交替根区灌溉的研究进展_武燊
交替根区灌溉的研究进展
武燊，束良佐*
，祝鹏飞，郭加汛，朱克亚，曹双
（淮北师范大学生命科学学院，资源植物生物学安徽省重点实验室，安徽淮北235000）
摘要综述了交替根区灌溉的产生背景、理论基础、节水效应。交替根区灌溉能够产生根源信号，从而调节气孔开度，降低蒸腾速率，而对光合速率的影响较小；它能够促进根系的补偿性生长，增强根系对水分、养分的吸收与传导能力；通过减少灌溉面积，减少了土壤蒸发，
降低了水分的深层渗漏损失。同时，综述了交替根区灌溉在多种大田作物、蔬菜以及果树作物上的研究与应用效果，还对今后的研究工作进行了展望。
关键词交替根区灌溉；节水效应；机理中图分类号S274．1；Q945．78文献标识码A 文章编号0517－6611（2012）27－13218－05Research Progress in Alternate Partial Root-zone Irrigation
WU Shen et al （Key Laboratory of Plant Resources and Biology of Anhui Province ，School of Life Sciences ，Huaibei Normal University ，Huaibei ，Anhui 235000）
Abstract This paper reviewed the originating background and theoretical bases of alternate partial root-zone irrigation （APRI ），and its
effects on water use efficiency （WUE ）．APRI could produce root-sourced signals ，narrowing stomatal opening to an extent and reducing the
transpiration substantially with little effect on photosynthesis．It could promote root growth and hydraulic conductivity of root systems and thus enhance the absorption capacity of roots to water and nutrients from soil．APRI reduces water evaporation from soil surface and leakage from root-zone by reducing irrigation area．Its extensive study and application effects on WUE ，crop production and food quality of different field crops ，
vegetable and fruit trees were also reviewed．Finally ，the future research areas were suggested．Key words Alternate partial root-zone irrigation ；Water saving effect ；Mechanisms
基金项目
国家自然科学基金（31071868，
30771286）；教育部高等学校留学回国人员科研启动项目；安徽省教育厅青年教师科研
资助计划（2003jql29）。
作者简介武燊（1986－），男，安徽宿州人，硕士研究生，研究方向：植
物生理生态学。*通讯作者，教授，博士，硕士生导师，从事
环境植物学方面的研究
，E-mail ：shulz69@163．com 。收稿日期2012-06-11我国水资源总量丰富，但人均水资源占有量仅相当于世界人均水资源占有量的1/4，
位列世界第121位，是联合国认定的
“水资源紧缺”国家。我国农田灌溉用水占全国总用水量的比例较大，约65%以上，但我国农田灌溉水的利用率低，灌溉方式不合理，造成水资源短缺与水资源浪费并存的现象十分严重。因此，
提高水分利用效率，发展节水灌溉是一种必然的选择。在农业节水措施中，
包括通过生理调控的途径来提高植物水分利用效率和抗旱性的生物节水措施正显示出巨大的潜力，被视为实现进一步节水增产的关键环节和最终潜力所在
［1］
。
近年来，国内外出现了局部根区灌溉的研究与实践。局部根区灌溉在国外一般称为局部根区干燥（Partial Root-zone Drying ，PRD ）技术，实际上包括交替根区灌溉和固定部分根区灌溉
［2－4］
。固定部分根区灌溉（Fixed Partial Root-zone Irri-
gation ，FPRI ）是始终在同一侧根区灌溉，而在其他根区一直不灌溉。交替根区灌溉（Alternate Partial Root-zone Irrigation or Drying ）是强调灌溉区域交替进行，即一个时间段内在根系的一侧灌溉，
另一侧不灌溉而令其干燥，下次灌溉时把水分灌溉到原来干燥侧，而上次灌溉侧则令其干燥，这样反复交替进行。局部根区灌溉的概念源于1968年由Grimes 等在棉花灌溉上的应用，
Sepaskhah 等在大豆上进行滴灌，之后澳大利亚等地针对葡萄上应用局部根区灌溉技术进行了大量的研究
［2］
。
在国内外研究与实践的基础上，康绍忠等系统地提出控制性交替灌溉（Controlled Alternate Partial Root-zone Irriga-tion ）的农田节水新概念，并在理论、应用方面开展了系统、深入的研究
［5－6］
。在实践中，交替根区灌溉可以采用不同的方
式。交替隔沟灌溉在很多作物上都有应用［5－6］
。在大豆、辣
椒、
苹果、马铃薯、番茄、棉花、葡萄等作物上，常采用交替滴灌、渗灌的方式。同时，在垂向交替分根灌溉方面也做了一定的探索。其中，
交替隔沟灌溉技术是水平方向分区的一种控制性交替灌溉技术。与以前研究较多的节水灌溉措施如滴灌、渗灌等相比，它具有投资不多、技术易掌握、易管理等特点，
在我国农村和农业生产上易于为农民所接受，在我国节水灌溉、农业生产上具有广阔的应用潜力。1理论基础
1．1交替根区灌溉对气孔行为的调节以及水分利用的影响
气孔是植物叶片与外界气体交换的重要“关口”，是光合
作用吸收CO 2以及蒸腾作用水分散失的重要通道，影响光合作用与蒸腾作用这2个重要过程。植物在长期的进化过程中可能会形成一定的机制调节这2个重要过程。研究表明，植物根系能够“感应”到土壤逐渐干旱的过程，并能够产生“响应”，从而减少对水分的浪费。这个过程被称为反馈调节。早期的研究工作表明，脱落酸（ABA ）可能是这种反馈调节物质。当植物根系感受到土壤水分缺乏，
根冠能够大量产生ABA ，并随着蒸腾流输送到地上部分，进而减小气孔开度以及叶片的扩张。这种根源信号在地上部的水分状况还没有发生明显变化的时候就可以通过调节气孔的行为而大幅度地降低蒸腾作用。随着土壤有效水分的降低，这些信号会加强，气孔开度进一步降低。因此，气孔参与植物的水分胁迫反应与调控
［5，7］
。
责任编辑刘月娟责任校对况玲玲
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri．Sci．2012，40（27）：13218－13222
植物体内水分状况的变化会引起细胞膨压变化，从而产生水力学信号。水力学信号是通过植物体内水连续体系中的压力变化来传递的。在中度水分胁迫下，根冠产生的ABA 是主要的化学信号，早于水力学信号起作用。在重度水分胁迫下，化学信号与水力学信号可能都参与植物生理过程调节。在不同的作物上，它们可能相互独立起作用，或存在交互作用［8］。植物体内木质部汁液pH的变化也是植物响应水分胁迫的信号之一。研究表明，随着土壤干旱程度的增加，伴随着ABA浓度的增加，大麦、玉米、番茄、蚕豆等作物木质部汁液pH升高，使得蒸腾流中的ABA更多地分布于气孔周围，作用于保卫细胞；pH和ABA协同作用降低叶片的蒸腾作用，抑制叶片伸长［9－10］。Sobeih等发现，局部根区灌溉下，随着土壤失水，植株气孔导度降低，木质部汁液pH的变化先于ABA浓度的升高［11］。在ABA的积累速率方面，交替根区灌溉使植株积累ABA的速率比固定根区灌溉更快，对水分胁迫更敏感，调节蒸腾作用的能力更强［12］。除了产生根源ABA运输到地上部分调节气孔开度外，其他植物激素也参与植物对水分胁迫的调节。在交替根区灌溉下，植物根、茎尖、腋芽玉米素和玉米素核苷含量下降50%以上，导致地上部生长受抑［13］。
