流域面源污染控制

1、请解释控蚜生态工程的原理。

答：控蚜生态工程充分发挥边缘效应原则，是生态系食物链的重新组合。例如，麦、棉间作，由于在小麦上生长的大量瓢虫，可减轻棉蚜虫的危客，有利于棉花生长。由于棉田与小麦间作构成的生态系统内因子众多，关系交错，生产上只需掌握与功能发挥密切相关的一些特征数值，例如瓢虫与棉蚜的比例，就可了解系统的变化，为人工控制提供依据。

系统随着时空的推移，作用（功能）也在变化，称为系统的状态转移，或系统的过程。系统过程，反过来，又决定着组成系统的单元的状态转移。

系统功能的实现过程一般经历三个阶段，即组织或生成阶段，功能或服务阶段及退出或结束阶段。从能量的集散过程看，可分为蓄能阶段、势能阶段、能量转化阶段和势能耗尽或转移阶段。一般地，系统的组织或生成阶段为蓄能阶段，服务阶段为势能或能量转化阶段，退出阶段为势能耗尽或转移阶段。系统的组织或生成阶段“具有产生过程状态全集的能力”，即构成状态结构序列的能力。在此阶段，势能不断提高。系统的服务即功能阶段，有的以势能的保持来实现功能的，如建筑物、书籍、卫星定点等，有的是以能量转化实现的，如炸弹、原子弹的爆炸等; 而多数为二者兼备，如控制器，能量转化器，电厂，生态工程等，这类系统本身具势能结构，同时又转化能量，同时实现功能。

这项生态生物工程设施在田间的实施仅为在棉田插种小麦，之后随着时间的推移，系统具有组织能力，小麦蚜和瓢虫自动赶来，其状态结构不断形成，其作用也不断发生变化，到一定阶段产生控制棉蚜的功能，最后，功能实现，工程推出。这就是新系统的状态转移过程。这里，系统作为一个整体在运动着，系统整体的状态转移又影响着系统内每一个组成单元的状态变化过程。而且，系统的状态转移过程就体现在系统内单元状态结构的变化上。

2、生态平衡施肥所遵循的基本原理是什么？

答：

1. 归还学说。

也叫养分补偿学说。是19世纪德国化学家李比希提出的，他是第一个试图用化学测试手段探索土壤养分的科学家。主要论点是：作物从土壤中吸

收带走养分，使土壤中的养分越来越少。因此，要恢复地力，就必须向土壤施加养分。而且他还提出了“矿质养分”原理，首先确定了氮、磷、钾3种元素是作物普遍需要而土壤不足的养分。至今，测土施肥科学已经取得了长足的进展。目前世界各经济发达国家，测土施肥已成为一面常规的农业技术措施。

其实质是人类从土壤中拿走多少养分, 就要归还多少养分, 考虑到高产和养分损失等原因, 所归还的养分甚至还要比拿走的养分多。有时土壤中有效养分绝对含量很多, 但在作物需肥高峰时相对数量就显得不足, 施肥（追肥）的另外一个目的就是在关键时期提高土壤有效养分的相对浓度。苗期是作物需肥敏感期, 虽然在养分总数量方面需求不多, 但是要求养分必须齐全和速效, 并且在数量上能够保证, 特别是磷肥。作物吸收磷和钾在前期较氮多, 所以磷肥和钾肥一般作为基肥投入。氮肥的易移动性和中后期需求较多的特点, 使得高产农田必须追施氮肥, 这时氮肥的需求数量较大, 即最大需肥时期。配方施肥同样要考虑到作物吸收养分的特点, 即“ 需肥敏感期” 和“ 最大需肥时期” 。

2. “ 最小养分率” 和“ 养分不可替代性”

这也是李比希在试验的基础上最早提出的。他说“某种元素的完全缺少或含量不足可能阻碍其他养分的功效，甚至减少其他养分的作用”。最小养分律是指作物产量的高低受作物最敏感缺乏养分制约，在一定程序上产量随这种养分的增减而变化。它的中心意思是：植物生长发育吸收的各种养分，但是决定植物产量的却是土壤中那个相对含量最小的养分。为了更好的理解最小养分律的涵义，人们常以木制水桶加以图解，贮水桶是由多个木板组成，每一个木板代表着作物生长发育所需一种养分，当由一个木板(养分) 比较低时，那么其贮水量(产量) 也只有贮到与最低木板的刻度。

