项目属农业领域林学范畴：森林生态、经济林学领域。

本项目实施区域是太行山南麓的低山丘陵区，该地区是我国林业生态工程建设的重点地域，更是黄河中下游生态保护和高质量发展的关键区域。农林复合系统兼顾生态效益与经济效益，统筹生态安全与粮食安全，能改善生态环境、提高自然资源利用效率、增加农民收入和促进生态与经济可持续协调发展，满足黄河中下游生态保护和高质量发展的生态优先和民生优先的双重需求，成为当地农业产业结构调整的重要发展方向之一。

然而，该地区水资源紧缺、土地贫瘠，林木与作物之间竞争有限的水肥光热等资源，成为制约当地农林业发展的主要问题。针对这些问题，亟需量化农林复合系统中不同物种的水肥光热间的关系，研发水氮无损快速诊断和冠层生长动态模拟技术，根据林木生长状况，优化结构配置，提高对水氮光等有限资源的利用效率，促进农林业增产和农民增收，助力于黄河中下游生态保护和高质量发展国家战略。

本项目以河南黄河小浪底森林生态系统国家定位观测研究站为主要研究平台，围绕黄河流域生态保护和高质量发展国家战略和退耕还林工程的科技需求，针对南太行低山丘陵区生态工程建设所面临的生态脆弱和经济落后的压力，以及水资源紧缺、林水矛盾关系突出等问题，以稳定同位素方法量化农林复合系统种间的水碳氮利用比例为突破点，厘清水分来源比例、水分利用效率差异、豆科植物改善贫氮环境和光能利用的异质性等关键问题；将高光谱技术、固定式热成像设备与无人机技术、数字近景摄影测量技术引入到农林复合系统研究中来，研发出农林复合系统林木单株水分状况无损快速诊断技术、田间水氮亏缺快速诊断技术和冠层结构动态模拟技术，为适时合理灌溉和调整种植模式提供技术支持，保证农林复合系统水氮光等资源的高效利用；从物种间的生态位、水分来源、水分利用效率、氮肥利用效率和光能利用效率等关系出发，构建出高水分利用效率、高光能利用效率、地力改良型等3类农林复合模式，辅以人工汇集雨水、微灌滴灌等节水灌溉措施以及绿豆、大豆、决明子轮作和苜蓿刈割等方法，集成南太行农林复合系统资源高效利用技术体系。使用此技术体系，使得南太行地区农林复合系统比单作系统的资源利用率提高约20%、水分产值效率提高约24%、土壤总氮含量提高约12%、氮肥利用效率提高20%左右，亩产收入提高约22.6%。

本项目属于国家“十一五”-“十三五”科技支撑课题（2006BAD03A05、2011BAD38B02、2015BAD07B00）、国家自然科学基金面上项目（项目编号31170409）、中国林业科学研究院生态学科群项目“农林复合生态系统结构与功能（CAFYBB2017ZX002-1）”和中国林业科学研究院基金项目（CAFYBB2020SY001）的研究内容。在项目执行的15年中，利用稳定氢氧碳氮同位素研究了林农、林药、林草复合系统种间水氮关系，获得重要研究进展；研发出单株林木水分快速诊断技术、田间尺度水肥亏缺快速诊断技术和复合系统冠层动态模拟技术，能够快速诊断水氮资源亏缺和预测光竞争程度，根据种间关系构建高水分利用效率、高光能利用效率、地力改良型等农林复合系统资源高效利用模式，辅以人工汇集雨水、微灌滴灌等节水灌溉以及绿豆、大豆、决明子轮作和苜蓿刈割等方法，集成南太行农林复合系统资源高效利用技术体系。项目授权发明专利4项，取得软件登记8项，获得鉴定成果4项，建成“河南省农林复合经营省级农业标准化示范区”1个，发表论文58篇（SCI/EI收录12篇，中国科技期刊卓越行动计划入选期刊7篇），出版专著2部，培养博士后2人，博士5人，硕士1人。项目在河南省济源产城融合示范区推广35000多亩，在河南省济源市大山苗木种植专业合作社建立了试验示范区1800亩，用于田间水分亏缺快速诊断技术的验证。在河南省洛阳市、焦作市、安阳市等地示范推广面积达10200亩，3年经济效益共计10645.25万，比单作系统增产约1963.75万元，平均收入增加约22.6%，对南太行低山丘陵区林业生态建设及农林增收具有重要的促进作用，助力于黄河中下游生态保护和高质量发展国家战略。