该方向重点揭示寒地农田土壤-水-作物耦合互馈机制与减排固碳效应，研发水肥一体绿色高效精细化决策与智慧化管控技术，研发农田退水面源污染精准溯源与防控技术，构建水旱灾害预报预警与生态风险评估体系，提出寒地黑土农田水土资源系统恢复力测度及调控机理方法，形成寒地黑土农田地力产能提升与绿色低碳协同的水土肥资源高效利用与管理模式。

近期主要研究内容为：

围绕水肥资源粗放利用及水旱灾害频发导致的寒地黑土农田生态系统运行失衡问题，以“适水发展、优种适土”为出发点，揭示寒地多水源转化与作物生长互作机理，阐明多样化黑土类型水-土-能-粮-碳纽带系统互馈机制及与生态环境的联动效应，明确限制水土环境及产量形成的关键障碍因素；研发农田多水源精细化动态调控方法，建立水旱田调亏组合高效用水与精准灌排管理模式，水、肥、秸秆资源等循环高效优化利用路径；阐明洪旱涝渍灾害对土壤质量、作物生理生长、农田生态环境的影响机制，建立水旱灾害监测与预报预警体系，提出复杂变化环境下寒地黑土高产优质绿色高效的水土肥资源优化调控与生境恢复策略。