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1、,第二讲 农业资源合理利用,第一节 农业资源类型 一、农业资源的概念,1、资源与农业资源 资源定义：又称财源，资财的来源。包括人类需要的一切物质、能量、技术、信息、资金等。 包括：a.自然界所赋予的自然资源 b.人类通过自身劳动提供的资源,农业资源：从事农业生产或农业经济活动所利用或可以利用 的各种资源。 农业资源与与农业生产关系密切。 如：劳动对象：动植物 生产资料：土地、机械、化肥 生产条件：水、热、气,二、 农业资源的分类,根据资源与人的关系可分为： 自然资源:土地、气候、水、生物 社会资源:技术、劳力、资金、信息、交通等,根据资源再生与增长机理分为：,（1）可更新资源（再生资源）： 太
2、阳辐射、生物、水等 （2）不可更新资源(不可再生资源）： 燃料、金属等,第二节 农业资源合理利用评价,一、农业资源高效利用的内涵 衡量农业资源利用的标准是：节约利用资源，资源利用率高；有效利用资源，资源产出率高；投入少，产出多，经济效益高；不造成资源退化、枯竭，可持续利用资源；不污染环境，保持高质量的农业生态环境（图）。 二、农业资源高效利用的评价指标 物理效率、经济效率（与价格有关的效率） 利用率与资源产出率（效率） 注意“率”与“效率”,生态与经济协调是资源合理利用要处理好的核心问题。 经济效益的提高，有助于更多资金对生态环境进行整治、改造，并开展有效的资源保护和增殖工作（要避免先污染后治
3、理的问题，许多事实表明，往往治理需要很大的投入，以致得不偿失）。生态效益的提高，为经济的持续增长提供了可靠的资源基础和环境基础，良好的生态环境还可以提高食物质量，改善生活素质,生态环境本身也可以创造经济效益（绿色、天然农产品开发、生态观光农业）。,若经济效益、生态效益初分为好、中、差三种状态，则有九种可能性，最理想的目标是实现双赢，至少应该以较小的生态代价获得较大的经济收益或以较小的现实经济损失获得较大的生态改善，以获得长久的收益。 如在一些地方的退耕还林还草措施，可以实现两者有效的统一。如在黄土高原陡坡区，耕地土壤流失量是草地的520倍，水的流失量是草地的28倍。陡坡耕地推耕造林种草，不但可
4、以治理水土流失，生态效益好，而且其经济效益也明显大于种粮。据黄德基在黄土高原区试验，种粮盈利每公顷150元，种草养牛达到2230元。 以严重损害生态为代价的经济发展，最终要付出更大的经济和社会代价。（以太湖围网养殖为例）,农业水肥资源利用效率的评价指标,效率计算层次: 1、植物层次 2、植物投入资源层次 3、植物投入资源土壤层次（在土壤层次，由于土壤养分之间的相互转化及土壤有效养分与肥料养分的性质不同，计算可能意义不大）,水分和养分利用效率在文献中的众多名称和定义，有些是由于学科之间研究角度和范畴不同而引起的，有的是由于强调某一方面的研究目的而设的。往往相同的名词往往有不同的定义,如水分利用效
5、率、养分利用效率和养分吸收效率等，都各有几种定义，也可看到，同一定义往往有不同的名词，如肥料利用率和回收率、养分收获指数和转移效率、养分效率比和生理效率等，表现了名词和定义的混乱。,比较常用的如下： 肥料利用率（肥料回收率）（施肥作物吸收养分不施肥吸收养分）/养分施用量 农学效率（施肥产量不施肥产量）/施肥量 生理效率籽粒产量/养分吸收量）（籽粒生产效率）。在一些研究中定义与此不同，如定义为施肥的产量增量与养分吸收增量的比值。 养分收获指数(养分转移效率)籽粒中养分/植物吸收养分,第二节 农田养分资源的高效利用,一、农田养分资源高效利用的原理与技术 养分资源综合管理涉及多个环节，它包括4个方面
