第四章-物質(zhì)循環(huán)全部

物質(zhì)循環(huán)第四章三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的主要物質(zhì)循環(huán)水循環(huán)一、物質(zhì)流的重要性及其特點二、物質(zhì)循環(huán)的基本概念物質(zhì)循環(huán)的一般模式碳素循環(huán)氮循環(huán)磷循環(huán)四.生態(tài)系統(tǒng)中的環(huán)境污染問題五.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的調(diào)控原則一、物質(zhì)流的重要性及其特點（一）重要性

1.形成生物體的必需原料2.生物進行生理生化活動的基礎(chǔ)3.能量流動的載體（二）特點

1.物質(zhì)是循環(huán)的2.物質(zhì)是多種多樣的3.物質(zhì)是由元素組成（三）物質(zhì)元素的分類

1.能量元素：C、H、O、N2.大量元素：Ca、Mg、P、K、Na、S3.微量元素：Cu、Zn、B、Mn、Mo、Al、F、I、Si、Cl二.物質(zhì)循環(huán)的基本概念

（一）生物地球化學循環(huán)是物質(zhì)循環(huán)的基本形式生物地球化學循環(huán)：地球上的各種化學元素和營養(yǎng)物質(zhì)在自然動力和生命動力的作用下，在不同層次的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，乃至整個生物圈里，沿著特定的途徑從環(huán)境到生物體，再從生物體到環(huán)境，不斷地進行流動和循環(huán)，就構(gòu)成了生物地球化學循環(huán)，簡稱生物地化循環(huán)。

1.地質(zhì)大循環(huán)：時間長、范圍廣，是閉合式循環(huán)2.生物小循環(huán)：時間短、范圍小，是開放式循環(huán)二、物質(zhì)循環(huán)的基本概念（一）生物地球化學循環(huán)是物質(zhì)循環(huán)的基本形式

1.地質(zhì)大循環(huán)2.生物小循環(huán)（二）物質(zhì)循環(huán)的庫與循環(huán)類型

1.儲存庫2.交換庫

氣體型循環(huán)沉積型循環(huán)（三）周轉(zhuǎn)率和周轉(zhuǎn)期1.周轉(zhuǎn)率R=Fi

/S=F0

/S2.周轉(zhuǎn)期T=1/R三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的主要物質(zhì)循環(huán)（一）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的一般模式

M.J.Frisse,1976年植物庫燃燒呼吸收獲吸收種子幼苗動物庫飼料等土壤庫遺留、種子生物固氮吸收流失淋溶揮發(fā)呼吸飼料墊土殘體排泄物產(chǎn)品呼吸氨化肥料灌溉

模式說明

1.應(yīng)具體分析各種庫的內(nèi)容和作用

2.物質(zhì)在庫之間的轉(zhuǎn)移沿一定的路徑進行，不同生產(chǎn)條件下的路徑數(shù)量不同，應(yīng)具體問題具體分析。

3.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一物質(zhì)輸入量和輸出量較大的開放系統(tǒng)。

4.不同物質(zhì)或元素的循環(huán)各具特點，在各種庫之間完成一次循環(huán)所需時間、經(jīng)歷過程不同。

5.各種物質(zhì)的循環(huán)、平衡狀況可以定量研究。（二）碳素循環(huán)1.地質(zhì)大循環(huán)或生物圈循環(huán)（見附圖）

(1)陸地植物大氣海洋之間的自然交換基本平衡。

海洋與大氣之間每年約有1000億噸的交換量；陸地與大氣之間每年約有200—300億噸的交換量。（2）化石燃料貯存的碳素入不付出。死亡有機物轉(zhuǎn)化成化石燃料的碳素小于10億噸，人們開采的化石燃料大于50億噸。（3）大氣中的二氧化碳濃度增加。

1860—1960年的100年，大氣二氧化碳濃度由290ppm上升到314ppm

。1960年以來，以平均每年1ppm的速度增加。碳循環(huán)

大氣

700陸地植物

450浮游植物

5浮游動物

<5陸地動物死亡有機物3000死亡有機物700煤和石油

10000海洋

100100海洋表層500同化作用402020202525深海345004540水分交換355同化作用呼吸作用凈25沉積物20000000<1開采5土壤呼吸25生物圈的碳素循環(huán)

