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1、我国农业水土工程的现状与发展趋势 农业环境保护与治理 土壤工程性质与土壤腐蚀 土地利用工程 农田灌溉与排水 水土保持与节水农业技术,第四章 农业水土工程与节水农业 Water and Soil Engineering Water-Saving Agriculture,农业水土工程,1,农业工程概论,41农业水土工程发展现状与趋势,一、我国农业水土资源的基本状况与影响因素分析,1. 水、土是发展农业生产最基本的自然资源。 我国国土有960万km2，其中山地占66，平地34，耕地只有11，约1亿ha，人均不到0.1ha，约为世界人均耕地的29。水资源由地表水、地下水和降水三部分组成，互相之间又有交
2、流。我国水资源总量约有 27000亿m3，人均2250m3，尚不到世界人均值的14。单位面积耕地占有27000m3ha。约为世界平均值的12，属于水资源贫乏国家。,农业水土工程,2,农业工程概论,2、新时期我国农业水土工程面临的新问题 1) 人口不断增长，30年内将达到16亿人 如何保证16亿人的吃穿问题，是我们面临的十分艰巨的任务。 2) 人均耕地逐年减少，减幅增大，要求大幅度提高作物单产 中国耕地面积仅占世界总耕地面的7，人均耕地仅为世界人均量的33，仅及加拿大的5，俄罗斯的9，美国的10，印度的44。,农业水土工程,3,农业工程概论,中国人口增长与人均耕地发展过程曲线图,农业水土工程,4
3、,农业工程概论,3) 水资源日益短缺，灌溉发展受到制约,西北地区缺水情况预测,农业水土工程,5,农业工程概论,4） 水体萎缩或污染,减少了可供灌溉的水资源,与农业水土工程密切相关的新问题便是水环境的恶化。由于人类对水资源的过度开采,不合理的调用,土壤污染、垃圾排放,以及将水作为除污介质而造成的水体萎缩和水体污染是十分严重的。这不仅破坏着人类的生存环境,威胁着生命安全,而且直接减少着紧缺的淡水资源。,农业水土工程,6,农业工程概论,5） 土壤污染,土壤是作物生长的基地,也是水分的保养所。但是,由于当今的农业生产把施用化肥和化学农药作为增产的主要手段,其用量日益俱增。 据有关研究证明,大约施用化肥
4、量的30 %左右溶解在水体里或残留在土壤中,不仅成为量大面广的污染源,而且也使土壤本身遭受着污染。 与化肥相比,农药毒性更大,更不易降解,对水土都会造成更为严重的污染。,农业水土工程,7,农业工程概论,人口的增长要求粮食安全,粮食安全要求增加产量和提高质量,而产量的增加和质量的提高又受到土地面积减少,特别是人均耕地面积减少的制约。人均耕地面积的减少要求提高作物单产,要求发展必要数量的灌溉面积,并使灌溉地得到适量的水源保证。,农业水土工程,8,农业工程概论,1.农业水土工程的概念 农业水土工程是研究水、土运行规律与持续高效利用的理论与技术，合理利用农业水土资源，创造良好的农业水土环境，为农业可持
5、续发展服务的科学。,二、我国农业水土工程学科的现状与发展趋势,农业水土工程,9,农业工程概论,作为农业工程学科中发展较早的二级学科之一，农业水土工程学科曾先后称为“农田水利”和“农田灌溉”。基于农业水资源的科学利用与土壤改良、水土保持等科学技术关系密切,国际上普遍采用水土工程名称,我国于1990年定名为“农业水土工程”。,农业水土工程,10,农业工程概论,2. 农业水土工程重点研究的内容： 农业节水理论、田间节水灌溉新技术、节水灌溉设备研制、水资源持续利用理论与工程技术、灌区用水管理、农业水土环境监测、修复与保育、农业高效用水的工程技术等方面的应用基础理论和新技术。,农业水土工程领域具有多学科