6、：1)农田养分和肥料效应时空变异的监测和施肥调控；2)提高养分利用效率的生物学途径；3)施肥技术与其它农学措施的结合；4)养分收支平衡的环境量化评估。其中以农田养分变异的实时监测和施肥调控最为重要。,二、农田养分施肥调控技术模式,技术模式是合理施肥必须遵循的技术框架。氮磷钾和微量元素等肥料的施肥原则可以概括为:“调控施用氮肥，监控施用磷钾肥，矫正施用中、微量元素肥料，配合施用有机肥”。,1、调控施用氮肥,作物对过量施氮的反应较磷、钾更为敏感，由氮氮肥施用不当对大气、水等造成的损失较大。据此，在一定条件下可将氮肥施用量控制在作物达到最适产量和品质目标要求的范围内，以此为基础，通过土壤、植物测试确
7、定具体田块或作物的推荐施肥量。,2、监控施用磷钾肥,作物对磷钾反应与氮相比敏感度低，土壤的磷钾养分和肥料效应具有累积性，中、长期肥料定位试验证明，可以将获得作物持续较高产量并维持土壤有效磷钾不低于或在临界值的施肥量为合理施肥量，既可保持施肥量的相对稳定，又可节约用量。采用定期监测土壤有效磷钾养分和年度间产量变化趋势的方法，决策推荐施肥量。,3、矫正施用中、微量元素肥料,并非所有土壤和作物都需要施用中、微量元素肥料。借助于土壤测试或植株诊断等方法确定看缺素与否，并综合考虑作物产量、氮磷钾肥施用量和土壤母质等因素。施用不当，对不缺素的土壤或作物可产生危害。 4、配合施用有机肥 有机肥和化肥各有优缺
8、点，二者应配合施用。适量有机肥的作用是培肥土壤和稳定产量。尤其是在障碍性逆境土壤条件下如盐渍化，质地过粘、过砂或遇到灾害性天气等。从宏观管理看,重视施用人、畜粪尿对土壤磷的归还作用，重视秸秆还田对土壤钾的归还作用，施用半腐熟有机肥对设施条件下土壤的改良作用。从养分资源综合管理的角度出发，施用有机肥后化肥的用量必须相应地降低，长期适量施用有机肥的供养作用是不可忽视的。,合理施肥决策目标： 立足于生态农业和可持续发展的高度思考，要从肥料产量、经济、环境、品质和土壤肥力方面影响对施肥效益进行综合评价。要根据不同营养元素的土壤养分和肥料效应的时空变异特点，分别采用不同的评价方法。氮肥的残效较小，人们一
9、直把肥料当季利用率作为肥料效益的重要指标；磷钾的残效较大，其土壤养分和作物产量的变化趋势、保持土壤养分平衡是更为重要的指标，其肥料利用率应以轮作周期或更长时期计。从最大产量施肥量决策转变为经济施肥决策以至生态经济决策施肥，这在太湖等农业面源污染比较突出的地区显得尤为重要。,施肥决策技术,（1）实地施肥管理模式(site specific nutriment management, SSNM)（相当于测土施肥）SSNM是通过对所输入数据综合分析后为用户提供更为经济有效的施肥推荐。该系统的输入项包括土壤氮、磷、钾的有效供应量,作物产量,秸秆带走的养分量,上季作物的施肥量,当地作物产品价格以及微量元
10、素养分缺乏的临界值。SSNM的操作程序如下: 在第1年测定土壤氮、磷、钾的有效供应量和诊断微量元素养分是否缺乏；推荐氮、磷、钾施肥量和补充所缺微量元素量；从移栽到开花灌浆期根据植株氮素状况监测结果调整最优施氮肥时间和施肥量; 预测产量,秸秆返还土壤的养分量以及实际施肥量。以后就可通过上一个循环获得的数据,估算养分平衡状况,进而预测土壤氮、磷、钾的变化。这样的预测值又作为下一个循环计算肥料推荐量的输入项，如此每季作物连续运转。,（2) 实时氮肥管理(Real time N management)（不测土，实时监测作物养分状态施肥）,实时氮肥管理强调施肥时间和氮肥施用量与作物对氮的需求量协调一致。
