中国的农田排水技术进展与研究展望

涝渍盐碱灾害是我国不少地区农业生产发展的主要障碍,提高防御涝渍盐碱灾害的能力,对加速发展农业生产有着重要的现实意义和战略意义。长期的实践证明,农田排水在防御涝渍灾害和土壤盐碱化、改善田间耕作管理、增加农作物产量、促进国民经济发展等方面起着积极的作用。阐述了农田排水技术的重要性,回顾了排水技术的发展与主要实践,指出排水领域存在的问题和差距,结合我国国情,提出今后农田排水领域的研究发展方向。     

徐州易涝农田灌排蓄渗降系统治理创新技术体系及治理模式研究

徐州现状灌排模式难以解决农田节水、超设计标准暴雨涝渍灾害和面源污染问题,为实现农田节水、蓄雨、排涝、降渍、防污的系统治理,在“以水定地”确定灌溉发展规模和作物种植布局、易涝渍风险度分区评估、试验确定主要作物土壤水分适宜控制指标的基础上,于2019—2021年开展了不同类型易涝农田灌排蓄渗降系统治理试验,提出了徐州易涝农田灌排蓄渗降系统治理创新技术体系,形成了5种不同类型易涝农田适宜的治理模式。相比常规灌排模式,灌排蓄渗降系统治理模式能够有效减少灌排水量、灌排水次数、作物涝渍风险和面源污染。灌排蓄渗降系统治理模式具有节约灌溉用水、提高雨水利用率、减排防污、增加浅层地下水量、减少水土流失等优势。     

旱作物涝渍排水研究动态分析

在总结分析国内外有关研究的基础上 ,指出涝渍地旱作排水研究有 5大趋势 :1由重视农田排涝发展到重视农田排渍 ;2由静态排水指标研究发展到动态排水指标研究 ;3由涝、渍分别研究发展到涝渍综合研究 ;4从排水指标仅考虑作物产量发展到既考虑产量又重视品质 ;5由单一涝渍过程对作物的影响研究发展到多个涝渍过程对作物的复合影响研究。     

旱作物涝渍排水研究动态分析

在总结分析国内外有关研究的基础上，指出涝渍地旱作排水研究有5大趋势：①由重视农田排涝发展到重视农田排渍；②由静态排水指标研究发展到动态排水指标研究；③由涝、渍分别研究发展到涝渍综合研究；④从排水指标仅考虑作物产量发展到既考虑产量又重视品质；⑤由单一涝渍过程对作物的影响研究发展到多个涝渍过程对作物的复合影响研究。     

多阶段受涝渍综合影响的农田排水指标试验研究

通过对棉花2年(2003~2004年)的涝渍兼治农田排水试验,研究了作物在全生育阶段均受涝渍影响的农田排水指标,还对多阶段涝渍共同作用下的作物水分生产函数进行了研究。通过对2年的实测数据的分析可以看出:用涝渍共同作用下的农田排水指标与棉花的相对产量之间有较好的相关关系,并对各生育阶段对涝渍的敏感性进行了排序,可供涝渍综合影响下排水系统的设计与运行管理参考。     

多次涝渍胁迫间歇作用对棉花产量的影响

在多雨湿润地区,夏秋作物在生长季节多次遭遇涝渍综合胁迫比较常见,研究这一问题对农业涝渍灾害评价和减灾有重要意义。采用测坑试验研究了棉花遭遇多次涝渍胁迫问题,分析表明,从蕾期—吐絮初期,棉花遭遇间歇性、多次涝渍综合胁迫显著影响产量,其中以7月中旬至8月中下旬的胁迫影响最大;作物相对产量与各阶段受涝时间之间有极显著的相关关系;7月中下旬大气温度与湿度对产量的影响大于其他时段,该阶段气温日较差和大气相对湿度与产量之间的关系比较密切;在棉花主要生长阶段天气无剧烈变化时,涝、渍对作物的影响居于首位;当5 d内温度变幅>9℃或空气饱和差>8 hPa的天气过程频繁发生时,涝、渍对作物的影响居于次要位置。     

