农业水土工程

21世纪的农业水土工程摘要:介绍了农业水土工程学科的历史和形成过程,分析其在我国农业可持续发展中的地位和作用,提出了21世纪中国农业水土工程学科需要解决的关键科技问题,探讨其在基础理论、应用技术等方面的发展趋势。关键词:农业水土工程;科技发展;可持续农业Abstract:Fromtheconnotationofagriculturalsoilengineeringdisciplines,carefullydiscussessubjectresearchfieldinagriculturalprojects,thedevelopmentstage(oragriculturalscienceandtechnologyapplicationinengineeringofdeeplevel)isanalyzedandthetrendofagriculturalsoilengineeringdisciplineswereappraised.Keyword:thesubjectofagriculturalwater-soilengineering;Mission;Developmenttrend1农业水土工程学科的形成农业水土工程学科是介于工程、农业生物、资源与环境学科之间的边缘学科。1990年由国务院学位委员会学科评议组定名,农业水土工程是研究水土(主要是水、盐、泥沙、污染物等)运动规律与调控管理技术,合理利用农业水土资源,创造良好的农业水土环境,为促进农业持续发展服务的科学。它主要包括农业节水灌溉、农业水资源的持续高效利用、中低产田改良的排水技术、农业水土环境工程、农村供水与水土保持工程等领域。水土环境是人类赖以生存的基础。一定意义上讲,人类的历史就是利用和改造水土环境的历史。在人类发展历史中,人们逐渐认识了水、土运行的某些规律,掌握并积累了一些控制水土的技术,形成和发展了水土科学的某些方面,如水文学、土壤学、水土保持、农田水利(灌溉、排水)、土壤改良、防洪等。因此农业水土工程学科的研究范围相当广泛。农业水土工程长期以来在中国是分别以农田水利、水土保持、土壤改良、垦殖等形式出现的。他们分别代表水土工程的一个方面,而且通常被认为是水利科学的一部分。特别是农田水利工程,一向被认为是水利工程的一个分支。到目前为止,农田水利学科仍以灌溉排水为主要内容,实际上只突出了一个“水”字。而多年的农业生产和科学实践表明,水、土、作物之间有着不可分离的联系。科学的调控土壤水分,协调好“土—植—气”连续体的水分关系,以水调肥,是保证植物生长的基本条件。增加植被,是涵养水源,减小土壤侵蚀,防止土壤水肥流失,做好水土保持的重要手段。而合理施肥,改良土壤,以肥促水,又是提高作物水分利用效率的重要途径。揭示水、土、植之间这种内在本质的联系,应该成为科学研究的一个重要领域。特别是在本世纪中叶以来科学技术又出现了新的重大突破,丰富了农业水土科学的内涵。如在农业水土资源管理中,借助于土壤水动力学、植物生理学的理论和现代数学方法和计算手段等,从整体上和相互作用上考虑水—土—作物—大气之间的相互关系,定量描述土壤—植物—大气连续体中水分、养分运移转化过程,制定科学的水肥调控方案,使农业水土资源管理的研究由单纯的实验性质变为一门有较严谨的理论基础和定量方法的科学;计算机技术、电子信息技术、红外遥感技术以及其它技术的应用,使土壤水分动态、水盐动态、水沙动态、水污染状况、作物水分状况、农田微气象数据方面的监测、采集、处理技术得到发展,并促进农业水土资源管理水平的提高;材料技术的创新使渠道防渗、管道灌溉、覆膜灌溉、坡面集雨技术产生突破;农田灌溉由过去丰水高产型灌溉向节水优产型的非充分灌溉,并充分考虑作物生理特性的主动施加有益亏水度的调亏灌溉,畦灌向喷微灌、单一灌溉向肥药联用以及多种现代覆盖材料等方面发展。