水肥資源高效利用

內(nèi)容概要

本書圍繞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件變化下農(nóng)田水分養(yǎng)分運(yùn)移及其產(chǎn)量環(huán)境效應(yīng)，以節(jié)水、省肥、高產(chǎn)、減排、控污為目標(biāo)，闡述了近些年南方灌區(qū)水肥高效利用及環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)與理論研究成果，提出了集田問(wèn)節(jié)灌控排一溝渠塘堰濕地生態(tài)處理一排水再利用于一體的水肥高效利用與減排控污技術(shù)體系及其多目標(biāo)適應(yīng)調(diào)控方法、農(nóng)業(yè)面源污染物控制與排水再利用技術(shù)等。以上方法、技術(shù)經(jīng)灌區(qū)多年應(yīng)用，得到了復(fù)雜條件下農(nóng)田水肥運(yùn)移及流失規(guī)律、不同尺度水分氮素利用效率與稻田水肥管理臨界指標(biāo)等實(shí)用性成果，發(fā)展了農(nóng)業(yè)水資源高效利用理論，為現(xiàn)代灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)與水肥管理提供了依據(jù)。
本書可供農(nóng)業(yè)水利、資源環(huán)境、系統(tǒng)工程及管理科學(xué)等領(lǐng)域科研、教學(xué)、工程規(guī)劃設(shè)計(jì)與管理人員及大專院校相關(guān)專業(yè)師生參考。

書籍目錄

前言
第1章　綜述
 1.1水肥資源利用現(xiàn)狀
 1.1.1 農(nóng)業(yè)水資源利用現(xiàn)狀
 1.1.2化肥利用現(xiàn)狀
 1.1.3農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀
 1.2水肥利用研究進(jìn)展
 1.2.1 水肥耦合灌溉研究進(jìn)展
 1.2.2控制排水研究進(jìn)展
 1.2.3排水再利用研究進(jìn)展
 1.2.4農(nóng)業(yè)面源污染研究進(jìn)展
 1.2.5 農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)分析研究進(jìn)展
 1.3 水肥資源高效利用技術(shù)體系
 1.3.1 水肥資源高效利用內(nèi)涵與特征
 1.3.2 水肥資源高效利用關(guān)鍵技術(shù)
 1.3.3 主要成果與結(jié)論
第2章　水肥資源高效利用理論基礎(chǔ)
 2.1水平衡原理
 2.1.1 水量平衡方程
 2.1.2區(qū)域水平衡匡算
 2.2氮平衡原理
 2.3水肥耦合灌溉技術(shù)
 2.3.1 水肥耦合效應(yīng)
 2.3.2 水肥耦合灌溉技術(shù)
 2.4控制排水技術(shù)
第3章　水肥利用試驗(yàn)區(qū)概況與設(shè)計(jì)方法
 3.1漳河水庫(kù)灌區(qū)基本情況
 3.1.1地理位置
 3.1.2漳河水庫(kù)概況
　　……
第4章　坡地農(nóng)田氮、磷運(yùn)移流失試驗(yàn)
第5章　稻田節(jié)灌控排下水肥運(yùn)移及產(chǎn)量效應(yīng)試驗(yàn)
第6章　稻田氮平衡模擬模型及其利用效率
第7章　水肥耦合下水稻生長(zhǎng)模擬模型及效應(yīng)
第8章　稻田排水模擬模型及水氮流失分析
第9章　稻田水肥高效利用灌排綜合調(diào)控模擬
第10章　稻田水肥高效利用多維臨界調(diào)控模式
第11章　農(nóng)業(yè)面源污染模擬模型
第12章　生態(tài)溝渠修復(fù)技術(shù)
第13章　灌排-濕地系統(tǒng)生態(tài)處理技術(shù)
第14章　農(nóng)田排水再利用模式及效應(yīng)
參考文獻(xiàn)
彩圖

章節(jié)摘錄

