土壤剖面概念篇1
[关键词]隆化县；耕地地力；指标分析
耕地是土地的精华，是人类物质产品的来源地。耕地地力评价是根据所在地特定气候区域以及地形地貌、成土母质、土壤理化性状、农田基础设施等耕地系统的各组成要素之间的相互作用而表现出来的综合特征，来评价耕地生物生产力的高低。耕地地力评价的任务就是通过对耕地资源的科学评价，了解耕地资源的利用现状和存在的问题，从而合理利用现有的耕地资源，治理或修复退化、沙化以及受污染的土壤，为农业结构调整、无公害农产品生产等农业决策提供科学依据，保障农业的可持续发展。目前在全国开展的县级耕地地力评价，是在GiS技术系统的支持下，运用相关分析、层次分析和模糊评价等数学方法和数学模型进行的。其中参评因子的选取、权重的计算、单因子隶属度的确定是决定评价成功与否的关键，也是重点研究的内容。
一、研究区概况
隆化县位于河北省北部，地理坐标116°47′45″～118°19′17″e，北纬41°08′47～41°50′09″n，地貌区划为冀北山地，海拔410～1670m，属中温带半湿润季风型气候。土壤类型以棕壤、褐土、潮土为主。全县总面积5462k㎡，其中耕地57333h㎡，为农业部第三批测土配方施肥项目县。按照项目要求，用GpS定位取土、调查，进行常规测试分析，查清了全县土壤肥力状况。采用GiS技术，建立了县级1：50000土壤空间数据库。在此基础上，对耕地质量进行了定量化和科学、准确的评价。
二、参评因子的选取和分析
根据主导因素原则、差异性原则、综合性原则和稳定性原则，在全国共用的47项指标体系框架中选择了气候、立地条件，土壤剖面性状、土壤理化性状4大类10项指标，作为隆化县耕地地力评价的依据。
1.气候因子分析
在耕地生产潜力评价中，反映气候条件的主要是水热条件。水热条件是自然地理环境中最活跃的因素，它是系统能量的源泉，决定着自然地理环境的复合，农业生产的潜在水平和实际水平。
影响隆化县耕地生产潜力的气候因子主要是无霜期和降水量，且无霜期比降水量更重要。
（1）无霜期。隆化县无霜期西北部100d、东南部160d，>10℃积温1800～3200，与无霜期分布趋势一致。这样温度条件，对当地主栽作物产量影响很大。无霜期短的地区，只能种植生育期短的玉米品种和杂粮，而且往往因晚霜造成毁种，秋季霜冻造成减产。无霜期长的中南部则可以种植水稻。
（2）降水量。隆化县年降水量400～550mm，呈西北低、东南高的趋势。150mm的差距虽然很小，但由于恰处于半湿润和半干旱气候的过渡地带，旱作农业区，降水量与时空分布的差异，仍对耕地的生产能力造成明显的影响。
2.立地条件分析
隆化县耕地立地条件中，地貌类型和成土母质对耕地地力影响较大，其中地貌类型的影响相对重要一些。
（1）地貌类型。地貌是通过地表物质和能量的再分配，对耕地的生产能力产生影响的。这里所说的地貌类型，是指中小地貌类型。当地耕地所处的地貌类型主要有：低山、黄土地貌、起伏洪积高台地、平坦河流高阶地、河流低阶地、河漫滩。
①低山：耕地多为坡耕地，分布零散，有不同程度的土壤侵蚀，跑水跑肥。阴坡温度低，阳坡干燥，对作物生长发育均有不良影响。
②黄土地貌：主要为黄土梁峁、沟谷及缓坡地，多数修筑为梯田，田面较平缓，有轻度侵蚀或无侵蚀。
③起伏洪积高台地：分布于低山河谷，多为古代洪积阶地，切割破碎，地面微倾斜，地下水位较低，对土壤无影响。
④平坦河流高阶地：分布于低山宽谷，地势平坦开阔，地下水位3～5m，多为潮褐土，无侵蚀，一般有灌溉条件。
