一种调节湿地生态需水和农业生产用水的错时调水方法与流程

本发明涉及一种农业生产的技术领域，特别涉及一种调节湿地生态需水和农业生产用水的错时调水方法。

背景技术：

湿地是全球单位面积生态系统服务能力最强，但特别脆弱的生态系统。湿地约占全球陆地面积的6％，提供水源涵养与水文调节、珍稀水禽和植物生境维持、气候调节等重要的生态系统服务。三江平原是我国重要粮食生产区、国家级生态功能区和湿地生物多样性集中分布区，在保障水资源供给、减轻洪涝灾害、保护生物多样性、维系区域生态安全中发挥着不可替代的重要作用对维护国家粮食安全和生态安全，保护生物多样性极为重要。

20世纪50年代以来，三江平原大面积的湿地被开垦成耕地，原生湿地与开垦农田并存，成为湿地土壤受人类活动影响最为显著的热点区域之一。由于湿地的持续萎缩和退化，当前农业用水与生态用水矛盾突出，旱田改成水稻田，自然降水远无法满足水稻正常的生长需水要求，促使水稻种植户大规模的开采地下水进行灌溉，地下水位的持续下降，贮存量的减少，相应导致湿地地表水资源的贮存量也减少，湿地可利用淡水资源快速减少和对地下水补给能力的持续降低，使该地区面临着农业水资源保障的巨大威胁。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明目的在于提供一种调节湿地生态需水和农业生产用水的错时调水方法。本发明提供的方法结合稻田供水和湿地需水形成一种补偿的供水机制，通过错时调水协调湿地生态需水和农业生产用水的矛盾，合理利用水资源，既能保证湿地的长期稳定发展，又能解决农田用水紧缺的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种调节湿地生态需水和农业生产用水的错时调水方法，包括以下步骤：

(1)在湿地区域植物的萌芽期，将湿地区域水位保持在0～1cm，多余湿地水资源用于农田灌溉；

(2)在湿地植物萌芽期后至进入生长旺盛期前，对湿地区域进行一次性供水，供水水位为10～12cm；

(3)在湿地植物的生长旺盛期至季节性枯萎期间，对湿地区域进行周期性供水，供水水位为0～1cm。

优选的，所述步骤(1)中湿地区域的水位为0cm。

优选的，所述步骤(2)中的供水水位为10cm。

优选的，所述步骤(3)中湿地区域的水位为0cm。

优选的，所述步骤(3)中周期性供水的供水周期为10～20天。

优选的，所述步骤(3)中周期性供水的供水周期为15天。

优选的，所述湿地区域和所述农田之间设置有沟渠和提水系统。

本发明提供了一种调节湿地生态需水和农业生产用水的错时调水方法，包括以下步骤：(1)在湿地植物的萌芽期，将湿地区域水位保持在0～1cm，多余湿地水资源用于农田灌溉；(2)在湿地植物进入生长旺盛期前，对湿地区域进行一次性供水，供水水位10～12cm；(3)在湿地植物的生长期至季节性枯萎期间，对湿地区域进行周期性供水，供水水位为0～1cm。本发明提供的方法根据湿地植物不同发育时期进行定水位和定期供水策略，将多余水用于农田灌溉，减少了农业灌溉对地下水的大量开采，保护地下水资源，进而保护了湿地的重要补给来源，有效防止了湿地因地下水补给匮乏导致的湿地面积萎缩和湿地功能退化，在保证湿地生态系统长期稳定发展的同时解决了农田用水紧缺的问题。

