0 引言

　　中国农业发展正面临着耕地面积减少、土壤种植条件退化、水资源供需矛盾突出、灌溉水质较差等因素的制约。农田排水资源化利用作为缺水地区挖掘水资源利用潜力的有效途径，早已被干旱缺水地区人们所重视与采用，但主要注重在水量利用方面。

　　自20世纪90年代以来，随着缺水地区农业生态环境的不断恶化，农田排水资源化利用作为节水与水肥资源再生利用的重要调控措施，对促进节水，减少化肥和农药的流失，防治水体富营养化和盐渍化，减小农药残留物对水体的污染，改善西北地区脆弱的生态环境，减少南方地区农业面源污染等方面具有重要意义。

　　本文在广泛调查国内外现有农田排水资源化利用历史和现状基础上，比较系统地分析了其发展趋势，指出了该领域需要进一步加强研究的问题与对策。

1 农田排水资源化利用实践

　　20世纪90年代以来，国内外专家学者在农田排水的水质监测、适宜的种植结构、利用模式、利用效益和田间管理等方面进行了大量实验与理论研究，农田排水实验和微咸水、咸水与污水灌溉的研究为农田排水资源化利用打下了良好的基础。

　　Giveson Zulu 等(1996)在日本水稻种植区的实践研究表明，农田排水再灌溉不仅可以节水，还可减少土壤流失，提高排水中氮、磷等元素高效再利用。在埃及，利用微咸排水进行农田灌溉，灌溉的土壤质地从沙性土到黏性土，种植作物包括水稻、小麦、甜菜和棉花，实践表明：如果选择适宜作物品种，采取合理的土壤改良方法，施有机肥和进行土壤覆盖，利用农田排水再次灌溉不会对土壤形成危害。

　　季方等(2000)的实践研究表明，荒漠可作为农田排水资源化利用的场所，利用农田排水可以拓展乔灌草防沙带，增加盐碱土荒漠耐盐植被的覆盖度。黄河三角洲引黄灌区从1970年代中期开始利用农田排水再次灌溉农田，现已逐步改造成了以农田排水为主要灌溉水源的灌区。该地区的实践表明，农田排水资源化利用可以提高水的利用率，扩大灌溉面积，具有较好的经济和社会效益。

2 农田排水资源化利用的基础性研究

2.1 排水条件下农田排水中盐分、氮磷等营养物质的运移规律

　　1960年以来，国内外学者对排水条件下农田排水和土壤中氮磷等营养物质的运移规律开展了大量研究工作。通过化肥流失的野外观测试验，研究了化肥施用量、施肥制度、施肥方法、耕作方式、作物组成、土质和水位管理对排水出流中肥料流失的影响机理，探讨了排水中肥料流失量与排水出流量的关系；同时，为克服野外试验受季节和气象条件约束的缺点，建立了排水出流中氮素流失数学模型，通过数值模拟，进行了不同条件下化肥流失的定量分析。

　　国内外对土壤中盐分迁移规律研究较多，但对排水条件下农田排水中盐分运移规律研究较少。

2.2 利用农田排水再次灌溉对土壤的影响

　　农田排水资源化利用对土壤的影响主要是盐分对土壤的危害。利用农田排水再次灌溉时，排水中的大量盐分重新进入土壤，土壤中盐分含量积累到一定程度时，就会产生土壤盐渍化。

　　旱作地的大量研究表明，微咸排水再次灌溉，短期内不会导致土壤退化，但长期使用时则要采取适宜的灌溉制度和科学的耕作管理措施。马云瑞等(1997)在银川灌区利用矿化度为1.17～1.26 g/L 的农田排水，以 6750 m³/hm² 的定额灌溉含盐量为 2.52 g/kg 的轻盐碱化土壤，在排水良好条件下，土壤脱盐效果明显，但土壤 pH 值、含盐量和碱化度较淡水灌溉较高；若长期使用，则不容忽视对土壤盐碱化的影响。许迪等(2004)在黄河下游引黄灌区的研究表明，采用冬小麦、夏玉米一年两作的种植模式，微咸排水灌溉引起的土壤盐分积聚主要在冬小麦生长期，在夏玉米生长期内并不明显，有效地控制地下水水位有助于减少土壤盐分积累，维持作物根区的盐分平衡。

