中国工程院院士、武汉大学教授茆智呼吁:在水资源与农业节水的研究中应注意 水量与水质并重 自然科学与社会科学并重

水利部党组把保障饮水安全、维护人的生命健康作为水利工作的第一任务。目前, 水资源短缺和水环境恶化已经成为经济社会可持续发展的主要制约因素之一。如何保障饮水安 全,维护生命健康,成为人们关注的话题。为此,本期采访了有关院士、专家、学者,他们围绕"保 障饮水安全,维护生命健康"发表了各自的独到见解,提出了解决我国水资源问题的对策和措施。

水稻高效节水与持续高产的灌排技术

我国是世界上最主要的种稻国家,全国水稻总产量及灌溉面积居粮食作物中的前列.水稻灌区的节水、高产在我国有重要现实意义.近年来,我国试验研究、开发与推广了许多种水稻节水、高产灌排技术;国外通过先进的试验手段,发现长期采用一些水稻高效节水灌溉技术可能对水土环境及产量造成一些不良影响,探讨了此影响产生的原因及避免途径.在吸取国内外先进经验基础上,通过试验研究并开发出了水稻高效节水、持续高产的灌排与施肥综合技术,以及水稻灌区用水管理决策支持系统.具体是稻田轮流淹水与落干的间歇灌技术、与此相配合而增加追肥次数的施肥制度改革措施,以及易于推广应用的稻田实时灌溉预报与渠系用水实时调配技术.这些技术是水利措施与农业措施紧密结合既能高效节水,又能避免水土环境的不利影响,持续高产,符合农业可持续发展的要求.文中亦介绍了这些技术的推广情况及推广后取得的节水、增产经济效益和社会与生态环境效益.

实时灌溉预报

实时灌溉预报是制定动态灌溉用水计划的基础 ,对灌区节水 ,增加作物产量和提高经济效益起着重要作用。其重点与难点内容是作物需水量实时预报。国内外已有的作物需水量预报方法与模型 ,是建立在历史典型水文年资料基础之上的 ,无法用于实时预报。文章分析了作物需水量与气象条件和非气象条件 (主要是植物条件以及土壤条件 )之间的关系 ,提出了根据天气类型、作物绿叶覆盖率和土壤有效含水率 3项因素进行作物需水量实时预报的方法与模型 ,介绍了具体的预报步骤与计算框图 ,改进了常规的预报方法 ,主要是用预报的天气类型 (晴、昙、阴、雨 )代替修正彭曼法中所需的气温、空气湿度、日照时数与风速 4项气象因素 ,用绿叶覆盖率代替叶面积指数 。

我国南方水稻水分生产函数试验研究

本文根据广西桂林地区灌溉试验中心站１９８８年以来的五年观测试验成果，分析研究适用于我国南方的水稻水分生产函数模型，探讨各种模型中水分敏感性参数的变化规律，提出水稻水分生产函数随水文年度呈规律性变化的观点，特别是具体提出了Ｊｅｎｓｅｎ模型中水分敏感指数与参照作物需水量的关系，为拓宽水分生产函数应用的时空范围提供了依据及方法．

水稻节水灌溉在节水增产防污中发挥重要作用

我国水稻产量占全国粮食总产量的37％．其产量高低及能否持续稳产高产，对我国粮食安全具有举足轻重的作用。我国降水与水资源时空分布不均形成的缺水以及稻区严重的农业面源污染，直接影响水稻的稳产高产。为保障粮食安全，在我国水稻生产中必须节水。

水稻节水灌溉及其对环境的影响

水稻是中国最主要的粮食作物之一 ,其产量约占粮食作物总产量的 4 0 % ;在全国约 1 1× 10 8hm2 的粮食作物总面积中 ,稻田面积约占 2 8%。 2 0世纪 80年代以来 ,水稻产区的水资源短缺已成为当地农业生产中的重要问题 ,各地试验、开发、应用与推广了许多种水稻节水灌溉模式。文章根据这些新的水稻灌溉模式试验结果与推广经验 ,将我国水稻节水灌溉主要模式归纳为浅、湿、晒结合 ,间歇淹水 ,半旱栽培和蓄雨型等 4类。阐述了这些模式的田间水分控制标准以及节水、增产和提高水分生产率的潜力 ;提出了该 4类模式的选择原则以及应用这些模式时应注意的问题 ;分析、讨论了推广这些模式能够持续节水与提高水分生产率的机理以及对环境的影响。

构建节水防污型生态灌区

农业是我国的第一用水大户，发展高效节水型农业是我国的基本国策。近年来．我国各地根据实验研究和实践，总结出多种既节水又高产的稻田水分管理模式，如浅湿晒模式、干湿交替灌溉模式、中后期无水层灌溉模式（或称半旱栽培模式）等，这些模式对推进我国的节水灌溉事业起到很大的作用。

节水潜力分析要考虑尺度效应

中国是世界上最主要的种稻国家之一,水稻面积为世界第二,水稻的总产量在世界各国中居首位.水稻是中国最主要的粮食作物之一,其种植面积约占全国粮食种植面积的30%,产量约占全国粮食总产量的40%,水稻的灌溉用水量在全国农业用水中占1/3以上.但中国水资源紧缺,且时空分布不均,特别是工业用水、城镇供水大幅度增长,农业用水紧缺问题日益严重.农业是我国的第一用水大户,发展高效节水型农业是我国的基本国策.应该说水稻的节水,对工农业生产的持续发展及人民生活水平的提高有着十分重要的意义.

