（农业水土工程专业论文）不同节水措施对水田生态环境影响的分析与评价.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得沈阳农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名： 海厍谰 时间：力叼年月7 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意沈阳农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：逐厍抽q时间：k 坤年月7 日 导师签名。下挛它孬善 时间：2 6 年月7 日 沈阳农业大学硕士学位论文 不同节水措施对水田生态环境影响的分析与评价摘要 研究生：潘学渊导师：陈晓飞教授 在足重经济效益，忽视生态环境影响的观念影响下，我国的生态环境恶化已经到了 非常严重的程度，直接威胁着人类的生存与可持续发展。对已建项目和拟建项目进行生 态环境影响评价是生态环境保护中的重要环节。从而，实现兴利避害，控制生态环境的 进一步恶化。本研究通过田间试验，并采用模糊综合评价和灰色关联度分析，对覆膜灌 溉、浅湿灌溉、浅水灌溉三种不同节水措旌的生态环境影响进行了综合评价。 研究结果表明：覆膜区的土壤温度明显高于其它处理，促进了植株的营养生长和幼 穗分化，使得千粒重明显高于其它处理，有效分蘖率大大提高，抗倒伏能力增强。覆膜 区的杂草数量远远少于其他处理，减少了除草费用。覆膜水稻生育期明显提前，空气相 对湿度较低，降低了稻瘟等病害的发生率。覆膜减少了水田的棵间蒸发和深层渗漏，使 灌溉用水量明显减少，相应的灌溉水生产率、产量以及经济效益均最高。覆膜减少了氮、 磷、钾等养分的渗漏和氮以各种形式向大气散失的损失，大大减少了温室气体c h 4 、n 2 0 等的排放，因此，对减轻地下水污染和臭氧层的破坏均有明显的效果。模糊综合评价和 灰色关联度分析的评价结果均表明，覆膜灌的生态环境综合效应明显最佳，浅湿灌次之， 浅水灌最差。 关键词：模糊综合评价：灰色关联度分析；水田不同节水措施；覆膜灌溉；生态环境影 响评价 第l 页 沈阳农业大学硕士学位论文 a n a l y s i sa n da s s e s s m e n to ne c o l o 酉c a le n v i r o n m e n te 饪e c t so f d i 疏r e n tw a t e r _ s a v i n gi r r i g a t i o nm e a s u r e so fp a d d yf i e l d a b s 扛a c t c a n d i d a t e ：p a i lx u e ”a n s u p e n ，i s o r ：p r o c h e n a o f e i u n d e rt l l ec o n c 印to f v a l u i l l ge c o n o m i cb e n e f i t sa n dn e 西e c t i n ge c 0 1 0 9 i c a le n 、，i ：r o 玎岫e n t ，t l l e e c o l o g i c a le n v i r o n m e n to fo l l rc o u m r yh a sb 呦d a n l a g e ds e i i o u s l y ，w h i c hd i r e c t l yt h r e a t e n s h l l i l l a l ls u r v i v a l 舡ms u s t a i na _ b l ed e v e l o p m e n t a s s s m e n to fe 妊酰t so f p r o i e c t st l l a th a sb e e i l l to rb e i l l gp l a i l t e dt ob 1 1 i l di sv e r yi i i l p o r t a n ti nt l l ep f o t e c t i o no fe c o l 0 西c a le n v i r o 胁e m h e n c e ，t 0o b t a i nb e n e 能，a v o i dh a r m ，砒迅c o n t r o l 也e 如r ( h e rd e t e d 叫a t i o no fe 。