随着这些技术的创新和大面积的推广应用。使人们日益认识到必须把水、土、作物三者紧密地结合起来,看作一个整体来对待,才能有效地发挥整体的作用。正是在这种背景下,不同学科交叉、渗透,形成了研究水土运动规律,综合高效利用农业水土资源,为农业可持续发展服务的农业水土工程学科。农业水土工程学科是农业工程学科的一个分支。2农业水土工程学科在我国农业可持续发展中的地位与作用我国农业可持续发展的主要制约因素是水土资源不足及其分布不均。全国人均耕地不足世界平均水平的1/3,人均水资源占有量不足世界人均水平的1/4,且81%的水资源集中分布在长江以南。而人口和耕地分别占全国的45.3%和64.1%的长江以北地区人均、单位面积耕地水资源量仅为全国平均水平的1/5、1/3,为世界平均水平的1/20、1/5,水资源与生产发展不相适应的程度十分突出,而西北、华北地区则更为突出。干旱缺水已成为影响我国农业生产的最大的且不断加剧的自然灾害。全国每年因干旱缺水约少产粮食1000亿kg左右。缺水还导致过量引用地表水和超采地下水,造成了西北内陆河流域下游湖泊干涸,荒漠化、盐碱化不断发展,华北等许多地区出现大规模的地下水降落漏斗,青岛、烟台等地大规模的海水入侵,黄河干流的高频率、长时间断流且不断加剧等十分严重的生态环境问题,也造成了地区之间、工农业之间、城乡之间用水矛盾十分尖锐的社会问题,威胁到了人类生存的环境和农业的持续发展。而另一方面,南方地区又一直面临洪涝灾害的威胁,1994年全国洪涝受灾面积1933万hm2多,成灾1200万hm2,1998年的长江洪水更是令人惊心,防洪排涝、排渍的任务亦十分艰巨。同时全国水土流失面积已占国土面积的38%,每年流失泥沙50亿t,相当全世界600亿t的1/12,仅黄土高原每年因水土流失带走的氮、磷、钾就有约4000万t,相当于全国每年生产的化肥总量。土地生产力的退化十分严峻,同时还造成了河流泥沙淤积和水资源污染,加剧大江大河下游的洪水威胁。21世纪是我国经济的大发展时代。我国21世纪的农业发展,一方面面临人民生活水平不断提高、人口进入高峰期和社会经济持续发展对农产品需求量不断增加的巨大压力,另一方面又面临人多地少,后备耕地资源有限、现有耕地面积由于建设占用而持续减少的问题。我国今后要增加的农作物产品产量,主要要靠提高单位面积产量来实现。然而,在我国的季风气候条件下,无论北方或南方地区在没有灌溉保证条件下,要实现高产稳产是不可能的。因此,我国农业所面临的巨大压力和矛盾,必然要逐步转移到农业供水上来。而要大幅度增加我国农业供水量是非常困难的,若按现状用水需求状况外延,我国21世纪的农业发展所面临的供水危机,将比以往任何时期都要严峻。解决上述危机的根本出路,是大力发展规模化农业高效节水,提高大范围农业水肥利用率和单位水量、肥料的农产品产出率。同时还要加强对中低产田改造和水土保持、水土资源环境保护与改良等。这就迫切需要立足国情,研究和发展农业高效用水技术、农田排水改良技术、水土保持技术、水土环境控制与改造技术,既要提高土壤的生产力和农作物产量,又要保持水土资源的持续利用。因此农业水土工程学科的发展和农业水土工程技术的革新必将对21世纪我国农业可持续发展乃至整个国民经济的发展产生突破性的作用。321世纪中国农业水土工程学科需要解决的主要科技问题3.1农田物质迁移规律及其调控机理面水、地下水、土壤水、植物水)转化的机制及其数值模拟;农田水盐运移规律与溶质传输模型;农田水热耦合运移及水热转换关系;土壤—植物—大气连续体(简称SPAC)中的水分传输机理、水分传输的动力学模式及其计算机仿真方法;作物水分散失与光合作用的耦合模式;农田作物蒸发蒸腾量与流域蒸散发量的计算方法;作物对地下水利用量的计算方法、不同地下水埋深的潜水蒸发规律及其对作物产量和农田水分循环与水平衡的影