⑤河流低阶地：一般分布于河流两岸，受地下水侵润，多为潮土，且灌溉条件较好，有的地方可以引洪淤灌。
⑥河漫滩：多为河漫滩阶地，分布于低山河谷底部，多于时令河两岸呈条带状，土壤多为冲积土或堆垫土，有时受洪水威胁。
（2）成土母质。成土母质是土壤的物质基础和其他物质的来源，不同成土母质的矿物组成和化学性质各异，其直接影响土壤性质和肥力水平。隆化县成土母质主要划分为8个类型：酸性结晶岩类残积物、基性结晶岩类残积物、泥岩类残积物、砂岩类残积物、黄土母质、洪积物、冲积物、人工堆垫物。
①酸性结晶岩类残积物：微酸至中性，钾素较丰富，土壤质地较粗，结构疏松。
②基性结晶岩类残积物：一般磷素丰富，质地适中，结构较好，土层较厚。
③泥岩类残积物：土层较深厚，质地较细，矿质营养较丰富，一般呈中性反应。
④砂岩类残积物：土层较薄，土壤砾石含量较多，营养元素比较低，多属微酸性反应。
⑤黄土母质：多为第四纪风成黄土，土层深厚，结构较紧实，质地适中，矿物质营养丰富，保水保肥能力强。
⑥洪积物：质地、层次不够均匀，土层中普遍含有砾石，矿物质营养相对贫乏。
⑦冲积物：冲积母质的耕地土壤地形平坦，水分条件较好。质地、土体构型多样，土壤结构疏松，一般容易培肥改良和利用。
⑧人工堆垫物：多为黄土状物，厚度30～50cm，下面为砂砾质洪、冲积物。
3.剖面性状分析
土壤剖面性状是影响耕地生产能力的最重要、最直接的因子。其作用是多方面的，包括机械的、物理的、生物化学的。
隆化县土壤剖面性状对耕地生产能力影响最大的是障碍层类型和有效土层厚度，其次是土壤质地。
（1）土壤质地。土壤质地影响土壤水分和化学品的保持和传输，表现为通透性、保肥性和供肥性。它与土壤耕性、养分有效性、养分保持能量都有密切关系，并且对水分运动也有直接影响。
隆化县耕地土壤质地分为砂质、砂壤质、轻壤质、中壤质和粘质五种，其中轻壤质和中壤质占面积比例较大，砂壤质次之，砂质和粘质面积很小。
①轻壤质和中壤质：土性良好、砂粘含量适宜的土壤。其特性是松而不散，粘而不硬，结构如绵。即通气透水，又保水保肥，肥力较高，适于种植各种作物。在当地的气候和耕作条件下，土壤结构和耕作性能方面，轻壤略优于中壤。
②砂壤质：土质疏松，通气透水，不粘不硬，易于耕作，但保水保肥能力较差。
③砂质：土质松散，通气透水，春季土温上升快，易于发芽出苗，但保肥力差，易干旱，本身养分少。
④粘质：有较高的保水保肥能力，含植物营养较多，但通气透水性不良，湿粘干硬，土块大，不易耕作。
（2）障碍层类型。隆化县土壤障碍层主要是砂砾层，存在于残积母质和洪、冲积、人工堆垫母质的土壤剖面中，由粗砂、砾石或卵石组成，厚度多大于30cm。根据出现部位，分为体（20～50cm）砂砾和底（50cm以下）砂砾两种。砂砾层严重漏水漏肥，影响作物根系发育，不利于耕作，而且很难改良。
（3）有效土层厚度。有效土层厚度决定作物生产力所必须的根系容量、水分和养分有效性。隆化县土层厚度划分为四种类型：＜30cm、30～50cm、50～100cm、＞100cm。一般来说，其他条件相同的情况下，土层厚度越深，耕地生产潜力越大。
4.土壤理化性状分析
（1）有机质。隆化县耕地土壤有机质含量9.3～32g/kg，有机质含量高低主要与土壤类型关系密切。土壤有机质是土壤肥力基础之一，能改善土壤的物理、化学、物理化学、生物学特性。有机质是决定土壤多种功能表现的重要成分，对土壤结构的形成、土壤养分的释放、土壤吸附和缓冲功能、土壤微生物活动等都起着至关重要的作用。其他条件相同的情况下，耕地生产潜力与有机质含量高低呈正相关。与有效磷和速效钾相比，有机质对耕地生产潜力的影响更重要。
