農業水土工程學科的任務及開展趨勢摘要：從農業水土工程學科的內涵啟程，謹慎探討了學科的探究領域范疇，并且回憶了農業水土工程學科的開展過程，就該學科的主要探究任務開展趨勢進展了探討，提出了幾點關于促進農業水土工程學科開展的建議。關鍵字：農業水土工程任務開展趨勢Abstract:Fromtheconnotationofagriculturalsoilengineeringdisciplines,carefullydiscussessubjectresearchfieldinagriculturalprojects,thedevelopmentstage(oragriculturalscienceandtechnologyapplicationinengineeringofdeeplevel)isanalyzedandthetrendofagriculturalsoilengineeringdisciplineswereappraised.Keyword:thesubjectofagriculturalwater-soilengineering;Mission;Developmenttrend1.農業水土工程學科的內涵及其探究內容1.1農業水土工程學科內容農業水土工程學科是介于工程、農業生物和資源和環境學科之間的邊緣學科[3]。它既不是農田水利工程的代名詞，也不是農田水利工程、水資源規劃利用、土地規劃利用和水土保持幾個專業的簡潔組裝。農業水土工程學科強調水一土一作物之關系，并把和農業生產密切相關的水和土壤作為主要探究對象，把地表物質(水、鹽、泥沙)遷移和能量轉化規律的探究作為學科的根底和主線。作為一種工程，還必需把探究成果應用于改造世界，遵照農業開展的需求，通過必要的規劃、設計和資源投入，來限制地表物質遷移、獲得效益，并為持續性農業開展締造良好的農田生態環境[1]。可以說，農業水土工程學科是把土壤、植物、大氣作為一個整體，用連續的、系統的、動態的觀點和定量的方法，探究地表物質(主要是水、鹽、泥沙、污染物和養分)遷移和能量轉化規律及其工程調控措施和技術裝備，最有效地利用水土資源，為開展農業生產效勞，并為農業的持續性開展締造良好的水土資源環境的科學[4]。它的主要領域是探究以土壤一作物一水關系為中心的農田水分循環規律和有效的調控措施，到達持續性土地利用的目的[2]。1.2農業水土工程學科探究內容在農業節水和水資源可持續利用領域的某些方面已到達或接近國際先進水平和國際領先水平。重點探究內容是農業節水理論、田間節水澆灌新技術和節水澆灌設備、中低產田改良的排水技術、水資源持續利用理論和工程技術、灌區用水管理、農業水土環境監測、修復和保育、農業高效用水的工程技術等方面的應用根底理論和新技術。

農田物質遷移規律及其調控機理[5]該領域主要探究農田水肥的運移規律及最優調控機理。包括農田“五水”(大氣水、地面水、地下水、土壤水、植物水)轉化的機制及其數值模擬;農田水鹽運移規律和溶質傳輸模型;農田水熱耦合運移及水熱轉換關系;土壤—植物—大氣連續體(簡稱SPAC)中的水分傳輸機理、水分傳輸的動力學模式及其計算機仿真方法;作物水分散失和光合作用的耦合模式;農田作物蒸發蒸騰量和流域蒸散發量的計算方法;作物對地下水利用量的計算方法、不同地下水埋深的潛水蒸發規律及其對作物產量和農田水分循環和水平衡的影響,農田地面水—地下水—土壤水聯合最優調配的理論和方法;以節水高產為目標的土壤水調整模型;澆灌水(降水)—土壤水—作物水—CO2同化—干物質積累—經濟產量間轉化效率的計算理論和方法以及提高各環節水量轉化效率的農田節水調控原理和方法;農田鹽分平衡的計算及其調控;溶質(主要的化肥農藥)和污染物等在土壤水—地下水系統中的遷移規律;土壤侵蝕量的計算及泥沙隨水流在地表的運移規律,需從土壤水動力學和土壤物理學理論啟程,對降雨后水分和溶質沿坡面流淌過程、雨滴擊濺和徑流侵蝕過程以及黃土坡面降雨漫流的數學模擬等進展探究。