论三江平原地区涝渍灾害与地上地下排水

黑龙江省三江平原地区易涝易渍（包括盐渍）耕地较多。涝渍是个连续过程，其对作物产量影响是与受淹时间和受渍时间呈密切二元一次方程相关关系。渍害严重影响了耕作（尤其机械化耕作）和农田生态。该区耕地雨后地表残存积水多（比3—5年一遇日降雨径流量还大，既呈涝灾又加重渍害），而不能地上排水。为此，根据三江平原地区地上排水导致渍害得不到治理和涝灾依然严重存在的现状，应特别重视地下排水（包括井灌井排）与地上排水相结合，加强地表残存积水及其治理研究，才能根治涝渍，并尽快把地下排水提到涝渍统一治理的日程上。     

涝渍胁迫对棉花形态与产量的影响

为揭示棉花对涝渍胁迫的响应规律,于2008—2011年在武汉大学校园灌溉排水试验场开展了测坑试验研究,分析了涝渍胁迫不同形式(涝渍单一和涝渍综合)及不同生育期(蕾期、花铃期和吐絮期)对棉花形态(叶面积指数、茎粗和株高)和产量(籽棉和干物质)的影响,建立了"涝渍胁迫-形态特征-产量水平"结构方程模型,比较分析了各因子间的作用效果。结果表明:在形态响应方面,单渍胁迫即使历时更长,对棉花形态生长的影响仍小于单涝胁迫,而涝渍综合胁迫的抑制作用最大;蕾期和花铃期内遭遇涝渍综合胁迫均会显著(p0.05)抑制棉花形态生长,而吐絮期内抑制作用很小;叶面积生长受涝渍胁迫的抑制作用最大,其余依次是茎粗和株高。在产量响应方面,单涝胁迫的减产作用大于单渍胁迫,与涝渍综合胁迫基本相同;花铃期内棉花遭受涝渍综合胁迫会导致显著减产,蕾期次之,而吐絮期内减产作用较小;籽棉产量受涝渍胁迫的减产作用比干物质产量大。涝渍胁迫对棉花产量的作用效果大于形态;在所选的涝渍胁迫单一和综合指标中,以涝渍时间单一指标(受涝期间累积地表受淹深度和累积超标地下水位SWFDH、受渍期间地下累积超标地下水位SEW30)最适合描述涝渍胁迫对棉花形态及产量的影响。     

多个涝渍过程连续作用对棉花的影响

现蕾花铃期是棉花产量形成的关键生殖生长阶段,该阶段长江中下游地区处于雨季,棉田受多个涝渍过程连续作用比较常见。通过测坑试验研究发现,在多个涝渍过程连续发生的条件下,受涝3 d、涝后3 d将地下水位控制在30 cm,对现蕾开花结铃期的棉花植株正常生长有显著影响;作物相对产量Ry与受涝累积时间Tw和地下水位埋深小于某一特定值的作用时间Tx之间有极显著的二元一次相关关系;涝、渍对作物的影响不同,3年资料综合分析表明,它们对作物的影响度分别为0.676~0.713和0.287~0.324。     

淮北平原涝渍兼治的组合排水工程形式

由于淮北平原砂姜黑土区的气候、地形、地貌、水文地质、土壤等多方面原因，致使旱、涝、渍频繁，且涝渍灾害往往是紧密相连，先涝后渍，涝渍相随．造成大面积减产．甚至绝收，旱、涝、渍灾害一直困扰着本区的农业发展。通过试验及调查，从治理涝渍效果、提高农业产量、投入产出等方面进行综合分析，提出了几种适宜于本区的组合排水形式。     

农田除涝排水技术研究综述

从农田涝灾风险评估、农田除涝排水工程技术、农田除涝排水管理3个方面入手,综述了近年来国内外取得的相关研究成果,并对农田除涝排水技术研究的未来发展进行了展望.明确指出未来的重点方向是：研究变化环境下的农田涝灾演变规律,构建人工-自然复杂条件下的农田涝灾预测评估技术与方法;研究满足作物产量需求和环境保护要求的农田涝灾综合控制标准,提升传统农田除涝治理技术水平与管理模式,探讨现代化除涝技术与传统除涝技术相结合的技术体系;重视农田排水资源的高效利用,研究适宜不同类型区的节水灌溉与控制排水相结合、灌溉排水与沟塘湿地调蓄净化相结合、排水资源循环灌溉再利用与除涝抗旱相结合的农田排水管理模式.     