（2）有效磷。隆化县耕地土壤有效磷含量4.0～54mg/kg，但大部分耕地为较低水平。土壤中有效磷包括水溶性磷、弱酸溶性磷，是可以被作物直接吸收利用的大量营养元素。同时有效磷的含量取决于土壤反应、总磷含量、有机质含量和颗粒组成等多种因子。因此有效磷也是最能反映土壤对作物供给水平的一个综合指标。
（3）速效钾。隆化县耕层土壤速效钾含量58～271mg/kg，大部分耕地为中等以上含量水平，速效钾含量与成土母质类型、土壤质地相关。土壤速效钾是指水溶性钾和粘土矿物晶体外部吸持的交换性钾。这一部分钾素与作物吸收的钾有密切关系，对作物生长及品质起着重要作用，其含量水平不仅反映土壤的供钾能力，而且在一定程度上是土壤质量的主要指标之一。
三、单因素权重
单因素权重即各评价因子对耕地地力的影响程度，采用层次分析法确定，把各评价因子按照相互之间的隶属关系排成从高到低的若干层次，根据同一层次相对重要性相互比较的结果，决定层次各元素重要性先后次序，构建判断矩阵，利用统计工具计算参评因素的权重。
四、单因子隶属度
根据模糊数学的概念与方法，对不同类型的模糊子集，即选定的评价指标，建立不同类型的隶属函数关系。其中土壤理化性状为戒上型函数，其他均为概念型隶属函数。戒上型隶属度的计算，是根据一组分布均匀的实测值评估出对应的一组隶属度，在计算机中绘制这两组数值的散点图，再根据散点图进行曲线模拟，寻求参评因素实际值与隶属度关系方程，从而建立起隶属函数。
概念型隶属函数，其隶属度由专家评定判断得出。隶属度是指元素χ符合这个模糊性概念的程度。完全符合时隶属度为1，完全不符合时为0，部分符合即取0与1之间一个中间值。
1.降水量隶属函数及其描述
400～450mm隶属度0.4，450～500mm隶属度0.8，500～550mm隶属度1.0。
2.无霜期隶属函数及其描述
100～120d隶属度0.4，120～140d隶属度0.7，140～160d隶属度1.0。
3.地貌类型隶属函数及其描述
低山隶属度0.1，黄土地貌隶属度0.4，河漫滩隶属度0.5，起伏洪积高台地隶属度0.7，平坦河流高阶地隶属度0.9，河流低阶地隶属度1.0。
4.成土母质隶属函数及其描述
砂岩类残积物隶属度0.2，酸性结晶岩类残积物隶属度0.3，基性结晶岩类残积物隶属度0.4，人工堆垫物隶属度0.5，泥岩类残积物隶属度0.5，黄土母质隶属度0.6，洪积物隶属度0.8，冲积物隶属度1.0。
5.土壤质地隶属函数及其描述
砂质隶属度0.2，粘质隶属度0.4，砂壤质隶属度0.8，中壤质隶属度0.9，轻壤质隶属度1.0。
6.土层厚度隶属函数及其描述
＜30cm隶属度0.2，30～50cm隶属度0.6，50～100cm隶属度0.8，＞100cm隶属度1.0。
7.障碍层类型隶属函数及其描述
砂砾层隶属度0.4，无障碍层隶属度1.0。
8.土壤理化性状隶属函数的及其描述
速效钾a值=0.000431，b值=0，c值=171.54，ut值=0；有机质a值=0.014048，b值=0，c值=26.58，ut值=0；有效磷a值=0.004967，b值=0，c值=32，ut值=0。
五、结论
根据以上层次分析模型和隶属函数模型，通过GiS软件计算出每个评价单元的综合得分，利用累计曲线法进行地力等级的划分，其结果完全符合当地实际情况，这说明对各项评价因子的分析和判断是正确的。
参考文献
[1]田有国，辛景树等.耕地地力评价.北京：中国农业科学技术出版社.2009