1.2包括水分虧缺(或水分脅迫和干旱)對作物光合作用、生長和產量構成等因素的影響關系;土壤水和含鹽量水平對植物根系吸水、水分散失和生長發育及產量的影響;水分過多(漬或澇)對作物的影響;作物耐旱、耐鹽、耐漬澇的定量標準;作物水分狀況的定量診斷方法,特別是用紅外測溫或遙感信息診斷作物水分狀況的問題;土壤水分對作物有效性動態評價理論;探討作物缺水受旱狀況開展進程的模式,確定各種作物不同產量水平常所允許的土壤水分虧缺,建立各種供水條件下作物節水澆灌預報經濟指標體系;探究澆灌水量有限條件下作物群體光合產物的最優支配策略,以提高光合效率和經濟產量及水分利用效率;探究作物生理節水的潛力,把作物生長發育和到達某一產量水平必需消耗的水量,限制在最低的限度。為了適應農業節水的要求,須要探究作物水分生產函數,應在單階段受旱的根底上探究多階段受旱或連續受旱對作物的影響,探討作物缺水敏感指數(或減產系數)的變更規律;為了發揮綜合節水措施的作用,還須要探究作物水肥生產函數問題,確定有限澆灌水量條件下非充分澆灌模式的理論和方法。農業高效節水關鍵技術農業高效節水關鍵技術是指近期內能對農業高效節水有重要作用,同時具有必需科學水平的節水技術措施,依據近階段的投入條件和重要性以及我國國民經濟開展狀況,將來十幾年須要解決的關鍵技術問題有:節水澆灌新技術、渠道防滲和管道輸水技術、主要作物節水、增產、搞笑澆灌制度、灌區水管理技術。農業綜合水肥高效利用技術具體包括不同節水技術條件所適宜的水肥耦合技術,包括節水地面澆灌條件下水肥耦合技術,噴灌條件下水肥管理技術,滴灌條件下適宜的施肥澆灌模式;提高農田水分利用效率的耕作栽培技術,包括耕作措施對水分利用效率的影響及和各種耕作措施相適應的農田用水技術,帶狀種植的高效用水技術;覆蓋保墑及節水澆灌配套技術,包括秸稈覆蓋的最正的確施方案及配套的節水澆灌技術,地膜覆蓋技術和相應的農機具配套改良,覆蓋保墑新材料的選用及其配套的節水澆灌技術;節水、高產、高效的綜合農業配套技術;化控節水技術的應用;干旱丘陵地區抗旱保苗的移動式簡易節水農機具研制及節水配套技術。1.2.5許多澆灌農業區域由于對自然資源的消耗和引起環境的惡化而存在著緊要的緊急。為了幸免負效應,開展持續性的澆灌農業,必需對澆灌土地進展評價,建立澆灌土地利用合理性評價的原那么指標體系及方法,在澆灌土地適宜性評價根底上進展合理的澆灌區劃,對不適宜于持續性澆灌農業開展的土地要進展改良,包括接受以農田排水技術為主,并和其它農業技術措施密切結合對鹽堿地、沼澤地、漬害等中低產田進展綜合改良。要探究考慮水—土—作物關系的農田排水機理及其標準(排澇和排漬),改良中低產田的綜合技術的最優組合,鹽堿化地區排水方式的優化選擇和優化管理,排水溝布局和規格標準等。1.2要探究農村水源環境愛惜,水土工程的環境影響評價,水環境變更對局部地區氣候及土壤的影響;探究澆灌對農田土壤水鹽運動的影響,土壤次生鹽堿化的預料,農業化學物在土壤中的輸運及聚集,地下水中農藥及污染物的吸附、解吸和傳輸,稻田滲漏引起的氮素或其它養分的淋失規律和數學模擬;探究樹冠和林草以及水保工程措施對降雨截留、調整地表徑流,促進“五水”轉化的作用;探究湖、庫、塘、窖、壩、池泥沙沉積量的測算方法;加強水土保持根本理論的探究和水保新技術的應用;探究不同地區“生態防護區”問題和農、林、牧綜合開展的最優生產構造模式,削減水土流失、愛惜水源,從根本上改善農業水土資源的利用條件;為防治水土資源污染,要探究適合中國國情的農業水土環境整治措施[6]。1.3學科體系農業水土工程作為一個學科領域，有其自身的體系和范疇。