气孔开度的变化影响光合作用与蒸腾作用。然而，气孔开度的变化对于这2个过程的影响程度不一致。随着气孔的张开，植物的光合速率与气孔开度呈饱和增长，而蒸腾速率几乎呈线性增长。因此，气孔开度的适当降低，蒸腾速率显著下降，而光合速率下降不明显［10］。只是在重度水分胁迫下，随着叶肉细胞水势的降低，气孔开度进一步降低，从而抑制光合速率。气孔开度的变化对光合作用与蒸腾作用影响的不同步是交替根区灌溉降低蒸腾而稳定光合作用的重要生理基础［5］。
很多研究也证实，相对于充分灌溉，交替根区灌溉下尽管气孔导度有所降低，但是光合速率并没有受到明显的影响。这种现象可表现在棉花、辣椒、玉米、葡萄、马铃薯、番茄以及苹果等。然而，有研究表明，交替根区灌溉降低了马铃薯、玉米光合速率［5，14］。这可能与试验设计有关。
与亏缺灌溉相比，交替根区灌溉的优势表现在，处于灌溉侧的根系吸收水分并能够保持植物体内水分供应，而在干燥侧的根系能够产生ABA，促进气孔导度的降低，降低蒸腾，提高水分利用效率。大量研究表明，在灌溉量相同的条件下，交替根区灌溉的作物产量高于亏缺灌溉（DI）的作物，使得水分生产效率更高，甚至果实品质更好［5，14］。然而，也有研究表明，水分利用效率（WUE）在交替根区灌溉以及亏缺灌溉间没有显著差异［15］。根区的干湿交替时间应该根据作物种类、植物生长发育阶段、蒸腾蒸发耗水、土壤质地以及土壤水分平衡而定［16］。然而，这方面的研究还比较薄弱。对于最有效的交替时间，缺乏系统的研究和理解。有研究表明，当干燥侧根系难以吸收到水分时，应该进行交替。在此基础上，Liu等提出基于木质部汁液ABA浓度达到最大值时的土壤水分临界值，同时进行交替灌溉［17］。
PRD的效果与土壤质地密切相关。与正常灌溉相比，PRD在粗砂土上水分利用效率提高11%，在砂壤土上提高36%，而在壤质砂土上降低15%。这表明要成功地应用PRD，必须考虑作物类型、土壤以及当地条件［18］。
1．2交替根区灌溉对作物根系生长以及功能的影响在干旱条件下，根系产生的ABA通过蒸腾流输送到地上部以减小气孔导度，并且限制小麦、玉米、蚕豆、马铃薯、番茄等叶片扩张速率，降低叶片生长对碳和能量的消耗，把更多的同化物分配到根系，促进根系的生长发育。植物根系生长与分布对土壤中异质性分布的水分、养分资源能够在形态、生理上产生适应性反应［19－20］。中度水分胁迫会促进根系在湿润区域生长。交替灌溉能够明显地增加根系密度，有利于充分地利用土壤中的水肥资源［21］。交替根区灌水的灌水区根面积、长度以及干重的增长速率明显增大，2个根区的增长速率呈交替变化，其绝对数值随时间的延长而趋同；对不同根区根毛发育状况进行观察，发现固定部分根区灌水条件下，非灌水区的根毛有明显的退化脱落现象，灌水区根毛退化区所占比例小，退化程度轻；在交替灌水条件下，先灌水区和后灌水区根毛密集区的密集程度均较高，根毛退化脱落明显小于均匀灌水和固定灌水。这说明采用交替灌水方式可促进根系根毛的生长发育，而持续湿润或干燥不利于根系根毛的生长发育；交替灌水不仅可刺激供水区根系的补偿生长，而且对恢复供水区有补偿效应，促使不同根区的根系均衡发展。交替根区灌溉下干湿交替有利于土壤通气状况的改善，也能够影响根系的发育［22－23］。周秀杰等发现，交替根区水分胁迫可促进根系和叶片结构的改善［24］。
在干燥的土壤环境中（如亏缺灌溉、固定根区灌溉的干燥侧），根系解剖结构发生改变，如表皮的木栓化、皮层受损以及次生根的死亡。这使得根系对干旱的敏感性减弱，不利于根系功能的发挥等［2，5］。
经历水分胁迫后，植物根系的水力学导度增加；恢复供水后，根系对水分的吸收受到促进。交替灌溉促进了原先干燥侧的根系在灌溉湿润后产生大量新根。新根的产生以及根系水力学导度的增加有利于根系对水分、养分的补偿性吸收［25－26］。与充分灌溉对应侧相比，交替根区灌溉下灌溉侧的土壤水分消耗更快，根－土界面存在较大的水分梯度。这说明该侧根系进行了补偿性地水分吸收［14，27］。李培岭等研究表明，与常规灌溉相比，交替根区灌溉后棉花生物量、全氮含量、氮素吸收率（NAR）、氮肥吸收比例（Ndff）、氮肥利用率（NUE）随生育期变化，而各器官全氮含量、NAR、Ndff差异均不显著；交替隔沟灌溉比固定灌溉更加有利于氮的吸收与利用［28］。
1．3交替根区灌溉对土壤蒸发、渗漏的影响交替灌溉可降低土壤水分蒸发和渗漏。交替根区灌溉减少了棵间土壤湿润面积，进而减少了棵间土壤蒸发；交替隔沟灌溉中，由于在灌水沟和非灌水沟之间没有形成零通量面，水分的侧向入渗明显增强，水分向深层运动减少，有利于根系有效地吸收；同时，降低总灌溉量较少，土壤水分发生深层渗漏的机率降低；其灌水均匀性与常规灌溉没有显著差异［29－31］。
91231
40卷27期武燊等交替根区灌溉的研究进展
2节水效应
2．1大田作物Du等在不同灌溉水平下研究了棉花产量、生理指标对常规灌溉、固定根区灌溉、交替根区灌溉的响应，发现同一灌溉量下交替根区灌溉的棉花产量较高，水分利用效率提高；同时，比较了不同灌溉量下滴灌方式（PRD，FI）对棉花生长的影响，发现了同样的结果，并且PRD节水31% 33%［32－33］。甚至当灌溉量减少50%时，交替根区灌溉处理的棉花总生物量仅比CK降低10%左右，而FPRI降低23%［34］。交替隔沟灌可协调棉花群体生长发育，对棉花株高有明显的抑制作用，能够调整棉花营养生长与生殖生长的关系，有效控制作物生长冗余，调节光合产物在根冠间的比例和分配，优化根冠比；可增强棉花的渗透调节能力，使叶片保持较高的膨压，而对蕾铃等生殖生长的影响较小。交替灌溉可以在保持相同光合速率水平下大大降低叶片蒸腾损失，提高叶片水分、氮肥利用效率，使霜前花比例提高，棉花霜前花比例甚至比常规灌溉高出12% 13%［35－37］。
潘英华等发现，在目标产量相同的情况下，采用交替灌溉技术生产玉米可比常规灌水节水33．3%［38］。在施肥和充分供水条件下，与常规灌溉相比，分根区交替灌溉节水29.1%，总干物质量和冠干物质量仅分别减少6．3%和5.6%，而水分利用效率和氮肥表观利用率分别提高24．3%和16.4%［39］。Kang等在我国干旱地区研究发现，交替根区灌溉能够降低50%的灌溉水，而在降低灌溉量时，常规方式灌溉、固定根区灌溉导致玉米产量大幅度的降低［40－41］。
王海红等研究表明，水氮异区处理的玉米植株对水氮的利用效率较高，玉米木质部汁液以及叶片中ABA浓度升高，木质部汁液流速降低，气孔导度、蒸腾速率明显下降，铵态氮的作用比硝态氮供应下更明显；在交替根区水分胁迫下，植物在交替初期有一个短暂的适应恢复过程，这敏感地表现在叶绿素荧光参数的变化上。交替根区水分胁迫时木质部汁液ABA浓度上升较快，而其流速降低。这表明交替根区水分胁迫对植物蒸腾作用的调节可能更强。铵态氮供应的植株水分利用效率较高［42－44］。
对马铃薯进行连续2年的研究表明，常规充分灌溉以及PRD灌溉方式下马铃薯叶面积指数没有显著差异，而PRD 灌溉最大块茎产量略小于常规灌溉；PRD灌溉节约了30%的灌溉用水，水分利用效率提高了61%，而产量没有下降，马铃薯的商品性状得到改善，适中大小适于销售等级的马铃薯产量增加了20%［45］。另一项2年的研究表明，在PRD灌溉下马铃薯产量比较稳定，而2年灌溉量分别降低了33%、42%，水分利用效率分别提高了38%、61%［46］。
李平等研究了分根区交替灌溉对马铃薯水氮利用效率的影响，发现APRI处理与充分灌水处理马铃薯产量差异不大，但APRI处理灌溉水利用效率比充分灌水处理提高了35%左右［47］。APRI处理（I、K）作物氮利用效率及农田氮利用效率在0.05水平显著高于充分灌水处理，表明交替灌溉还能明显提高土壤矿质氮活性，有利于作物对土壤氮素的吸收、利用。2．2蔬菜日光温室黄瓜生产中一直存在灌水量大、水资源浪费严重等现象。针对这一问题，曹琦等就不同灌溉量下交替隔沟灌溉对日光温室黄瓜生长、灌溉水去向、水分利用效率和节水效果等的影响进行了研究。结果表明，交替隔沟灌溉减少了土壤水分的深层渗漏、土壤表面水分蒸发，植株蒸腾速率下降，而植株光合作用没有受到明显的影响，使同化产物有利于向果实分配，产量与对照持平，果实商品性和营养品质也有所提高；交替隔沟灌溉可节水37% 48%，作物水分利用效率提高47% 82%［48］。张利东等发现，与常规灌溉相比，交替隔沟灌溉下黄瓜叶片叶绿素含量和植株总生物产量有所降低，但根生物产量、根冠比以及根和果实器官的干物质分配比例增加，有利于植株根系发育和果实形成，果实V C含量和可溶性糖含量升高［49］。