附图说明

图1为本发明实施例1中第一阶段毛苔草株高测量结果；

图2为本发明实施例1中第二阶段毛苔草株高测量结果；

图3为本发明实施例1中第三阶段毛苔草株高测量结果；

图4为本发明实施例1中植物生物量检测结果。

具体实施方式

本发明提供了一种调节湿地生态需水和农业生产用水的错时调水方法，包括以下步骤：

(1)在湿地区域植物的萌芽期，将湿地区域水位保持在0～1cm，多余湿地水资源用于农田灌溉；

(2)在湿地植物萌芽期后至进入生长旺盛期前，对湿地区域进行一次性供水，供水水位为10～12cm；

(3)在湿地植物的生长旺盛期和生长后期，对湿地区域进行周期性供水，供水水位为0～1cm。

本发明在湿地区域植物的萌芽期，将湿地区域水位保持在0～1cm，多余湿地水资源用于农田灌溉。本发明优选在调水前对农田周围湿地区域进行调查，确定湿地区域的物种信息和水文信息，具体的如优势种、建群种和关建种以及水位和水分来源等信息，明确湿地区域的范围，确定可供调水的水量。

对生态区域进行调查后，本发明优选在湿地区域和农田之间建立沟渠和提水系统，使湿地和水稻田实现联通，并在联通结点处设置阀门。本发明对沟渠和提水系统的建立方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的方法进行建立，能够实现水资源在湿地区域和农田间相互转移，且能够对流动的水资源进行有效阻止和控制即可。

本发明在湿地区域植物的萌芽期将湿地区域水位保持在0～1cm，更优选为0cm。本发明在湿地植物的萌芽期，将湿地水位保持在0～1cm，此处所述湿地水位为0～1cm，是指在萌芽期期间，通过人工维持使湿地水位维持在0～1cm，不能出现自然落干的情况；本发明对湿地水位的人工维持方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的维持水位的方法即可。本发明通过控制萌芽初期的湿地水位，使湿地植物少量缺水，并且达到在少量缺水情况下促进植物的生长和繁殖的目的。在本发明的具体实施例中，所述湿地植物的萌芽期具体是指5月22日～6月21日，也可以根据湿地植物的具体生长情况进行确定。

在本发明中，所述农田优选为水稻田，本发明在湿地植物萌芽期将湿地区域水位保持在0～1cm，将多余水排至水稻田中，使水稻田中的水达到水稻泡田定额；所述水稻泡田定额可结合农业生产经验和水稻田规模确定，达到水稻泡田定额后，多余的湿地水资源可以返回湿地或者进行其他农业生产。

本发明在湿地植物萌芽期后至进入生长旺盛期前，对湿地区域进行一次性供水，供水水位为10～12cm。在本发明中，所述对湿地区域进行一次性供水具体是指一次性对湿地区域供水10～12cm，然后自然落干，中间无再进行补水，也无需对水位进行人工维持；本发明对一次性供水的时间节点没有特殊要求，可以选择萌芽期后至生长旺盛期前的任意时间点。在本发明中，所述指萌芽期后至生长旺盛期前具体的指6月22日～7月9日左右，在本发明的具体实施例中，可以根据湿地植物的生长状况进行确定。

在本发明中，所述一次性供水的水位为10～12cm，优选为10cm。在本发明中，多余湿地水资源用于农田灌溉，优选用于水稻田种植，水稻田内水到达水稻泡田定额后，若还有多余的水资源，可用于其他农业生产。

本发明在湿地植物的生长期至季节性枯萎期间，对湿地区域进行周期性供水，供水水位为0～1cm。在本发明中，所述生长期至季节性枯萎期间具体是指7月9日至湿地植物季节性枯萎之间的一段时间，在本发明的具体实施例中，可以根据湿地植物的生长状况进行确定。

在本发明中，所述周期性供水水位控制优选为0cm。在本发明中，所述周期性供水具体是指：对湿地区域供水至水位为0～1cm，供水后，自然落干，到达供水周期后再次供水至0～1cm，形成供水循环。在本发明中，多余湿地水资源用于农田灌溉，优选用于水稻田种植，水稻田内水到达水稻泡田定额后，若还有多余的水资源，可用于其他农业生产。

在本发明中，所述周期性供水的周期优选为10～20天，更优选为15天。本发明通过周期性供水，使湿地植物处于干湿交替状态，更好的促进湿地植物在生长期和生长后期的生长。