　　水稻种植区的研究也表明，较低矿化度的农田排水不会导致土壤碱化。陈邦本等(1987)在江苏滨海地区用矿化度为1.5 g/L 左右的农田排水灌溉水稻2年。研究了农田排水对土壤含盐量、重碳酸根与 pH 值、钠吸附比与碱化度的影响，结果表明1.5 g/L 的农田排水灌溉使土壤碱化的可能性不大。

　　但现有研究大都是针对微咸排水，对碱性排水研究很少。如果使用的农田排水是碱性水，则由于其含有较高的钠吸附比及残余碱度，有可能造成土壤次生碱化，导致土壤结构破坏，土壤黏粒分散，物理性质变差。

2.3 利用农田排水再次灌溉对作物的影响

　　农田排水再灌溉对作物的影响主要通过两种途径：一是盐分、氮磷等营养物质和农药残留物对作物生长的影响；二是盐分通过改变土壤的物理、化学、生物学性质影响作物的生长。

　　盐分对植物生长的不利影响表现为使土壤溶液的渗透压增大而阻止植物对水分的摄取，使营养成分达到毒害浓度，但对不同的作物影响程度不一样。马云瑞等(1997)利用矿化度为1.17～1.26 g/L 的农田排水，在排水良好条件下灌溉含盐量达20.24 g/kg 的盐荒地，水稻平均产量达6000 kg/hm²，取得了良好的经济效益，但灌溉轻盐渍化的小麦地产量有所减小。许迪等(2004)利用含盐量为4 g/L 以下的农田排水，在冬小麦生长后期水分亏缺阶段进行灌溉，在基本不影响夏玉米产量的基础上，冬小麦产量得到了一定程度的提高。同时，灌溉时间的长短对作物的影响程度也不一样。Sharma D.P.(1998)在印度干旱半干旱地区，利用农田排出的咸水进行了为期7年的小麦冬季灌溉试验，试验结果表明，小麦的减产和土壤恶化程度比预期的要小。Mitchell J.P.等(2000)在美国加州部分山谷地区利用农田排水进行灌溉，研究表明，在短期内可以保证作物不减产，但如果对灌溉措施不采取相应的管理约束，将会引起土壤表层的盐分富积，从而将直接影响作物的生长，进而限制作物产量。

　　国内外关于农田排水资源化利用对作物影响的研究，主要集中在盐分对作物的影响方面，对排水中肥料元素和农药残留物对作物的影响研究较少，但有关污水灌溉中氮磷和有机化合物对作物影响机理的大量研究可弥补这方面的不足。

2.4 农田排水对地下水和地表水体的影响

　　农田径流中的氮素和磷素等营养物质通过农田渗漏到地下水中，导致地下水硝酸盐污染。中国许多地区特别是北方农业集约化程度高、氮肥用量大的地区，已面临着严重的地下水硝酸盐污染问题。在欧洲国家，农田径流污染是造成地下水硝酸盐污染的首要来源，同时也是造成地表水体中磷富集的重要原因。

　　化肥和农药的流失所造成的农田径流污染是最主要的农业面源污染形式，而农业面源污染是中国湖泊水体污染的重要污染源。据刘润堂等(2002)对中国湖泊污染的分析，农业面源污染对滇池主要污染指标 TN、TP 的贡献率分别为27％和45％；对太湖主要污染指标 TN、TP 的贡献率分别为30％和59％；对官厅水库的污染贡献率为20％～30％，这主要是由于化肥和农药随农田径流的流失造成的。

　　农田排水对地表水体的另一种影响是导致水体盐化。季方等(1998，2000)的研究表明，春灌和秋冬灌季节，大量农田排水造成塔里木河矿化度升高，塔里木河源流区河水矿化度小于1 g/L，而干流上游下段和中游由于受矿化度高达6～13 g/L 的农田排水影响，河水矿化度高达5 g/L。

3 农田排水资源化利用的技术措施研究

　　农田排水资源化利用的技术措施包括灌水方法、灌溉方式、灌溉制度和农艺管理措施，选择科学合理的技术措施是实现安全、持续的农田排水资源化利用的关键。

3.1 灌水方法、灌溉方式与灌溉制度研究

　　灌水方法和灌溉方式直接影响到灌溉水水质，影响到水分在土壤中运动的方式、盐分在土层中的积累和分配范围。灌溉制度影响作物水分的供应和对营养元素的吸收。国内外对微咸水和咸水灌溉进行了大量研究，这些研究成果对农田排水资源化利用具有很大的参考价值。