即作物产量提高在养分方面的限制因素主要受缺少或最少养分含量的那个养分所限制, 要想提高产量必须补充最缺少的那个养分的数量, 而这个最缺少的养分是不能被其它养分所替代的。土壤——作物——肥料间的关系极其复杂, 养分限制因素也是经常变化的, 有时表现为大量元素, 而有

时补充微量元素能显著提高产量和改善品质。目前我国土壤中氮、磷普遍成为限制因素, 但磷肥用量又偏高, 高产田钾肥正在成为限制因素, 不同地区至少有1 种以上中微量元素成为限制因素。

3. 报酬递减律

报酬递减律最早是作为经济法则提出来的。其内涵是：在其他技术条件(如灌溉、品种、耕作等) 相对稳定的前提下，随着施肥量的逐渐增加，作物产量也随着增加。当施肥量超过一定限度后，再增加施肥量，反而还会造成农作物减产。

4. 根据作物不同生育期配比肥料。

作物不同生育期其肥料适宜用量和分配比例不同。

1) 一般生育期短的作物应以基肥为主，早追肥；而生育期长的作物应加大追肥比例，分次施肥。在追肥过程中，首先要考虑作物营养临界期，保证肥料适时有效地被作物利用。

2) 粘质土壤宜采用重基肥、早追肥（前促后控）的施肥方式，以避免后期贪青。沙质土壤采取追肥为主的“少吃多餐”施肥方式，防止后期脱肥。壤质土采用基追并施，以防后期脱肥，保持均衡增长。

5. 因子综合作用律

据统计，作物增产措施施肥占32％，品种占17％，灌溉2％，机械化占13％，其他占10％，因此配方施肥应与其他高产栽培措施紧密结合，才能发挥出应有的增产效益。在肥料养分之间，也应该相互配合施用，这样才能产生养分之间的综合促进作用。

6. 确定施肥量的方法。

在其它条件相同的情况下, 作物单产随着某一种养分施入量而变化的曲线称为肥料效应曲线。从不施肥开始, 随着施肥量的增加, 单产增加较快, 而后基本不再增加, 最后反而下降。我们将最大产量时所对应的施肥量称为

“最大施肥量” , 它是缺少粮食社会的施肥目标。最佳施肥量是指能够获得最大施肥经济效益的施肥量。即施肥量一旦超过这个数值, 多增加施肥的成本大于等于多增产粮食的价值。受气候和土壤影响, 许多地区氮肥会向地下水渗漏, 如果地下水被氮肥污染, 几乎无法治理, 导致区域性癌病频繁发生。这时, 只要减少一部分施肥量, 渗漏的氮肥却可以大为减少, 这时的施肥量被称为“ 环境经济施肥量” , 我们称为“生态施肥量”。

3、为什么要强调生态平衡施肥？

答：

1. 平衡施肥的意义。

生产实践证明：平衡施肥的推广应用，改变了以往盲目施肥为定量施肥，同时也改变了单一施肥为：以有机肥为基础、氮磷钾等多种元素配合施用，特别是对化肥结构调整起着更重要的作用。目前已由单元素化肥品种，发展为两元素复合肥，及至多元素复合肥和作物专用肥。比如，配方肥(BB肥) 或复混肥的科技含量高，施用方便，土壤污染少，深受农民欢迎。配方施肥在农业生产上实现了增产、改善农产品品质、节肥、增收和平衡土壤养分等显著效果，具体有以下四个方面好处：