局部根区灌溉在番茄方面已经做了大量的研究与应用。在PRD灌溉量减少50%的情况下，温室加工番茄叶面积指数以及营养生长降低，而水分利用效率增加了70%，产量降低较小或没有降低，说明光合产物转移到果实，促进了果实生长［50］。APRI处理的西红柿成熟期比亏缺灌溉、常规灌溉提前7d，而干物质产量和品质构成无显著差异［51］，可溶性固形物含量在0.05水平显著提高［50］。在不同时期进行交替根区灌溉研究表明，番茄果实总质量在后期进行PRD处理下虽然有所降低，但灌溉量也降低了25%，并提高番茄品质。因此，对于以收获果实为主的作物，要注意交替灌溉处理时间。
研究发现，交替根区灌溉樱桃番茄果实糖酸比、V C含量、可溶性固形物含量及干物质含量均在0.01水平显著高于常规灌溉。但是，前期采用交替沟灌，而结果期采用常规沟灌，不仅提高了樱桃番茄的品质、产量，而且有节水效果。这种灌溉方式可以在番茄生产中加以推广应用，并且减低风险［52］。
Dorji等以辣椒为供试作物，设计实施常规灌水、交替灌水、亏缺灌水3种灌水方式，其中亏缺灌水量和交替灌水量是常规灌水量的50%。结果表明，交替根区灌溉与亏缺灌溉果实的总鲜重分别比常规灌溉下降19.0%和34．7%，每株果实数目均下降20%，但总果实干重间没有显著差异［53］。2．3果树国内外在葡萄交替根区灌溉方面做了大量的研究工作。大量的研究报道了交替根区灌溉在葡萄方面的成功应用［5，54］。其中一项在半干旱地区连续进行3年的研究表明，交替根区灌溉下蒸腾速率与光合速率没有明显下降；在前2年的试验中，交替根区灌溉对葡萄的营养生长、产量以及果实品质没有显著影响；而在第3年，交替根区灌溉处理的葡萄营养生长增加，果实产量增加43%，水分利用效率提高40%；早期开始实施交替灌溉的效果更好［55］。綦伟等研究了覆膜与不覆膜条件下隔沟交替灌溉、常规沟灌对葡萄生长和水分利用的影响。结果表明，隔沟交替灌溉条件下葡萄叶片气孔开度减小，光合速率略有降低或下降不显著，而蒸腾速率明显下降，水分利用效率增大；光合作用日变化也表现出类似规律；与充分灌溉相比，交替根区灌溉明显促进
02231安徽农业科学2012年
根系生长，提高御旱能力［56］。周军研究了不同灌溉方式对葡萄叶片行为和果实品质的影响。结果发现，与膜上灌溉、滴灌、保水剂土施、漫灌等灌溉方式相比，交替灌溉能明显提高葡萄果皮花箐苷的含量；2个供试品种的果实铁含量都以交替灌溉处理最高［57］。Rodrigues等研究表明，交替根区灌溉的葡萄口味更好，果实中抗氧剂石炭酸含量与固定灌溉、常规调亏灌溉相比更高［2］。
杨素苗等设计3/4、1/2、1/4根系体积交替灌溉、1/2根系体积固定灌溉、常规畦灌和全根系干旱6个处理，研究了不同灌溉方式对苹果根系活力、树干液流和果实产量、品质的影响。结果表明，根系分区交替灌溉的灌溉区根系活力在各时期均高于常规畦灌，3/4交替灌溉的平均根系活力最高，与1/2交替灌溉和常规畦灌无显著差异；树干液流通量随灌溉体积的减少而逐渐降低，1/2根系体积为保证液流的最小灌溉体积；1/2交替灌溉的产量比常规畦灌降低了7．1%，与3/4交替灌溉无显著差异，但糖酸比最高。所以，1/2根系分区交替灌溉可以作为片麻岩山地果园的有效节水灌溉方式［58］。Leib等利用微喷灌连续3年比较亏缺灌溉、交替根区灌溉（两者灌溉量在前2年比对照降低50%，最后一年降低40%）、正常灌溉对苹果产量、果实大小以及品质的影响。结果表明，在第1年和最后一年不同灌溉方式对果实的产量、大小没有显著影响，而在第2年仅亏缺灌溉处理的产量比正常灌溉低［59］。Spreer等对芒果进行交替灌溉后，芒果的平均尺寸比常规灌溉大［60］，其可食用部分更多［61］。
3结语
交替根区灌溉能够大幅度地提高水分利用效率，稳定产量，提高农产品品质。这是一种全新的亏缺灌溉方式，近年来在很多种农作物、园艺作物上进行了大量的研究。在世界水资源日益紧张的情况下，它为水分资源的高效利用提供了一个可能的新途径，尤其对干旱、半干旱地区作物与果树节水、提高品质、降低水分消耗具有重要的意义。交替根区灌溉的节水效益以及对产量的影响与土壤、气候、作物种类甚至不同的生长时期密切相关，因此在应用方面还需要做进一步的研究。对于果树要有长期的研究积累，并且在不同的生态区域、不同的果树上进行观察。对于交替根区灌溉的规律还需要做大量的研究工作，以探讨合适的土壤水分变化指标或生理指标以指导适合交替灌溉的时间。
目前交替根区灌溉多是应用于宽行作物，而对于密植的农作物如水稻、小麦等在技术方面如何实施还缺乏相关研究。我国农业生产上，作物的间作、套作较普遍；果树生产上，为了改善果园生态环境和小气候，往往存在地面覆盖，包括果树间种草。然而，交替根区灌溉对间套作的作物水分利用以及果园生草覆盖的影响仍缺乏研究。该研究对于交替根区灌溉的应用与不同生态区不同种植体系下的推广具有重要的价值。
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节水灌溉现状与前景
节水灌溉的内涵。节水灌溉是根据作物需水规律及当地供水条件，为了有效地利用降水和灌溉水，获取农业的最佳经济效益、社会效益、生态环境效益。而采取多种措施的总称。主要是对符合一定技术要求的灌溉而言。由于灌溉是补充天然降水的不足，从而促使作物高产高效，节省灌溉用水，当然首先要提高天然降水的利用率。因此，把“节水灌溉”仅仅理解为节约灌溉用水是不全面的，应当在考虑灌溉的同时，还要把各种可以用于农业生产的水源，如：地面水、地下水、天然降水、灌溉回归水，经过处理以后的污水、“废水”以及土 我国发展节水灌溉技术的历史儿乎与我国农业 灌溉的历史一样长,因为只要灌溉就应当考虑节水。 秦汉以前的期思娄灌区以及芍坡灌区工程的修建及 运用标志着我国摆脱靠天祈雨的灌溉方式。早期的 郑国渠、泾惠渠、渭惠渠和洛惠渠等老灌区就在优化 地面灌溉技术要素方面做了许多有益的探索,取得 了一些宝贵的经验。20世纪60-70 年代,江浙一带 就开始推广三合土和混凝土地下渠道。50年代就有 部分地区开始进行喷灌的研究和试点,到70年代喷 灌技术受到普遍的重视并广泛应用,在1997 年全国 喷灌面积已达19.33 万hm?。滴灌技术是1974 年从 墨西哥引进3套滴灌设备开始的，至今我国地面滴 灌技术应用和设备开发已取得长足的进展。在吸收 和借鉴国外先进经验时,研制出了一整套适合我国 使用的滴灌和微喷灌设备，现在全国滴灌面积已达 到几万公顷。同时,由于塑料工业的发展,到80年代 地下输水技术又得到了新生发展成为低压管道输水 灌溉技术,主要采用低压塑料管道输水,也有用索混 凝土浇筑的管道等其他形式低压管道输水。 以色列 2.2 以色列在水资源利用和农业高科技化方面成绩 斐然,走在了世界前列。在以色列建国初期,水就被 确立为国有化资源,归政府所有和控制,并于1959 年颁布实施了《水法》。1964 年建成全国输水系统 (NATIONAL WATER CARRIER),通过这个输水系 统，人们可以根据不同的条件和需要将水从一个地 方输往另一个地方。1972 年制定了“国家污水再利 用工程”计划,开展利用污水进行灌溉的试验研究， 并取得了很大的成功。至1997 年约有60%的城市
根治长江中下游洪涝灾害的龙头工程
根治长江中下游洪涝灾害的龙头工程----芜杭运河工程 彭泽云 安徽师范大学科技处芜湖 长江中下游蓄洪区及涝灾地区巨大的淹没损失远远超过了以工程彻底根治洪涝灾害所需的费用，今后，彻底解诀长江中下游地区洪涝灾害的系列工程势在必行，在这一庞大的系统工程中，芜湖--杭州湾运河工程是其中主要的工程之一。治江的顺序应先治下游后治中上游，因此首先进行的起点工程----芜杭运河工程，可以称之为是治理长江中下游的龙头工程。芜杭运河工程直接经济效益很好间接经济效益更好，应早日上马。 一、长江中下游水患问题和原因分析 水灾是我国第一大灾，长江中下游平原历来就是重灾区，1949年以来我国对长江中下游的大堤加高加因，规划了分蓄洪区，投资于水利工程。然而几十年的建设并没有解诀长江中下游的水患问题，1998年汛期，长江中游荆江段大堤全线岌岌可危，造成的损失是巨大的。据不完全统计，受灾人口1亿人，死亡人口，倒塌房屋万间，上百万人失去家园，数以千万亩农田减产或绝收，直接经济损失高达亿元，对全国的经济发展造成了严重影响。面对如此巨大的损失也可以说我们的抗洪斗争是失败的。我们知道1998年的洪水还不是最大的，如果1998年的洪水是像1954年那样大的洪水或是更大些，损失必然会大得多。1998年长江中下游洪灾的事实给予我们最醒目！最深刻的警示。 地处长江下游的长江皖江段与长江中游的情况相同，1999年长江发生了继1998年洪水以后的又一次洪水，芜湖站最高水位米，1999年7月12日超过警戒水位1米，为设站百年来的第四位，最大流量，大通站高达立方米/秒，超过了1998年最大流量，居历史第二位。由于江水顶托使青戈江排水不畅，造成宣城地区，芜湖地区的青弋江、水阳江、郎川河流域大面积内涝内河洪水使小圩漫破，大圩全面告急少数漫破，洪水！内涝和江水顶托三碰头，造成惨重的损失。仅以芜湖市地区为例，由于长江水位高，境内青弋江等内河连续发生的3次特大洪峰排泄不及，虽经全力抗洪抢险，但仍遭受严重灾害。全市农作物受灾面积达12万亩，成灾面积万亩，绝收面积万亩。繁昌县县城两度进水，芜湖、南陵两县城关部分进水，国道部分路段交通几度中断，芜屯、湾石公路交通中断，皖赣线也一度中断。全市共漫破大小圩口个淹没耕地1万亩，其中漫破在册圩口个。淹没耕地1万亩，含芜湖县联建、红星和南陵县东七等万亩圩口个，耕地1万亩全市受灾人口1万人，成灾人口1万人，毁坏房屋间，1万平方米，其中倒房间，1万平方米。直接经济损失1亿元，其中农业损失1亿元。个多月的抗洪抢险，全市多万干群奋战在公里江河圩堤上，动用桩木立方米