发展节水灌溉应注意的几个原则性技术问题

21世纪初期 ,我国将以空前的规模发展节水灌溉事业 ,计划安排大量的全国性节水灌溉项目。为了合理、高效地开展这些项目的规划、设计、建设与运行管理工作 ,使其节水效果好、经济效益高 ,提出了应注意以下五方面原则性的技术问题 :节水灌溉的涵义与目的、技术措施体系、尺度效应、效果评估指标体系、主攻方向。并对这些问题进行了具体论述。

提倡建设一个节水型、生态型灌区

在本期都江堰专辑上,我们书面采访了参加都江堰2260周年国际学术论坛的部分著名专家和院士,以及关注和了解都江堰的部分专家学者,请他们就都江堰的历史传承、工程技术、生态环境、文化影响,以及都江堰的方方面面,结合自己的研究领域发表见解,帮助广大读者更多地了解和认识都江堰。我们将他们的独到见解和深刻观点发表出来,以飨读者。

稻田CH_4和N_2O综合排放对控制灌溉的响应

为了揭示水稻控制灌溉对稻田CH4和N2O综合排放的影响,该文采用静态暗箱-气相色谱法对控制灌溉稻田CH4和N2O排放进行原位观测,分析稻田CH4和N2O综合排放对控制灌溉水分调控的动态响应。结果表明,控制灌溉稻田CH4排放通量多低于常规灌溉稻田,且主要集中在水稻分蘖前期,峰值出现在土壤脱水后第1～2d,排放总量较常规灌溉稻田减少81.2%～82.8%;N2O排放通量多高于常规灌溉稻田,峰值出现在肥后且土壤脱水后3～4d,排放总量较常规灌溉稻田增加了121.8%～144.3%。控制灌溉稻田CH4和N2O的综合全球增温潜势较常规灌溉稻田显著减少(p<0.05),减少幅度为15.0%～34.8%。控制灌溉显著降低了稻田CH4和N2O的综合温室效应。

多级串联表面流人工湿地净化生活污水效果

农村生活污水已经成为农业面源污染的主要来源之一。为了研究如何在经济发展水平不高的农村建立能有效治理农村生活污水,且建设成本低、运行维护简单的人工湿地系统,该文通过在桂林市青狮潭灌区构建了多级串联的表面流人工湿地系统,研究分析了不同子系统的水质净化效果及相关检测指标浓度的沿程变化规律。研究结果表明,湿地系统对氮磷的去除效率总体呈现出随时间推移逐渐下降的趋势,同时湿地的表面积越大,其对氮磷的去除率越高。研究还发现,该湿地系统对高浓度进水具有快速、稳定的去除效果,而对低浓度进水的营养盐去除则表现得较为平缓和持久。通过对湿地系统沿程氮磷浓度衰减的拟合及回归分析,建立了与湿地系统进口浓度有关的TN、NH4+-N和TP浓度的沿程衰减模型,相关分析表明其最佳的拟合模型均为指数衰减模型。该湿地系统在整个试验时期内均表现出了良好的净化效果,有效地减轻了农村生活污水对外界水环境的破坏,指数衰减模型的建立也为后续湿地设计及排水水质预测提供了理论分析依据。

用FAO-56作物系数法推求控制灌溉条件下晚稻作物系数及验证

根据国家"863"节水农业重大专项试验资料,利用FAO-56推荐的分段单值法和双值法构建了控制灌溉条件下晚稻的作物系数曲线,分析了调整灌溉或降雨后的最大作物系数值对双值法水稻作物系数计算结果的影响,并根据2004年实测资料对研究结果进行了验证。结果表明:控制灌溉条件下,晚稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期及乳熟期的作物系数实测值分别为1.14、1.49、1.43和1.12。分段单值法得到初始生长期、生育中期和后期的作物系数分别为1.1、1.39和0.79。降雨频繁阶段或灌溉阶段,对最大作物系数作调整后,减小了双值法作物系数计算值与实测值的误差。验证结果表明,2004年晚稻累积蒸发蒸腾量模拟值与实测值的相对误差为12.42%～16.24%,以基于调整后的双值法作物系数的晚稻蒸发蒸腾量模拟结果与实测值最为接近。

塘堰湿地减少农田面源污染的试验研究

为研究塘堰湿地对农田氮磷污染的去除效应和规律,在湖北省漳河灌区选取1座典型塘堰并进行改造,于2009年5-9月水稻生育期在塘堰采集水样进行氮磷浓度化验分析。结果表明,塘堰湿地对总氮、总磷整体去除率分别为45.88%、44.20%,取得了良好的降解作用。湿地3个处理单元的对比试验表明,优化了植物种植密度的单元,降解氮的能力显著增强,说明湿地植物对氮素的吸收是湿地去除农田面源污染中氮素的一个重要途径。单元Ⅲ(对湿地底泥进行了疏浚,回填新的底泥,然后重新调整种植密度)比单元Ⅱ(对湿地植物密度进行了优化)的磷的去除效果好,说明底泥对磷的吸附在湿地降解磷素中起重要作用。该研究为以后的湿地研究提供参考。