它主要有三個方面的問題:其一是農業水土工程學科本身的根本理論，包括農業水文學理論、流體力學和水力學理論、土壤物理學和土壤水動力學理論、地表物質(水分、溶質、泥沙)遷移和能量轉化理論、植物水分生理和抗逆性生理理論、農業氣象學理論、農田生態學理論等，當然，它并不是深化到這些邊緣學科領域中解決問題，而是要加強它和其邊緣學科的穿插滲透，從中吸取養分、加以同化，合縱連橫，形成具有綜合性和學科穿插性新領域及自身的理論體系;其二是它所接受的方法學，包括數值計算方法、系統工程學、模糊數學、應用隨機過程、系統動力學、信息論、限制論、預料學和技術經濟學等，借助這些方法，才能從整體上和相互作用上考慮水一土一作物一大氣之關系，使地表物質遷移和能量轉化的定量描述能夠實現，同時才能科學地確定其調控方案，使該領域由單純的試驗性質變為一門有較嚴格的理論根底和定量方法的科學;其帶三是農業水土工程學科中探究手段的更新和新技術的應用，包括計算機技術、核技術、信息技術、紅外技術、遙感技術、電測技術、現代工程技術以及先進的灌排擾術和設備的應用，這將會使土壤水分動態、水鹽動態、水沙動態、水污染狀態、作物水分狀況、農田微氣象數據等方面的監測、采集、處理技術得到開展，促進水一土一作物一大氣關系的探究，進展科學的水土管理，最大發揮水土資源的效益。至于農業水土工程建筑技術那么是另一個專業范疇的問題[7]。2.農業水土工程學科任務2.1地表物質遷移和能量轉化理論及其調控原理該領域的探究包括農田“五水”(大氣水、地面水、地下水、土壤水、植物水)轉化的機制及其數值模擬;農田水鹽運移規律和溶質傳輸模型;農田能量轉化規律和農田能量平衡;農由水熱藕合運移及水熱轉換關系的探究;土壤一植物一大氣連續體(簡稱SPAC)中的水分傳輸機理、水分傳輸的動力學模式及其計算機仿真方法;作物水分散失和光合作用的藕合模式;農田作物蒸發蒸騰量和流域蒸散發量的計算方法、紅外測溫順遙感技術估算大區域作物蒸發蒸騰量的問題;棵間蒸發和葉面蒸騰的比例關系。分析農田節水的潛力，為耕作保墑和澆灌排水等土壤水管理措施供應科學依據;進展區域節水潛力分析和開展預料，為做到區域性水土資源平衡締造條件。探究作物對地下水利用量的計算方法、不同地下水埋深的潛水蒸發規律及其對作物產量和農田水分循環和水平衡的影響，農田地面水一地下水一土壤水聯合最優調配的理論和方法;以節水高產為目標的土壤水調整模型;澆灌水(降水)一土壤水一作物水一coZ同化一干物質積累一經濟產量間轉化效率的計算理論和方法以及提高各環節水量轉化效率的農田節水調控原理和方法;農田鹽分平衡的計算及其鹽堿地沖洗定額。探究土壤侵蝕量的計算及泥沙隨水流在地表的運移規律，需從土壤水動力學和土壤物理學理論啟程，對降雨后水分和溶質沿坡面流淌過程、雨滴擊濺和徑流侵蝕過程進展探究;黃土坡面降雨漫流的數學模擬等。2.2逆境對作物的影響機制及其節水型農業中的水分管理問題包括水分虧缺(或水分脅迫和干旱)對作物光合作用、生長和產量構成等因素的影響關系;土壤水同含鹽量水平對植物根系吸水、水分散失和生長發育及產量的影響;水分過多(漬或澇)對作物的影響;作物耐旱、耐鹽、耐漬或澇對作物的定量標準;作物水分狀況的定量診斷方法，特別是用紅外測溫或遙感信息診斷作物水分狀況的問題;土壤水分對作物有效性動態評價理論、探討作物缺水受旱狀況開展進程的模式，確定各種作物不同產量水平常所允許的土壤水分虧缺，建立各種供水條件下作物節水澆灌預報經濟指標體系。探究澆灌水量有限條件下作物群體光合產物的最優支配策略，以提高光合效率和經濟產量及水分利用效率。探究作物生理節水的潛力，把作物生長發育和到達某一產量水平必需消耗的水量，限制在最低的限度。為了適應節水型農業水管理的要求，須要探究作物水分生產函數，應在單階段受旱的根底上探究多階段受旱或連續受旱對作物的影響，探討作物缺水敏感指數(或減產系數)的變更規律;為了發揮綜合節水措施的作用，還須要探究作物水肥生產函數問題。