10億噸/年2.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳素循環(huán)植物土壤有機物殘體

微生物動物燃燒光合作用其他輸入飼料、燃料、肥料呼吸、產(chǎn)品移出系統(tǒng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模式碳的生物循環(huán)

在碳的生物循環(huán)中,大氣中的二氧化碳被植物吸收后,通過光合作用轉(zhuǎn)變成有機物質(zhì),然后通過生物呼吸作用和細菌分解作用又從有機物質(zhì)轉(zhuǎn)換為二氧化碳而進入大氣。碳的生物循環(huán)包括了碳在動、植物及環(huán)境之間的遷移。自然界自發(fā)進行的碳循環(huán)，在很長的時期內(nèi)始終處于一種均衡的狀態(tài)，使地球的環(huán)境基本保持不變。然而人類的行為卻在很短的時間內(nèi)打破了這種平衡。尤其是近二百年來，人類對煤、石油和天然氣等含碳能源的大量開采利用，致使更多的二氧化碳被排入大氣。本世紀以來，大氣測量的眾多數(shù)據(jù)表明，大氣中二氧化碳濃度正在呈指數(shù)上升。二氧化碳能吸收地表的紅外輻射，是一種典型的溫室氣體。自從100年前瑞典化學家阿倫尼烏斯（SvanteArrhenius）提出大氣中二氧化碳豐度的變化會影響地表溫度的假說以來，越來越多的科學家致力于大氣中二氧化碳與環(huán)境關(guān)系的研究。時至今日，大量的研究表明，大氣中二氧化碳濃度的增長，將繼續(xù)使全球氣候發(fā)生變化，從而也給人類社會帶來了深遠的影響。二氧化碳問題二氧化碳濃度正呈指數(shù)上升

雖然許多科學家認為幾乎所有工業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳會被海洋吸收，但實際上海洋對二氧化碳的可能吸收率比人們曾經(jīng)認為的要低得多。因此，煤、石油和天然氣等燃燒釋放的大量二氧化碳，很可能將在大氣中滯留相當長的時間，這也許會對世界氣候產(chǎn)生深遠的影響。

斯克里普斯海洋學研究所的CharlesDavidKeeling在夏威夷的莫納羅亞(MaunaLoa）山頂設(shè)置了高精度的氣體分析器對二氧化碳進行了連續(xù)測量。經(jīng)過二十年的觀測，結(jié)果表明二氧化碳濃度有一個年周期，這一周期反映了綠色植物的季節(jié)變化。在生長季節(jié)由于光合作用，大氣中的二氧化碳有減少的趨向；在非生長季節(jié)由于植物組織的氧化作用，二氧化碳又返回到空氣中。消除季節(jié)變化之后，記錄到的資料表明，大氣中的二氧化碳大致有一個呈指數(shù)形式的增加。在剛開始測量時，二氧化碳濃度的上升率約為每年0.7ppm，而到七十年代末期，上升率已達到每年1.4ppm。夏威夷莫納羅亞大氣中二氧化碳濃度的上升情況在圖中表現(xiàn)得很明顯。季節(jié)變化（紅色）是由于植物在生長季節(jié)的光合作用把二氧化碳從空氣中除去，以及在而后的非生長季節(jié)通過植物組織的氧化作用又回到大氣中。光滑曲線（黑色）表明人工排除了季節(jié)效應(yīng)之后的變化情況。假說

約100年前，瑞典化學家阿倫尼烏斯（SvanteArrhenius）提出了大氣中二氧化碳豐度的變化會影響地表溫度的假說。據(jù)阿倫尼烏斯估計，二氧化碳濃度加倍會使全球增溫約9攝氏度。隨后，也有一些科學家沿著類似的思路做了論證。但是，大多數(shù)科學家對這些意見都不當一回事。理由之一是約在同一時期全球平均溫度停止上升；而在其后的二十年里溫度甚至略有下降。理由之二是許多科學家認為幾乎所有工業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳會被海洋吸收，因而從大氣中消除。理由之三是不同時間不同地點所取空氣樣品中二氧化碳的測量結(jié)果變化很大，以至不可能確定大氣中二氧化碳的總量是否正在增加或是正在減少。對全球氣候的影響