　　第1章 綜 述　　本章闡述我國(guó)水肥資源利用現(xiàn)狀，分析水肥耦合灌溉、控制排水、農(nóng)業(yè)面 源污染及水資源系統(tǒng)分析等方面的國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展趨勢(shì)，指出農(nóng)業(yè)水肥資源高 效利用的內(nèi)涵特征及其對(duì)“資源節(jié)約型與環(huán)境友好型”社會(huì)建設(shè)的作用，構(gòu)建 農(nóng)業(yè)水肥資源高效利用理論技術(shù)體系，綜述近些年主要研究成果與結(jié)論。　　1.1 水肥資源利用現(xiàn)狀　　1.1.1 農(nóng)業(yè)水資源利用現(xiàn)狀　　灌溉是保證農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要途徑。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，現(xiàn)已建成 萬(wàn)畝以上灌區(qū) 6414 處，農(nóng)田有效灌溉面積達(dá) 0.58 億 hm2，占世界總量的 20%， 居世界首位。在占全國(guó)耕地面積 48%的灌溉面積上生產(chǎn)了占全國(guó)總量 75%的糧 食作物和 90%以上的經(jīng)濟(jì)作物。但農(nóng)業(yè)水資源十分短缺，耕地畝均水資源量?jī)H 28 500m3/hm2，是世界平均水平的 4/5。我國(guó)以占全球約 6%的淡水資源和 9% 的耕地，生產(chǎn)了世界 19%的谷物、49%的瓜果蔬菜和 19%的水果，保障了占全 球 21%的人口的溫飽和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。農(nóng)業(yè)灌溉對(duì)保障糧食安全和國(guó)家安全發(fā)揮了 極其重要的作用?！　〗┠辏S著國(guó)家對(duì)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)的重視，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的 調(diào)整以及節(jié)水灌溉技術(shù)的普及推廣，我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉面積已占全國(guó)有效灌溉 面積的 36%，灌溉水利用率提高了 10%左右，灌溉用水量占全國(guó)總用水量的比 例已降至 65%左右。在耕地面積不斷減少條件下，依靠用水效率的提高以及農(nóng) 業(yè)種植結(jié)構(gòu)與方式的調(diào)整等多種因素作用，全國(guó)糧食總產(chǎn)量由1983年的3.8728 億 t 增加到 2010 年的 5.4641 億 t?！　〉S著城市化的快速發(fā)展，日益增強(qiáng)的人類活動(dòng)所導(dǎo)致的用水需求在繼續(xù) 增長(zhǎng)，干旱與洪澇等極端氣候變化頻繁，水環(huán)境惡化與水生態(tài)退化趨勢(shì)依然存 在，這使得我國(guó)本已嚴(yán)峻的農(nóng)業(yè)水資源供需矛盾變得更加尖銳。近 20 年來(lái)， 海河、黃河、淮河流域水資源總量分別減少了 25%、10.1%和 8.7%。我國(guó)每年 受旱面積達(dá) 2000 萬(wàn)～2700 萬(wàn) hm2，約 670 萬(wàn) hm2灌溉面積得不到灌溉；在全國(guó) 每年所缺的約 400 億 m3水量中，農(nóng)業(yè)缺水量達(dá) 300 億 m3。　　受灌溉技術(shù)落后、管理粗放等因素影響，我國(guó)農(nóng)業(yè)用水總量所占比重(65% 左右)仍遠(yuǎn)大于發(fā)達(dá)國(guó)家，如法國(guó)農(nóng)業(yè)用水只占總用水量的 42.5%，美國(guó)占 48.7%。而且，我國(guó)灌溉用水效率相當(dāng)?shù)?，灌溉水利用系?shù)不足 0.5，水分生產(chǎn) 率僅 1kg/m3左右，而先進(jìn)國(guó)家農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)達(dá) 0.7～0.8，水分生產(chǎn)率達(dá) 2kg/m3，以色列更高達(dá) 2.35kg/m3。大量灌溉和降雨的余水被當(dāng)做廢水而不加利 用即排出農(nóng)田，形成農(nóng)田排水流入溝道、河湖，既增加了農(nóng)業(yè)灌溉生產(chǎn)成本， 且加重了區(qū)域防洪排澇負(fù)擔(dān)，最終匯入大海、沼澤、咸水體或其他無(wú)法利用或 不易利用的區(qū)域，造成嚴(yán)重的淡水資源浪費(fèi)。如果農(nóng)田排水能夠?yàn)楣鄥^(qū)內(nèi)下游 農(nóng)田或下游灌區(qū)所用，則將節(jié)約 37%左右的灌溉水?！　