下面结合实施例对本发明提供的调节湿地生态需水和农业生产用水的错时调水方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

在实验室中和模拟湿地植物的生长状态，进行试验：

(1)实验植物对象的采集

试验植物对象为毛苔草，选用的毛苔草在三江平原洪河农场被农田所包围的沼泽湿地中采集，保持原始状态栽入盆中，保证每个盆中的原始样品基本保持一致性。

(2)对植物样品进行供水控制模拟

采集回来的毛苔草样本种植在中国科学院东北地理所温室内进行模拟试验。两个区域都属温带大陆性季风气候，四季分明，雨热同季，春季气温较低，干燥多风，夏季温热多雨，秋季湿润凉爽，昼夜温差大，冬季漫长，干燥寒冷。由此可以看出，模拟试验地的气候和采样地气候相差不大。为了更好的控制自然降雨对试验中水分的影响，植物在温室内进行，试验开始后温室的门窗均开放，保证室内通风良好，并尽量减小室内与室外的温度差。

(3)温室供水策略设置

在毛苔草整个生长周期中，根据稻田灌溉规律，分四个阶段供水，第一个阶段为毛苔草萌芽期(5月22日～6月21日)，保持持续水位在0cm，共24个重复。第二个阶段为6月21日～7月9日，分为供水一次自然落干和不供水自然落干，供水一次的水位在10cm，不供水的水位在0cm，两者在各自水位基础上自然落干，每组12个重复。第三阶段为7月9日～9月27日，在上述每个处理上分为15天和30天周期供水，每一周期供水一次后自然落干，两种周期每次供水使水位分别为10cm、0cm和-20cm，在此水位基础上自然落干，每组2个重复。最后一个阶段为9月27日～10月28日，保持水位在10cm。

(4)试验方法

不同供水策略处理标号为w1～w12(见表1)，按后期供水水位分成四组，即组1(w1～w3)、组2(w4～w6)、组3(w7～w9)和组4(w10～w12)。

同时，设置对照组，在样品中随机选取三盆，整个生长季分别保持水位在10cm、0cm、-20cm，标记为ck1、ck2、ck3，观察整个生长季情况。

表1供水策略设置

每盆随机选择三株毛苔草进行标记，在植物生长的不同时期(5～10月)对标记的毛苔草株高进行观测。在生长季结束时，将所有的毛苔草收割，并计算地上部分的总生物量。

(5)结果与分析

a.不同供水策略对毛苔草株高的影响

分别在5月25日、6月3日和6月15日测量各个实验组的毛苔草株高，所得结果如图1所示；

由图1可以看出，生长初期，不同的水位之间株高呈极显著正相关。5月25日，各处理之间并没有显著性差异(p＝0.375，p>0.05)，说明毛苔草在最初的状态是相似的，并没有较大差异的植株影响后期生长的结果。6月3日，株高最大是0cm水位的处理，其次是10cm水位的处理，两者之间没有显著差异(p＝0.308，p>0.05)。6月15日，0cm水位的处理之间并没有显著差异，去株高最大，且与ck1、ck3之间都存在显著差异(pck1＝0.004，pck3＝0.000，p<0.05)。这表明，在生长初期，干旱(水位-20cm)和淹水(水位10cm)都会阻碍植物的生长，而少量的缺水(水位0cm)则会促进植物生长。

对第二阶段毛苔草的株高进行测量，所得结果如图2所示，图2中标注的字母不同表示数据间的差异显著(p<0.05)，标注的字母不同表示数据间的差异不显著(p>0.05)，大写字母表示数据间有极限出差异(p<0.01)。

由图2可以看出，在初期供水后，供水的毛苔草株高更大，供水与不供水的两个处理之间有显著差异(p＝0.008，p<0.05)。ck1在这一阶段株高迅速增长，几乎与ck2持平。而ck3最矮，且与其他处理都有极显著差异。这说明在这一阶段供水对毛苔草的生长有促进作用，植物生长初期时0cm水位对其促进作用的优势在这个阶段表现不明显。该实验结果表明，在第二阶段对湿地植物一次性供水10cm，最有利于植物的生长。

