测,分析了包气带水分动态特征和运移速率,初步阐明了该区地下水垂向补给量及补给滞后时间;以塔里木河流域为代表研究了干旱区农田排水特征,得出耕地面积增加和节水措施的推广都导致农田排水矿化度增加,新增耕地面积、周边环境(沙漠/荒地/水库)、排水渠控制农田面积是排水浓度产生空间差异的主要驱动因素的结论;从华北平原地下水补给区入手,研究了地下水中硝酸盐氮的时空分布特征、影响因素以及迁移转化特征,得出了山区点源污染是造成地下水中高浓度硝酸盐氮的主要原因,而土地利用变化时期,化肥的施用对现在地下水中硝酸盐浓度具有显著影响;为了提高灌溉水利用效率,通过把不同土层相对根长密度引入到可利用土壤含水量(RASW)参数中形成新的参数RASWr来评价冬小麦水分有效性,通过试验研究与对比分析,得出基于根系分布的RASWr可以作为评价土壤水分对作物有效性的可靠指标来指导农田灌溉;利用桶栽试验,通过分根交替干旱研究两个不同品种小麦(科农9204,水肥品种,KN9204;洛旱2号,耐旱,LH2)水分利用的生理形 态机制,结果表明分根交替干旱减少了小麦单株总耗水量,提高了小麦水分利用效率。
种质资源创制与新品种培育:将与WUE相关QTLs紧密连锁的8个分子标记和与叶水势紧密连锁的2个分子标记,通过PCR技术检测了其在不同小麦品系中的分布,结果显示这些分子标记能够稳定遗传,可用于小麦WUE分子标记辅助育种;为解决小麦生产上白粉病抗源单一的问题,对与小麦抗白粉病Pm2位点新等位基因进行了发掘,其中两个等位基因被国际小麦基因目录收录,分别正式命名为Pm2b和Pm2c,目前Pm2b已被转移到多个小麦主栽品种中,应用于小麦抗白粉病的分子设计育种;在六倍体小麦中克隆了水通道基因TaPIP1A。小麦突变体及转基因拟南芥过表达实验均证明,该基因参与植物渗透胁迫正调控。TaPIP1A的表达受到TaWRKY71和TaMYB1两个转录因子形成复合体的共同调控。TaPIP1A主要定位在细胞膜系统与RD28蛋白形成异源四聚体发挥生物学功能。此研究诠释了调控小麦渗透胁迫的分子机制,并为育种提供了难得的基因资源;泛华素是一种重要的真核蛋白翻译后修饰方式,吕东平课题组成功地把植物的泛华素途径在大肠杆菌细胞中进行了重建,相比传统手段,该系统更加高效、特异;通过正向遗传学,分子生物学结合生物信息学及转基因技术,发现远红光信号途径分子FHY3在花发育中起抑制基因表达作用,同时通过抑制CLAVATA3基因维持茎尖分生组织活性,通过激活SEPALLATA2来抑制WUSCHEL表达促进花干细胞分化;发现脱落酸信号通路中的核心组分HAB1通过产生两个功能相反的可变剪接体,精确调控ABA信号的开关,该结果揭示了脱落酸信号通路转录后调控的新机制,为深入理解植物耐逆的遗传机制提供了新思路。
生态系统过程与管理:开展渤海粮仓县域整体增粮工程,通过县域分区,推广四项增粮模式,配套四项工程,升级四套技术,带动了相关产业发展,促进“一二三”产业的融合发展,实现了粮食增产增效;以栾城区为例,应用定价法评价了不同灌溉措施的收益和代价,得出了维持采补平衡是最合适的灌溉方式;以van den Honert(1948)的稳态水流模型和黄明斌等(1997)的根土界面阻力模型为依据,计算了不同土壤水分条件下室外刺槐根土间隙和根土界面水分传输阻力,采用数码相机和模型分析了根系生长箱中刺槐的根土间 隙和根土界面水分传输阻力;通过长期的模拟增温和施氮田间试验,分析表明,在年度尺度上,CH4和土壤温 度负相关,与NH4浓度正相关;增温导致的土壤干旱降低了甲烷氧化菌活性;增温对土壤呼吸的正影响与干旱导致对土壤呼吸的负影响两者相互抵消;该结果填补了气候变暖对农田土壤碳排放影响的研究空缺。通过历史分析和情景模拟的方法,对1950-2030年中国食物链系统磷利用及流失规律进行了研究,得出了目前磷素利用以及损失主要受饮食结构变化驱动,如果能够实现磷肥的平衡施用、动物养殖中磷素的精准喂养、改善粪尿管理、改善饮食结构,磷利用效率从2010年的6%提高到2030年的26%,而磷肥总施用量将会减少69%,同时磷损失量减少68%。
此外,中心还获得河北省科技进步一等奖1项,河北省自然科学二等奖1项,发表论文75篇,其中50篇被SCI收录;授权专利11项,其中发明专利9项,实用新型专利2项;制定地方标准2项。