本研究方向在实验室建设期间主要围绕农用地质量评价及其要素的时空变异规律、作物高产高效的土壤条件与定向调控技术、土壤水盐运动与盐渍土改良技术、广义农业水资源与农业用水红线、土壤中污染物迁移转化与土地修复等方面开展了研究工作。承担了国家973计划课题1项，国家科技支撑计划课题2项、公益性行业项目课题3项、国家自然科学基金重点项目1项及面上项目6项、农业科研杰出人才及其创新团队项目1项等项目。取得的主要研究进展如下：
（1）农用地质量评价及其关键要素时空变异：明确了不同时空尺度下影响农用地质量（生产力）的限制因子，建立了不同时空尺度下农用地质量评价指标体系最小数据集和指标权重的确定方法；提出了在地学模型支持下区域土壤质量数字制图方法；提出了诸如成分克里格法、多维分形克里格法、顺序指示模拟算法和转移概率指示模拟算法等适合不同数据类型农用地质量关键要素高精度空间预测方法，检验了分类变量辅助空间预测的可行性和效果，实现了农用地质量要素二维空间扩展和三维空间模拟；定量化地揭示了农用地质量及其要素空间变异规律、时间演变趋势及其驱动因素；初步探索了不同区域尺度、采样尺度下农用地质量要素时空变异的尺度效应，提出了在同等预测精度下，利用环境变量辅助预测一定程度上可以减少采样点的数量，为区域过程定量化模拟和精准管理提供理论和技术支撑。研究成果投稿和发表于《Geoderma》、《Intelligent Automation & Soft Computing》、《农业工程学报》、《中国农业科学》等期刊论文14篇，其中SCI/EI收录8篇。
（2）作物高产高效的土壤条件与定向调控技术：明确了土壤有机质的“量、质、型”是作物高产和资源高效利用的关键；揭示了影响作物生长和产量形成的直接土壤过程是水氮供应强度和时间，而主导土壤有机质积累和分解的生物过程在很大程度上决定了土壤水氮库存量和供应强度；提出了增施有机肥和保护性耕作等技术在改善土壤物理、化学、生物性状等方面的作用。研究成果发表学术论文29篇，其中SCI收录20篇、EI收录6篇。
（3）土壤水盐运动与盐渍土改良技术：探索了农田土壤水分与盐分运移规律，基于根系质量密度建立了根系吸水模型，并提出一种估算土壤水流方程源汇项及其中未知参数的反求方法；探索了作物对土壤水分与盐分的响应机制，为提高作物水分利用效率奠定理论基础；通过理论分析与试验验证，提出了一种基于根区土壤水分、盐分以及根系分布估算作物水分胁迫指数（PWDI）的新方法，从而对基于根区平均土壤含水量与含盐量估算PWDI的传统方法进行了改进；提出了一种灌水控盐新技术，并构建了一套新型自动灌溉控制系统。参编2部著作，并在《Soil Science Society of America Journal》、《Agricultural Water Management》、《Plant and Soil》、《Journal of Agricultural Science and Technology》、《农业工程学报》等国内外知名期刊上发表学术论文13篇，其中SCI收录论文6篇、EI收录3篇；取得2项国家发明专利。
（4）广义农业水资源与农业用水红线：在蓝水和绿水资源方面，深化了蓝水和绿水的理论和技术体系。明确提出了“广义农业水资源”的概念，并初步建立了计算方法，对中国1998年以来的广义农业水资源和粮食安全用水进行了计算和分析。进一步证实了“土地利用决策就是水资源利用决策”的命题。结合耕地18亿亩红线，在广义农业水资源计算的基础上提出了“中国农业用水红线”的概念，并完善了相应的理论基础和技术体系。在国际著名土壤学和土地利用专家Lal教授主编的权威的“土壤学进展”系列专著中受到邀请撰写并发表有关应用蓝水和绿水观点研究中国土壤水分和粮食安全的学术论文。相关成果被农业部计划和种植业相关司局采纳。
（5）土壤中污染物迁移转化与土地修复：明确了不同环境因子条件下Cu2＋等重金属离子与噻唑类农药在土壤中的吸附机理，以及环境因子改变后重金属离子与农药的解吸行为，定量模拟了重金属离子和农药在土壤中的迁移转化以及对土壤质量的影响；弄清了不同环境条件下土壤颗粒的团聚和分散机理以及对土壤结构的影响，为改善土壤物理性状提供了理论基础；定量了控制粘土颗粒和人造纳米颗粒在土壤中的迁移行为的关键因素，建立了固化土壤中重金属离子的粘土纳米颗粒负载技术以及消减土壤中农药等有机污染物的纳米零价铁技术；从农用地质量恢复和保护角度，揭示了矿区土地复垦前后对土地利用和景观变化的影响，为耕地质量修复提供了技术支持。研究成果在《Langmuir》、《Science of the Total Environment》、《Journal of Contaminant Hydrology》等国际土壤、环境等领域知名期刊上发表SCI收录论文6篇。
通过上述研究，明确了农用地质量形成过程、演变规律及其驱动因素，提出了农用地质量保护方案和措施，为建立农用地质量全面、高效、持续提升的长效机制提供关键理论支撑。