11、由于叶片氮素含量与光合速率及干物质生长密切相关，因此,在一个生长季内，叶片氮素含量可以较灵敏地反映作物对氮的需求动态。叶绿素测定仪(SPAD)提供了简单、快速和无损估测叶片含氮量的方法。由于SPAD测定仪价格偏高而限制了其推广应用。许多国家尝试采用叶色卡(leaf color chart, LCC)指导实时施肥管理。 我校杨建昌教授的研究结果显示实地实时施肥的显著效果。,(3) 精确施肥法,以斯坦福养分平衡公式为基础，以群体质量和模式法栽培为指导。在参数确定上提出以高产栽培为基础，大大减少了参数的变异。全生育期与分阶段计算。 计算设定5个假定：（1）在一定的地区范围内；（2）按品种类型；（3）
12、按土壤肥力等级；（4）以化肥加秸秆还田为肥源对象；（5）以高产为基础。全省试验，在水稻亩产700公斤水平，氮量1822公斤/亩, 其追比5.5:4.5-6:4，氮肥利用率3945。,二、提高养分资源的生物学途径,1、养分高效利用作物品种的选育 2、利用作物间互作机制 在华北地区石灰性土壤具有有效铁含量低、高PH和高碳酸钙含量的特征，明显影响植物对铁的吸收，尤其是双子叶植物花生缺铁黄化现象较为严重而普遍。多年来，虽然人们采用土施和叶面喷施的办法补充铁肥，但始终未能从根本上解决植物确铁黄化问题，花生与玉米间作，可改善花生的铁素营养，减轻花生缺铁黄化现象的发生。机理是，玉米在土壤中能分泌植铁载体，与
13、土壤难溶性铁形成铁载体螯合物通过专一性的吸收系统被植物吸收。同时，玉米在缺铁情况下，还能分泌加倍。,三、养分资源宏观管理,农业生态系统的养分循环存在着农田养分平衡和系统养分平衡两个相互制约的平衡关系，具有时空变异的特点。以我国为例，其时间变异主要表现为建国后全国土壤养分、肥料效应、肥料养分结构(有机肥与化肥比例,氮磷钾比例等)的变化和肥料进出口战略等；空间变异主要表现为全国土壤养分区域变化、肥料的作物结构和区域分配等。鉴于我国农业生产的所有制和组织形式，今后要特别注重对农户一级养分资源管理的调研。,四、施肥技术物化,施肥技术物化就是以商品肥料为载体，通过提高产品的科技含量使农民在施用肥料的同时
14、，也将科学施肥技术应用于生产实践。据养分资源综合管理的理论，我国的施肥技术物化至少应考虑到下列技术原则：,1、兼顾产品的专用性和广谱性,专用性是基于不同营养元素的土壤养分和肥料效应的时空变异特征;广谱性则是为便于农民使用和市场营销。世界发达国家肥料产品开发几乎都有共同的历程，即随着推荐施肥技术和农化服务水平的提高,散装复混肥和用于制造复混肥或调节复合肥养分的单质肥(含流体肥)的比例越来越大。,2、 强调养分适时监测数据,养分时空变异规律对作物和土壤进行实时测定,这不仅是推荐施肥的需要,也是产品开发的需要。,3、 强调“两个不能代替”,肯定优质生物制剂(即所谓“生物肥料”)和商品有机肥的积极作用
15、，生物制剂只是在特定条件下，补充或改善作物营养，因而不能代替化肥；商品有机肥还给土壤的有机质有限,不能代替常规农家肥的改土作用。综上所述，养分资源管理是一个技术体系，其重点是农田养分管理，管理的要点就是“区别对待,实时测控”，即对不同营养元素的土壤养分和肥料效应变异特点，分别采取不同的实时监测方法和施肥调控方法。,第三节 农业水资源高效利用与节水农业,一、节水农业的意义及存在问题 1、节水农业的意义 短缺与浪费并存是中国农业用水紧张的重要特性。一方面，农业供水因水资源紧缺而难以增加，与此同时，工业和城市的发展也将进一步削减明显不足的农业灌溉用水，从而使得农业缺水问题日益突出；另一方面，农业用水