土壤剖面概念篇2
[关键词]科学实验动手操作能力观察能力创新思维能力
科学是一门以实验为基础的综合性学科。许多现象和结论只有通过实验才能得到解释，各种现象的本质以及深层次的理解必须通过实验才能搞清楚，科学的理论也是人们通过实验总结出来的，所以实验教学在科学教学中占有非常重要的地位。新课标中注重了理论和实践相结合的原则，教材内容具有实验内容多、实验形式多、实验要求多的特点，所以科学教学的要求也要相应地改变。我认为在科学教学中应该让学生“动”起来，在动手、动眼、动口、动脑中培养学生的操作能力、观察能力、表达能力、创新思维能力。培养学生的这些能力主要以科学教学中的实验为载体，在实验中培养学生的科学素养。
一、以实验为载体，培养学生的动手操作能力
教育家陶行知在《手脑相长歌》中写到：“人生两个宝，双手与大脑。用脑不用手，快要被打倒！用手不用脑，饭也吃不饱。”这充分说明了动手操作能力的重要性。针对新课程中科学实验出现频率高的现象，正好以此为载体培养学生的各种能力，特别是动手操作能力。例如在使用日常的测量仪器——刻度尺、天平、弹簧、电流表、电压表时，就应该着重培养学生动手操作能力。在第一次使用该仪器时，由于学生对仪器比较生疏，操作时会很缓慢，甚至在操作中出现这样或那样的错误在所难免。在第二次使用同样时，就要求学生对仪器的安装和使用操作程序不应再有原则性错误，熟练程度应比第一次好，不过在具体细节上允许出现偏差。第三次使用时，就要求学生能够正确操作使用仪器。教师在实验时必须注意动作的规范性，给学生以潜移默化的影响。
二、以实验为载体，培养学生的观察能力
科学实验中的观察能力是指学生通过观察实验过程及现象，获得生动的感性知识，然后进行积极思维，把观察到的感性材料进行分析、综合、概括、归纳，上升为理性认识，形成正确概念。可见，培养学生的观察能力是培养各方面能力的前提，也是发展智力的基础，因为对实验的观察越细致、越准确，学生的认识就越丰富、越深刻，思维也就愈加活跃、广阔，分析与解决问题的能力就越强。
如在义务教育课程标准实验教科书《科学》八年级下中，“观察土壤可以看到什么”这是关于观察土壤的综合性探究活动，要在当地作一个土壤剖面。通过观察土壤剖面和样土，了解土壤的层次和质地、结构等基本性状。师生共同采集质地不同的沙土、壤土、粘土，并在学校附近挖一个比较典型的土壤剖面，仔细观察，共同讨论土壤表层上的枯枝落叶和微小的生物残体与a层中的腐殖质有什么关系，知道土壤中的腐殖质是枯枝落叶和生物残体经过土壤微生物的生物、化学和物理作用而形成的，是土壤肥力的重要指标，初步建立生态系统的概念。
教学实践证明，组织和指导学生开展生物课外活动，对于提高学生学习科学的兴趣，扩大观察范围，培养和发展能力，发挥他们的聪明才智，都是非常有益的。
三、以实验为载体，培养学生的语言表达能力
科学作为一门实践性很强的综合科目，不仅在于培养学生的动手操作能力，更在于培养学生的综合科学素养，其中包括语言表达能力。例如在观察土壤结构中，让学生利用放大镜和显微镜观察土壤，并说说自己所看到的现象，并且填写相应的表格，在实验中培养学生的语言表达能力。
四、以实验为载体，培养学生的创新思维能力