o l o 西c a l e n 、r i r o 姗e n t ，n l i ss n 】d yc 删髂o mf i e l dc ) 币盯i m e n t ，觚dc 0 咖p 陀h e n s i v e 硒s s m e n t so n e c o l o 西c a le n 、饷衄e n te a b c t so f t l l el ( i n d so f w a t e f - 鞠、r i n g 曲g a t i o nm e 鼬u 豫so f p a d d y i e f i l r n m l l l c h e di r r i g a t i 咀“s h a l l o wt o w e r i 州g 撕0 n ，a l l d “s l l a l l o w 、w c e r 枷g 砸o nb y f h z 珂 c o m p r e h e m i v e s e s s m e m ”趾d “霸屯y l a 虹o n a ld e 觥删y s i s ” t h er e s u l t ss h o wm a t ：t h es o i lt e m 讲m m l 聆o f 丘l m 咄f m l c h e di r r i g 撕o ni s1 l i 西e rt l l a no t l l e r t r e a _ i i i l e n t so b v i o u s l y ，p r o m o t e s 岫b r d i 】唱0 fy o m l ge 盟硒dn 嘣t i v eg m w t 置lo ft h ep a d d y p l a l l t s ，t l l ew e i g h to fl o o og r l i l l si so b 、r i o l l s l yh i g h e rt h 蛆o t h e r 龇e n t s ，觚d 疆b c t i v e 瑚l e i i n gr a t ei sr a i dg r e a 廿y ，粕dt h ea b i l 时a g a i n s tl o 电i n gi ss 吮n g c h e n e d t h ew c e d s q l l a m i 竹o ff i l m - i n u l c h e di l t i g a t i o ni sf hl e s st l l 觚o m 甜乜e a l m e m s ，r e d u c i l l gt l l ec o s to f r e m o v m g 、c e d s t h e 伊。硼l 咖g e so ft l 坞p a d d yo f 也e 矗i m _ m l l l c h 酣i r r i g 靠o ni sa h e a d o b v i o u s l y ，a i rr e l a t i v eh u m i 曲i sl o w e r ，w 拭c h d l l c e st h ei n c i d e n c eo fd i s e a so fr i c e c o i i l i n l l l l i c a b l ee t c f i l n l m l l l c h e di r i i g a l i o nm d u c e se v 邛删佃如dd c e ps 口a g 厶咖u s r e d u c e st l l eq u 础yo fi r r i g a l i o nw a l e ro b v i 眦s l y ，趾dt l l ew a t e ru s ee 蚯c i e n c y ，y i c l d 姐d e c o n o m i cb e n e f i t s 盯ea l lt l l e h j g h e g t f i l m n n d c i l e di r r i g a t i o nr 。d u c e st l l es e e p a 站o f m i 岫e m so fl l i t r c i g e n ，p h o 印均r ，锄l dp o t 嬲s i 啪e t c a l l dt h el o s tt o 曲s p h e r eo f1 1 i 饥) g e i li n v a r i o u sf o n n s ，r c d u c e st l l ee l i l i s s i o no f 伊嘲】h o l l s eg 觞叫c h 粥c 地a 1 1 dn 2 0e t c 誉e a y t h e f o r e ，i ta l l e v i a t e st l l ep 0 1 l u t i o no f d e i 翟阳删1 dw a t c r 砒l dt 1 1 ed 锄a g eo fo z o n o s p h e r e e 珏b c t i v e ly t h er 鼯1 1 1 t so ff u z z yc 删i i p r e h e n s i v ea 豁e s s m e n ta n dg 糟yr e i a t i o n a ld e 盯e e 柚a l y s i sb o 也s h o wt h a tm ec o l 珥靖e h e i l s i v e e 任b c to ne c o l o 西c a le n v i r c 哪e n to fm c 6 l n l m u l c h e di r r i g a t i o ni sm eb e s to b v i o u s l 弘t l l e “s h a l l o wt ow e t ”i 耐g a t i o ni sw o r s e ，a i l dt l l e “s h a l l o ww a t e r ”i r r i 鲥o ni st h