　　国内外的研究表明，微咸水和咸水同淡水一样，适用于地面灌溉、地下灌溉、喷微灌和滴灌等各种灌水方法，同地面灌溉相比，微咸水和咸水更适用于采用地下灌溉和滴灌。采用渗灌和沟灌时，如果和适当的灌水技巧及农技措施相结合，则会获得更理想的效果。滴灌用于微咸水灌溉具有两方面优势：一是避免了叶面烧死；二是由于滴灌的淋洗作用，滴头下面土壤盐分的分布形状有利于作物生长，并且维持较高基质势。

　　目前微咸水和咸水灌溉主要有以下几种灌溉方式：直接利用微咸水和咸水灌溉、咸水与淡水混合灌溉、咸水与淡水交替灌溉(轮灌)。直接利用微咸水和咸水灌溉，必须制定严格的灌溉制度，保证灌溉后土壤含盐量、水分和相对溶液浓度不超过作物允许极限。混合灌溉的目的是降低灌溉水的含盐量或改变其盐分组成。轮灌可根据水资源分布、作物种类和作物生育阶段的特点，充分、有效地发挥咸淡水各自的作用和效益。如旱季用咸水，雨后用淡水；强耐盐作物(如棉花)用咸水，弱耐盐作物(如小麦、玉米、大豆)用淡水；播前和苗期用淡水，而在作物的中、后期用咸水。

　　研究者们针对各研究区的具体情况和农田排水水质特性，也提出了一些有价值的灌水方法、灌溉方式和灌溉制度。Rhoads J.D. 提出采用“作物轮种，水轮灌”的方式利用农田咸排水。薛峰等(1997)建议采用混灌、轮灌和施改良剂等措施改良灌溉水质。马云瑞等(1997)建立了利用农田排水再灌溉的适宜灌溉方式和灌溉制度：第一，控制水质，将农田排水与淡水掺半，保证混合水水质指标处于安全范围内；第二，控制灌溉时间，春季幼苗期早灌混合水；第三，控制空间，保证0～40 cm 土层根区淡化，农田排水与淡水轮灌冲洗，降低根区内土壤含盐量。

3.2 农艺管理措施研究

　　种植模式、栽培管理、施肥措施和土壤改良措施等农艺管理措施影响到作物对土壤的适应性，作物对水分、盐分和氮磷等营养物质的吸收以及盐分和氮磷在根区的吸附和积聚。

　　在微咸水和咸水灌溉实践中，发展了覆膜种植技术，积累了包括农田排水技术、化学改良和生物改良在内的土壤改良的方法和经验。覆膜种植技术具有节水、提高地温、抑制土壤盐分上移等优点，滴灌与覆膜种植技术相结合的方法在中国新疆和国外干旱地区得到的广泛推广应用，取了良好的效果。化学改良大都通过增加钙离子(掺入石膏、氯化钙和石灰等)降低钠离子含量，改善土壤结构性能，增加土壤渗透性和通气性。生物改良主要通过增加土壤有机质来改善土壤结构。

　　大量研究表明，农田排水资源化利用的农艺管理措施选择与土壤类型、作物品种、农业气象条件、排水措施和地下水中的离子化学性能等诸多因素有关。利用农田排水再次灌溉要加强农业耕作措施，要平地、施肥、灌后及时锄地，以减少水分蒸发，防止土壤强烈返盐。薛峰等(1997)提出了可持续利用农田排水资源的管理技术和对策，通过作物品种及栽培管理、灌溉管理(灌溉方法和灌溉制度)、淋洗管理和排水管理等措施，加强利用农田排水再次灌溉条件下的盐渍农业管理。马太玲等(2001)建立了河套灌区利用农田排水再次灌溉系统，提出应在综合考虑灌溉的水量、水质、灌排设施、土壤性质、作物种类、气候、灌溉方式和田间管理措施的基础上，利用农田排水资源。许迪等(2004)建议加强农田排水工程措施，有效控制地下水位，以减轻上层土壤积盐程度，维持作物根区盐分平衡。