我国农田污水灌溉的现状综述
我国农田污水灌溉的现状综述 摘要：文章总结我国农田污水灌溉的现状，指出了科学的农田污水灌溉的效益及不合理灌溉导致的不良影响，并针对中国污水灌溉存在的问题，探讨了污水灌溉技术的发展方向。 关键词：污水灌溉；农业；土壤；污染 Abstract：This paper summarized current status of sewage irrigation. Scientific employment of sewage resource for irrigation has many advantages, but unreasonable irrigation would result adverse impacts. And it presented the directions to solve the problems of sewage irrigation．Keywords：Sewage irrigation; Agriculture; Soil; Pollution 我国水资源总量丰富，但人均占有量相对不足，且时空分布不均，宝贵的水资源还面临着越来越严重的污染。据2004年水资源公报数据，在全国总用水量中，生活用水占11.7%，工业用水占22.2%，农业用水占64.6%，生态用水占1.5%。农业用水占总用水量75%以上的有宁夏、新疆、西藏、内蒙古、海南、甘肃、河北7个省（自治区），大多位于西部地区[1]。可见，我国的农业灌溉用水量很大。 在部分地区工农业争水已成为严重问题。解决水资源紧缺，一方面要在工农业和生活中采取各种节水技术措施。另一方面应看到污水是可以利用的资源，应当对污水加以利用。合理的污水灌溉既能满足农业对水的部分需要，既能节约水资源，又可减轻对环境的污染但其中也存在着必须充分重视的问题，处理不当会造成严重后果。 1 我国污水灌溉现状 我国大规模地主动利用污水进行灌溉开始于1957年。随着污水排放量的增加和农业缺水状况的逐渐加剧，污灌面积也在增加。1963年为4.2万hm2，1976年l8万hm2，1980年133.3万hm2，1991年306.7万hm2，据全国第二次污水灌区环境质量状况普查统计，1998年我国利用污水灌溉的农田面积为361．84万hm2，占我国总灌溉面积的7.33％，约占地表水灌溉面积的10％，该面积比20世纪80年代初第一次污水灌溉普查时增加了1.6倍。污水灌溉的农田主要集中在水资源严重短缺的海、辽、黄、淮四大流域，约占全国污水灌溉面积的85％。污水灌区占耕地面积的比例虽然不大，但往往是我国人口密度最大的地区，是粮食、蔬菜、水果等农产品的主产区[2-4]。 2 污水灌溉的效益 在科学指导下合理开展污水灌溉，可从总体上提高我国农业水资源的利用效率，是缓解水资源短缺和消除污染的有效途径。 2.1 缓解缺水压力 我国农业每年缺水达300亿m3，20世纪90年代因缺水造成的粮食减产达250～400亿kg。随着我国人口的不断增长和工农业的发展，废水的排放量越来越大。据有关部门统计，2002年全国工业和城镇生活废水排放总量达439.5亿t，这些污水大部分得不到有效处理[5]。如果能将污水予以合理的利用将能够缓解农业缺水状况，同时节省的水资源，又可以转而用于工业和生活。 2.2 减轻污染物对环境的污染 污水中的污染物往往包括大量有机物和氮、磷等营养元素。由于土壤含有大量微生物，以及土壤的理化结构，有机物在其中可以得到降解吸附，N、P等营养元素可以被植物吸收，
长江中下游湖泊保护和管理的若干建议_姜加虎
第14卷第1期长江流域资源与环境Vo l.14No.1 2005年1月Resources and Environment in the Yang tze Basin Jan.2005 文章编号:1004-8227(2005)01-0040-04 长江中下游湖泊保护和管理的若干建议 姜加虎,黄 群,孙占东 (中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏南京210008) 摘 要:长江中下游地区是我国面向21世纪的经济重地,长江是我国唯一具有全国意义的战略水源地,是我国水资源供需平衡的最后防线。然而在自然演化宏观背景下,流域经济的高速发展,大规模开发利用等人类活动的强烈影响,引发了一系列负面环境效应。湖泊湿地生态环境被破坏问题严重,突出表现在生态调节和自我恢复功能大幅度降低,并已造成了严重的生态后果,危及长江水系的生态平衡,影响了区域经济的可持续发展。在大量野外考察和调查基础上,针对长江中下游湖泊湿地当前的生态环境状况及存在的问题,提出了若干对策和建议。 关键词:湖泊;长江中下游;对策建议 文献标识码:A 江河湖泊是由一系列存在相互作用和联系的子系统所构成的巨系统,具有十分复杂的系统结构特征和相互关联机制。其中任何一个子系统被破坏或其功能被弱化,都将危及整个系统的平衡与稳定。保护子系统的生态环境也就是保护整个系统的生态安全。湖泊湿地在维系区域总体生态平衡方面具有不可替代的纽带作用。针对长江中下游湖泊湿地的生态环境现状,对目前仍然具有良性生态结构的湖泊湿地系统应实施有效的保护和管理;正在受到破坏、威胁或生态系统结构呈现退化趋势的湖泊湿地应得到有效的治理;生态系统结构已经遭受破坏的湖泊湿地系统应得到切实的恢复和重建。特别是对珍稀濒危物种的繁育场、活动场和栖息地等生境进行抢救性保护,已成为当前湖泊湿地保护、治理和管理的紧迫任务,也是实施资源持续利用和区域经济可持续发展的重要内容。 1 实施“退田还湖”,杜绝围垦湖泊湿地 继历史时期的湖泊湿地大规模垦殖活动之后, 20世纪50～70年代长江中下游地区又掀起了围湖造田的新高潮,随着围湖造田活动的规模愈来愈大,其负面效应也日益显现,诸如洪水威胁加剧、生态环境日益恶化等。20世纪80年代初期中央颁布了禁垦令,湖泊湿地的垦殖活动得到了有效遏制,特别是1998年发生大洪水之后,中央及时提出了“退田还湖”等长江流域洪水治理的32字指导原则。但从目前长江中下游地区退田还湖的状况看,其规模和力度仍然需要加强,退田还湖的方式也需要调整。主要表现在:①双退堤垸面积和比例偏少,难以达到湖泊湿地生态修复的目的,如洞庭湖纯湖区平退堤垸153处,平退总面积758.6km2,双退垸面积120.6 km2,仅占纯湖区平退面积15.9%,而且大部分堤垸在实施双退之后,原有堤防依旧,这就留下了移民反复的潜在可能性;②从数量上看,大部分单退堤垸并非是国家规定或认可的蓄滞洪区,以及重点保护的堤垸,而是地方或群众自发围垦而成的(如西洞庭湖的西畔山洲垸),一般堤防单薄,防洪能力有限;③退田还湖过程中忽视了重点堤垸内的内湖退田还湖,乃至生态保护或修复问题,应尽快强化和规划实施退田还湖。 长江中下游地区靠堤防保护的圩垸面积非常广阔,如洞庭湖区为10218km2,湖北省江汉平原区为32460.9km2。这些堤垸内的内湖水面被大量垦殖,调蓄内涝的能力被逐渐蚕食,如洞庭湖区湖南部分,内湖有效调蓄水量1992年比1964年减少了3.35×108m3。目前仍然存在以各种借口围垦内湖的现象,而且屡禁不止(湖南的大通湖为养鱼而垦殖内湖)。大量内湖水面被垦殖,造成内涝水量增加。据有关分析,由于内涝外排水量的影响,1931、1935 收稿日期:2003-09-19;修回日期:2004-01-08 基金项目:中国科学院方向性项目(KXCX3-S W-331)、国家环保总局委托项目“长江流域湖泊生态环境演变与保护对策调研”联合资助.作者简介:姜加虎(1962～ ),男,研究员,主要从事湖泊资源与环境方面的研究工作.