ew o f s t k e ) w o r d ：f h z 碍m p 聆h e n s i v ea 站髂蛐m e n t ；g n y 聆l 州o n a id e g n ea n a l y s i s ；d i l f e 抛n t w a t e 卜s 腻gm e 矗s 哪 鹤；l m n - m u i c h e di r r i g a t i o n ；a 鹞e 骆m e n to fi n 叩叠c t s 蚴 e c o l o g i c a le v i m n m e n t 第2 页 沈阳农业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 水田节水灌溉概述 我国是一个水资源相对贫乏的国家，水资源总量约为2 8 1 1 0 1 2 m 3 ，居世界第六 位，而人均占有水量仪为2 1 7 1 0 3 矗，仅为世界人均占有水量的l 4 ，列世界第1 2 l 位，年缺水量达3 0 1 0 1 3 ，是世界上1 3 个贫水国家之一( 康绍忠，1 9 9 8 ) 。我国耕 地平均每公顷占有水量仅为2 6 4 l o 3 ，相当于世界平均值的1 ，2 。并且灌溉水源可 利用的水量在时空上的分布很不均匀，年内径流量约5 0 7 0 集中在夏秋四个月 份。径流量的年际变化也很剧烈，经常出现连枯或连丰现象。灌溉水源的水量在地区 上的分布也极不均衡，形成南方水多、北方水少、沿海水多、内陆水少的局面。此 外，水土资源在地区上的分布又很不协调。长江流域及其以南地区，年径流量占全国 总量的8 2 ，而耕地只占全国总耕地面积的3 8 。北方的黄、淮、海三大河流的流量 只占全国总量的6 + 6 。而耕地却有全国总量的4 0 ( 郭元裕，1 9 9 7 ) 。联合国人口行 动组织1 9 9 3 年的文件，“s u s t a i n 西n gw 蛔，p o p u l a 垃o na n dn l ef u t u r eo fr 廿l e w a b l e w a c e rs l p l i e s ”提出的缺水国家水资源量的标准是人均每年1 o l o 3 及以下。我国 北方水资源人均占有量只有5 1 7 m ，相当于全国的1 5 ，全世界的1 ，2 l ，缺水相当严 重( 康绍忠，1 9 9 b ；张宗枯，1 9 9 6 ) 。因此，水资源紧缺已经成为我国工农业生产和 国民经济发展的主要制约因素之一，尤其是北方地区。 我国广大的北方地区，一方面是水瓷源先天不足，另一方面却是现有水资源的利 用率不高、保护不够、浪费现象较为严重，而后者正是造成目前水资源日趋紧缺的最 主要原因之一( 陈明，1 9 9 8 ) 。目前我国灌溉面积占总耕地面积不足一半，农业用水 量占总用水量的7 3 ，约3 8 1 0 “m 3 ，但由于灌溉管理水平相对较低，灌溉技术整体 较为落后，灌溉用水浪费严重，水稻灌溉定额高达1 5 1 矿m 讥吼2 ，小麦灌溉定额也 达4 5 1 0 6 0 1 0 m ，h n l 2 ，灌溉水利用率仅为3 0 4 0 ( 陈明，1 9 9 8 ：彭世彰 等，1 9 9 8 ) ，也就是说每年经过水利工程引、蓄的3 8 x 1 0 “矗水量，有一半以上是在 输水、配水和田间灌水过程中被自白浪费掉了。我国每立方米水生产粮食不足l 蝇，水 稻、小麦、玉米、棉花、大豆平均每公顷产量分别为5 6 7 1 0 3 、4 7 3 1 0 3 、7 8 0 k g 和 1 2 3 1 0 3 k 。而发达国家的灌溉永利用率可达8 0 9 0 ，每立方米水生产粮食为 2 k g 。以色列己达到2 3 2 k g 。水稻、小麦、玉米、棉花、大豆产量平均每公顷分别为 81 6 1 矿、7 9 2 1 0 ) 、1 6 8 1 矿蚝和3 3 6 1 旷k g 。可见，我们与发达国家的差距是 很大的。如果采用先进的节水灌溉技术将全国已建成为灌区灌溉水利用率提高2 0 4 0 ，即使灌溉水的利用率达到6 0 8 0 ，则每年可节约水量7 ，6 x1 0 ”1 5 2 x 1 0 “m ，相当于2 4 个三峡水库的库容。再以我园目前几项主要先进节水灌溉技术占 1 0 “m ，相当于2 4 个三峡水库的库容。再以找园目前几项主要先进节水灌溉技术占 第3 页 第一章绪论 全国已有灌溉总面积的比率来看：全国各类灌区渠道总长度为30 7 x1 0 ，防渗村砌 的渠道长度为55 l 1 0 5 k m ，占渠道总长的1 8 ：低压管道输水灌溉面积为2 9 1 0 叶m 2 ，占总灌溉面积的1 5 9 。而发达国家灌溉渠道实行管道化的比率已达5 0 以 e ? 喷灌面积占灌溉总面积达4 0 以上，干早缺水的以色列几乎达到1 0 0 。一仅此可 见，2 1 世纪我国农业节水具有巨大的潜力可挖。另外，我国约有5 0 的大型灌区工程 老化失修，有效灌溉面积下降，更加剧了农业用水的供需紧张状况。 随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，农业供水量必将逐年下 降。受各种条件的限制，在建和拟建的水源工程数量不多，工程供水能力在近1 0 2 0 年内无大的增长，农业缺水将更为突出。