∫虼?，合理地控制灌溉，優(yōu)化調(diào)配降水、土壤水、地表水與地下水等多種 水源，實(shí)行排水再生利用，大力提高農(nóng)業(yè)灌溉用水效率，對(duì)緩解農(nóng)業(yè)水資源危 機(jī)具有重要意義。深入開展農(nóng)業(yè)節(jié)水理論和技術(shù)的研究與推廣，提高灌溉水利 用效率，將是我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源管理中面臨的一項(xiàng)長(zhǎng)期艱巨任務(wù)。　　1.1.2 化肥利用現(xiàn)狀　　肥料是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本要素和提高作物產(chǎn)量的有效措施。1961～2001 年的 40 年間，世界化肥用量從 0.31 億 t 增長(zhǎng)到 1.38 億 t，同期糧食總產(chǎn)量從 8.77 億 t 增加到 21.06 億 t，單位面積產(chǎn)量從 1.35t/hm2增加到 3.11t/hm2，施用每公 斤化肥增產(chǎn)糧食 5～10kg。由此可見農(nóng)業(yè)施肥對(duì)保證世界糧食安全發(fā)揮了極其重 要的作用?！　?010 年，我國(guó)化肥產(chǎn)量達(dá)到 6620 萬(wàn) t，化肥使用量 4124 萬(wàn) t，化肥總產(chǎn) 量和消費(fèi)量均占世界 1/3 以上；單位面積農(nóng)用化肥施用量 434.3kg/hm2，是國(guó)際 公認(rèn)的化肥施用安全上限 225kg/hm2的 1.93 倍。我國(guó)在占世界 9%的耕地上以 消費(fèi)世界 35%的化肥保證糧食作物的增產(chǎn)。試驗(yàn)表明，合理的氮、磷、鉀化肥 配合，可使水稻增產(chǎn) 40.8%，玉米增產(chǎn) 46.1%，小麥增產(chǎn) 56.6%，棉花增產(chǎn) 48.6%， 油菜子增產(chǎn) 64.4%；每公斤氮肥可增產(chǎn)稻谷 9.1kg，小麥 10.0kg，玉米 13.4kg； 每公斤磷肥可增產(chǎn)稻谷 4.7kg，小麥 8.1kg，玉米 9.7kg；每公斤鉀肥可增產(chǎn)稻 谷 4.9kg?；蕦?duì)我國(guó)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率在 40%左右。隨著對(duì)資源約束進(jìn)一步 加劇，維持一定的化肥投入和科學(xué)施肥，對(duì)保持種植業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增 產(chǎn)、農(nóng)民增收和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，具有不可替代的重要作用?！　〉?，氮、磷、鉀化肥總用量很大，化肥利用率卻仍然偏低，肥料投入品 種結(jié)構(gòu)不合理，施用方法粗獷等一直是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的主要問(wèn)題之一。 當(dāng)季氮肥利用率僅 35%、氮素化肥的損失高達(dá) 45%；農(nóng)田磷肥利用率 10%～ 25%，低于發(fā)達(dá)國(guó)家 15%～20%。這不僅造成化肥資源浪費(fèi)，還加重了水環(huán)境 污染的負(fù)荷。據(jù)調(diào)查，過(guò)量氮、磷的輸入是導(dǎo)致我國(guó) 50%以上湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的 主要原因。山東南四湖來(lái)自農(nóng)田的氮、磷分別為 35%和 68%；巢湖來(lái)自農(nóng)田的 氮、磷分別為 33.1%和 40.3%，TP、TCl 濃度平均高達(dá) 0.185mg/L 和 2.76mg/L， 分別超標(biāo) 6.4 倍和 8.2 倍?！　?005 年，我國(guó)針對(duì)部分地區(qū)過(guò)量施肥、盲目施肥、化肥利用率偏低等問(wèn)題， 啟動(dòng)實(shí)施了測(cè)土配方施肥補(bǔ)貼項(xiàng)目，推廣面積達(dá) 11 億畝以上，每畝平均增產(chǎn) 糧食 6%～10%，減少不合理施肥 1～2kg，對(duì)促進(jìn)糧食穩(wěn)定增產(chǎn)、農(nóng)民持續(xù)增收 和農(nóng)業(yè)節(jié)能減排發(fā)揮了重要作用。