畜禽养殖废水灌溉对地下水影响的研究进展
文章编号:1007 4929(2010)12 0013 03 畜禽养殖废水灌溉对地下水影响的研究进展 赵君怡1,2 ,刘鸣达1 ,张克强 2 (1.沈阳农业大学土地与环境学院,辽宁沈阳110161; 2.农业部环境保护科研监测所,天津300191) 摘 要:畜禽场排放污水中氨氮、总磷、BOD 5、COD Cr 等浓度多超出国家排放标准,若随意排放或不加处理直接用于灌溉将对环境和人体健康造成严重的威胁。就畜禽养殖废水灌溉对地下水化学指标、生物学指标等的研究进展进行了综述,在此基础上展望了今后研究的重点。 关键词:养殖废水;地下水;化学指标;生物学指标 中图分类号:X 523 文献标识码:B 收稿日期:2010 06 22 基金项目: 十一五 国家科技支撑项目(2006BAD17B02);中央级公益性科研院所基本科研业务专项。作者简介:赵君怡(1984 ),女,硕士研究生,从事地下水污染研究。E mail:zhaonjynik i@https://www.wendangku.net/doc/5616773797.html, 。 通讯作者:刘鸣达(1970 ),男,教授,博士,主要从事土壤改良、农业环境与生态方面的研究。E mail:mds au soil@https://www.wendangku.net/doc/5616773797.html, 。 随着规模化养殖场的不断发展,畜禽养殖废水的污染问题日趋严重。畜禽养殖废水主要是指规模化畜禽养殖场排放的废水,其中包括畜禽的粪、尿和圈栏冲洗用水等。其特点是悬浮物、BOD 5、氨氮浓度显著高于其他来源的废水;但也有研究表明养殖废水和经过一些简单处理的养殖废水可以作为非常规水源进行农田灌溉[1];若能够利用这些养殖废水加以正确的灌溉方式既可以减少化肥的使用又弥补近年来农用水资源短缺的问题。但对北京密云县35家畜禽养殖场污水排放的调查中发现,畜禽场排放的废水中氨氮、总磷、BO D 5、CO D Cr 污染物浓度总体超出国家的排放标准[2]。因此,利用畜禽养殖废水灌溉获取经济效益的同时,也应考虑这种灌溉方式对生态环境的潜在风险。近年来,一些研究表明污灌使土壤和地下水水质恶化,甚至对污灌的可行性提出质疑,有人提出只有在极端缺水的环境下才可以考虑污水的农田灌溉[3]。为此,本文对利用畜禽养殖废水灌溉对地下水化学指标、生物学指标等影响的研究进行了综述,并提出今后研究的重点。 1 畜禽养殖废水灌溉对地下水化学指标的 影响 养殖废水中虽然含有大量有机态氮、磷,但重金属含量很低。经过固液分离、厌氧消化和灭菌等简单处理后,CO D 去除率可达到85%~90%[4],经隔栅和厌氧处理后有机态N 、P 将 转化[4,5]为植物易吸收利用的NH +4和P O 3-4,可以用于农业灌 溉,减少对化肥的需求。但如果不经处理随意排放或用于灌溉,必然对水体环境产生不良影响,同时也会造成养分资源的浪费。目前,全国因畜禽养殖液体排泄物直接排放到水体中造成的养分流失达到50%[6]。 1.1 对地下水中氮素的影响 氮素在地下水中的富集现象已成为全球关注的严重的环境污染问题,这主要是由于农事生产等活动引起的[7]。污水可通过入渗而造成地下水中硝态氮、氨氮含量超标,导致水质恶化。 硝态氮是影响地下水水质的一个重要指标。对山东桓台地区的地下水的调查中表明,氮浓度升高主要是由于氮素施入过多引起在土壤中淋溶渗滤,最终进入地下水[8]。对河北省超过40年连续污灌地区地下水硝酸盐污染的研究中发现,随灌溉水进入的氮是地下水硝酸盐污染的主要来源[6]。刘君等利用稳定同位素示踪技术解析石家庄市地下水中的硝酸盐来源,认为主要来源于化肥、动物粪便的施用和污水灌溉-污染物质在迁移过程中发生的硝化-反硝化作用[9]。长期进行污水灌溉的地区,硝酸盐会随着作物根部的渗透而污染地下水。渗滤的氮量与提供的氮量以及作物的吸收能力有关,水的处理程度越低,作物对N 的吸收越少,N 的渗滤对地下水污染越严重[10]。 进入土壤中的 三氮 (NH +4、N O -3、NO -2)中NH + 4最易被 带负电荷土壤微粒所吸附,对下层土壤及地下水中浓度影响较小,大多数N H +4将被上层土壤吸附、转化[11]。但是当N H +4发生硝化作用,其最终产物N O -3同样会加重地下水的污染[12]。 此外,土壤中营养物质含量的改变也会影响土壤中硝化-反硝化作用,郭华明等对云南滇池流域西芹种植区不同施肥条件下地下水氮素污染情况的研究发现,施肥增大了某些层位的反硝化作用,增大该层位土壤水中亚硝态氮的浓度,并最终进入地下水,造成亚硝态氮含量增加[13]。 13 节水灌溉!2010年第12期
中国的四大地理区域
第 1 课时 第一节四大地理区域的划分 （一）学习目标——（出示“学习目标投影”） 1、我国有哪些不同的地理区域？ 2、我国可划分哪四大地理区域？ 3、尝试划分不同的地理区域。 重点：四大地理区域的划分。 难点：四大地理区域的界限。 （二）导入新课： 寒假期间哪些同学去过别的地方，从地理的角度按照自然环境和人文特色两方面给大家介绍一下，其他同学总结他去的地方与自己的家乡有何不同？ 通过第一个活动设计，学生的兴趣高涨，顺理成章就引入《中国地理差异》的教学，既然存在差异，自然就会划分出一个个的区域，请你回忆上学期学习过的区域划分，列出来说一说: 我国的三级行政区、五带、地形区、工业区、温度带、干湿地区等的划分。 今天我们就一起来学习“第一节四大地理区域的划分”。 （三）自学指导（出示投影） 请大家认真自读课本P2-3，思考下列问题，约10分钟后同桌或前后桌学生围绕疑难问题讨论交流，比谁自学能力强，自学效率高。 1.请你用简短的文字描述你的家乡所在的地理区域。 （在长江中游南岸，地势平坦，土地肥沃，气候温暖湿润，“鱼米之乡”的美称。） 2.读P3图5.2：说明划分区域的理由？ 山区——海拔在500米以上，颜色、等高线密；——林区。 平原——海拔在200米以下，平坦。——农耕区（农作物分布）。 3.读P4图5.4：说出我国的四大地理区域的划分及界限。 四大区域的名称位置范围划分依据 北方地区大兴安岭以东，秦岭—淮河 以北，东临黄、渤海季风区的北部，一月00C等温线，800毫米等降水量线以北。 南方地区以南，以东， 东南部临、海季风区的部，一月等温线，等降水量线以南。 西北地区大兴安岭以西，长城和昆仑 山—阿尔金山以北非季风区，西北内陆，400毫米等降水量线以西 青藏地区横断山以西，喜马拉雅山以 北，昆仑山—阿尔金山以南是一个独特的地理单元，海拔高，气候寒冷 学生自学，教师巡视 （四）课堂活动 1.读P5图5.5：请你说出我国的季风区与非季风区的界限，它与四大地理区域的
长江流域防洪规划概要
长江流域防洪规划概要 2008-09-19 来源：https://www.wendangku.net/doc/5616773797.html,/ztpd/tszt/lyfhgh/cjly/20080919114310845554.aspx（水利部）注：相关内容摘录（具体内容见第4页） 根据长江防洪总体布局，考虑三峡工程兴建、上游后续建设其他水库后长江中下游防洪形势的变化，按照蓄滞洪区的启用几率和重要性，将长江中下游蓄滞洪区分为重要、一般和规划保留三类。 重要蓄滞洪区为现状条件下使用几率较大（一般在20年一遇以下）的蓄滞洪区，共13处，包括荆江分洪区、洪湖东分块、钱粮湖、共双茶、大通湖东、围堤湖、民主、城西、澧南、西官、建设、杜家台、康山蓄滞洪区。 一般蓄滞洪区为三峡工程建成后为防御1954年洪水，除重要蓄滞洪区外，还需启用的蓄滞洪区，共14处，包括洪湖中分块、九垸、建新、江南陆城，屈原、西凉湖、武湖、张渡湖、白潭湖、东西湖、珠湖、黄湖、方州斜塘和华阳河蓄滞洪区。 规划保留蓄滞洪区是指三峡工程建成后为防御超标准洪水或特大洪水需要使用的蓄滞洪区，共有15处，包括涴市扩大分洪区、人民大垸、虎西备蓄区、洪湖西分块、集成安合、南汉、和康、安化、安澧、安昌、北湖、义合、南顶、六角山、君山。 一、流域基本情况 长江干流全长6300多公里，流域面积约180万平方公里。干流流经青海、西藏、四川、云南、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海等11个省（自治区、直辖市），于上海崇明岛以东注入东海。