DRAINMOD-S: Water management model for irrigated arid lands,crop yield and applications

The primary objective of an agriculture water management system is to provide crop needs to sustain high yields. Another objective of equal or greater importance in some regions is to reduce agriculture impacts on surface and groundwater quality. Kandil et al. (1992) modified the water management model DRAINMOD to predict soil salinity as affected by irrigation water quality and drainage system design. The objectives of this study are to incorporate an algorithm to quantify the effects of stresses due to soil salinity on crop yields and to demonstrate the applications of the model. DRAINMOD-S, is capable of predicting the long-term effects of different irrigation and drainage practices on crop yields. The overall crop function in the model includes the effects of stresses caused by excessive soil water conditions (waterlogging), soil water-deficits, salinity, and planting delays. Three irrigation strategies and six drain spacings were considered for all crops. In the first irrigation strategy, the irrigation amounts were equal to evapotranspiration requirements by the crops, with the addition of a 10 cm depth of water for leaching applied during each growing season. In the second strategy, the leaching depth (10 cm) was applied before the growing season. In the third strategy, a leaching depth of 15 cm was applied before the growing season for each crop. Another strategy (4th) with more leaching was considered for bean which is the crop most sensitive to salinity. In the fourth strategy, 14 days intervals were used instead of 7 and leaching irrigations were applied: 15 cm before the growing season and 10 cm at the middle of the growing season for bean. The objective function for these simulations was crop yield. Soil water conditions and soil salinity were continuously simulated for a crop rotation of bean, cotton, maize, soybean, and wheat over a 19 years period. Yields of individual crops were predicted for each growing season. Results showed that the third irrigation strategy resulted in the highest yields for cotton, maize, soybean and wheat. Highest yields for bean were obtained by the fourth irrigation strategy. Results are also presented on the effects of drain depth and spacing on yields. DRAINMOD-S is written in Fortran and requires a PC with math-coprocessor. It was concluded that DRAINMOD-S is a useful tool for design and evaluation of irrigation and drainage systems in irrigated arid lands.     

灌溉农区机械化保护性耕作试验分析

在浇灌农区为期一年的机械化保护性耕作与常规机械耕作对比试验结果表明，机械化保护性耕作技术相对常规耕作技术，可以提高灌溉农区农田土壤含水率和土壤有机质含量，提高农作物单位面积产量，减少农业生产工序和用工投入。     

水氮耦合技术在经济作物栽培中的应用

灌水量与施肥量是影响作物生长的两大重要因素,传统的灌溉与施肥方式下,农田水肥利用效率低,不利于农业可持续发展,而适宜的灌水与施肥能够显著优化作物生长。水氮耦合技术通过合理调控作物在不同生育期的水肥需求,达到节水优质高产的目的。介绍了水氮耦合技术发展概况,阐述了水氮耦合技术的研究意义,同时也明确了该技术在经济作物栽培中的应用效果与发展前景,并对水氮耦合技术存在的问题进行了深入思考。      

辣椒水肥一体化效应研究进展

在作物的生长过程中,水和肥是必不可少的两大要素,合理的灌溉和施肥对作物减投增效十分有利。传统的“大水大肥”方式不仅会降低水肥利用率,而且还加剧了农田土壤环境的污染问题。水肥一体化技术作为一项将水分和养分耦合运筹的新技术,可达到精准施肥、改善土壤环境、节水增产等目的,从而有效缓解资源与环境的矛盾问题,推动绿色农业的可持续发展。本文先综述了辣椒的生长发育、干物质积累、水肥利用、产量及品质指标对水肥一体化的响应,并针对该技术在农业生产中的实践应用,提出合理利用智能系统、多要素一体化技术和耦合模型规划建议,以期为水肥一体化在辣椒高产栽培中的应用提供参考。     