要实现再增加4 0 x1 0 l o 5 o 1 0 1 0 l ( z 粮食生 产能力的战略目标，为我国人口达到1 6 亿高峰期实现粮食自给奠定坚实的基础，就必 须大力推广和深入研究节水灌溉技术，重视计划用水、节约用水、提高灌溉用水的生 产效率，发展节水型农业。因此，发展节水灌溉技术对实现水资源的永续利用，促 进国民经济持续稳定健康发展，确保社会稳定和改善人民生活等方面，均具有十分重 要的意义。 节水灌溉就是要在灌溉过程中想方设法，尽量减少各个环节的水量损失，提高灌 溉水豹利用效率，以达到节约灌溉用水的目的。与此同时，还要尽量保持农作物的产 量不减少，或者是按单方耗水量计算的产量能够有所增长，至少也要保持原来的水平 略有提高。节水灌溉过程中3 个环节的节水技术，实际上是时区域水循环体系中的3 个主要因素：作物根系层土壤含水率、地下水位和农田蒸发进行直接的人为干涉。其 中输水环节的节水技术，将直接影响渠道水对地下水的补充量；灌水环节和耗水环节 的节水技术，将直接改变作物根系层含水率及其时空分布，从而对水循环各要素产生 直接或间接的影响，引起整个水循环系统的改变。这种改变不仅使各要素量变化，更 使其循环周期发生变化( 齐学斌，庞鸿宾。2 0 0 0 ) 。“节水灌溉与农业综合技术研 究”是“九五”国家科技攻关计划项目“节水农业技术研究与示范”的一个专题，也 是在国家科技攻关计划项目中首次把农、水技术措施结合起来立项进行综合研究的专 题。农业节水技术包括节水灌溉技术和节水农业技术，农业和水利措施相结合，通过 研究采用综合技术，发挥成套综合技术的整体效益，实现节水增收，是当前世界各国 研究的突破点。 水稻是我国的主要粮食作物，栽培面积最大，达3 2 6 1 0 7 h m 2 ，占世界稻作面积 的2 4 ，占我国粮食面积的2 9 1 ，总产量在1 s 6 x 1 0 、左右，占世界稻作总产量的 3 2 ，占我国粮食的4 4 ( 张蔚榛，1 9 9 9 ) 。建国5 0 年来，稻作总产量增长约3 倍， 其中因扩大面积所起的作用仅占l o 1 ，由于品种改良和采用先进的水肥管理与栽培 技术引起单产增加所起的作用占b 9 9 。我国有灌溉面积约0 4 7 1 0 n 2 ，其中水稻 第4 页 沈阳农业大学硕士学位论文 灌溉面积约占6 3 ( 王文焰，1 9 9 4 ) ，是农业的用水大户。我国水稻约1 0 分布在北 方，虽然占全国比重不大，但绝对面积可观。在东北，几乎8 0 以上的灌溉用水都用 于水稻灌溉。北方稻区处于干早半干旱地区，水资源不足，水资源供需矛盾曰益尖 锐，甚至有些灌区由于缺水而难以保持继续种稻，辽宁省2 0 0 1 年就有约1 o 1 0 5 h m 2 水田被迫撂荒。目前，水稻的灌溉定额仍然很高，平均每公顷用水近9 o 1 0 3 m 3 ( 王 文焰，1 9 9 4 ) ，浪费现象也很普遍，具有较大的节水与增产潜力，水的生产率远没有 达到高效用水的要求，水稻的生理需水和生态需水都具有节水潜力。实践证明，水稻 实行节水灌溉，既节水又增产。辽宁省的农业用水主要是水稻用水，每年约占农业灌 溉用水量的8 0 以上，即我省稻田节水潜力可达近5 0 1 0 w 。 同时水稻也是耗水量最多的农作物，目前我国农业用水约占全国总用水量的7 0 以上，稻作生产的用水量约占农业用水量的6 5 ，占全国总用水量的5 4 以上。传统 的水稻栽培是淹水栽培，其耗水量惊人，达6 o 1 0 3 9 o 1 0 3 m 3 ，l m 2 ，北方稻区甚至 高达1 5 1 0 4 l n 3 m m 2 ，造成水资源及能量的严重浪费。而且费工费时成本高，大量化 肥、农药的使用还带来一系列令人担忧的环境问题。水稻具有半水生特点，其生理需 水量只占总需水量的3 0 4 0 ，生态需水量却占6 0 7 0 。水稻在一定程度上还 具有对缺水的适应性。当土壤缺水时，稻株体内的自由水束缚水比值降低，植株保 水力增强；叶片气孔关闭，蒸腾失水减少：在低水势下细胞还能渗透调节。这些，都 可减轻干旱对水稻的损害，为节水种稻奠定了一定的生理基础。因此，在满足水稻高 产生理需水的前提下，实行节水栽培的潜力很大。 我国水稻小部分分布在北方，北方稻区处于干旱半干旱地区，水资源不足，全国 9 0 以上的稻田分布在南方，虽然南方降水及水资源比北方丰富，但由于降水在年 际、特别是在年内分布不均，多为季节性干旱。因此，人们逐渐开始引渠灌溉和从江 河中提水灌溉，并逐渐总结出水稻的节水栽培。所以，水田灌溉在我国有悠久的历 史。早在春秋战国时期楚国和魏国修建了用于灌溉的引章十二渠，西汉时期在我国北 方修建的都江堰和郑国渠。陈敷所著“节用之宜篇”提到在干旱之年把烤田和灌溉结 合起来，仍能把水稻种好，并通过提高耕地质量，使土壤增活，增强积水能力，可以 避免可能遭遇的旱灾( 王一凡，周毓珩，2 0 0 0 ) 。 在1 8 4 0 1 9 4 9 年期间，水稻的节水灌溉基本处于封闭状态。明末清初西方农学才 开始传入我国，民国时期为我国稻作科学的开始发展阶段。1 9 2 9 年，我国著名水稻专 家丁颖教授发表了主题为水稻灌溉水调查报告。对科学灌溉进行讨论。