分别在7月14日、7月23日和8月7日测量毛苔草的株高，测量结果如图3和表2所示；

图3和表2可以看出，7月14日，ck3与所有处理都有显著差异，而其他处理间并没有显著差异。7月23日，w1～w12处理之间有显著差异(p＝0.019，p<0.05)，w1、w2和w5相对高一些，组4处理相对矮一些，这两组处理具有显著性差异，而与其他处理之间差异不显著。ck1与w10、w11和w12之间有显著差异(pw10＝0.008，pw11＝0.023，pw12＝0.013，p<0.05)，ck2与w1之间有显著差异(p＝0.050，p<0.05)，ck3与所有处理都有显著差异。8月7日，w1～w12处理之间的差异变得更加明显，呈极显著差异态势(p＝0.001，p<0.05)。组1和组2处理高于组3和组4处理。w1最高，w12最矮，除组1外，其他每组处理中，后期供水的水位均为0cm处理的毛苔草要高于同组的其他处理。ck1与组3和组4内的各处理之间有显著差异(pw7＝0.003，pw8＝0.059，pw9＝0.002，pw10＝0.000，pw11＝0.000，pw12＝0.000，p<0.05)，ck2与组4内的各处理之间有显著差异(pw10＝0.007，pw11＝0.043，pw12＝0.007，p<0.05)，ck3与所有处理都有显著差异。

以上统计结果表明，在第三阶段，选择15天的供水周期和0cm的水位，可以保证毛苔草长势良好。

表2第3阶段毛苔草株高差异性数据

第四阶段9月27日～10月28日，ck3已经完全枯黄；w9和w10～w12有大部分已经开始枯黄，绿色的植株较少；其他处理都有不同程度的萎蔫和枯黄现象，但差异并不明显。

b.不同供水策略对毛苔草生物量的影响

在生长季结束时，将所有的毛苔草收割，并计算地上部分的总生物量，所得结果如图4所示，图4中标注的字母不同表示数据间的差异显著(p<0.05)，标注的字母不同表示数据间的差异不显著(p>0.05)，大写字母表示数据间有极限出差异(p<0.01)。

根据图4可以看出，毛苔草的生物量和生长末期植物株高的趋势相似。w1～w3的生物量最高，而随着供水的减少，生物量也在减少，w10～w12的生物量最低。毛苔草的生物量大于ck1的处理有w1、w2、w3和w5。其他的处理都与ck1、ck2有显著性差异，且小于ck2。

(6)结论

在毛苔草生长初期，持续的干旱和淹水都会阻碍植物的生长，而少量的缺水(水位0cm)则有利于植物生长。在植物进入生长旺盛期前供水10cm，可以促进株高的增加和生物量的积累，有利于植物生长。毛苔草生长后期，虽然都是波动水位，但供水周期的长短和水位的高低会影响植物的生长。15天的供水周期和0cm的水位可以更好的促进植物的生长，同时也能缓解前期生长受到的抑制。

在毛苔草整个生长周期中，萌芽时，少量缺水；进入生长旺盛期前供水10cm；生长期和生长后期(季节性枯萎前)保证0cm的水位和15天的供水周期，这种供水策略优于其他策略，可以保证毛苔草长势良好。

由以上实施例可知，本发明提供的方法根据湿地植物不同发育时期进行定水位和定期供水策略，可以保证湿地植物在少量缺水的情况下长期稳定的生长，从而使多余的湿地水可以用于农田灌溉，减少农业灌溉对地下水的大量开采，保护地下水资源，进而保护了湿地的重要补给来源，有效防止湿地因地下水补给匮乏导致的湿地面积萎缩和湿地功能退化，在保证湿地生态系统长期稳定发展的同时能够解决农田用水紧缺的问题。

由以上实施例可知，本发明以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。