地球要保持恒定的溫度，那么它向外的輻射必須同它吸收太陽的輻射大致平衡。大氣中過多的二氧化碳將吸收一部分地表向外的輻射，這部分熱量不能脫離大氣圈，最終將導(dǎo)致地球表面溫度升高。美國科學家Hensen運用數(shù)學模式研究了1880～1980年這100年間溫度與大氣中二氧化碳濃度的關(guān)系。在圖中，藍色代表這100年間的氣溫。而黑色則是模擬的計算結(jié)果，其中：僅僅考慮了二氧化碳的影響；考慮了二氧化碳和火山氣溶膠的共同影響；考慮了上述兩個因素以及假設(shè)的太陽發(fā)光度有0.2％的改變。從圖中可以看出計算的結(jié)果能很好的吻合溫度的變化，表明這一百年間溫度上升與二氧化碳的增多有直接聯(lián)系。根據(jù)Hensen的預(yù)測，如果現(xiàn)有大氣中二氧化碳的濃度增加一倍，則全球的地表平均溫度將增加約2.8攝氏度。對人類社會的影響

科學家們提供的種種研究都說明，二氧化碳正在逐漸地改變著全球氣候，無論是對全球氣溫還是對大氣降水，這種效應(yīng)正愈益明顯。因此，很自然地就會影響到人類社會，其后果可能是復(fù)雜的，甚至是極其嚴重的。對世界水資源的影響

波恩大學的Flohn的研究表明：在以北緯40度和南緯10度為中心的兩個緯度帶，可能出現(xiàn)降水明顯減少和溫度明顯上升的趨勢。而在北緯10～20度之間、北緯50度以北地區(qū)及南緯30度以南地區(qū)的降水將會增多，這些變化對世界水資源的分布可能有明顯影響。美國科羅拉多河系的主要流域盆地位于北緯40度左右。目前約有85%的降水被蒸發(fā)掉，只有15%的降水流入科羅拉多河。若氣溫上升攝氏幾度，降水減少10%～15%，科羅拉多河的平均流量就要減少50%或更多。即使水庫大量貯水來補充流量，也才僅僅滿足農(nóng)業(yè)灌溉的需要。地表和地下水供應(yīng)的重大變化，在世界上其他地區(qū)可能也會發(fā)生。一些河流的平均流量可能顯著增大，從而導(dǎo)致所在地區(qū)經(jīng)常洪水泛濫。而另一些地區(qū)的河流，流量會大大減少，又會嚴重影響農(nóng)業(yè)的灌溉。對雨灌農(nóng)業(yè)的影響

大氣中二氧化碳的增加對大范圍的雨灌農(nóng)業(yè)影響很復(fù)雜，比灌溉農(nóng)業(yè)的影響更難估計。二氧化碳是植物的一種養(yǎng)料，也是光合作用的原料之一。較高的二氧化碳濃度有利于光合作用的進行，使植物生長得更快。許多植物在富二氧化碳的環(huán)境里，會部分關(guān)閉它們的氣孔即葉孔，結(jié)果就能減少水分的蒸發(fā)。這樣，玉米、甘蔗、高粱以及其他一些作物在大氣二氧化碳含量增加時，缺水對它們的影響會小一些。也就是說，在高緯度地區(qū)，二氧化碳所引起的高溫，可以延長作物生長期，這樣就有可能擴大雨灌農(nóng)業(yè)區(qū)。西南極洲冰源的消退

西南極洲（指零度子午線到180度子午線以西的陸地和冰原部分）是眾所關(guān)注的焦點，因為大氣中二氧化碳含量增加所引起的全球性變暖有可能使全世界的極地冰川融化。廣為關(guān)注的有關(guān)氣候變暖的一個可能后果，便是西南極洲冰原的消退問題，因為該冰原的大部分位于海平面以下。海平面以上的冰川面積約200萬平方千米。如果這些冰全部進入海洋，海面將升高5～6米，這將使荷蘭、孟加拉、美國南部沿海低地的許多沿海城市被海水吞沒，還會淹沒許多世界上人口密集的河流三角洲地帶的大量農(nóng)田。（三）氮循環(huán)1.地質(zhì)大循環(huán)2.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)3.調(diào)控大氣氮素硝酸鹽大氣固氮亞硝酸鹽生物固氮動植物蛋白質(zhì)動植物廢物死有機體反硝化作用氧化亞氮硝酸鹽還原氮的地質(zhì)大循環(huán)氨工業(yè)固氮生物圈中的N循環(huán)