2 0 世纪3 0 年代，我国科学家就发现水稻长期处于淹水条件下，不仅耗水量大，而且影响水稻的 正常生长发育。，但对水稻节水灌溉技术的试验研究却始于5 0 年代( 蒋谦陛，1 9 8 0 ； 林焕鑫，1 9 9 6 ；朱庭芸，1 9 9 8 ；成敏，1 9 9 9 ) ，如我国广西壮族自治区从1 9 5 5 年开始 第5 负 第一章绪论 建立灌溉实验站，对水稻需水特性和灌溉制度进行试验研究并积累资料；水利部农田 灌溉研究所从1 9 5 7 年开始在湖南开展水稻湿润灌溉与长期淹水灌溉的对比试验，随后 又在广东、湖北等地相继进行了类似试验。中华人民共和国建立之初，云南农业大学 储宝楚教授进行了水稻湿润栽培研究，虽因当时没有化学除草未能推广开来，但对后 来的节水栽培研究打开了一条思路。2 0 世纪5 0 年代后期，随着我国水稻生产的迅速发 展，水资源的短缺，广大稻农为了战胜干早，珍惜灌溉用水，在总结群众灌溉经验以 及灌溉试验成果的基础上，改变以往的大水漫灌，创造了许多节水灌溉措施。我国许 多省提出并在较大面积上推广了“浅湿灌溉”、“湿润灌溉”、“浅灌一湿润一晒田 三结合灌溉”的水稻高产、节水灌排技术。从5 0 年代后期到7 0 年代，配合农业技术 水平的提高，使水稻产量从3 饥t m 2 左右提高到6 t ，l l m 2 左右。8 0 年代以后，山东、辽 宁、广西等试验研究与推广“控制湿润灌溉”、“间歇灌溉”、“薄、浅、湿、晒灌 溉”等水稻进一步节水、高产的灌排技术( 刘印海等，2 0 0 l ；高永胜等，1 9 9 9 ) ，这 些技术与高水平的农业技术相结合，又能节水1 0 2 0 、增产5 l o 。控制灌 溉推广比较普遍，现在北至北京，南至上海、海南岛均有这种灌溉方式。在2 0 世纪6 0 年代，日本成功地进行了水稻覆膜旱作研究与推广( 李荣超等，2 0 0 1 ) 。7 0 年代至8 0 年代初，黑龙江、辽宁、河南、陕西等北方稻区结合水稻旱种技术，也曾进行过地膜 覆盖早播或旱栽种稻试验与示范。我国系统性的水稻节水灌溉技术始于8 0 年代( 朱庭 芸，1 9 8 5 ；茹智，1 9 8 6 ：徐国郎，1 9 8 7 ) 。中央和地方各级政府加大了对水稻节水灌 溉技术研究与推广应用的投入，鼓励大专院校、科研院所同灌溉实验站、灌区结合起 来进行研究。武汉大学水利水电学院、水利部农田灌溉研究所以及广西、安徽、辽宁 等省( 区) 开展了水稻需水量、节水灌溉制度以及水稻受旱等试验并取得了一批科研 成果( 茹智，李远华，1 9 8 8 ；吴玉柏，1 9 9 h 0 ；王树查，顾承志，1 9 9 1 ；王桂廷， 1 9 9 2 ：m a 0 ，z ，1 9 9 4 ；李远华，崔远来，1 9 9 4 ) 。8 0 年代到9 0 年代初，非工程的农 业节水技术获得很大发展，取得了明显的节水增产效果。从9 0 年代开始，逐步推行灌 溉工程节水与农业节水技术、管理节水技术的有机结合，形成配套技术。据统计到 1 9 9 8 年底，全国节水灌溉工程面积已达1 5 3 1 0 7 i l m 2 ，其中膜上灌、坐水种、小麦、 水稻推广节水灌溉制度等非工程节水面积1 3 3 1 0 7 h m 2 ，灌溉水利用系数达o 4 0 o 4 5 ，农田灌溉用水量占总用水量的比重已由1 9 4 9 年的9 2 降至1 9 9 7 年的6 4 。2 0 世纪9 0 年代起，节水灌溉进入了加快发展的新阶段。有学者从事覆膜种稻的增温效应 与热图象研究。我国黑龙江、辽宁、河南、陕西等北方稻区结合水稻旱种技术，也曾 进行过地膜覆盖早播或早栽种稻试验与示范，2 0 世纪9 0 年代以来，随着我国北方持续 干旱与南方季节性缺水问题的日趋严重和作物地膜覆盖技术的进一步发展以及水稻旱 育秧技术的广泛应用，覆膜早种由东北、华北的半干旱一半湿润地区向西北干旱一半 第6 页 沈阳农业大学硕士学位论文 干旱区和南方丘陵山区湿润区扩延。沈康容等研究过冷浸田水稻覆膜湿栽的节水增温 效果与关键技术。梁永超、吴良欢等报道过水稻覆膜早作的节水、节肥效应及有关技 术。许多节水灌溉学者对水稻覆膜灌溉也作了大量研究，在水稻覆膜灌溉栽培技术、 高产节水机理、水稻生长发育、水稻根系若干生理特性等方面都作了深入的探诗( 刘 祖贵等，2 0 0 1 ) 。 此外，国外许多学者对节水灌溉也进行了多项研究，取得了较多成果。如荷兰 f e d d e r s 博士提出的w 殛e n 证g e i l 模型，可以计算模拟土壤水分运动的各种分量； j l l b i ) 【e i r a 与l s p e r e r i a 等对作物需水量与灌溉制度进行了模拟，建立了模拟农田根层 土壤水循环的计算机模型i s 蟓e g ；美国的j t 砘t c l l i e 研制了作物生长模拟模式一 g e r e s ，并被应用于我国半干旱地区，取得良好效果；b l a n k ( 1 9 7 5 ) 研究了在非充 分灌溉条件下的灌溉制度的优化问题，r 矗o ( 1 9 9 2 ) 在有限供水情况下，对作物的适时 灌溉做了相应研究：i a 妊s ( 1 9 8 2 ) 建立了优化灌溉制度的模型；l e e ( 1 9 9 1 ) 根据降 水量制定了相应的灌溉制度等等。 