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(diǎn)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(diǎn)（一）重要性

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

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(xué)循環(huán)是物質(zhì)循環(huán)的基本形式生物地球化學(xué)循環(huán)：地球上的各種化學(xué)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(gè)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(jìn)行流動和循環(huán)，就構(gòu)成了生物地球化學(xué)循環(huán)，簡稱生物地化循環(huán)。

1.地質(zhì)大循環(huán)：時(shí)間長、范圍廣，是閉合式循環(huán)2.生物小循環(huán)：時(shí)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(xué)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?bào)w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(jìn)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(diǎn)，在各種庫之間完成一次循環(huán)所需時(shí)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(jī)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(jī)物3000死亡有機(jī)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(jī)物殘?bào)w

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(jī)物質(zhì),然后通過生物呼吸作用和細(xì)菌分解作用又從有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)換為二氧化碳而進(jìn)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(jìn)行的碳循環(huán)，在很長的時(shí)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(shí)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(jì)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(xué)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(xué)家致力于大氣中二氧化碳與環(huán)境關(guān)系的研究。時(shí)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(yuǎn)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(xué)家認(rèn)為幾乎所有工業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳會被海洋吸收，但實(shí)際上海洋對二氧化碳的可能吸收率比人們曾經(jīng)認(rèn)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(dāng)長的時(shí)間，這也許會對世界氣候產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

斯克里普斯海洋學(xué)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(jìn)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(gè)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(gè)呈指數(shù)形式的增加。在剛開始測量時(shí)，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(dá)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(xué)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(jì)，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(xué)家沿著類似的思路做了論證。但是，大多數(shù)科學(xué)家對這些意見都不當(dāng)一回事。理由之一是約在同一時(shí)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(xué)家認(rèn)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(shí)間不同地點(diǎn)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(xué)家Hensen運(yùn)用數(shù)學(xué)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(lán)色代表這100年間的氣溫。而黑色則是模擬的計(jì)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(gè)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(jì)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(xué)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(yán)重的。對世界水資源的影響

波恩大學(xué)的Flohn的研究表明：在以北緯40度和南緯10度為中心的兩個(gè)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(bǔ)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(yán)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(jì)。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(jìn)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(shí)，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(kuò)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(diǎn)，因?yàn)榇髿庵卸趸己吭黾铀鸬娜蛐宰兣锌赡苁谷澜绲臉O地冰川融化。廣為關(guān)注的有關(guān)氣候變暖的一個(gè)可能后果，便是西南極洲冰原的消退問題，因?yàn)樵摫拇蟛糠治挥诤Ｆ矫嬉韵?。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(jìn)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(jī)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(jī)體772活有機(jī)體12死有機(jī)體760非有機(jī)體140地殼14000000海洋水（溶解）20000海洋有機(jī)體901活有機(jī)體1死有機(jī)體900非有機(jī)體100沉積物4000000陸地海洋總有機(jī)體=1673總非有機(jī)體=21820240

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

(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(jì)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?bào)w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(fēng)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(gè)來源即生物固氮、大氣固氮、工業(yè)固氮2.輸出：有機(jī)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?bào)w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)。化肥也成為水體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(dá)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(shí)，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(fèi)330萬噸，1970年達(dá)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(jì)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(gè)方面：（1）開發(fā)新的P礦資源。（2）重視多條途徑，實(shí)現(xiàn)P的再循環(huán)，尤其是有機(jī)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(jì)15億Km3項(xiàng)目占%項(xiàng)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(jì)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(gè)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(jī)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(diǎn)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(bǔ)給量。地表徑流補(bǔ)給地下水量明顯減少，滲入土壤的時(shí)間、面積均逐漸減少。補(bǔ)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(gè)方面：改變了地表形狀，使地表變硬，下滲面積??；增大了河溝某一時(shí)期的流量，下滲時(shí)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(dāng)于世界平均2/3，人均2600立方米，相當(dāng)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(shí)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(xiàng)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(jì)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(hù)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(yán)重干旱小船無法下水世界的水資源危機(jī)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(dāng)于世界平均2/3，人均2600立方米，相當(dāng)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(shí)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(xiàng)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(jì)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(jì)劃（863計(jì)劃）生物和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)：現(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(xiàng)總體目標(biāo)，本項(xiàng)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(gè)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(gè)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(gè)類型區(qū)，設(shè)立10～15個(gè)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(hù)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(xì)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(jī)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(jī)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(jī)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(gè)類型區(qū)設(shè)立10-15個(gè)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(bǔ)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(hù)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(qiáng)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(hù)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(biāo)

1、在試驗(yàn)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(xiàng)；

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(xiàng)；

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

4、建立節(jié)水高效型旱作保護(hù)性耕作技術(shù)體系與標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、且可操作性強(qiáng)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(dá)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(xué)和生物學(xué)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(cái)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(xué)、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(gè)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(shí)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(kuò)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(rèn)為當(dāng)水中總P超過20mg/m3、無機(jī)N超過300mg/m3時(shí)，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(gè)即（1）工礦廢水、廢渣。（2）大氣污染物進(jìn)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(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，便立即參與物質(zhì)循