16、浪费严重，这启示出农业节水的巨大潜力。发展以节水和提高水分利用率为中心的节水型农业,将是解决农业缺水问题的关键。,一、 中国农业用水存在的主要问题,1、水利工程设施不足且老化严重，水分利用系数低 全国平均达到57%，即水分利用系数仅为43%，远低于欧洲等发达国家的70%80%。据统计，全国渠道输水损失量占灌溉用水总损失量的80%,2、灌溉技术落后，水分生产率低 中国农作物水分生产率平均只有1kg/m3左右,而世界发达国家平均为2kg/m3。 3、管理体制机制落后，水费价格偏低。,二、 节水农业技术体系,节水农业技术体系是指为充分利用有限水资源或灌溉水资源,提高有限水的利用率和利用效率,达到农作
17、物高产高效且具有一定水平的技术措施,是由水资源、工程、农业、管理等环节组成的综合技术体系，包括常规技术体系和高新技术体系(图)。,1、土壤水开发利用技术,(1) 地膜秸秆覆盖技术 农田地膜秸秆覆盖在我国发展十分迅速。地膜秸秆覆盖改变了土壤、植物、大气间的能量交换和水分传输过程,改善了农田小气候，创造了作物适宜的水分和温度环境，不仅增温保墒节水增产，而且提高水分生产率。河南开封沙地试验站田间试验表明，西瓜地膜覆盖和花生秸秆覆盖较不覆盖潮湿土耕层水分含量增加4.8%14.6%和4.5%38.5%，040cm土层蓄水量增加5.9%23.4%，花生增产31.8%，且保水效果显著。,(2) 水肥耦合技术
18、,根据土壤肥力和农业生态学原理，通过合理施肥，培肥土壤肥力，以肥调水，以水保肥，肥水结合，充分发挥水肥的协同效应和相互促进机制，提高作物的抗旱能力和水分利用效率。开封沙地试验站长期田间试验结果表明，在氮磷肥不变的基础上，土壤耕层蓄水量与有机肥施用量呈显著正相关，水分利用率也随之而增加，每增施15t/hm2有机肥，水分利用率增加0.6kg/mm.hm2。同时，土壤耕层有效养分明显提高。,(3) 优化作物布局与耐旱品种筛选,通过调整作物布局，建立不同根系农作物的间套轮作，可以较充分地利用不同层次的土壤水分，提高土壤水利用效率和单位土地生物学产量，形成不同区域适应性的高效种植模式，达到增产、节水与高
19、效相结合。,(4) 少、免耕节水技术,少耕、免耕耕作法具有土壤结构好、耗能少、增加土壤有机质、维持土壤生态良性循环等优点，同时提高土壤贮水量，减少水分蒸发。据美国内布拉斯加州统计资料，常规耕作蒸发损失为88%，而免耕法只有57%，土壤贮水率增加10%20%，作物产量增加900kg/hm2左右。,2、节水灌溉技术,目前，世界上采用的节水灌溉技术很多，主要有低压管道输水灌溉技术、渠道防渗技术、喷灌技术、微灌技术、膜上灌技术、地下灌溉技术等等。渠道防渗与土渠相比，可减少渗漏损失60%90%以上;喷灌与地面灌溉相比,大田作物节水30%50%,增产10%30%;微灌与膜上灌较常规节水50%80%和40%
20、60%;地下灌溉可减少表土蒸发损失,灌溉水利用率较高,一般可增产10%30%。近年来,西北农业大学等通过土壤)植物)大气连续体水分传输和节水机理研究,提出了农田节水调控的新思路，即控制性分根交替灌溉，初步证明控制性分根交替灌水是一种高效而可行的节水新技术。,3、抗旱、保水制剂节水技术,利用高分子化合物的吸水、保水功能，制成的抗旱剂、壮根剂、保水剂等,可达到抑制作物生长发育中过度的水分蒸腾，防止奢侈耗水，减轻干旱危害,促进作物根系下扎提高土壤深层水分利用。目前，我国已研制成功壮丰安、氟铃脲、复合包衣剂、黄腐酸及多功能抑蒸抗旱剂和ABT生根粉等多种保水剂。用ABT生根粉拌种或浸种,可提高土壤储水利