單位106公噸(Delwiche,1970）大氣3800000

陸地有機體772活有機體12死有機體760非有機體140地殼14000000海洋水（溶解）20000海洋有機體901活有機體1死有機體900非有機體100沉積物4000000陸地海洋總有機體=1673總非有機體=21820240

農(nóng)業(yè)與非農(nóng)業(yè)環(huán)境的生物固氮量估計

(Burns,1974)環(huán)境類型農(nóng)業(yè)環(huán)境非農(nóng)業(yè)環(huán)境陸地海洋全球合計豆科作物稻其他草原山地林地未利用土地冰蓋面積（106公頃）25013510153000410049001500149003610051000單位面積固氮量（㎏/公頃）1403051510201總固氮（106

T/年）35454.5419.80139.836175.8植物殘體動物生物固定燃燒工業(yè)固定施肥產(chǎn)品微生物土壤淋溶、流失水蝕、風蝕反硝化飼料添加劑農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)N循環(huán)模式（自制）大氣固定生物固定農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中N循環(huán)及調(diào)控1.輸入：三個來源即生物固氮、大氣固氮、工業(yè)固氮2.輸出：有機體燃燒、產(chǎn)品輸出、反硝化作用、淋溶流失和揮發(fā)3.調(diào)控：（1）充分發(fā)揮生物固氮的作用（2）發(fā)展工業(yè)固氮（3）使動、植物殘體及排泄物盡量還田（4）控制土壤中N的非生產(chǎn)性消耗中國和世界化肥施用量大量使用化肥，使土壤酸化，土壤的物理性狀惡化，特別是氮肥的使用還會導(dǎo)致交換態(tài)鋁和錳數(shù)量的增加，對作物產(chǎn)生毒害作用，影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)?；室渤蔀樗w和大氣污染的主要來源。目前化肥過量使用，農(nóng)作物肥料利用效率降低，殘留量加大的問題比較突出。例如我國平均施氮量（純氮）超過200kg/hm2，而氮肥的利用率為30～40%，損失可達45%。過量使用氮肥引起土壤中硝態(tài)氮積累，灌溉或降雨量較大時，造成硝態(tài)氮的淋失，導(dǎo)致地下水和飲用水硝酸鹽污染；而土壤中氮素反硝化損失和氨揮發(fā)損失形成大量的含氮氧化物污染大氣。據(jù)研究，氮肥使用量與農(nóng)產(chǎn)品器官硝態(tài)氮積累密切相關(guān)，氮肥的使用量越高，農(nóng)產(chǎn)品硝酸鹽積累越多，農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)越差。（四）P循環(huán)1.地質(zhì)大循環(huán)海洋陸地生物4.0310沉積物27000000生物63074可開采P礦資源10000每年100-200萬噸0.61400萬噸磷酸鹽10萬噸磷酸鹽地殼8×109G.W.Cox全球磷循環(huán)模式（單位1011摩爾）海水400002.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中P循環(huán)及其調(diào)節(jié)

在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，P的調(diào)節(jié)主要是使用P肥，由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，世界P肥用量大幅度增長。1955年，全世界消費330萬噸，1970年達到810萬噸。大量使用P肥，P礦資源面臨著枯竭。按含P量8%以上的P礦石計算，全世界約有純P198億噸。磷礦石的貯量有限，因此，磷資源的合理利用一直是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要問題。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)注意以下幾個方面：（1）開發(fā)新的P礦資源。（2）重視多條途徑，實現(xiàn)P的再循環(huán)，尤其是有機途徑。（3）提高肥效，節(jié)約P肥，減少流失。（4）注意P肥使用中的環(huán)境污染問題。P肥中含有重金屬和放射性物質(zhì)。（五）水循環(huán)