支流布及甘肃、陕西、贵州、河南、浙江、广东、广西、福建等8个省（自治区）。长江自江源至湖北宜昌称上游，长约4500公里，集水面积约100万平方公里；宜昌至江西鄱阳湖出口（湖口）称中游，长约955公里，集水面积约68万平方公里；湖口至入海口为下游，长约938公里，集水面积约12万平方公里。长江的支流众多，流域面积超过8万平方公里的有雅砻江、岷江、嘉陵江、乌江、沅江、湘江、汉江、赣江等8条。 至2005年底，长江流域人口约42464万人，占全国总人口的32.5%。全流域地区生产总值约60332亿元，占全国的32.8%。耕地面积约2237万公顷，占全国耕地的27.8%。长江流域防洪区面积为15.38万平方公里，其中长江上游（主要包括云南省、四川省、贵州省及重庆市）面积为1.34万平方公里，长江中下游防洪区面积为14.04万平方公里。长江中下游防洪保护区总面积11.81万平方公里，占防洪区的84.1%；人口约9188万人，占防洪区人口的89.9%；耕地面积472.2万公顷，约占防洪区的86.2%；地区生产总值为22136亿元，占防洪区的97.0%。 二、洪水特征 长江流域洪水主要由暴雨形成，除青藏高原外，流域内各地均可能发生暴雨。暴雨发生季节一般中下游早于上游，江南早于江北。由于暴雨发生季节的差异，一般年份干支流各河洪峰互相错开，中下游干流可顺序承泄中下游支流和上游干支流洪水，不致造成大的洪灾。但如气象异常，干支流洪水遭遇，会形成大洪水或特大洪水。长江流域暴雨量大、历时长，致中下游干流洪水峰高量大，持续时间长。 长江的洪水，按暴雨地区分布和覆盖范围大小可分为两种类型：一类为全流域型洪水，如1931年、1954年、1998年洪水；另一类是区域性洪水，如1981年、1935年洪水。前一
我国污水灌溉的发展现状及对策
我国污水灌溉的发展现状及对策 摘要介绍我国污水灌溉的现状、污水灌溉的影响，指出我国农业污水灌溉实践中存在的水质超标、管理混乱、研究工作滞后等诸多问题，并针对这些问题，提出污水灌溉要因地制宜，合理规划；灌溉前要对污水进行处理，并加强对污水灌溉的规范化管理，深入、系统地开展污水灌溉的科学研究工作等可行的对策。 关键词污水灌溉；现状；对策 随着工农业的快速发展和人民生活水平的提高，工业及城市生活污水排放量逐年增加，如何将污水资源化一直是人们关注的问题。工业及城市污水具有量大、集中、水质较稳定等特点，是一种潜在资源。将处理过的污水一定程度回用于农田灌溉是污水资源化的有效途径，既减少了污水对环境的污染，又促进了农业生产，是实施可持续发展战略，促进水资源和生态环境、社会经济协调发展的重要举措。 1我国污水利用现状 污水灌溉是迄今为止主要的废水利用方式，其主要是利用污水中含有的氮、磷等农作物生长过程中不可缺少的营养元素。人类对污水的利用由来已久，古希腊的雅典就开始了污水灌溉，而大面积的利用污水进行灌溉在世界各地已有近百年的历史，美国、澳大利亚、日本和以色列等国家污水灌溉技术已比较成熟。 我国大规模地主动利用污水进行灌溉开始于1957年，至今已有近50年的历史，其过程大体经历了起步、稳定和快速发展三个阶段。自古以来，我国就有利用废水灌溉的习惯，1957年以前为自发灌溉时期，如20世纪40年代起，在北京附近开始利用工业与生活废污水进行农田灌溉。1957～1972年为大规模利用污水灌溉的初步发展时期。1957年，当时建工部联合农业部、卫生部把污水灌溉列入国家科研计划，从此开始兴建污水灌溉工程，污水灌溉得到了初步发展。1972年至今为迅速发展时期。尽管1972年在石家庄召开的全国污水灌溉会议，制定了“积极慎重”的发展方针，并制定了污水灌溉暂行水质标准，但由于自20世纪80年代中后期以来，我国北方地区水资源短缺的加剧和我国南方地区乡镇企业的迅猛发展，使得我国污水灌溉面积得到迅速扩大。据统计，我国1999年污水排放量达401亿立方米，污水灌溉面积从1963年的4.1万公顷发展到1998年的361.8万公顷，占全国灌溉总面积的7.3%，特别是20世纪70年代末至90年代中期，污水灌溉面积由33.33万公顷猛增到333.33万公顷。从地域分布上看，我国污水灌溉的农田主要集中在北方水资源严重短缺的海、辽、黄、淮四大流域，
非饱和土壤中指流的研究进展
第32卷 第7期西北农林科技大学学报(自然科学版)V o l.32N o.7 2004年7月Jour.of N o rthw est Sci2T ech U niv.of A gri.and Fo r.(N at.Sci.Ed.)July2004非饱和土壤中指流的研究进展Ξ 史文娟,汪志荣,沈 冰,张建丰 (西安理工大学水资源研究所,陕西西安710048) [摘 要] 指流是土壤中普遍存在的一种水分和溶质运移形式,土壤中发生的指流现象将导致水分和溶质快速向下迁移,从而引起深层土壤和地下水的污染以及水分和养分的流失。因此,掌握其研究动态并对其进行深入研究很有现实意义。针对指流的实际情况,从非饱和土壤中指流的试验方法、机理研究和模型预测等方面,综合评述了国内外的研究动态,并探讨了目前存在的问题和发展前景。 [关键词] 非饱和土壤;指流;湿润锋稳定性 [中图分类号] S157.1 [文献标识码] A[文章编号] 167129387(2004)0720128205 指流(F inger flow)是优先流(P referen tial flow)的一种,是指水分和污染物在非饱和土壤中迁移时,并非整齐均匀的向下流动,而是绕过大部分土壤基质呈“指状”或“舌状”流动的现象。指流是土壤中普遍存在的一种水分和溶质运移形式,指流发生时,尽管其路径只占土壤基质的很小一部分,但却会携带较大的水流通量,使污染物等可溶性物质快速的抵达深层土壤甚至地下水,从而加速了土壤和地下水污染,同时也减少了植物对水分和养分的吸收利用,影响了农药、杀虫剂等药效的充分发挥[1]。在农业用水管理中,由于指流的普遍存在,雨水和灌溉水对地下水的补给可能会在含水量到达田间持水量之前就已发生,同时降雨和灌溉以及以水压盐的效果也不会如想象的那么理想[2]。在石油工业领域,指进(指流)的发育程度直接影响到流体的驱扫面积、饱和度分布和采收率[3]。此外,在地质结构形成的历史上,岩浆渗流过程中发生的指流现象对北极陆面永冻层的溶化也起到了非常重要的作用[4]。基于上述原因,目前指流的研究越来越受到人们的广泛关注。现针对近年来指流的研究现状和进展进行综述,以期为其在农业灌溉中的应用提供资料。 1 指流的理论研究 指流的研究始于20世纪30年代,且最初是在石油工业领域开始的,因为在注水采油过程中,当两相流(如油和水)发生置换时,由于两种流体的密度和粘滞度不同,导致置换界面的湿润锋不稳定而出现指流,使油井很快见水,石油的采收率降低[3]。土壤学领域对指流的研究相对迟缓,直到1972年, H illel和Parlange[5]利用层状土(细质土覆盖于粗质土之上)进行积水入渗时发现了指流现象,指流研究才受到越来越多的关注,指流特性和机理的理论研究也受到了广泛的重视。 1.1 试验研究 1.1.1 试验设计 在试验设计方面,为了使指流的路径和形态可视化,室内二维指流试验通常在两块间距10c m左右玻璃板组成的二维容器中进行,且多以粗质砂性土作为主要研究对象。较为简单的三维室内指流试验一般在直径大约30c m的柱状容器内进行,试验结束后将试验模型和土样速冻,干土散落后指流的形状和特性即会呈现出来[6]。大田指流试验是将土面开挖后,通过染色示踪法来观察入渗过程中的指流情况[7,8]。 1.1.2 研究方法 近年来,为了观察土壤中指流的运动过程,尤其是为了确定与指流发生有关的土壤学特性,现已开发出了许多新技术。如为了观测水流和溶质的运移模式,采用染色示踪技术,对彩色或黑白照片进行处理以显示染色区域在水平和垂直方向上的百分比,进而显示指流的范围和力学特性[9]。因染色模式经常表现出无规律的回旋状几何特征,从而促使许多学者从分形(F ractal)增长的角度对指流的发育予以描述和解释[8,10],即利用两个分维来描述指流的空间结构,其中一分维数与染色结构的周长有关,另一分维数与空间填充特性有关。一般认 Ξ[收稿日期] 2003206226 [基金项目] 国家自然科学基金项目(59879022;49871038);陕西省教育厅基金项目(04JK22921);西安理工大学青年基金项目[作者简介] 史文娟(1972-),女,陕西武功人,讲师,在读博士,主要从事农业水资源利用研究。