今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展仍將依賴 于化肥消費(fèi)的增長(zhǎng)。以無(wú)機(jī)肥料為主，充分利用有機(jī)肥料是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的根 本出路。如何結(jié)合灌溉、施肥，充分利用有機(jī)養(yǎng)分，實(shí)現(xiàn)地區(qū)間、作物間與養(yǎng) 分間的施肥平衡，節(jié)約肥料資源，提高施肥效益與作物品質(zhì)，減少環(huán)境污染風(fēng) 險(xiǎn)，則是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的一項(xiàng)艱巨任務(wù)?！　?.1.3 農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀　　不合理地施用化肥，容易導(dǎo)致部分未被利用的氮、磷等化學(xué)元素通過(guò)地表 徑流、地下淋溶進(jìn)入水體，由此形成農(nóng)業(yè)面源污染。受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的廣泛性 和普遍性影響，農(nóng)業(yè)面源污染已被認(rèn)為是目前水體污染中最大的問(wèn)題之一。在 美國(guó)，農(nóng)業(yè)面源污染占環(huán)境污染總量的 66.7%，約 40%的河流和湖泊水體質(zhì)量 不合格是由農(nóng)業(yè)面源污染引起。瑞典不同流域來(lái)自農(nóng)業(yè)的氮占流域總輸入量的 60%～87%。芬蘭有 20%的湖泊水質(zhì)惡化，其中，農(nóng)業(yè)面源排放的磷和氮占各種 污染源排放總量的 50%以上。此外，農(nóng)業(yè)面源污染還是造成地下水污染和濕地 退化的主要因素。歐洲地下水硝酸鹽污染的首要來(lái)源是農(nóng)業(yè)面源污染，而農(nóng)業(yè) 面源排放的磷為地表水污染總負(fù)荷的 24%～71%?！　≡谖覈?guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，施撒過(guò)量化肥、使用劇毒農(nóng)藥、將不可降解農(nóng)膜 棄于田間、露天焚燒秸稈、隨意堆放大型養(yǎng)殖場(chǎng)禽畜糞便等落后生產(chǎn)管理方式， 是導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染的重要因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó) 60%～80%的河流和湖泊富 營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題都是由農(nóng)業(yè)面源污染造成的，太湖流域農(nóng)業(yè)面源排放的 TP、TN 分 別占其總排放量的約 20%和 30%。在中國(guó)環(huán)境與發(fā)展國(guó)際合作委員會(huì) 2004 年 年會(huì)上，中外專家指出我國(guó)農(nóng)民濫用化肥和農(nóng)藥(尤其由其引起的氮污染)已嚴(yán) 重危害到人體健康和環(huán)境質(zhì)量，其農(nóng)業(yè)面源污染影響了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，但 尚未找到如何在短期內(nèi)解決農(nóng)業(yè)面源污染的行之有效的方法。國(guó)際合作委員會(huì) 農(nóng)業(yè)面源污染控制課題組研究得出：我國(guó)氮肥施用量的一半在被農(nóng)作物吸收之前就以氣體形態(tài)逸失到大氣中或從排水溝渠流失到水體環(huán)境中。其中，累積于 飲用水源特別是井水中的化肥和農(nóng)藥直接威脅到人民的健康，并引起湖泊、河 流的富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致水藻瘋長(zhǎng)、赤潮以及魚類等水生動(dòng)物因缺氧而數(shù)量減少甚 至死亡。　　