实验是科学教学的基础，实验不仅提供学习的感性材料，验证科学定律，而且能够提供科学的思维方法，加深对基本知识的认识程度，激发学生的求知欲，培养学生的探究能力。学生对自然界的事物怀有好奇心，对不懂的现象总喜欢问几个为什么。教师应该爱护学生的这种精神，可以和学生一起设计实验，组织他们观察现象，通过对实验现象的分析，引导学生用学过的知识去思考，从而培养学生的创新思维能力。例如在光合作用的实验中，可启发学生：为什么要预先让天竺葵“饥饿”？加入酒精的目的是什么？实验结果为什么叶的遮光部分不变色，而曝光部分变成蓝紫色？最后，让学生思考能否用其他方法来验证光合作用。通过亲身实践，学生对实验中出现的各种现象感到很好奇。教师要利用这一因素，激发他们对实验现象进行分析、推理、综合等，总结成功的经验，分析失误的原因，从中培养学生的创新思维能力。
土壤剖面概念篇3
1农业经济学
在农业经济学中，见载有：光绪二十四年五月(1898年7月)第36册藤田丰八译的《农工银行法》，后在第37册续完；光绪二十四年九月(1898年10月)第47册陈寿彭译的《农利丛谈》，后在第48册、第49册连载；光绪二十七年三月(1901年5月)第140册今关常次郎著，吉田森太郎译的《农业经济篇》，后在第141册、第142册、第143册连载。《农利丛谈》一文中指出，农业获利颇丰，鼓励人们从事种植业，并用实际调查数据来证实棉田之利，认为：“今试以二千万亩之棉子，计其每年所得之息，约可二千五百元。若他国棉田七千五百万亩，则每年裒积其出产利益，可得一万二千三百七十五万元矣。
此中之益，所差净利，约至十万万元。惟是种植者，聚积如此之多，约估每年所运三百万吨之棉子，以出洋。其国应得厚利，亦将近于十万万元，岂不佳乎?此吾人所以少闻其农功失利者”。据此，农田之利已不言而喻，“农功失利者”更是闻所未闻。光绪二十四年九月(1898年1o月)第47册《农业保险论》一文论述了保险事业的由起，天灾人祸不可避免，而保险业意在拯救人于殃祸之中，已成立的有“帝国生命保险公司”、“日本生命保险公司”、“明治火灾保险公司”、“职工保险公司”、“帝国海上保险公司”等。各种保险公司蔚然而起，看似保险之事业已完备，但作者认为，“余特以保险事业之最切急者，未起为憾焉。最切急者为何?农业保险是也”_6]。并且，对农业保险事业的重要性及迫切性作了阐述：“世之立说以农为重者，谓本邦以农立国。鉴于国家所由创建，与应朝理财之法，日不可不以农业建国本，余非偏重农业，而轻视他业者。然深知农业不可废弛，又国民之业农者居大半，故欲扶掖振作之，以裨国家，为之讲便宜保安之法，殆当今最急之务也。屋宇府库贾物，得托保险，而农人独无所托产业，以保安全。是余所以主张农业保险事业，而不已也”6。
文中所涉“农业保险”一词，中文前所未有，实为一次全新的突破，把金融领域的一种安全措施运用于农业之中，从而注入中国传统农业管理拓新的理念。《农业经济篇》一文对农业经济学作了概述：“农学为应用诸种学科于农业之一种科学，世所已知，然则农业经济学，亦为应用于农业之一种理财学而已。农业经济之农业与理财学交涉，与农艺化学之农业与化学交涉，形同而旨异。农业经济学之发达，尚不如农艺化学，范围经界，分别术严。农业经济之本体，可分为二部：一属社会，主研究小作料地租等社会通行之原则；一属各人，主探求农场设备管理等各人营业之知识。
农业经济学有此二部，始得完全之组成”。由此可知，农业经济学尚属一门新兴学科，是农业与经济学交叉所形成的。这是之前综合性期刊所未曾涉及的。因此，“修农业经济学，必须有理财学之观念，以之审属社会之部”，而不只是“叙述属各人者为主”。除此，还对消费、价值、价格、劳力、资本、资产、生产要素等经济学概念作了详细的解释，并从生产、贸易、消费等经济学角度对农产品流通作了具体分析。这对转变传统农业形态，从自足性生产转向商品性生产和提高农业经济效益不无裨益。