在评估不同尺度间节水灌溉技术影响方法方面，国际水管理研究院的m o l d e n 等 ( m o l d e n ，d a n dr s 舳i v a d i v e l ，1 9 9 9 ：m o l d e n ，d ，1 9 9 7 ) 提出了一个基于水量平 衡的分析框架，框架中包含了水量平衡所有要素，并采用水分生产率作为主要评估指 标。m o l d e n 等的方法定义了3 个尺度，即大尺度( m a c r 0l e v c l ) ，指流域或子流域尺 度，覆盏整个或部分流域，包括多个用水部门；中等尺度( m e z z ol e v e l ) ，指具体的 水服务部门及其内部的多个用水户，如灌溉系统，城市供水系统；小尺度( m i c r o l e v e l ) ，指用户尺度，如农田或农户。g u e m 等( q l e r r a ，l c ，1 9 9 8 ) 也强调要分别 在田间、灌溉系统及流域尺度上测试水分生产率以及它们相互之间关系的重要性。由 于获取大量数据的困难，他们都缺少详细、系统和定量的数据来说明不同尺度间节水 灌溉技术是如何相互影响的。 在数学模型方面，还缺少成熟而完善的评估不同尺度间节水灌溉技术影响的模 型。在田间尺度模型方面，0 r y z a 模型( w o p e r c i se t c 。1 9 9 6 ) 可用来模拟水稻在不 同灌溉措施下的田间水分运移( 如渗漏及腾发过程等) 和不同水分状态下的生长过程 及产量。流域水文模型已有很多成果，其中s l u r p 模型( 瞄t c ，g w e t c ，1 9 9 8 ) 被 广泛用于大流域的水文模拟。m o d f l o w 模型( c h i a l l gw ，姐dk i n z e l b a c hw ， 1 9 9 8 ) 则是不同尺度地面水、地下水相互转化作用模拟中较好的模型之一。d r o o g e r s ， pa i l dg 瞄t e ( 1 9 9 9 ) 将田间尺度的水分运移及作物生长模型与流域尺度的水文模型相 结合，用数学模拟的方法来研究不同尺度上水分生产率的变化。国际水管理研究院的 研究人员( t e g 锄dd r 0 0 9 e r s ，p ，1 9 9 9 ) 将s l u r p 模型和s w a p 模型( v a nd 锄 e t c ，1 9 9 7 ) 结合起来，用以模拟不同尺度下灌溉水的水分生产率。其中用s l u r p 模 第7 页 第一章绪论 型模拟流域尺度的水文过程，s w a _ p 模型模拟田间尺度的作物生长、水分运移过程以 及灌溉系统尺度的水平衡过程。这些研究开创了用田间实测数据和模型相互校验来评 估田间水管理技术对灌区及流域尺度影响的模型方法。 总之，国内外缺乏对不同尺度上采用节水灌溉技术措施影响的系统和深入研究， 以及田间尺度的节水灌溉技术如何使灌溉系统、流域尺度的水分生产率及水分利用效 率提高的研究。虽然我国水稻节水灌溉技术已在许多省区得到大面积的推广应用，也 有许多成功经验，但田间节水灌溉技术推广到灌溉系统及流域上是否一定节水，节水 潜力有多大，如何才能达到灌溉系统及流域的真正最大节水量，以及相应的提高水分 生产率的机理仍不清楚。 我国的水稻种植面积不断扩大，加上近年来急剧增加的工业用水和城镇生活用 水、环境恶化导致淡水的减少加重了水资源的紧张程度和调配难度。从水稻田间节水 和工程节水方面节水，改变传统的淹灌深蓄结合晒田方式，根据水稻各生育期的需水 规律以减少无效蒸腾、田间水面蒸发和深层渗漏为目的的节水灌溉模式已经蓬勃发 展。同时随之而来的会产生一系列的问题。如生态环境闯题、水短缺、水污染问题。 特别是在近四十年来，由于在生产实践中，自然资源的利用，作物灾害的防御，农业 环境的污染，使人们更加重视生态环境( 梁光商，1 9 8 3 ) 。这就要求我臂】用全新的视 角从土壤一植物大气连续系统的整体结构和功能来审视节水灌溉项目，重视节 水灌溉项目环境影响评价，解决节水灌溉实践中的诸多环境问题。 1 2 水田生态环境及综合评价的研究现状 1 2 1 水田生态环境的研究现状 对生态环境进行评价不仅可为环境管理与决策提供科学合理的定量依据，同时也 对区域可持续发展战略决策有重要的现实意义。生态环境评价一般可分为生态环境质 量评价和生态环境影响评价。生态环境质量评价是根据选定的指标系统，运用综合评 价的方法评定某区域生态环境的优劣，作为环境现状评价和影响评价的参考标准，或 为环境规划和环境建设提供基本依据：生态环境影响评价是对人类开发建设活动可能 导致的生态环境影响进行分析和预澳，并提出减少影响或改善生态环境的策略和措 施。 人类自从事农耕，特别是开始水稻栽培以来，就逐渐地认识水稻的生长发育与环 境条件的关系。如我国古代“稻”字的出现，就表现出稻是像生在水中之形，而认识 到水对稻的生态关系。除此之外我国历代劳动人民在生产实践中，积累了极其丰富的 关于水稻生态的知识。对于我们今天研究水稻生态环境，诚有“古为今用”的重要意 义。古代劳动人民逐渐总结了稻与水土的关系，稻与光温的关系，稻与农时的关系， 稻与病虫杂草的关系和人与自然的关系。生态学最初是由德国人提出：“生态学是论述 第8 页 沈阳农业大学硕士学位论文 生物与其生活的环境相互关系韵科学”。