“九五”以來(lái)，我國(guó)開展了大規(guī)模的水環(huán)境保護(hù)與水污染治理，環(huán)境污染 治理投資占 GDP 比重從 2000 年的 1.02%提高到 2008 年的 1.49%，“十一五” 期間環(huán)境污染治理投資已達(dá) 6400 億元，但主要集中在城市點(diǎn)源污染防治上， 對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染治理投入甚少?！　‰S著點(diǎn)源污染的治理及其負(fù)荷的下降，面源污染治理開始受到關(guān)注。但是， 現(xiàn)有農(nóng)業(yè)面源污染的治理模式，仍是參照點(diǎn)源污染的治理模式，試圖通過(guò)建設(shè) 一些河口、河岸地帶示范工程獲得成效，效果并不理想。受農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)生 于區(qū)域乃至流域的影響，區(qū)域或流域內(nèi)不同地點(diǎn)上發(fā)生的面源污染負(fù)荷強(qiáng)度因 降雨、土壤類型、土地利用類型和地形條件而變化。區(qū)域或流域內(nèi)農(nóng)田、畜禽 養(yǎng)殖業(yè)、城鄉(xiāng)結(jié)合部污染物類型不同，因此農(nóng)業(yè)面源污染控制模式與技術(shù)應(yīng)存 在差異，需要對(duì)區(qū)域甚至流域內(nèi)各類型水源涵養(yǎng)地的污染源總量控制進(jìn)行統(tǒng)一 規(guī)劃布局與綜合治理?！　榇耍┠陣?guó)家雖然制定了不少農(nóng)業(yè)環(huán)境方面的污水排放法規(guī)和技術(shù)標(biāo) 準(zhǔn)，但大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)依然停留在污染物的末端控制上，缺少面向面源污染控制的 灌區(qū)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、畜禽場(chǎng)農(nóng)田最低配置標(biāo)準(zhǔn)以及固液廢棄物監(jiān) 管規(guī)定，使得一些地區(qū)單位面積農(nóng)田上的農(nóng)村人畜排出有機(jī)氮、磷養(yǎng)分承載量 已分別達(dá)到 1000kg/hm2和 600kg/hm2，嚴(yán)重威脅到水域水環(huán)境健康。如何科學(xué) 規(guī)劃農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)與水肥耦合灌溉利用方式，將農(nóng)村土地利用規(guī)劃與灌區(qū)節(jié)水 改造規(guī)劃、水肥綜合管理、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等有機(jī)結(jié)合，從田間.灌區(qū).流域不同 層面上建立農(nóng)業(yè)面源污染控制體系與減排模式，則是今后農(nóng)業(yè)面源污染防治中 需要解決的重要現(xiàn)實(shí)問(wèn)題之一。　　1.2 水肥利用研究進(jìn)展　　1.2.1 水肥耦合灌溉研究進(jìn)展　　水和肥是影響作物生長(zhǎng)與產(chǎn)量、品質(zhì)的重要因子。20 世紀(jì) 50 年代以來(lái)， 世界各國(guó)建立了許多灌溉試驗(yàn)站和土壤肥料試驗(yàn)站，分別開展了許多“三水”、 “四水”轉(zhuǎn)換及溶質(zhì)運(yùn)移、作物需水量與節(jié)水灌溉、施肥技術(shù)與養(yǎng)分利用等試驗(yàn)研究，取得大量研究成果。然而，受專業(yè)、管理體制與運(yùn)行機(jī)制等復(fù)雜因素 影響，現(xiàn)有研究成果大多是針對(duì)水和肥獨(dú)立展開的。實(shí)際上，水分和養(yǎng)分對(duì)作 物生長(zhǎng)的作用不是孤立的，它們之間存在明顯的相互作用。在農(nóng)田系統(tǒng)中，水 分和養(yǎng)分之間、各養(yǎng)分之間、作物與水肥之間這種相互激勵(lì)的動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制及 其對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響機(jī)理，一直是水肥耦合效應(yīng)的研究重點(diǎn)?！　⊙芯勘砻?