1.生物圈中的水循環(huán)降水99×103降水324×103蒸發(fā)62×

103蒸發(fā)361×103徑流37

×10337×103大氣0.013×106Km3陸地生物中水0.6

×103海洋1350×106地球上總水量分布數(shù)量%地表水淡水湖94×1030.009鹽湖內(nèi)海75×1030.008流水0.9×1030.0001地下水土壤水50×1030.005800米地下水3000×1030.31更深地下水3000×1030.31冰川29×1062.15大氣9（13）×1030.001海洋980（1350）×10697合計15億Km3項目占%項目占%極地、冰蓋、冰山、冰川77.23江河淡水0.003地表～800米深地下水9.86地球礦物0.001800～4000米地下水12.35動植物和人體0.003土壤水0.17大氣0.04淡水湖泊0.35合計100（1）地球上咸水多、淡水少。全球水量15億Km3，海洋占97%，淡水占3%。（2）淡水中，固態(tài)水多，液態(tài)水少，能直接利用的少。淡水中，3/4為固態(tài)水，分布在兩極的冰川。1/4為液態(tài)水，其中多為地下水，地下水中只有1%能為植物根系利用。（3）陸地、大氣和海洋中的水形成一個循環(huán)系統(tǒng)。2.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

降水徑流水地下水種子、有機肥等蒸發(fā)蒸騰地表徑流產(chǎn)品輸出農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)模式農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)特點輸入量減少且水質(zhì)變差。降水和地下水貯量是系統(tǒng)中水分的主要來源，江河湖泊徑流水的供給量，不同地區(qū)差別較大。降水：基本穩(wěn)定。但年際間變率大，年內(nèi)分布不均。由于大氣溫度升高，二氧化碳濃度增加，降水分布（地區(qū)、季節(jié)）正發(fā)生較大變化，陸地上降水有減少趨勢。由于大氣污染，酸雨加重。地下水：正過度使用，入不敷出。地下水位下降，開采量大于補給量。地表徑流補給地下水量明顯減少，滲入土壤的時間、面積均逐漸減少。補給的地下水的水質(zhì)變差。地表徑流水：可利用的地表徑流水的量減少，水質(zhì)變差。輸出量增加（1）提高產(chǎn)量，用水量增加。作物每形成1㎏干物質(zhì)需要蒸發(fā)300～800㎏的水。（2）地表徑流量增加。三個方面：改變了地表形狀，使地表變硬，下滲面積?。辉龃罅撕訙夏骋粫r期的流量，下滲時間短；森林過度砍伐，固水量減少，徑流量增加。（3）其他用水增多。如工業(yè)、商業(yè)、環(huán)境、生活用水等。

水分需求量增加，供給量減少且水質(zhì)變差。因此，不管我們是否情愿，都將減少用水量，節(jié)約用水。中國水資源及其利用水資源總量多，人均資源少：全年降水628㎜，2.8×1012立方米，世界第6位。每耕畝土地1700立方米，相當于世界平均2/3，人均2600立方米，相當于世界人均的1/4，列世界第88位，已被列為世界貧水國之一。人均水資源m3大于100005000～100001000～5000小于1000等級上中低很低時間分布不均：50～70%集中在夏季。地區(qū)分布不均：南多北少。地區(qū)耕地億人口億人均耕地畝人均水量m3耕畝水量m3人均灌溉面積畝糧食單產(chǎn)㎏糧食總產(chǎn)億㎏南方（中南、華南）6.176.0511500～26001400～23000.8230～2602423北方（華北、|東北）4.872.182.41500～1600270～5300.5～1.0100～200833農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展迅速：全國灌溉面積由建國初的2.4億畝發(fā)展到7.2億畝。不到50%的灌溉面積生產(chǎn)了2/3的糧食。山東省由371萬畝（1949年）發(fā)展到6700萬畝。農(nóng)業(yè)是用水大戶：農(nóng)業(yè)用水占全國總用水量的85%，高于美國（48.6%），俄羅斯（59%），意大利（69%），日本（72%）項目總用水量農(nóng)業(yè)用水工業(yè)用水城鎮(zhèn)生活農(nóng)村人畜其它數(shù)（全國）量（山東）4433330381127529226552.814011.613515%（全國）