21、用率20%以上。,防渗渠道,农田喷灌,温室花卉微喷,三、水稻节水栽培技术,1、水稻节水栽培意义 水稻是我国主要粮食作物之一，全国水稻产量约占粮食作物总产量的40%,稻田面积约占全国粮食作物总面积的28%。北方稻区处于干旱半干旱地区，水资源不足，水量供需矛盾日益严重，甚至有些地区由于缺水而难以维持继续种植。全国大部分稻田分布在南方，在该区域,水稻的灌溉用水量占总灌溉用水量的90%以上，虽然南方降水及水资源比北方丰富，但由于降水在年际、特别是年内分布极不均匀，水资源在地区间的分布亦不均匀，南方每个省(自治区)都有成百万亩的稻田水源不足。因此，无论北方和南方,推行水稻节水灌溉有着十分重要的意义。,2
22、、水稻节水灌溉模式,所谓水稻灌溉模式，系通过灌溉与排水，使水稻田间在不同阶段形成的水分状态，以及不同阶段内有水层时灌前最低水深、灌后最高水深和雨后允许的极限水深，无水层时灌前最低土壤含水率，或者露田或落干(无水层)天数、晒田天数等相应的控制标准。灌溉模式不同，灌溉制度(灌水次数、时间、定额与灌溉定额)亦不同，灌溉模式对水稻产量以及水土环境亦有显著的影响。在我国1990年颁布的全国灌溉试验规范中,对于稻田田间水分状况一些术语的含义，提出了以下标准：深水水深大于60mm；浅水水深为1060mm；湿润水稻根层土壤含水率为饱和含水率的80%至田面10mm水深;晒田根层土壤含水率低于饱和含水率的80%。
23、水稻节水灌溉代表性模式有3种：浅湿灌晒灌溉模式、控制灌溉模式 、蓄水控灌模式。,（1）“浅湿晒”模式,该模式是我国应用地域最广，时间较久的节水灌溉模式。表1列出的该模式田间水分控制标准。 浅湿灌溉是一种浅水与湿润反复交替，适时落干，浅、湿、干灵活调节的一种灌溉方式。,效应： 有利高产：生育前期促进根系发达，土壤昼夜温差大，可促进分蘖早生快发，中期晾田控制无效分蘖，茎杆粗壮抗倒伏，生育后期干干湿湿，以气养根，防止黑根和早衰，有利于干物质积累和提高结实率的效果。 节水：多数生育阶段灌水只持续一两天浅水层，大部分时间处于湿润状态，因渗漏而损失的水量少、气孔开度有所减少，叶面蒸腾、棵间蒸发减少。,减轻
24、病虫危害：,与长期淹灌相比，采用节水灌溉模式稻田株间空气昼夜温差可提高13度,株间空气湿度降低15个百分点。节水灌溉提高株间昼夜温差和降低株间空气湿度,植株生长健壮，有利于减轻水稻病虫害，从而治理病虫害的农药用量可显著减少,稻田的水土环境污染程度亦可显著减轻。,减排：,溶解于水中的养分会随稻田垂直渗漏而流入地下水，随旁渗而由排水排至容泄区。若渗漏水量减少，进入地下水与容泄区的养分亦减少。据广西桂林灌溉试验站测坑中不同渗漏量条件下养分流失的观测结果，渗漏量减少50%(由6mm/d减少到3mm/d)，氮肥(NH4+N)在水稻全生育期内流失量减少约36%,磷肥(PO3-4)P)流失量减少约58%。与长期淹灌相比，稻田渗漏量约降低30%70%，氮肥、磷肥流失大幅度减少。雨后可承接较多雨水，提高雨量利用率。可减少甲烷排放。,（2） 水稻控制灌溉技术,秧苗移栽后，田面保持525cm薄水层返青复苗，返青后的各生育阶段,田面不再建立灌溉水层。 综合效应同（1）。,节水40%50% 增产10%甲烷减排39%85%,（3） 水稻蓄水控灌技术,利用水稻对旱-涝胁迫的适应性，在降低土壤水分控制下限的同时，提高雨后蓄水上限和滞留时间 。 关键指标：旱涝胁迫的适宜组合。 不同干旱胁迫下的允许雨后深度和淹水历时。,水稻蓄水控灌技术,