6、相互交叉、各种单项技术相互渗透的显著特征。,水利工程学、土壤学、作物学、生物学、遗传学、材料学、数学和化学等多学科的结合。,农业水土工程,11,农业工程概论,农业水土工程学科研究现状,1.西北农林科技大学教育部重点学科，农业部重点实验室 2.中国农业大学中国农业水研究中心 3.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室 4.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室 5.沈阳农业大学灌溉排水理论与技术、设施环境工程、农 业水土结构工程、农业水资源开发利用与管 理、水土保持5个方向。,农业水土工程,12,农业工程概论,3、农业水土工程需要解决的主要科技问题 1） 农田物质迁移规律及其调控机理
7、 该领域主要研究农田水肥的运移规律及最优调控机理。包括农田“五水”(大气水、地面水、地下水、土壤水、植物水)转化的机制及其数值模拟; 农田水盐运移规律与溶质传输模型; 农田水热耦合运移及水热转换关系; 土壤植物大气连续体(简称SPAC)中的水分传输机理、水分传输的动力学模式及其计算机仿真方法; 作物水分散失与光合作用的耦合模式;等等,农业水土工程,13,农业工程概论,2） 逆境对作物的影响机制及其持续农业中的水分调控 包括水分亏缺对作物光合作用、生长和产量构成等因素的影响关系; 土壤水与含盐量水平对植物根系吸水、水分散失和生长发育及产量的影响; 水分过多 对作物的影响; 作物耐旱、耐盐、耐渍涝
8、的定量标准; 作物水分状况的定量诊断方法, 特别是用红外测温或遥感信息诊断作物水分状况的问题;等等。,农业水土工程,14,农业工程概论,3） 农业高效节水关键技术 节水灌溉新技术包括喷、微、渗 地下滴 灌技术和田间地面灌水新技术的改进与提高。 渠道防渗与管道输水技术 主要作物的节水、增产、高效灌溉制度 灌区水管理技术 4）农业综合水肥高效利用技术 具体包括不同节水技术条件(节水地面灌溉、喷灌、滴灌)所适宜的水肥耦合技术,农业水土工程,15,农业工程概论,5） 与持续农业发展有关的灌溉土地评价及其土壤改良技术 6） 区域农业水土资源的持续高效利用与优化管理 7） 农业水土资源环境问题,农业水土工
9、程,16,农业工程概论,4、21世纪中国农业水土工程学科发展趋势 1）基础理论方面 在水土作物环境关系的最优调控理论与方法研究 农田物质(水、沙、盐、农业化学物)的迁移规律及其数值模拟与预测 在逆境对作物生长和产量影响的定量评价方法和农业水旱灾害及防治对策,农业水土工程,17,农业工程概论,2）应用技术方面 (1)灌溉方式将从传统的丰水高产型灌溉转向限水灌溉 (Limit Irrigation) 、非充分灌溉(Non full Irrigation), 以提高水的利用率。各种利用适度亏水来调控刺激作物生理机能,以提高作物水的利用效率、 生产率, 改善农产品品质 的调亏灌溉、分根交替灌 溉也将得
10、到深入研究和推广。,农业水土工程,18,农业工程概论,(2)喷、滴灌等先进的灌水技术将得到广泛使用，设备运行的可靠性、使用寿命和自动化程度很大提高。各种先进的地面灌水技术如间歇灌、膜上灌、激光平地和水平畦灌、果树渗灌(地下滴)等将得到大面积推广。,(3)各种灌溉技术与农业措施将有机融合在一起, 形成综合水土资源高效利用技术。如各种水肥耦合、带状种植、覆膜保墒等适合国情的水土高效利用技术将广泛使用, 以提高水肥利用率、农作物产量, 改善农产品的品质。,农业水土工程,19,农业工程概论,(4)灌区将广泛采用先进的大区域土壤墒情、作物旱情和水源水情实时监测与预报技术、渠系水量流量调控技术及灌区动态配
11、水技术, 实现灌区水量最优调度。,(5)雨水集蓄与高效利用的技术将得到深入研究, 形成具有中国特色的雨水将会在西北半干旱地区和南方丘陵坡地广泛推广, 以提高降雨的生产率。,(6)根据不同地区的特点, 将广泛采用各种先进水土保持、高含沙浑水、部分苦咸水、污水灌溉及地下水持续利用等区域水资源持续利用技术, 以达到区域水资源的持续高效利用。,农业水土工程,20,农业工程概论,3） 高新技术的应用方面 随着计算机技术、电子信息技术、红外遥感技术以及其它技术的发展和应用, 使土壤水分动态、水盐动态、水沙动态、水污染状况、作物水分状况、农田微气象数据等方面的监测、采集、处理技术得到发展, 并促进农业水土资