广泛实施集流节灌挖掘农业发展潜力

系统阐述了集流节灌对抑制水害（利于山区的水土保持和平原的雨季排水）、缓解水资源矛盾（水电的时空调节）、提高农作物品质方面的意义。进而提出大力推广集流节灌技术,开发利用农业用水资源,挖掘发展潜力,保证农业可持续发展     

微咸水灌溉下土壤水盐动态及对作物产量的影响

华北平原农业灌溉用水非常紧缺,水资源日益缺乏与粮食需求日益增多之间的矛盾尖锐。充分利用微咸水资源是缓解这一矛盾的重要途径之一。该文以中国农业大学曲周试验站1997－2005年冬小麦和夏玉米微咸水灌溉田间长期定位试验为基础,研究了充分淡水、充分淡咸水、关键期淡水、关键期淡咸水和不灌溉等5个处理下土壤饱和电导率和含盐量的动态变化,探讨了微咸水灌溉对冬小麦和夏玉米产量的影响。结果表明：土壤水盐动态呈受灌溉和降雨影响的短期波动和受季节更替影响的长期波动;在正常降雨年份,使用微咸水进行灌溉是可行的,不会导致土壤的次生盐渍化;微咸水灌溉虽然导致冬小麦和夏玉米产量降低10%～15%,但节约淡水资源60%～75%。如果降雨量达到多年平均水平以及微咸水灌溉制度制订合理,微咸水用于冬小麦/玉米田间灌溉前景广阔。     

内蒙古河套灌区咸水灌溉的环境效应分析

研究了咸水灌溉对土壤水盐动态、地下水位、地下水质、作物生长及产量的影响。灌溉水源为黄河水和高矿化度地下水混合。咸水灌溉期间,土壤盐分有所增加,通过控制咸水灌溉定额,以及进行合理的黄河水秋浇灌溉,可以达到年度内土壤盐分动态平衡。咸水灌溉条件下,作物长势及产量基本不受影响。适宜合理的咸水灌溉不会造成环境恶化,而且对缓解河套灌区水资源紧张的矛盾有着重要意义。     

Characterizing ground water use by safflower using weighing lysimeters

Decades of irrigation on the west side of the San Joaquin Valley without sufficient drainage have created large areas where shallow ground water (<1.5 m) has become a problem for agriculture. Because drainage outflow is restricted as a result of environmental concerns, reducing the amount of irrigation applied is a farm management solution for this situation. One option to reduce the amount of irrigation water is to include shallow ground water use as a source of water for crop production when scheduling irrigation. The objective for this study is to describe soil water fluxes in the presence of saline, shallow ground water under a safflower crop. Two weighing lysimeters, one with and one without shallow saline ground water were used to measure crop evapotranspiration of surface drip irrigated safflower. A saline water table (14 dS/m) was maintained in one of the lysimeters. Ground water use as part of crop evapotranspiration was characterized using hourly measurements of the water level in a ground water supply tank (Mariotte bottle). Ground water contribution of up to 40% of daily crop water use was measured. On a seasonal basis, 25% of the total crop water use originated from the ground water. The largest ground water contribution was shown to occur at the end of the growing season, when roots are fully developed and stored soil water in the root zone was depleted. The applied irrigation on the crop grown in the presence of a water table was 46% less than irrigation applied to the crop without a water table. The reduction of irrigation was obtained by using the same irrigation schedule as on the lysimeter without ground water, but through smaller applied depths per irrigation event.     

水氮耦合技术在经济作物栽培中的研究进展

灌水量与施肥量是影响作物生长的两大重要因素,传统的灌溉与施肥方式下,农田水肥利用效率低,不利于农业可持续发展,而适宜的灌水与施肥能够显著优化作物生长。水氮耦合技术通过合理调控作物在不同生育期的水肥需求,达到节水优质高产的目的。本文首先介绍了水氮耦合技术发展概况,阐述了水氮耦合技术的研究意义,同时也明确了该技术在经济作物栽培中的应用效果与发展前景。最后对水氮耦合技术存在的问题进行了深入思考。