4 农田排水资源化利用研究有待进一步探讨的问题

　　农田排水资源化利用应结合不同典型地区出现的问题，以改善农业水土生态环境为目标。西北干旱内陆灌区应结合土壤改良和荒漠化治理，通过农田排水资源化利用，防治水体盐渍化与土壤盐渍化，维护绿洲的稳定性，修复生态环境。西北半干旱引黄灌区和华北井渠结合灌区应结合土壤盐碱化治理和农业水土资源优化配置，通过农田排水资源化利用，提高西北半干旱引黄灌区的水资源利用效率，减少水土流失，缓解地区水资源危机。南方灌区应结合农业面源污染治理，通过农田排水资源化利用，控制水肥流失，防治地表水与地下水污染，维持河流湖泊水体健康。

4.1 排水条件下农田排水的水质水量变化规律研究

　　加强排水条件下盐分、化肥和农药流失观测试验工作，进一步开展排水出流中盐分、氮磷和有毒化合物等污染物流失数学模拟研究，揭示不同地区不同气候、土壤、作物、植被、灌排与耕作方式、化肥和农药使用等条件下的排水出流中盐分、氮磷和有毒化合物等的运移转化规律。

4.2 农田排水资源化利用的灌排方法和农艺管理模式研究

　　制定科学合理的灌水方法、灌溉排水方式、灌溉制度和农艺管理措施是实现农田排水资源安全、持续利用的关键。应结合不同地区特点，研究农田排水资源化利用的灌溉综合技术，包括：适合当地土壤、作物、气候、水质特性等的直接灌溉、混灌、轮灌方式和水质标准；合适的灌水方法及其技术要素等。制定适合当地土壤、作物、气候、水质特性的灌溉制度，选择合适的种植模式、栽培管理、化肥农药施用措施和土壤改良措施等农艺管理措施，重点加强非充分灌溉条件下的水肥综合灌溉制度、覆膜种植和生物改良技术研究。在此基础上建立农田排水资源化利用的控制技术指标体系。

4.3 农田排水资源化利用的工程措施和调控技术研究

　　研究农田排水资源的调蓄工程措施，包括农田排水资源的蓄积、输送、配水等工程的选址与规模论证、结构设计等。研究农田灌溉系统的降水—地表水—地下水—农田排水—生态水联合调控技术。如何评估地区农田排水资源量与需求量，并耦合水资源优化配置技术和农艺技术，以灌区水量平衡、水盐平衡、水肥平衡和水循环机理为基础，以内外兼引和内排为模式，以节水、经济效益、土地利用、生态环境保护为目标，建立农田排水资源化利用的调控机制和面向生态的水质水量联合优化调控模拟模型，是高效、安全利用农田排水资源的难点。

4.4 农田排水资源化利用的生态环境效应研究

　　进一步加强利用农田排水再次灌溉的实验研究，重点研究大区域、长时期利用农田排水资源化利用的可行性及其对土壤、作物、植被和地下水的影响。

　　1)区域水盐、水肥动态变化规律研究

　　根据区域(灌区)的引水量(淡水引水量和排水回灌量)、排水量、入渗量和蒸发量，结合灌区化肥和农药施用状况以及地下水与地表水之间的关系，研究大区域长时间土壤中盐分、不同形态氮磷和农药中残留有毒化合物的积累、运移和转化过程，提出在不同农田排水资源化利用模式下土壤盐分和氮磷的发展演化趋势，为土壤盐碱化和农田径流污染的防治和控制提供理论依据。

　　2)对作物的影响机理研究

　　通过利用农田排水再次灌溉试验，研究作物的不同生育阶段对盐分、氮磷和有毒化合物的吸收规律，建立作物对养分的吸收模式，揭示利用农田排水再次灌溉条件下盐分、氮磷和有毒化合物对作物生长的影响机理。

　　3)地下水污染机理及防污、控污机理研究

　　研究农田排水资源化利用对地下水的影响过程和机理，分析综合考虑作物、耕作和灌溉等要素特征的地下水防污和控污机理，进行农田径流污染下的地下水环境脆弱性评价。

　　4)开展农田排水资源化利用的尺度效应研究

　　研究水盐、水肥的时空变异性，分析农田排水再灌溉条件下不同空间尺度(田间—灌区—流域)间的相互影响和内在联系，建立相应的水量水质转换关系，进行不同空间尺度和时间尺度上农田排水资源化利用的环境效应评价。

4.5 农田排水资源化利用的风险分析研究

　　确定农田排水资源化利用的风险因子，模拟构建各风险因子间的函数关系，建立农田排水资源化利用的风险决策模型，完善风险管理措施。

    注：
    （1）文章来源：农业工程学报，2006年 第22卷 第3期；
    （2）作者单位：武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室。