在最近的四十年来，许多学者对水稻的生态 环境做了许多研究。如山田登( 1 9 6 2 ) 的水稻生态，叙述水稻与周围环境条件的 关系，内容包括秧苗，密植、倒伏、长相等的地区性生态的基本理论。田中明 ( 1 9 7 1 ) 的热带稻作生态论，以亚洲各国的水稻生产为背景，论述水稻与气象环 境、土壤环境、生物环境、社会经济环境及栽培法现状的关系。 现在水稻的生态环境研究正处在迅速发展的阶段。特别是近年来环境的污染和六 十年代，国际上突出食物、人口、能源、自然资源的开发利用和环境保护五大问题， 使人们逐渐重视占世界农作物耕作比例较大的水田环境。在节水灌溉条件下水田的局 部环境研究上提高到一个新的层次( 程旺大等，2 0 0 2 ；茆智，2 0 0 2 ) 。水稻节水栽培 解决了常规淹灌栽培灌水过多问题，以协调土壤中水、气、热各因素，改善稻田生态 环境，促进水稻优质高产。水稻节永栽培有利于改善稻田水分和温度状况，土壤的含 水率降低，棵间蒸发量减少和水稻蒸腾减弱，稻田空气湿度较低，稻田增温加速，这 种增温效应可提高土壤微生物活性，活化土壤养分，从而促进根系和地上部的生长发 育。节水栽培改变了稻田土壤长期淹水的状态，土壤氧化还原电位和通透性提高，还 原强度降低，减少了有毒物质的积累，如减少了铁锈和锰离子的聚集。不仅有利于水 稻生长发育，也有利于好气微生物的活动，从而促进土壤有机质的分解和养分的有效 性。同时节水灌溉研究者对水田环境的污染包括养分流失和温室气体的排放也做了大 量研究( 张志剑等，1 9 9 9 ；节王康等，2 0 0 3 ) 。节水灌溉减少因灌水量太大造成的氮 素在渗漏水中的损失，减少因灌水太多将肥水排到排水沟，减少肥水在田面时间较长 造成的氨挥发损失。同时也减小肥料对水环境造成的污染，目前我国氮肥的作物利用 率仅为3 0 4 0 ，就地表水硝态氮的污染源而论，农田的径流损失和淋溶排出农田 的氮素占5 0 以上，因此水稻引起的水体污染是不可忽视的。节水灌溉减少水肥流 失，降低种植水稻的生产成本，也减轻了化肥在地下水内聚集和河流的富营养化。节 水灌溉条件下c i 4 的散发量明显低于连续淹灌条件下。c h 4 在高还原条件下由厌氧细 菌生成。稻田中c h 4 的散发量有三个主要时期，生长初期、拔节期和开花期。生长初 期c h 4 的释放主要是由于外在有机质的增施和有机物质的厌氧消化。生长后期c i 4 的 散发主要是由于水稻的积极生长和作为c h 4 生产培养基的根部分泌物的丰富。温室气 体c h 4 的散发与氧化还原地位有关。在节水灌溉条件下，从泡田到插秧由于低的e h 值，c h 4 的释放量高，而从开花期到成熟期在高e h 值下，c h 4 的释放量低。尽管生长 后期有高的根部分泌物和高的微生物活动，但高的e h 值不利于c 1 4 散发。c h 4 的散发 与温度有很高的相关系数，高温增加有机物质的分解，增加c h 4 的生产和散发。c i 4 般在1 2 ：0 0 点至1 4 ：o o 点散发率高，1 4 ：o o 至1 7 ：o o 散发率低。增施绿肥也增加c h 。 的散发量。绿肥对c h 4 的散发量在水稻生长初期显著。随后逐渐下降，是仅施化肥的 第9 贯 第一章绪论 田间c h 4 散发量1 3 5 5 4 8 倍。目前晒田被普遍认为是c h 4 减排的主要措施之一，但 同时却能增加氧化亚氮的排放。水稻生长季n 2 0 排放变化与c h 4 完全不同，田间水分 状况是决定n 2 0 季节变化的主要因素。在水稻移栽时直至晒田前，检测到的n 2 0 量很 少，即使是施氮肥也不例外。但在7 月下旬和8 月上旬的排水晒田却引起n 2 0 排放的 显著增加，其持续的时间和强度决定于晒田的时间和强度，恢复灌水后，n 2 0 排放量 又减少到很少。以上对水田生态环境各方面的研究较全面和细致，但是目前对水田的 环境影响效应的综合评价研究还较少。 1 2 2 环境影响评价的研究现状 环境影响评价制度自1 9 7 0 年在美国首次出现以来，目前世界上已有8 0 多个国家 建立了自己的环境影响评价制度。由于各个国家政治制度、经济水平、文化传统等方 面的差异，相应的环境影响评价制度的特点也不尽相同。在一些国家，环境影响评价 的对象、范围、程序、方法等方面都有很多变化，出现了一些新的特点。可概括为一 下几个方面： ( 1 ) 评价对象由对单个建设项目的环境影响评价转化为对大型综合项目的累计影 响评价，由对工程的影响评价扩展到对政府政策的影响评价，即战略影响评价； ( 2 ) 评价的范围由单纯考虑对自然因素的影响发展到包括社会和经济影响在内的 全面环境影响； ( 3 ) 评价的程序由不系统、非正式的状况向系统化、规范化转变，形成了包括环 境筛选( 初步评价) 、确定范围、预测评价和监督、检测等4 个步骤完整的工作程 序； ( 4 ) 评价的方法由各种单一型方法发展到以适应性方法为代表的综合性方法，并 且广泛应用了计算机模拟和系统控制理论，从而更加客观地反映了客观现实情况，提 高了评价的科学性； ( 5 ) 各种评价制度的优点互相融合，表现出灵活性与强制性的统一，法律形式的 评价制度增加了规定的弹性，政策形式的评价制度的强制性得到加强； ( 6 ) 环境影响评价与规划相结合，并纳入环境规划之中，环境规划部门与环境评 价部门的联系与合作大大加强，环境评价、规划、管理成为一个系列化的整体。 