12、源管理水平的提高。,农业水土工程,21,农业工程概论,综合运用全球卫星定位系统 (GPS)和地理信息系统(GIS) 、遥感技术(RS) 和计算机控制系统精准灌溉(Precise Irrigation), 将会成为我国 21 世纪农业水土工程发展热点和新的农业科技革命的重要内容, 以及提高农业用水效率和单位面积产量的关键。,农业水土工程,22,农业工程概论,42 农业环境保护与治理 Protecting and fathering of agricultural environment,一、自然环境与农业环境,人类赖以生存的物质条件： 阳光 空气 土地 水 适宜于人类生活的大气温度,安全的辐射强
13、度 提供食物及其他生活必需品 能源 工业原料 尽量避免有害细菌和病毒 避免自然灾害的侵袭,农业水土工程,23,农业工程概论,人和动、植物及微生物组成的生物群落和上述非生物物质条件(物理因素和化学因素)共同构成了地球上的生态系统。,各种生物及微生物之间、生物群落与环境之间关系密切、相互作用、并进行着物质与能量的交换。,在自然条件下自然生态系统如果不遇到重大的意外事故，可以在非常长的时间内保持着动态平衡，这种平衡称为生态平衡，它是人类得以持续生存、繁衍，发展和进步的必要条件。,农业水土工程,24,农业工程概论,土壤和水、大气、阳光、气温共同构成了农业环境，它向农业动、植物提供生长、发育、繁殖的物质
14、条件。 农业生物群落和农业环境共同构成农业生态系统。 农业环境是自然环境中最重要的组成部分。,农业环境质量恶化首先受影响的是农业的持续发展，并且对整个人类的自然环境也有重要影响。,农业水土工程,25,农业工程概论,二、农业环境质量恶化的因素与危害,（一）农业生产活动及农村生活中的不恰当行为,1施用农业化学品(化肥、农药，除草剂) 2农村生活用能 3过度耕作及耕作不当，使用塑料薄膜覆盖 4家畜、家禽集中饲养 5城市发展及工业化过程中的不恰当行为,农业水土工程,26,农业工程概论,(二) 农业环境污染造成的危害,1农业环境的本底值及自净能力,未受人为污染的农业环境中各种元素和化学物质的自然含量及自
15、然丰度称为农业环境的本底值（background value）。,当某些污染物质的含量显著超过其自然本底值并造成一定危害时，就认为农业环境已受到污染。,农业水土工程,27,农业工程概论,自然环境处在不断变化的状态，在自然情况下受污染环境经物理、化学过程及在生物的参与下，都有不断消除污染物，恢复环境原来状态的能力。,但有些污染会通过生物链为人、畜食用后，在体内存积并浓缩，含量扩大到原来的几万倍。,农业水土工程,28,农业工程概论,水质受污染程度的评价指标,COD化学耗氧量(Chemical Oxygen Demand) 表明水中的可氧化污染物质的状况,BOD生化需氧量(Biological Ox
16、ygen Demand) 表示水中有机污染物质在微生物的生化作用下氧化分解所消耗水中氧的总量，其值越高，说明水中的有机污染物越多。,DO水中溶解氧(Dissolved Oxygen) 水中溶解氧受水温、气压及某些溶质的影响，DO越大表明水质越清洁。,农业水土工程,29,农业工程概论,农业环境污染使作物生长受到直接和间接危害。,2农业环境污染的危害,SO2经过大气中某些物质的催化，遇水蒸汽可形成酸雨，它将使土壤、河湖酸化，殃及作物及鱼类等,有些污染是缓慢危害农业和人类。,比重大于4以上的金属，如汞、铅、镉、镍、铬、铜、锌、砷等常混杂在工厂废水、污泥中，因其化学性质稳定，不易代谢分解，土壤一旦受其污染后，很难治理。,农业水土工程,30,农业工程概论,农产品在加工、贮藏、运输、包装过程中都有可能造成污染，如在食品或饲料中加入有害的添加剂，或在贮存过程中发生霉变，产生黄曲霉毒素，这是一种容易诱发肝癌的毒素。水果、蔬菜等在收获前施农药，有时会附着在表面，有些甚至渗入到表皮内部，人类食用后就会中毒。,农业水土工程,31,农业工程概论,三、农业环境保护及治理,农