2农业物理学与农业化学
在农业物理学方面，光绪二十六年十一月(1901年1月)第128册有藤田丰八译的《电气助长》；光绪二十八年四月(1902年5月)第178册有沈译的《光线与植物之关系》；光绪三十一年十二月(1906年1月)第3l5册有《渔业上电话机之应用》等。《电气助长》一文提及：“通电气于植物种子，则大助其生长云。今据俄国电气工艺会所实验，通电气之种子，比普通种子有二倍至六倍之收获，且通电气于地中之根，则胡萝卜马铃薯亦比通常者，可大数倍云”l_8。实验证明，电磁波有助于植物生长，能够增加产量。将电学原理运用于农业，是为一次全新的尝试。《光线与植物之关系》一文论述了日光对植物生长的重要作用：“植物必得日光乃能长养，此在稍窥植物学、气象学之门径者，无不知之原。夫光线之作用能在植物体中造生物质叶绿，因之而有分炭教养之机能。光线大宗固仰给于日，然月光虽微，亦为日光之助。若电光，则利大害亦大。惟日光中之中位波长者，即黄赤色为最宜于植物之生育也”9，指出光线的作用在于能在植物体中形成叶绿素，使之发生光合作用，合成有机物，在保持大气中氧气含量和碳循环的稳定等方面也有重要作用，并将日光与月光、电光相比较得知，惟日光最宜于植物生长。而且，法国巴黎对光线作用的实验成绩也表明，“凡植物受日光多者，收获亦多”。从中可知，日光是植物生长所必须的条件，与此同时，植物释放出大量的氧气，有益于人类。绿色植物光合作用是最为普遍、规模最大的反应过程，是农业生产的基础，在理论和实践上都具有重大意义。在农业化学方面，光绪二十九年十二月(1904年1月)第241册有《论农艺化学之进步》；光绪三十年四月(1904年5月)第254册有泽村真的《农艺化学实验法》等。《农艺化学实验法》一文介绍了各种成分的实验法，谈到植物灰分实验时指出：“农用植物之灰，通常成自硅酸、磷酸、硫酸、铁、石灰、苦土加里曹达盐素，含满俺者甚稀，欲验植物之无机分，即检以上之成分，先烧其植物为灰，灰之含量由植物而大异。故所同量之灰之植物量，由种类而不同。
依分析表，知植物之灰含量。据计算，采生五瓦灰之植物，干燥细切人坩埚，在灯上灼之。其初坩埚不掩盖，至烟不生乃施盖，时时开之，以换空气。因植物种类而灰色不白，宜将坩埚离熠放冷，滴下强硝酸石灰，更灼之，则酸化炭素灰为白色，灰粗白色则行次试验”l。植物之灰含有硅酸、磷酸、硫酸等无机化学成分，检验这些成分时，首先将其烧成灰，不同的植物，灰之含量不尽相同，而所含的无机成分也有所差异。依照文中所提到的实验方法，检验植物中的成分，对其成长所需补给的肥料进行核实，从而合理地施肥。同时，还对土壤、肥料、植物有机成分、尿、牛乳、酒类、水等物质进行实验，检验其各种成分，以有效利用。
3农业气象学
在农业气象学方面，光绪二十九年四月(1903年5月)第216册中川源三郎的《农业气象学》，后在第217册、第218册、第219册连载；光绪三十一年三月(1905年4月)第287册的《论农业天气预报之必要及霜害之预防》，后在第288册、第289册、第290册连载。《农业气象学》一文对农业气象学作了概述：“农业气象学者，所以考察气象，乃关于农事者之一分科也。其旨归在讲明外界现象之性质，及变化之定则，以究气象所及土地及植物之实效，兼示应用气象之方法”il。将气象学作为农学学科中的一个分支，考究气象对土地、植物的实效，并指出气候是农业的制约性因素，“凡气候之于一切业务，甚重且大”_l，就中国农业，尤直受制于天候，不可须臾离。故“古来农家所当忧苦者，唯在天候良否。然则农产物之丰歉，唯气象为之，决非农家所能左右之者。故当气候不宜，虽穷培养之力，常获之半，且不可望，人皆知之。夫如是，则农事与气象，其相关也甚大矣。虽然气象之良否，人无奈之何，不得不委之天，但审此等所以关植物，其有益者，务讲利用之方，其有害者，必究防遏之策，是农家之急务”_l。