，不同水肥耦合灌溉調(diào)控方式條件下氮、磷元素的運(yùn)移轉(zhuǎn)化及化 肥流失規(guī)律差異明顯。據(jù)調(diào)查，由于施肥、灌排方式不當(dāng)，30%～70%氮肥經(jīng)各 種途徑損失于環(huán)境之中，其中通過(guò)水循環(huán)損失的氮相當(dāng)于氮肥施用量的 6%， 且隨著排水量的增大而增大。而節(jié)水灌溉模式(如間歇灌溉、濕潤(rùn)灌溉)可使稻 田滲漏量降低 30%～70%，使氮、磷元素的流失量大幅度減少。濕潤(rùn)灌溉可比 充分灌溉減少總氮流失量 35.09%～54.22%。中、低氮處理的總氮損失量比高氮 處理減少 0.59%～23.22%。但稻田節(jié)水也會(huì)對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境帶來(lái)一些不利影響， 如間歇灌溉下，當(dāng)土水勢(shì)低于?10～?20kPa 時(shí)，會(huì)引起土壤嚴(yán)重滲漏，稻田土壤 物理性狀發(fā)生改變；水稻旱種等一些使稻田偏旱的高效節(jié)水灌溉技術(shù)，可能導(dǎo) 致土壤肥力下降；稻田干濕交替灌溉下更易引起氮素?fù)]發(fā)，同時(shí)導(dǎo)致近地面大 氣的水、熱狀況變異，稻田周圍生物多樣性變化，旱作稻田還引起病蟲害的加 劇，N2O 排放量增加等。因此，深入研究不同地域氣候、土壤和作物條件下水 肥耦合灌溉對(duì)農(nóng)田水分養(yǎng)分運(yùn)移流失的影響機(jī)制及其空間變異特性，優(yōu)化調(diào)控 復(fù)雜條件下的區(qū)域水肥運(yùn)移流失過(guò)程，減少農(nóng)業(yè)面源污染，提高水肥資源利用 率，已成為最具前景的研究方向之一?！　≡谒蜀詈瞎喔葪l件下，適度的水分虧缺可以使作物更有效地利用深層土 壤的水分，減少無(wú)效耗水，提高水分養(yǎng)分利用效率，維持較高的產(chǎn)量。例如， 淺濕灌溉可以提高水稻吸收利用氮素養(yǎng)分的有效性，而在間歇灌溉下高氮可以 大幅度提高水分生產(chǎn)率和水稻產(chǎn)量，同時(shí)使氮肥利用率提高 5.17%。但施肥水 平與方式也會(huì)影響作物養(yǎng)分利用效率與作物產(chǎn)量。不施氮時(shí)植株的吸收效率、 利用效率與作物產(chǎn)量呈顯著相關(guān)；高氮情況下則只有氮利用效率與作物產(chǎn)量的 相關(guān)性顯著。稻田氮肥深施 6～10cm，能減少無(wú)固氮能力的藻類在田面滋生， 誘使稻根深扎，增加其根系活力，擴(kuò)大根系營(yíng)養(yǎng)面積，提高氮肥利用效率 50% 左右。但是，傳統(tǒng)的能量平衡估算方法以及在充分濕潤(rùn)條件下獲得的作物系數(shù) 并不適用于非充分濕潤(rùn)條件下的作物需水量估算與水肥高效利用管理。為此， 人們一直試圖建立高效用水和精準(zhǔn)灌溉條件下的作物需水量計(jì)算模型與水肥 一體化管理模型。迄今，已建立基于彭曼.蒙蒂斯公式的水分脅迫下不同作物 種類參數(shù)化模型，水分限制條件下的ORYZA_W模型，養(yǎng)分限制下的ORYZA_N 模型，水分養(yǎng)分一體化管理的 ORYZA 2000 模型，以及引入肥料因子構(gòu)造了水肥生產(chǎn)函數(shù)的 Jensen 模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等；并對(duì)作物產(chǎn)量動(dòng)態(tài)變化與水 肥相互關(guān)系、季節(jié)蒸發(fā)、蒸騰量和水分利用率的關(guān)系、邊際水利用率和水生產(chǎn) 彈性指數(shù)、節(jié)水灌溉條件下稻田的氮經(jīng)濟(jì)和水分生產(chǎn)率等進(jìn)行了研究，提出了 淺濕溥曬灌、交替灌溉、調(diào)虧灌溉等不同作物水分調(diào)控模式，以及底肥、種肥、 追肥、深施肥、測(cè)土配方、適量施肥等肥料管理模式?！　∪欢F(xiàn)有的一些水肥耦合模型，基本上是以水分和肥料為自變量，以 產(chǎn)量為因變量建立的二次回歸方程。這種模型的優(yōu)點(diǎn)是所需的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較 簡(jiǎn)單，只要試驗(yàn)設(shè)計(jì)完善、數(shù)據(jù)可靠，模型也容易建立，但缺點(diǎn)是模型通用 性不強(qiáng)。