不同灌排模式稻田排水中氮磷流失规律

为了研究不同灌排模式稻田排水中氮磷流失规律,以集成合理的节水灌溉与控制排水技术,在江苏高邮开展田间试验。试验区排水斗沟出口处设水位调控闸门,在水稻不同生育阶段对排水沟水位及田间水分进行控制,形成新型的控制灌排模式。与常规灌排模式进行对比,两年田间试验成果表明,控制灌排模式较常规灌排模式节水16.7%,增产7.1%,排水总量减少54%,水稻全生育期稻田排水中NH4+-N、NO3--N与TP流失总量分别减少38.07%、82.29%和52.15%,节水减排和降污效果显著。采用控制灌排模式,通过实施灌水调控和排水管理,控制了氮磷流失关键时期的排水量,高效利用了水分和养分,取得了节水高产、减排控污的效果。

水稻水分生产函数时空变异规律研究

基于对水稻Jensen模型中敏感指数在全生育期变化规律的认识 ,以生长曲线函数建立了水稻敏感指数累积函数 ,分析了其特征 ,从而解决了不同长时段敏感指数转换计算问题。较全面地揭示了水稻水分生产函数及其敏感指数累积函数中主要参数随气象条件及土壤因子变化的规律。通过参照作物需水量及其频率以及不同地区土壤有效含水量为媒介 ,建立了对水分敏感指标在不同水文年份 (时间 )和不同地区 (空间 )进行预报的数学模型 ,据此提出了水稻水分生产函数在时、空两方面插补、延长、移用与扩展的理论与方法。借助于参照作物需水量等值线图及土壤分布图 。

灌溉-排水-湿地综合管理系统的引进和改造应用

由于过量施用化肥、农药以及未经无害化、资源化处理的畜禽排泄物大量进入农田,导致我国严重的农田面源污染。而这种污染,在水稻灌区传统的灌排模式下,农田排水的水质污染问题日益严重。传统的灌溉排水系统只注重水量方面的问题,即旱能灌,涝能排,没有考虑水质改善方面的需求。如何通过对现有灌溉排水系统的改造来实现农田排水水质净化的目的具有非常重要的现实意义。借鉴由美国俄亥俄州立大学的研究人员开发的灌溉-排水-湿地综合管理系统(WRSIS)的理念和思路,结合我国南方平原和浅丘陵地区水稻灌区灌溉排水系统的特点,分别在广西青狮潭灌区以改造农田洼地为人工湿地为主,在湖北漳河灌区以开发现有灌溉塘堰的净化水质能力为主来开展相关田间试验。试验结果表明,改进的WRSIS系统可显著地降低稻田排水中总氮、总磷的含量,实现控制和减少农田面源污染,达到修复农田水环境的目的。

不同灌溉模式下稻田降雨利用和径流量试验

对广西桂林不同降雨频率与不同灌溉方式下的降雨利用、径流量分析研究表明,晚稻降雨利用率远高于早稻;早稻在"薄、浅、湿、晒"、间歇灌溉、传统灌溉模式下降雨利用率随降雨频率的增加呈缓慢上升趋势,而晚稻节水灌溉模式下呈上凸趋势;早稻全生育期和晚稻分蘖期、拔节期径流量很大,对肥料流失产生不利影响.节水灌溉模式能够提高降雨利用率,减少地表径流量.在干旱水文年份,早、晚稻间歇灌溉较其他灌溉方式提高降雨利用率,减少地表径流量更显著.

节水灌溉条件下寒区水稻气孔阻力变化及其影响因素研究

根据黑龙江省中心站和平试验站的现场试验资料,研究了寒区水稻不同生育阶段气孔阻力日变化、全生育期变化,分析了冠层内不同层次叶片气孔阻力垂直变化规律,探讨了气孔阻力与空气湿度、饱和水汽压差、土壤含水率、空气温度、叶室温度、叶气温差、光照等环境因素间的关系。采用偏最小二乘回归方法建立了气孔阻力对环境因子的响应模型。结果表明,不同生育期气孔阻力呈现不同的日变化规律。全生育期气孔阻力变化规律呈现多峰曲线,拔节孕穗期和抽穗开花前期气孔阻力值较小,而抽穗开花末期和乳熟期出现峰值。拔节孕穗期气孔阻力值从上层叶片向下层叶片逐渐增大,后期从上层到下层逐渐减小。对影响水稻气孔阻力的各因素进行因子分析,由空气湿度、饱和水汽压差和土壤含水率组成的“水分因子”为第一主因子,与气孔阻力相关性最为显著,而“温度因子”和“光照因子”对寒区水稻气孔阻力的影响则相对较小;水稻气孔阻力与相对湿度、土壤含水量、叶气温差和光强呈现负相关,与饱和水汽压差、温度呈现正相关。