降水资源的高效转化与利用是实现农业高效用水，减少灌溉用水的前提和基础，也是当前解决我国农业用水紧缺和粮食安全问题的重要途径之一。据统计，全国每年农业用水短缺300亿m3，造成粮食生产直接损失250－350亿kg。而目前我国农田降水利用水平低下，对自然降水的利用率只有30%。如果将我国降水资源利用率从目前的30％提高到45％，就可新增农业降水利用量450亿m3，为满足我国未来15年人口粮食安全生产用水需求提供有力保障。因此，针对农田降水转化和利用过程中的关键环节，研究可增加降水入渗，减少田间无效蒸发，提高土壤持水保水能力，减少作物无效耗水的新技术和新材料，对于充分挖掘降水资源利用潜力，提高降水资源利用率和利用效率，解决未来我国粮食安全生产具有重要意义。

    本课题以充分利用自然降水，提高降水资源转化利用效率为目标，重点开展农田降水转化过程模型与土壤扩蓄潜力、农田降水-土壤水高效转化技术、土壤水库扩蓄增容制剂、农田土壤水-作物水高效转化技术研究，在此基础上，建立农田降水资源高效转化利用技术体系。

    在农田降水转化过程模型与土壤扩蓄方面，主要研究农田降水-土壤水-作物水转化过程模型，确定不同区域农田降水转化效率。研究土壤结构参数对土壤入渗性能、持水性能、供水性能以及蒸发性能的影响，建立农田土壤有效库容计算模型和评价方法，提出农田土壤水库扩蓄潜力与途径。

    在农田降水-土壤水高效转化利用技术方面，重点研究土壤剖面非均质结构优化增容技术、农田蜂窝状入渗孔径流调控技术、根域微集水优化配置技术、生物造腔扩蓄增渗技术，增加土壤有效库容，提高降水-土壤水转化效率。

在土壤水库扩蓄增容制剂方面，重点研制以微生物菌株、秸秆等为主要原料的土壤生物增容剂；以高分子保水材料为基本原料的人造土壤有机团粒增容剂；具有土壤水库扩蓄能力的安全可降解保水型土壤结构改良剂；以活性炭、秸秆等为主要原料的有机无机复合增渗材料。

    建立土壤水库扩蓄增容理论和技术，提出适宜西北、华北的土壤剖面非均质结构优化增容技术、农田蜂窝状入渗孔径流调控技术、根域微集水优化配置技术、生物成腔扩蓄增渗技术等农田降水径流调控及利用技术，研制出具有土壤水库扩蓄能力的土壤生物增容剂、土壤有机团粒增容剂、安全可降解保水型土壤结构改良剂、有机无机复合增渗材料和减少作物无效耗水的成膜反光抗旱剂、植物抗旱剂RAD，形成具有区域特色的农田降水资源转化利用技术体系，全面提高自然降水的利用效率。

    在土壤水-作物水高效转化技术与制剂方面，主要研制可反射阳光、降低叶面温度、调控植物蒸腾的成膜反光抗旱剂；开发具有抗旱和刺激植物根系生长的高活性、低毒RAD调节剂（多效缩醛），开展RAD的慢性毒理试验，田间残留试验及其土壤淋溶等环境行为研究。

在农田降水资源高效转化利用技术体系方面，在西北、华北不同类型区，结合现有农田灌溉和耕作等技术，对土壤非均质结构优化增容技术、农田蜂窝状入渗孔径流调控技术、根域微集水优化配置技术、土壤生物增容剂、有机团粒增容剂、有机无机复合增渗材料、植物抗旱剂等技术与材料进行集成和示范，建立适合不同区域和作物的降水高效转化利用综合技术体系。