（山東）85.983.26.67.891.20.863.23.513.14.5

山東省水資源總量344億m3，降水量550～950㎜，其中地表水264億m3，地下水163億m3（重復(fù)計算82.4），人均448m3，畝均326m3，均不足全國的1/5。常年可供水量232億m3，用水量331億m3，缺水98億m3，干旱年份缺175億m3。3.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中水循環(huán)的調(diào)控（1）保護森林、草地植被，增加對降水的截流量，減少徑流。森林可截留夏季雨量的20～30%，草地5～13%，林地徑流量比無林地少10%以上。（2）修筑水庫、塘壩，增加對降水的蓄積量。（3）防止過量開采地下水，尤其是深層地下水，避免區(qū)域性水資源的枯竭。（4）減少有毒物質(zhì)的排放，防止水域污染。（5）節(jié)約用水。農(nóng)業(yè)用水占全部用水量的80%，是用水大戶，節(jié)水潛力巨大。中國歷史上四大著名的水利工程

四川的都江堰，造就了天府之國；新疆的坎兒井，使吐魯番盆地變成了沙漠的綠洲；陜西的徑惠渠，富足秦川八百里；黃河河套灌區(qū)，造就了塞外江南。嚴重干旱小船無法下水世界的水資源危機美國干旱西部土壤龜裂健康何以保證？中國水資源及其利用水資源總量多，人均資源少：全年降水628㎜，2.8×1012立方米，世界第6位。每耕畝土地1700立方米，相當于世界平均2/3，人均2600立方米，相當于世界人均的1/4，列世界第88位，已被列為世界貧水國之一。人均水資源m3大于100005000～100001000～5000小于1000等級上中低很低時間分布不均：50～70%集中在夏季。地區(qū)分布不均：南多北少。地區(qū)耕地億人口億人均耕地畝人均水量m3耕畝水量m3人均灌溉面積畝糧食單產(chǎn)㎏糧食總產(chǎn)億㎏南方（中南、華南）6.176.0511500～26001400～23000.8230～2602423北方（華北、|東北）4.872.182.41500～1600270～5300.5～1.0100～200833農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展迅速：全國灌溉面積由建國初的2.4億畝發(fā)展到7.2億畝。不到50%的灌溉面積生產(chǎn)了2/3的糧食。山東省由371萬畝（1949年）發(fā)展到6700萬畝。

農(nóng)業(yè)是用水大戶：農(nóng)業(yè)用水占全國總用水量的85%，高于美國（48.6%），俄羅斯（59%），意大利（69%），日本（72%）項目總用水量農(nóng)業(yè)用水工業(yè)用水城鎮(zhèn)生活農(nóng)村人畜其它數(shù)（全國）量（山東）4433330381127529226552.814011.613515%（全國）

（山東）85.983.26.67.891.20.863.23.513.14.5

山東省水資源總量344億m3，降水量550～950㎜，其中地表水264億m3，地下水163億m3（重復(fù)計算82.4），人均448m3，畝均326m3，均不足全國的1/5。常年可供水量232億m3，用水量331億m3，缺水98億m3，干旱年份缺175億m3。全國缺水城市供需水現(xiàn)狀示意圖

1990年全國部分城市供水水質(zhì)示意圖

全國主要季節(jié)干旱地區(qū)分布示意圖

生態(tài)農(nóng)業(yè)是水資源節(jié)約、高效的農(nóng)業(yè)！國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）生物和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域?qū)ｍ棧含F(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系及新產(chǎn)品研究與開發(fā)課題申請指南一、申請內(nèi)容

依照專項總體目標，本項目在節(jié)水農(nóng)業(yè)前沿與關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新部分設(shè)立8個課題，節(jié)水農(nóng)業(yè)關(guān)鍵設(shè)備與重大產(chǎn)品研制及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)部分設(shè)置10個課題，節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)集成與產(chǎn)業(yè)化示范部分選擇9個類型區(qū)，設(shè)立10～15個示范區(qū)（課題）。所有課題的申請內(nèi)容必須在本指南范圍內(nèi)，超出指南范圍的課題申請不予受理。（一）節(jié)水農(nóng)業(yè)前沿與關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新部分