美国在1 9 6 9 年颁布了国家环境政策法案( h 旧p a ) ，建立了环境影响评价制度。 这项制度的建立具有划时代的意义，它标志着环境保护开始由被动治理向积极防治的 转变，是人类在环境问题认识上的一次飞跃。由于当时主要是局地污染问题，所以环 境影响评价的重点放在了单个项目的评价上，并形成了以单个项目为核心的传统环境 影响评价方法。加拿大、日本、埃及等国家在7 0 8 0 年代也做出了出色的工作( 陈治 谏，1 9 8 9 ) 。1 9 9 0 年，新西兰资源管理法案是第一部包含可持续性论述的法案。目前 第l o 页 沈阳农业大学硕士学位论文 世界上已有1 0 0 多个国家建立了自己的环境影响评价制度。环境影响评价制度体系也 日益完善。评价对象由对单个建设项目的环境影响评价转化为对大型综合项目的累积 影响评价；评价的范围由单纯考虑对自然因素的影响发展到包括社会和经济影响在内 的全面环境影响；评价的方法由各种单一型方法发展到以适应性方法为代表的综合性 方法，并且广泛应用了计算机模拟和系统控制理论，从而更加客观地反映了现实情 况，提高了评价的科学性。现在各国政府与人民都深刻地认识到环境影响评价制度在 协调经济发展与保护环境关系上发挥的重要作用( 徐福留等，2 0 0 1 ) 。 我国的环境影响评价是借鉴国外经验，结合我国实际情况逐步发展起来的。1 9 7 3 年8 月，以北京召开的第一次全国环境保护会议为标志，揭开了中国环境保护事业的 序幕。1 9 7 9 1 9 8 6 年这是我国环境影响评价大发展阶段。1 9 7 9 年中国第一次颁布了 中华人民共和国环境保护法( 试行) ，其中规定扩建、改建、新建工程必须提出环 境影响报告书，从此中国正式实旖环境影响评价制度。1 9 8 1 年颁布了基本建设项目 环境保护管理办法，对环境影响评价的适用范围、评价内容、工作程序等都作了较 为明确的规定。1 9 8 3 年2 月水利部颁布了关于水利工程环境影响评价的若干规定 ( 草案) ，都对相关内容的环境影响评价作了明确规定。1 9 8 6 年国家计委、国家经 委、国务院环委会颁布0 0 3 号文建设项目环境保护管理办法之后，环境影响评价 的法规体系逐步建立完善，并开始试行证书制度。仅“七五”期间，全国共完成大中 型企业环境影响评价项目2 5 9 2 个，执行率达9 0 以上，其中8 4 个项目的环境影响评 价指导和优化了项目选址。从1 9 9 0 年以来，世界银行与亚洲开发银行的国际交流活 动，促使我国环境影响评价法规体系更加完善与国际规范接轨。评价范围从工业项目 的污染为主转向生态评价如长江三峡工程。京九铁路工程等。同时，国家环保局制定 了环境影响评价技术导则，使环境影响评价更加规范化。1 9 9 8 年国家颁布建设项目 环境保护管理条例，使环境影响评价工作更加走向法制化。2 0 0 3 年9 月1 日开始实 旌的中华人民共和国环境影响评价法，使我国的环保法律体系更趋完善。 近2 0 年来，我国的环境影响评价开始起步。随着环境评价研究和实践的深入，环 境影响评价的理论、方法体系和管理机制逐渐得到完善和发展，评价对象也从工业型 生产污染逐步拓展到农业、林业和水利等资源开发建设项目或区域性开发项目，并且 出现了一些新型环境影响评价形式，如区域环境影响评价、战略环境影响评价、累积 环境影响评价和生态环境影响评价( 王景雷等，2 0 0 2 ) 。 我国农业开发项目的环境影响评价始于2 0 世纪9 0 年代，到1 9 9 9 年底，在国家环 境评估中心存档的环境评价报告不足3 0 份，而且大多数是世界银行贷款项目，与工业 项目相比农业开发项目的环境影响评价工作稍显迟缓。到目前为止，以节水灌溉为中 心开展的环境影响评价工作还很少，处于空白阶段( 罗宏等，2 0 0 0 ) 。目前我国的各 第l l 页 第章绪论 种环境影响评价方法研究与应用也取得了一定的进步。模糊数学法、人工智能技术、 灰色系统理论已经与环境影响评价结合起来，为环境影响的定量化评价创造了有利条 件( 李洪兴，汪培庄，1 9 9 3 ) 。 虽然我国环境影响评价自出现以来，已经成为我国基本建设工作中不可缺少的组 成部分，对于正确处理经济发展和环境保护之间的关系，强化环境规划和管理都具有 重要的意义。但由于我国环境影响评价工作的历时尚短，实践有限，经验缺乏，环境 影响评价制度还不完善。近年来，国内外都发表了一些有关节水灌溉对农田生态环境 的影响的研究论文，但是所涉及的内容均比较单一( 杨长明等，2 0 0 2 ) 。 1 3 节水灌溉措施对水田生态环境的影响 各类节水灌溉措施一方面对缓解水资源供需矛盾、扩大灌溉面积、提高农业产 量、促进国民经济发展以及改善农田生态环境起了重要作用。另一方面，节水灌溉条 件下农田生态环境势必发生变化，从而对环境产生直接和间接的影响。 各类节水措旅对农田土壤物理特性产生了影响，例如土体与近地面范围大气的 水、热状况变异，这种变异长期维持引发的土壤物理、化学、生物学性质变化，近地 面大气