此外，在目前所建立的水肥耦合模型中，作物最佳施肥量的確定主 要以作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益為指標(biāo)，肥的因素一般主要考慮施肥量，忽視了土 壤基礎(chǔ)肥力因子的影響。而作物從土壤中攝取的養(yǎng)分占 50%以上，若不考慮 土壤供應(yīng)養(yǎng)分的情況，得出的水分和肥料的耦合模型就缺乏共性，難以在不 同肥力水平的田塊上推廣應(yīng)用。今后除進(jìn)一步考慮建立作物產(chǎn)量與土壤水分 養(yǎng)分的非線性響應(yīng)關(guān)系模型外，還應(yīng)綜合考慮土壤植物系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)流、蒸騰、 光合、同化作用及其環(huán)境效應(yīng)，建立作物生長(zhǎng)機(jī)理模型與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)模擬 模型，根據(jù)模型計(jì)算不同土壤水分、養(yǎng)分、生物作用條件下的作物產(chǎn)量及其 環(huán)境響應(yīng)規(guī)律。近些年來(lái)，隨著人們對(duì)作物品質(zhì)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的不斷重視， 國(guó)內(nèi)外開始關(guān)注化肥使用對(duì)水土環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的影響，并根據(jù)不同地區(qū) 養(yǎng)分狀況和不同作物需肥規(guī)律，以土壤地力定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)定數(shù)據(jù)為依據(jù)，研 究建立各種農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)施肥體系。但總的來(lái)說(shuō)，施肥對(duì)農(nóng)田生態(tài) 環(huán)境的影響以及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)方面的研究還不多見。今后，水肥耦合灌溉技術(shù) 將與節(jié)水高效作物栽培技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步研究不同區(qū)域、種植制度、地力 基礎(chǔ)和水資源狀況下主要作物農(nóng)田養(yǎng)分供應(yīng)與利用模式、不同水分條件下能 獲得最高水分利用效率的水分與養(yǎng)分最佳參數(shù)組合技術(shù)；適應(yīng)不同節(jié)水灌溉 方式下作物根區(qū)水分養(yǎng)分遷移、轉(zhuǎn)化和吸收的動(dòng)力學(xué)過(guò)程的作物根際水肥耦 合循環(huán)與調(diào)控模型技術(shù)，獲得以提高水肥耦合利用效率為目標(biāo)的田間水肥耦 合灌溉技術(shù)參數(shù)的最優(yōu)組合技術(shù)等?！　∞r(nóng)業(yè)節(jié)水潛力及其水肥流失尺度效應(yīng)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題之一。 研究表明，在農(nóng)田尺度上的節(jié)水潛力和水分養(yǎng)分利用效率與灌溉系統(tǒng)及流域尺 度上的節(jié)水潛力和水分養(yǎng)分利用效率并非完全一致。內(nèi)蒙古河套灌區(qū)干渠、支 渠、斗渠、農(nóng)渠渠道全部防滲后，渠系水利用系數(shù)可由 0.42 提高到 0.7，灌溉 水利用系數(shù)由 0.35 提高到 0.6，但去掉渠水蒸發(fā)、尾水排泄、渠旁側(cè)滲潛水蒸 發(fā)后，補(bǔ)給地下水水量甚微。埃及某灌區(qū)經(jīng)多年調(diào)查與試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)田間灌溉效率 只有 40%～50%，但由于水在系統(tǒng)內(nèi)部的重復(fù)利用使整個(gè)系統(tǒng)的灌溉效率接近　　……

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