1、抗旱節(jié)水植物新品種篩選與利用

2、區(qū)域節(jié)水型農(nóng)作制度與節(jié)水高效旱作保護性耕作技術(shù)研究

3、作物高效用水生理調(diào)控與非充分灌溉技術(shù)研究

4、精細地面灌溉技術(shù)研究

5、新型高效雨水集蓄與利用技術(shù)研究

6、微咸水與再生水高效安全利用技術(shù)研究

7、作物水分信息采集與精量控制用水技術(shù)研究與開發(fā)

8、節(jié)水產(chǎn)品激光快速成型技術(shù)研究與開發(fā)（二）節(jié)水農(nóng)業(yè)關(guān)鍵設(shè)備與重大產(chǎn)品研制及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)部分

1、溫室微灌系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備及產(chǎn)品研制與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)

2、大田微灌系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備及產(chǎn)品研制與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)

3、行走式多功能抗旱灌溉機具與成套設(shè)備研制及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)

4、田間多功能蓄水保墑耕作機具與成套設(shè)備研制及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)

5、渠道輸水系統(tǒng)防滲抗凍脹新材料新設(shè)備與水量監(jiān)控產(chǎn)品研制及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)

7、田間固定式與半固定式噴灌系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備及產(chǎn)品研制與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)

8、輕小型移動式與大型自走式噴灌機組及配套產(chǎn)品研制與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)

9、新型多功能保水劑系列產(chǎn)品研制與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)

10、新型保水地膜研制與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)（三）節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)集成與示范部分

本部分在以下9個類型區(qū)設(shè)立10-15個示范區(qū)（課題）。

1、北方干旱內(nèi)陸河灌區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)綜合技術(shù)體系集成與示范

2、西北半干旱半濕潤渠灌區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)綜合技術(shù)體系集成與示范

3、北方集雨補灌旱作區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)綜合技術(shù)體系集成與示范

4、華北半濕潤偏旱井灌區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)綜合技術(shù)體系集成與示范

5、華東北部半濕潤偏旱井渠結(jié)合灌區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)綜合技術(shù)體系集成與示范

6、東北半干旱抗旱灌溉區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)綜合技術(shù)體系集成與示范

7、南方季節(jié)性缺水灌區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)綜合技術(shù)體系集成與示范

8、西北半干旱生態(tài)植被建設(shè)區(qū)節(jié)水綜合技術(shù)體系集成與示范

9、北方半干旱都市綠地灌溉區(qū)節(jié)水綜合技術(shù)體系集成與示范課題2、區(qū)域節(jié)水型農(nóng)作制度與節(jié)水高效旱作保護性耕作技術(shù)研究

一、研究內(nèi)容

1、研究主要灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)節(jié)水高效型作物種植結(jié)構(gòu)、優(yōu)化種植模式及配套技術(shù)，研究不同供水方式下主要作物水肥高效利用的聯(lián)合調(diào)控技術(shù)；

2、建立區(qū)域節(jié)水高效型農(nóng)作制度與優(yōu)化種植技術(shù)規(guī)程，以及與技術(shù)規(guī)程相配套的、且可操作性強的智能決策系統(tǒng)；

3、研究與開發(fā)田間降水就地高效利用的保護性耕作技術(shù)與配套設(shè)備，研究不同覆蓋方式下主要作物蓄水保墑抗蝕耕作栽培技術(shù)，建立農(nóng)田節(jié)水高效型糧草輪作技術(shù)體系；

4、研究主要作物節(jié)水高效型少耕、免耕栽培技術(shù)，開發(fā)與其相配套的田間小型耕作設(shè)備；二、研究目標

1、在試驗研究的基礎(chǔ)上，建立我國主要灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)節(jié)水高效型農(nóng)作制度與優(yōu)化種植技術(shù)規(guī)程6～8套，并開發(fā)出與上述技術(shù)規(guī)程相配套的智能決策軟件，獲知識產(chǎn)權(quán)登記5～6項；