須要探究確定有限澆灌水量條件下非充分澆灌模式的理論和方法，如用線性規劃方法確定作物最優種植模式和澆灌水量在灌區多種作物間的最優支配，缺水條件下利用澆灌存貯模型確定最優澆灌策略，用動態規劃法確定有限澆灌水量在作物全生育期內的最優支配，以及接受數量經濟學方法分析最優澆灌水量的投入條件等。2.3以土壤一作物一大氣系統水關系為根底的現代澆灌管理理論和技術現代澆灌用水管理的一個特點是由靜態用水準備變為動態用水準備。動態用水準備建立在氣象預報、作物需水量和土壤墑情預報、澆灌水源預報的根底上，嚴格考慮水一土一植一氣的關系預報灌水時間、灌水量，確定渠系的水量支配準備及其渠系水量流量實時調控方案。在水源足夠條件下，應探究用田間水量平衡方程或sPAc中水分傳輸動力學模式預報土壤墑情和灌水的間題;在水量缺乏時，應探究用動態規劃法或其它優化方法確定澆灌水量最優支配的問題;應探究把過去的按月或季節編制的用水準備改為按旬、5日或日調整的準備、對澆灌用水進展計算機管理、建立澆灌用水管理數據庫及決策支持系統。為了保證預報和用水準備編制的精確性，還須要探究土壤墑性、作物需水量及澆灌水源預報問題，探究土壤墑情和澆灌水源的監測技術。為了滿足渠系優化配水的要求，必需對渠系水量流量進展實時調控。目前探究的重點應放在完善調控模型、非穩定流方程的解算方法以及調控軟件的用戶界面上。為了真正做到按量計費、節約用水，還須要探究不同類型灌區適用的價廉管用、易于推廣的量水設備。須要加強對灌區輸配水系統和田間用水狀況的監測和評估的探究，評價灌區用水狀況，須要探究灌區水管理評估指標體系，包括灌水適時、適量、牢靠、有效和勻整性等。2.4田間灌水技術的改良和節水型農業綜合技術體系地面澆灌技術照舊是澆灌方法探究的重要課題。須要深化探究畦溝規格、流量、放水時間等和田間坡度、糙率、土壤入滲性等因素的最優組合，模擬溝畦灌水流推動過程和灌水入滲過程，尋求最正確灌水技術方案。同時還須要探究波涌灌、長畦分段灌、水平畦灌、膜上灌等。灌水方法的最優灌水技術方案。探究經濟可行的管材，提高管灌施工的機械化程度，并配套探究田間節水澆灌設備，如出水栓和配套管件等，改良低壓管道輸水澆灌技術。須要接著探究微灌設備及其管理措施;微灌水流滲入土壤的過程，為改良微灌系統的設計方法供應依據。微灌的澆灌制度應和限制及減輕作物短期水分脅迫聯系起來，以緩和茶葉、柑桔等經濟作物即使在土壤供水足夠時，仍在燥熱中午遭受大氣干旱而造成的短期水分脅迫問題，可大大提高光合速率和產量。田間灌水技術的探究還應改正以往單項節水工程技術開展節水澆灌的作法，將節水的農業技術、水利技術、管理技術有機地結合起來進展探究，發揮綜合技術的作用。田間灌水技術的改善要和方田建立、立體農業及耕作保墑技術結合起來，探究耕作保墑、農田覆蓋和抑蒸保墑化學藥劑對作物水分利用效率的影響，以及培肥土壤、發揮水肥聯合增產的效應，以提高有限水資源的整體利用率和作物產量[10]。2.5和持續性農業開展有關的澆灌土地評價及其土壤改良技術許多的澆灌農業區域由于對自然資源的消耗和引起環境的惡化而存在著緊要的緊急。為了幸免澆灌負效應，開展持續性的澆灌農業，必需對澆灌土地進展評價，建立澆灌土地利用合理性評價的原那么指標體系及方法，在澆灌土地適宜性評價根底上進展合理的澆灌區劃，對不適宜于持續性澆灌農業開展的土地要進展改良，包括接受以農田排水技術為主，并和其它農業技術措施密切結合的綜合技術對鹽堿地、沼澤地、冷浸田等中低產田進展綜合改良。須要探究澆灌開展所產生的地一氣系統相互作用關系的變更以及使農田物質能量的平衡和循環的變更，澆灌引起的農田水氣候變更，澆灌對農田土壤水鹽運動的影響，土壤次生鹽堿化的預料，農業化學物在土壤中的輸運及聚集，地下水中農藥及污染物的吸附、解吸和傳輸，稻田滲漏引起的氮素或其它養分的淋失規律和數學模擬，高含沙渾水澆灌對土壤微小構造的影響機理?？