1) 平衡施肥可以有效提高化肥利用率。

目前我国化肥利用率仍比较低，平均利用率在35％左右，比世界发达农业国家低10个百分点左右，提高化肥利用率的潜力很大。

2) 平衡施肥可以降低农业生产成本。

进入市场经济以后，特别是由短缺农业转向农产品剩余，出现农产品买方市场以后农业生产发生了历史性转折，即由数量型农业转向以经济效益为中心、以农民增收为目标的效益型农业。这样，如何实现农业节本增效。就是生产中首先要考虑的大问题。搞好平衡施肥，提高用肥的科学水平，是节约农业成本的关健措施。

3) 平衡施肥增产增收效果明显。

通过平衡施肥，满足了农作物对各营养元素的需求，使得农作物能够正常地生长发育，从而获得理想的产量和效益。据大量试验、示范得出的结论，

在等量肥料投入的情况下，采用平衡施肥技术，一般可增产10％左右。

4) 平衡施肥有利于农产品质量。

我国加入WTO 以后，农业受到冲击非常大，主要原因就是我们的农产品质量较差。质量差的原因较多，如品种、自然条件等，肥料施用不合理也是其中一个主要原因。平衡施肥既满足了农作物对营养元素的需求，使之正常发育，完全成熟，提高了农产品的质量，又没有剩余，避免了肥料浪费，减少土壤污染。

2. 目前施肥模型的局限性。

目前的两类典型施肥模型, 无论是基于统计方法的米式方程, 还是基于平衡方法的目标产量法, 从方法提出至今没有大的改进 ,所使用的“土壤养分换算系数” 和“ 表观肥料利用率” 两个参数均具有不稳定性, 在预测施肥量时耕下层养分供应量和耕层一季养分矿化或释放量被折算在耕层有效养分含量之中考虑, 其结果是施肥量预测误差偏大。

3. 发达国家施肥技术发展趋势

加拿大萨斯卡彻温省的测土山昆施肥方法不仅考虑土壤养分, 还考虑土壤水分, 以及反映经济效益的产量和品质指标。美、日和欧洲等发达国家化肥的80 %以上是通过配方肥料形山昆式使用的, 美国有测土配方站8000 多个。发达国家正在将3S 技术【遥感(Remote sensing)、地理信息系统(GIS), 全球定位系统(GPS)】与农业机械化结合在一起的精确施肥技术的试验, 每季将不同空间单元的产量数据绘制成图形贮存在计算机中作为下一季科学施肥的主要依据, 它代表了未来施肥技术的发展方向。

4. 理想施肥模式和化肥发展趋势

最好的施肥模式是化肥与有机肥配合施用, 在没有有机肥投入的情况下, 化肥中氮、肥、钾元素比例合适也是比较好的施肥模式。肥料使用趋势是有机肥、无机肥和微生物肥相结合, 无机肥中氮、磷、钾相结合。化肥发展趋势是:高浓度化、液体化、缓效化、专用化、复混化。

5. 当前农业生产施肥存在有以下问题

1) 肥料品种选择不当。

当前市场上肥料品种很多，有大量元素肥料、中微量元素肥料、底施肥料、追施肥料、各种叶面喷施肥料等。大部分农民凭经验选用肥料品种，即某种肥料施用效果较好，就连年施用，也不管什么作物都用同一化肥品种，且用肥量随着对产量的要求量不断增加，有多大效益并不清楚。有的看别人用什么肥料就用什么肥料，听广告宣传购买肥料，不去考虑土壤条件和作物需肥特性，长期施用一个肥料品种，造成土壤养分失衡。

2) 施肥数量不合理，带有盲目性。

大多数农民不考虑经济效益及品质因素，片面认为多施用肥料就能多增产，效益就高。造成不少农民过量施肥。特别是价格较高的作物，肥料投入量较大，氮、磷、钾三要素肥料施用比例不协调。通过调查，在小麦施肥上，多数氮肥施用量过大，造成肥料流失、利用率低、小麦倒伏现象及病害加重、品质下降，污染地下水的不良后果，并造成资源和经济上的浪费。