2、建立不同供水方式下主要作物水肥精量控制使用與高效利用的聯(lián)合調(diào)控技術(shù)體系6～8套，提出相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程，獲專利或知識產(chǎn)權(quán)登記4～5項；

3、建立不同區(qū)域農(nóng)田主要作物節(jié)水高效旱作保護性耕作技術(shù)5～6項，研制與之配套的田間小型作業(yè)機具3～5種，獲專利2～3項；

4、建立節(jié)水高效型旱作保護性耕作技術(shù)體系與標準化、系列化、且可操作性強的技術(shù)規(guī)程，及其相配套的智能決策系統(tǒng)，并獲知識產(chǎn)權(quán)登記；

5、技術(shù)規(guī)程與技術(shù)產(chǎn)品在相應(yīng)示范區(qū)應(yīng)用后，在不降低作物產(chǎn)量（生物量）的條件下節(jié)水20%～30%，作物水分利用效率提高0.3kg/m3以上，降水利用率提高15%～20%，肥料利用率提高10%～15%，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)整體效益提高15%～20%，上述技術(shù)與產(chǎn)品在示范區(qū)應(yīng)用面積達到10000畝以上。四.生態(tài)系統(tǒng)中的環(huán)境污染問題（一）環(huán)境污染的概念和種類

污染（pollution）：是指空氣、陸地、水的物理、化學和生物學特性具有了人們不希望的改變，這種改變可能會有害于人類的生命、有益的物種、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、文化財產(chǎn)等，它可能或?qū)U棄和惡化人們所需的資源。環(huán)境污染：隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，各種除草劑、殺蟲劑、殺菌劑的使用，礦山的開發(fā)，核電站的建立，以及各種工業(yè)“三廢”（廢水、廢物、廢氣）的排放等，使引入環(huán)境的化學、物理、生物因素超過了環(huán)境可能忍受的限度，從而使環(huán)境受到污染，引起公害。根據(jù)污染物不同，常分為兩個類型：非降解性污染：由非降解性污染物引起。指環(huán)境中增加了一些不降解或降解很慢的物質(zhì)如汞（Hg）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、砷（As）鉛（Pb）等重金屬和一些長鍵的苯酚化合物、DDT等。其危害最大，具有持久性和長期性。生物降解污染：指一些經(jīng)過自然過程能很快分解的物質(zhì)如食品加工的廢棄物、生活垃圾等引起的污染。根據(jù)污染的環(huán)境，可分為三種類型：1.大氣污染。指大氣中so2、煙鉛（汽車燃油時排放）、粉塵、氟化物等含量較多。其危害為，在城市中主要是有毒氣體聚集在一起形成毒霧，影響人們身體健康；對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來講，主要是工業(yè)排放的so2在大氣中擴散，遇水蒸氣形成硫酸霧，與粉塵一起改變降水的性質(zhì)，形成酸雨、酸霧（PH大于5.5）。酸雨被稱為空氣中的死神，它使土壤、河湖酸化，動植物受害、魚類死亡。2.水域污染。包括：（1）重金屬污染。汞（Hg）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、砷（As）鉛（Pb）等引起的污染。（2）水體富營養(yǎng)化。即水體中營養(yǎng)物質(zhì)的含量大大超過常量，造成水生藻類生長過分繁茂，藻類死亡后在水體中分解，大量消耗氧氣，產(chǎn)生大量CH4、H2S、CO2、NH3等，使水質(zhì)變壞。一般認為當水中總P超過20mg/m3、無機N超過300mg/m3時，即為水體富營養(yǎng)化。（3）熱污染和油污染。工業(yè)冷卻水回流，使水溫升高，直接危及水生生物的生存。海、江上的油船泄露，使水受到油污染。3.土壤污染。污染源有三個即（1）工礦廢水、廢渣。（2）大氣污染物進入土壤。（3）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的化肥、農(nóng)藥等。受到污染的土壤板結(jié)、貧瘠、鹽堿化、積累有毒物質(zhì)。（二）有毒物質(zhì)在食物鏈上的富集作用

有毒物質(zhì)進入生態(tài)系統(tǒng)，便立即參與物質(zhì)循