污水灌溉
亚热带环境实行长期污水灌溉对土壤的影响（翻译） 摘要：虽然污水灌溉能够潜移默化的缓解供水不足的矛盾，但是污水灌溉可能损害土壤的健康。为了评估长期污水灌溉对土壤的影响，确定土壤敏感性指标，此次研究采集了具有二十多年污灌历史的污灌区土壤样本。并且选定采样管区比邻的只有降水灌溉来源的灌区作为本次研究污水灌溉对土壤影响的参照区。对土壤的不同物理、化学、生物和生化指标进行了分析。分析结果显示污水灌溉提升了土壤肥力，同时使得粘土含量提高了18-22.7%,有机碳含量提高了0.51-0.86%；在靠近地表0.15米的土壤中，土壤总氮含量达到 2,713 kg ha-1，有效氮含量397 kg ha-1,有效磷含量128 kg ha-1，有效钾含量524 kg ha-1，有效硫含量65.5 kg ha-1；与临近的完全由雨水灌溉的灌区土壤对照，长期污水灌溉导致土壤中金属离子（PDTA螯合剂提取）积累十分显著，具体Zn (314%), Cu (102%), Fe(715%), Mn (197.2), Cd (203%), Ni (1358%) and Pb(15.2%)；污水灌溉土壤的土壤酶活性（磷酸酶-59.12%，脱氢酶活性-59.4%）和有机碳含量（-78.2%）和土壤呼吸速率（-82.3%）呈显著下降趋势。同时，本研究试着确定了在污水灌溉条件下灌区土壤敏感性指标，研究显示，其中有机碳含量最为敏感。 1.引言 在印度，由于地下水的过度开采，大城市附近的农业灌区使用城市生活污水和工业废水灌溉已成为不可避免的事实。由于城市污水中富含有机质和各种植物所必须的营养元素，附近的农民们争相应用其对灌区进行灌溉。(Rattan et al. 2005).目前，世界各国都在使用污水灌溉。(Feignet al. 1991)尤其是在那些污水处理成本比较高的发展中国家更为普遍。由于印度所能提供给农业灌溉使用的清洁水资源不断缩减，使得其使用废污水灌溉数量呈现递增趋势。由于家庭生活污水中含有丰富的有机质和大量其他微量元素，农民使用其灌溉农田，将会导致灌区土壤营养水平提高(Yadav et al. 2002)。虽然使用污水灌溉有利于农业经济发展，但是污水灌溉的长期实行，可能会破坏土壤质量，降低土壤生产力(Friedel et al. 2000)。研究表明，使用污水灌溉沙质土壤，可以（增加土壤团聚体）改提高土壤黏聚度，增加生物总含碳量，改善土壤结构，降低体积密度，提升土壤导水率。 过去，关于污水灌溉对土壤物理化学指标的影响研究较多，而对于污水灌溉对土壤生物和生化参数的研究数据较少。此次研究要确定：（1）长期实行污水灌溉对土壤质量各个指标的影响（有利影响，不利影响或是没有影响）；（2）评价各种微生物指标的敏感性；（3）确定污水灌溉下最敏感的土壤质量指标。 2.材料及其方法 2.1实验地点 本次选择长期污灌的试验点在印度新德里农业研究所试验田，（北纬28度4分，东经77度12分，海拔228米）。该灌区已经有超过20年的污灌历史。试验区域为半干旱亚热带气候，年平均降水量为670mm，且主要集中在7月至9月，年平均最低气温和最高气温分别为6.5摄氏度和40.5摄氏度。在污灌稻麦体系中，水稻和小麦都靠化学肥料生长。每种作物每公顷土地施肥量为氮肥120千克，磷肥60千克，钾肥60千克。
废水资源化技术现状及研究进展
废水资源化技术现状及研究进展 摘要:从可持续发展的观点出发, 废水经适当处理可作为资源加以利用, 废水资源化对缓解水危机和实现水资源的可持续利用有很重要的意义。本文总结了国内外废水资源化的现状, 结合实例分析了废水资源化中存在的问题, 阐述了用物理法、化学法、生物法处理废水的技术，提出了相应的解决措施。并说明了废水回用的意义。 关键词: 废水资源化问题处理方法意义 前言 当今世界,水资源危机已成为各国在政策、经济和技术上所面临的复杂问题。我国水资源也呈现出淡水资源总量短缺、时空分布不均、水环境污染和水生态系统破坏日趋严重以及需水量日益增大、水质要求不断提高的特点。[1]我国每年因缺水造成的工业经济损失达 2 300 多亿元,因水污染而造成的经济损失达1800亿元。针对我国水资源的现状和问题,急需总结国内外废水资源化的先进经验并吸取教训,积极推行废水资源化,实现水资源的永续利用 从可持续发展的观点出发,废水经适当处理不仅可作为资源加以利用 ,而且还可节约新鲜水源 ,减少污水排放量。但废水资源化是一项复杂的系统工程,在我国由于多方面原因尚未得到普遍应用。应该从技术、法制、政策和宣传等方面寻找出路,促使废水资源化发挥其应有的经济效益、环境效益和社会效益, 为我国的可持续发展提供充足的淡水资源。
1. 国内外废水资源化的现状 废水资源化方向主要有以下几种 :工业上回用的冷却水、锅炉供水、生产工艺用水等;农灌用水和水产养殖;城市生活中娱乐用水、风景区用水或城市公共设施用水及回灌地下等。 日本1962年就开始回用污水, 20 世纪70年代已初见规模 ,至 1985年已建使用中水回用的建筑60处。 1991年日本的“造水计划”明确将污水再生回用技术作为最主要的开发研究内容, 在污水深度处理工艺方面取得了很大进展。 美国也是世界上最早进行废水资源化的国家之一 ,自20世纪70年代初开始大规模建设污水处理厂以来, 废水资源化得到了不断发展。20世纪末,已有357个城市回用污水。全国 城市污水回用总量约为94 亿 m3/a ;其中60 %为灌溉用水,60 %为工业用水。 1992 年美国 国家环保局在水再生利用导则中列举了大量的示范工程 ,并制定了相应的政策、法规和标准, 以便更好地推广废水资源化技术。 除日本和美国外,俄罗斯、西欧各国、以色列、印度、南非和纳米比亚的废水回用事业 也很普遍[3,4] 。 我国20世纪50年代就开始用污水灌溉, 到20世纪80年代,废水资源化开始迅速发展。为缓解所面临的淡水危机, 青岛市1982年就将中水回用作为市政及其它杂用水。北京市1984 年开始进行中水回用工程示范。在1987 年出台的《北京市中水设施建设管理试行办法》中明确规定:凡建筑面积超过2 万m2 的旅馆、饭店和公寓以及建筑面积3万m2 以上的机关科研单位和新建生活小区都要建立中水设施。以此为契机, 北京市的中水设施建设得到较快的发展, 1995年北京市已有中水设施 115 个, 回用废水量达 1.2 万 m3/d , 中水建设已初具规模[5,6] ;此外 ,天津、深圳、上海和大连等缺水城市的中水建设也初见成效。 2. 废水资源化中存在的问题 2 .1 废水资源化应用于农业中存在的问题 资料表明[7] ,全国大约85 %以上的污灌区, 废水中有害物质超过农田灌溉水质标准。 引用不达标废水灌溉农田, 可能造成以下不良影响:①农田环境质量明显下降。我国污水灌 溉的农田约 50 %受到污染[7]。长期污灌会造成土壤理化性状下降。②污染地下水。灌溉 废水中的污染物未被土壤、作物吸附的部分进入地下含水层而造成不同程度的污染。③影响
非充分灌溉原理复习提纲