3) 施肥方法不科学。

主要是为了减少劳动量、图省事，不管什么品种的肥料在作物追肥时采用地表撒施、大水浇灌，造成肥料流失、利用率下降。基肥、追肥比例不合理，不按作物需肥规律，采用一次大量施肥的现象还比较普遍。有机肥施用方面，由于农村劳动力转移，有机肥积造施用锐减，随着秸秆还田机械的推广使用，一次性秸秆还田量过大现象普遍存在，造成耕层作物秸秆集中，土壤空虚，加上耕层浅，出现影响作物种子发芽和根系发展，及枯死、地下虫发生量大等不良后果。

4) 肥料利用率低

肥料利用率低是我国现行施肥方法弊端的主要表现形式, 究其原因如下。 ①肥料原因:可控缓释肥料用量小:与发达国家复合肥使用占80%相比, 我国复合肥使用仅占10%左右; 有机肥投入逐渐减少。

②技术原因:对施肥的经济效益和生态效益重视不够, 施肥模型有待优化; 作物需肥规律和肥料配方支持系统研究落后; 土壤施肥类型区分不合理, 使研究资料和参数没有足够的代表性; 缺少对多年连作作物和整个轮作周期长期推荐施肥动态研究和观测; 缺少区域不同土壤和作物的放肥标准; 土壤速效养分速测方

法成本偏高。

③体制原因:配方施肥在中国虽然可增产8 ～ 15 %。但推广面积仅为10 ～ 30%, 主要原因是没有形成以配方施肥为核心, 以经济利益为驱动力的区域性生产——服务——施用产业化网络, 即农化服务体系。

6. 不科学施肥形成的不良后果

化肥对农业生产的发展起了重大作用，但不能科学地施用肥料，特别是近年来化肥的施用量过大给农业及社会带来了一些不良后果。如氮肥过量施用会造成地下水硝态氮积累，污染环境，生产成本增加。施用时间不合理，造成植物体内硝态氮过度积累，降低了农产品品质，对人体健康不利。用肥量过低，比例不协调，产量不增加，经济效益低。施肥不合理，各种养分不平衡，造成土壤养分不协调，影响肥力提高，不利于土壤培肥。过量施肥造成土壤板结和土壤盐分积累，使土壤可持续生产能力降低。

7. 推广平衡施肥技术的有利条件

随着农业生产技术的发展，人们生活水平的提高，推广平衡施肥技术已具备了一定的条件。

1) 通过测土配方施肥项目的8 年实施，监测手段趋于完善。县土肥站对化验室进行了整修完善，补充了较先进的仪器设备，具备了土壤、肥料的化验监测条件和指导科学施肥技术能力。通过8 年来对大量土壤样品的化验分析，摸清了全县各种土壤类型的肥力状况和分布规律。

2) 农民开始接受平衡施肥技术，大部分农民已认识到盲目施肥的危害和平衡施肥的好处，极大地提高了广大农民应用平衡施肥技术的积极性。

3) 推广平衡施肥技术有大量的数据依据可用。通过对大量的土壤样品、植株样品的化验分析，获取了大量的土壤及植株数据信息。8 年来连续多点的田间肥效试验，取得了大量的数据参数，多年的定点肥力监测情况取得了土壤肥力变化情况数据。利用现代的电脑技术建立了完整的数据库，极大地方便了各种信息的提取应用。

4) 城乡居民生活水平的提高，从追求产品数量向追求质量发展。

从政府官员到普通居民都开始关心农产品质量问题，政府部门也都在抓农产品质量，而施肥与农产品质量密切相关，也为平衡施肥技术推广工作提供了有利条件。

8. 开展平衡施肥势在必行

开展平衡施肥可以解决目前施肥中存在的问题，减少因施肥不科学带来的不利影响，可取得明显的经济效益和社会效益。经济效益方面：通过调查，在小麦种植方面采用平衡施肥技术的可节本增效40 元/667㎡左右；玉米采用平衡施肥技术可节本增效40元/667㎡以上。社会生态效益方面：通过平衡施肥，耕地地力得到培肥，持续生产能力提高，地下水环境免受污染，生态环境改善，得利于当今，有益于子孙后代。