紤]水一土一作物關系的農田排水機理及其標準(排澇和排漬)的探究，改良中低產田的綜合技術的最優組合，鹽堿化地區排水方式的優化選擇和優化管理，排水溝布局和規格標準等。探究削減和限制澆灌負效應的方略。2.6農業水資源的有效利用和優化管理要重視水文循環的生物圈方面問題的探究，通過水資源的有效利用和科學管理，理順以水為中心的水一土一作物一大氣系統關系，完善自然水資源系統，保持降水、地表水、地下水、土壤水和作物水之間適應于農業生產用水要求的相互轉化平衡，調整地表水分循環和水平衡狀況及相應的水鹽、水沙狀況。開展澆灌水一降水聯合調度的探究，同時大力開展集蓄雨水的新技術和土壤保水的新方法;加強水沙綜合利用和優化管理調度技術的探究，同時要探究泥沙綜合利用和清淤機械;探究水資源綜合開發利用和優化調度問題;劣質水的凈化和利用以及農村人畜飲水和水質改良問題，回來水的再利用問題;探究地下水利用技術及農用提水設備的改良、配套、機井成型工藝及機井節能問題;探究水資源農業利用可能開展的潛力和規模，預料農業水量供需狀況。加強農業水資源管理和農村水源愛惜工作，作好水質監測及水質變更的預料，搞好水源愛惜規劃。要建立不同地區的農業水資源情報信息系統及農業水管理的決策支持系統，在水源缺乏地區，以供定需、以水定地，做到區域性的水土資源平衡。3.農業水土工程學科開展趨勢3.1根底理論方面在水—土—作物—環境關系的最優調控理論和方法探究方面,將建立水、肥、環境綜合生產函數和通用作物水土管理模式,建立降水(澆灌水)—作物水—光合作用—經濟產量轉化效率的計算模型以及水—土—植物—環境關系最優協調的理論和方法。農田物質(水、沙、鹽、農業化學物)的遷移規律及其數值模擬和預料將有必需突破,為節水農業、鹽堿地改良、水土保持和農業水土環境愛惜等工作供應新的理論依據[8]。在逆境對作物生長和產量影響的定量評價方法和農業水旱災難及防治對策方面,將會建立逆境(旱、漬澇、鹽堿化)對作物影響的定量評價指標體系,農業水旱災難的預料精度可能提高10%左右,對農業抗旱防洪決策將供應新的依據。隨著農業水土工程學科領域探究的進一步深化,有關土壤、植被和大氣界面過程問題,探究的尺度問題,土壤、植被條件的非勻整性問題,農田水分、鹽分遷移中各局部介質的非線性相互作用問題,農業污染物在地下水和土壤水中的遷移等,將是將來農業水土工程學科探究中的難點和前沿問題。3.2應用技術方面澆灌方式將從傳統的豐水高產型澆灌轉向限水澆灌(LimitIrrigation)、非充分澆灌(Non-fullIrrigation),以提高水的利用率。各種利用適度虧水來調控刺激作物生理機能,以提高作物水的利用效率、生產率,改善農產品品質的調虧澆灌、分根交替澆灌也將得到深化探究和推廣。噴、滴灌等先進的灌水技術將得到廣泛運用,設備運行的牢靠性、運用壽命和自動化程度很大提高。各種先進的地面灌水技術如間歇灌、膜上灌、激光平地和水平畦灌、果樹滲(地下滴)灌等將得到大面積推廣。各種澆灌技術和農業措施將有機融合在一起,形成綜合水土資源高效利用技術。如各種水肥耦合、帶狀種植、覆膜保墑等適合國情的水土高效利用技術將廣泛運用,以提高水肥利用率、農作物產量,改善農產品的品質。灌區將廣泛接受先進的大區域土壤墑情、作物旱情和水源水情實時監測和預報技術、渠系水量流量調控技術及灌區動態配水技術,實現灌區水量最優調度。雨水集蓄和高效利用的技術將得到深化探究,形成具有中國特色的雨水利用技術體系,將會在西北半干旱地區和南方丘陵坡地廣泛推廣,以提高降雨的生產率。依據不同地區的特點,將廣泛接受各種先進水土保持、高含沙渾水、局部苦咸水、污水澆灌及地下水持續利用等區域水資源持續利用技術,以到達區域水資源的持續高效利用