非充分灌溉原理复习提纲 1非充分灌溉的科学基础 名词解释 1 节水灌溉： 2 非充分灌溉： 3 充分灌溉： 4 作物水分胁迫指标： 5 田间持水率： 6 灌溉与排水：是一门研究农田水分状况和地区水情变化规律及其调节措施的科学。 7 “灌溉与排水（irrigation and Drainage）”：是世界上对本课程的一般命名，我国习惯称为“农田水利学”，原苏联称为“水利土壤改良”。 8吸湿水： 9薄膜水： 10吸湿系数： 11凋萎系数：植物开始发生永久凋萎时的土壤含水率，也称凋萎含水率或萎蔫点。简答 1非充分灌溉原理的研究内容。P4 2节水灌溉可以分为那两大类？分别是什么？p2 3水分亏缺包括什么？p5 以及非充分灌溉了理论依据。P5-6 4非充分灌溉的进展。P7-8 5我国在非充分灌溉的应用与推广尚存在的两个主要不足？p10 6与充分灌溉相比，非充分灌溉的优势？ 2土壤-植物-大气连续体中水分传输 名词解释 1 SPAC（1966年Philip提出）： 2 Gardner（1960）提出单根吸水的微观模型，微观法以及宏观法： 3土壤水分运动的两种途径：毛管理论、水势理论。水势理论则是根据在土壤水势基础上推导出的扩散方程，研究土壤的水分运动。这种方法理论严谨，适用于各种边界条件，因而具有广阔的应有前景。4农田水分：指农田中的地表水、土壤水和地下水。地表水：地表积水。土壤水：包气带中的水分。 4地下水：饱水带中的水分（可自由流动的水体）。与作物生长最密切的是土壤水。简答 1解释“午睡”现象。P16 2SPAC中的水流阻力分布规律。P14-15 3SPAC中水流通量的变化规律。P18-20 4区别土壤水分亏缺和土壤水分胁迫。 5形成水分亏缺的原因。 6简述作物根系吸水模型（典型人物以及方程）。P21-24 7植物根系戏水的动态模型。P25 8简述作物蒸发蒸腾量，以及彭曼公式。P28-39 9了解作物系数K的确定。P36 3 缺水对作物的影响与水分亏缺的评价指标 名词解释 1逆境： 2土壤水分胁迫： 3作物水分胁迫： 4光合（p49）： 5气孔调节： 6渗透调节： 7植物的耐旱（p57）： 8叶温： 9温度胁迫法（p66）： 简答 1作物水分亏缺的基本概念，及其包括的内容。P44-46 2形成水分亏缺的原因：p46 （笔记中有示例图） 3作物水分亏缺对植物生理过程的影响。P48-52 4作物水分亏缺对干物质积累和产量的影响。P52-54 1 / 10
长江流域防洪体系与评价
长江流域防洪体系与评价 吴道喜 摘要长江是中国最大的河流，也是世界上第三大河流。频繁而严重的洪涝灾害一直是中华民族的心腹之患。按照“蓄泄兼筹，以泄为主”的防洪指导方针及“江湖两利，左右岸兼顾，上中下游协调”的指导原则，长江流域特别是中下游地区开展了堤防整修加固。到目前为止，已初步形成了由堤防、部分支流水库、蓄滞洪区、河道整治工程及非工程措施组成的长江防洪体系。针对目前存在的问题和出现的新情况，提出了对如何进一步提高长江的整体防洪能力和流域防洪管理的建议。 关键词长江流域防洪评价 一、概述 长江是我国最大的河流，也是世界著名的河流，发源于青藏高原，干流流经11省 自治区、直辖市 ，全长6300余ｋｍ，流域面积180万ｋｍ2，约占全国总面积的1/5，居住着全国1/3的人口。流域内气候温和，水资源丰沛，矿产资源丰富，交通便利，自古以来就是我国政治、经济、文化、军事的重要地区。然而，长江流域频繁而严重的洪涝灾害威胁着流域内的广大地区，特别是经济发达、人口密集的中下游平原地区。据历史记载，从公元前206年至公元1911年的2117年间，长江共发生洪灾214次，平均10年一次。19世纪中叶，发生了1860年和1870年两次特大洪水。20世纪，长江又发生了1931、1935、1954和1998、1999年等多次特大洪水，历次大洪水都造成了重大的灾害损失。洪涝灾害制约我国社会经济发展，严重影响生态环境，一直是中华民族的心腹之患。 新中国成立50多年来，我国政府十分重视对长江洪涝灾害的治理，投入了大量的人力和物力进行防洪建设。1998年大洪水以后，更加重视长江的防洪治理，加大了投入力度。 二、长江防洪体系的组成 长江既是一条水资源十分丰富的河流，又是一条洪灾较为频繁的河流。长江的洪水由暴雨形成，具有峰高、量大、历时长的特点；洪水来量大与河道泄洪能力不足的矛盾十分突出；堤防一旦溃口，长江中下游平原区淹没历时长、损失大，甚至会发生大量人口死亡的毁灭性灾害；长江中下游平原区，上下游、左右岸、江湖之间防洪关系复杂，矛盾较多。因此，针对这些特点，对长江的防洪治理提出“蓄泄兼筹，以泄为主”的防洪指导方针及“江湖两利，左右岸兼顾，上中下游协调”的指导原则。 以上述方针和原则为指导，长江流域特别是中下游地区开展了堤防整修加固；
污水灌溉的研究现状及利用前景分析
文章编号:1007-2284(2005)06-0019-03 污水灌溉的研究现状及利用前景分析 袁 伟1,郭宗楼1,袁 华2 (1.浙江大学工学院,杭州 310000;2.黄委会水文局,郑州 450003) 摘 要:总结了国内外污水灌溉的发展过程及研究现状,分析了污水灌溉对环境、健康、农业、地下水和土壤的影响,对我国污水灌溉存在的问题、今后应采取的措施和发展前景进行了分析。 关键词:污水灌溉;水环境污染;对策;水资源 中图分类号:S273.5 文献标识码:A 污水灌溉是指对城市生活污水和工业废水进行无害化处理后,直接或间接地用于农田灌溉、园林灌溉和地下水库回灌。 城市污水中含有大量有机物和氮、磷等营养物质,是农作物生长过程中所需要的。城市污水处理到一定程度再回用于农田灌溉是污水资源化的有效途径,既减少了污水对环境的污染,又促进了农业生产,是实施可持续发展战略,促进水资源和生态环境、社会经济协调发展的重要举措。 目前我国有400多个城市缺水,正常年份缺水达60亿m3,预计2030年缺水量将达到400～500亿m3。而目前全国城市污水排放量大约为414亿m3/年,城市污水处理率和二级处理率分别仅达30%和15%,污水回用率则更低。根据“十五”计划纲要的要求,到2005年我国城市污水集中处理率要达到45%。如果污水回用率平均达到20%,那么“十五”末期污水回用量可达到40亿m3/年,可解决全国城市缺水量的一半以上。 美国目前已建成3400余处污水再利用工程,全国50个州中有45个采用了污水灌溉。印度自20世纪80年代开始,每年用于农田灌溉的污水占城市污水量的50%以上。以色列污水利用率已达70%,其中1/3用于灌溉,约占总灌溉水量的1/5。 综上分析,城市污水是水量稳定、供给可靠的一种潜在水资源。因此,城市污水的再生利用是开源节流、减轻水体污染程度、改善生态环境、解决城市缺水问题的有效途径之一。 1 国内外污水灌溉发展过程与利用现状世界上应用工业和生活污水进行灌溉已有近百年的历史,其中,美国、澳大利亚、日本和以色列等国家污水灌溉技术比较成熟。以色列由于水资源严重不足,91%的工业和生活污水由下水道收集,57%的污水经过净化处理后仍用于农业灌溉和园林草地灌溉。目前,以色列每年大约有3亿m3处理过的污水 收稿日期:2004-11-19 作者简介:袁 伟(1977-),男,硕士研究生。用于农业灌溉,计划2010年全国1/3的农业灌溉将使用处理过的废污水;日本为了改进农村生活环境和水源水质,从1997年开始实行农村污水处理计划,到目前为止,已建成约0.2万个污水处理厂,而且多数采用日本农村污水处理协会研制的JA-RUS小型污水处理系统,各项指标都达到污水处理水质标准。处理后的污水水质稳定,多数引入农田灌溉水稻或果园;捷克共和国小城镇中的居民区比较多,从这些地区排出来的废污水经过物理净化或生化处理后即用于农田灌溉;西班牙格纳达省的沿海地区广泛种植热带果树,并采用滴灌方式对果树进行污水灌溉,总面积为0.8万hm2。 我国污水灌溉的发展大体可划分为3个阶段:1957年以前为自发灌溉时期,我国自古以来就有利用废水灌溉的习惯,自20世纪40年代起,在北京附近开始利用工业与生活废污水进行农田灌溉;1957～1972年为初步发展时期,1957年,当时的建工部联合农业部、卫生部把污水灌溉列入国家科研计划,从此开始兴建污水灌溉工程,污水灌溉得到了初步发展;1972年至今为迅速发展时期,尽管1972年在石家庄召开了全国污水灌溉会议,制定了“积极慎重”的发展方针,并制定了污水灌溉暂行水质标准,但在20世纪80年代中后期,随着我国北方地区水资源短缺的加剧和我国南方地区乡镇企业的迅猛发展,我国污水灌溉面积得到迅速扩大。据统计,我国1999年污水排放量达401亿m3,污水灌溉面积从1963年的4.2万hm2发展到1998年的361.8万hm2,占全国灌溉总面积的7.3%,特别是20世纪70年代末至90年代中期,污水灌溉面积由33.33万hm2猛增到333.33万hm2。 2 污水灌溉标准 为了安全利用污水灌溉农田,不同的国家或国际组织制定了有关标准。美国国家环境保护局会同有关方面于1992年提出了污水回用建议指导书,包括了回用处理工艺、水质要求和监测以及适宜灌溉的作物和适宜的灌水技术等污水回用的各 19 中国农村水利水电·2005年第6期