4、如何评价生态平衡施肥的效果？

答：肥效评价的指标体系，包括4 方面9 项指标：

1. 用产量评价的指标，有肥料转化率、最低肥料转化率、最高肥料转化率、平均肥料转化率；

2. 考虑对环境负面影响的指标，有肥料离土率、生态施肥量上限；

3. 考虑土壤培肥的指标，有培肥施肥量下限；

4. 考虑土壤和肥料共同作用的指标，有土壤-肥料养分表观转化率（Soiland Fertilizer Yield，简称S-FY ）和土壤-肥料养分表观离土率（Soil and Fertilizer Leave Rate，%，简称SFLR ）。

施肥是多目标的，如何协调产量、品质、成本、土壤培肥和控制污染，是一个优化的过程，凡是能够达到高产水平（不一定是最高产）、能够保障品质、不显著增加或降低成本、能培肥或保持土壤肥力、减少污染的施肥量都是我们追求的，暂定义为生态施肥量，它应该是个范围，这个范围受气候、地貌、土壤、作物等因素影响而有所不同，其最大值就是生态施肥量上限。

生态平衡施肥指标体系见表1。

表1

肥料转化率的求算方法

1. 肥料长期定位试验

当肥料长期定位试验能够获得ΣWin 、Wi 、Wj 、ΣWyield 时，即可通过差减法求出ΣWleave ，相关参数的求算方法如上文所述。

2. 普通肥料田间试验方法

对于任何肥料田间试验，只要能够获得Win 、Wi 、Wj 、Wyield 即可求出Wleave ，然后可以按上文分析计算出各项指标。但是多数情况下Wj 是没有测定的，此种情况下如何求算以上指标呢？普通的肥料田间试验只能获得：Win 、Wyield 、Wi ，一般不知道的Wleave 和Wj 。假设有7 个处理情况下，根据式（1）可以分别列出如下方程：

Wj1+Wleave1=Win1+Wi-Wyield1=A （20）

Wj2+Wleave2=Win2+Wi-Wyield2=B （21）

Wj3+Wleave3=Win3+Wi-Wyield3=C （22）

Wj4+Wleave4=Win4+Wi-Wyield4=D （23）

Wj5+Wleave5=Win5+Wi-Wyield5=E （24）

Wj6+Wleave6=Win6+Wi-Wyield6=F （25）

Wj7+Wleave7=Win7+Wi-Wyield7=G （26）

Wj1 为施肥过少的处理，Wj2 为施肥较少的处理，Wj3 为施肥稍少的处理，Wj4 为施肥中等的处理，Wj5 为施肥稍多的处理，Wj6 为施肥较多的处理，Wj7 为施肥过多的处理。取7 个处理的Wj 之和的平均应该大致等于Wj4，它大致应该等于Wi 。于是，Wleave4=D－Wj4= DWi 。即在施肥量中等情况下，由

Wj4+Wleave4=Win4+Wi-Wyield4 （ Wj4= Wi ）得到：Win4=Wyield4+Wleave4。也可以用长期定位试验大致标定一下Win4 是否可以作为当地近似的合理施肥量标准，如果可以，Wyield4 /Win4+Wleave4 /Win4≈1 成立，即，肥料养分转化率+肥料养分离土率≈1。于是可以得出结论：中等施肥量或合理施肥量情况下可近似地求出肥料转化率。

将肥料利用率和肥料转化率涉及的多项内容进行比较，如表2。理论上，评价肥料利用率的参考系是缺素区土壤养分供应量；评价肥料转化率的参考系是土壤全量养分变化量，它是以生态平衡施肥理论为基础，将土壤——肥料——作物——环境作为一个系统考虑，它不需要特殊的示踪方法，更不需要空白区和缺素区作为对照，而只需要3～5 a 定位试验以反映某施肥量情况下土壤-肥料-作物-环境之间的养分稳定关系。方法上，肥料转化率求算所需要的原始试验数据可以为以前任何田间试验数据，这样就实现了信息共享，能够在短时间内按肥料转化率定义对肥料功效进行重新评价，并建立新理论下的测土配方施肥指标体系。实践上，肥料转化率定义和算法来源于实际工作。

表2