气候的变化直接影响农作物的收成，人之力亦无可奈何，由此认为，“农事与气象，相关甚大”。进而，气象学成为人们迫切了解的知识，“气象学者，理学之一分科，专究大气之状态及其现象，则其学之所及太广，且施之农务。其要件亦甚多，气象元素，所附于地面及植物之效用。农产物基于气象变化之病害，随气节变迁，应气候变化，而变更耕作及植物之方法，及必用天气，与不用天气。预知之于未发之前各方法等，是也欲讲求此等事理，则农学之外，必须知气象学之大要”l}_一。气象学用之于农业，是农学与理学二者的结合，诸气象元素形成植物生长的自然条件，气候变化对农业发展产生了决定性的作用。因此，“气象之农事”为论究农学这一学科的重要组成部分。对气象元素的性质、变化规律、对植物的影响以及气候与农作物的关系都作了详细的论述，并附之图表加以形象地说明，从而使农家深刻认识到气象学的至关重要性，并运用气象学知识更好地服务于农业。
《论农业天气预报之必要及霜害之预防》一文指出农业对于天气的依赖性，认为农业与天气关系尤为密切，大多受天然力的制约，植物生长的五要素，即空气、湿气、光、热、土壤，除土壤外，均变化无端，而又非人力所及，所以，农业受天气变化的影响较大，直接制约着农业的生产。此外，对天气之概念以及变化的原因也作了科学的阐释：“天气者，谓于一定时限，大气中之情态，大气中之情态构成天气者，主予空气之温度、风、湿度、雨雪量、晴晦是也。此等事项，时时变化，不知所及，而占大气中情态变化之一大原因者，空气之运动是也，而大气则常运动，其原因由于地球上所受太阳温热之分量各地不同故也”¨。并且，详细说明大气运动的原理，从地理学、气象学的角度，对天气变化、大气运动作了合乎科学原理的分析。基于天气变化无常，农业受自然环境影响较大，故寄望于天气预报的产生，预测天气之法也逐步改进。“从来气象学上，预测天气，则以低气压为搅乱天气，乃变化之主因，故由此推察天气。
然近年德国气象学家芬别辨耳氏，则唱由低气压不如由高气压，视其配布以预测天气，其法更精确云。其说以为低气压部位之发生及进行，极不规则，其变化极剧且频繁，故以之预测翌日天气，甚困难。高气压则反之，变化少而运动缓，且常在低气压附近，故其势力及于低气压之运动，变化上不少可制定低气压及于天气上之影响，重视高气压部位之配布，较为精确又可预知数日间之天气”e12]。此处解释了天气预报的预测原理、方法，依据“高气压部位之分布”，即可准确预测未来几日之天气状况，并指出，“利用天气预报，于农业上利益甚多”_l。在霜害预防方面的论述尤为突出：“晦天则霜不结，故以人工作等于晦天之状态，即可御之，亦即结霜后，以人工使徐徐融解，亦可免害”l_l引。鉴于结霜之原因，提出了多种霜害预防的方法，如遮光法、洒水法、熏烟法等，并且给予具体指导。据此，天气预报的重要性已不言而喻。
4农业生物学与土壤学
在农业生物学方面，光绪二十五年十月(1899年11月)第86册有佐佐木忠二郎著，山本正义译的《蚕体解剖讲义》，第87册、第88册、第89册、第90册、第92册、第93册均有连载，系统地介绍了蚕的身体构造，并对其各个部位作了剖析，不仅涉及眼、口、翅、听觉、视觉、嗅觉、呼吸等基本器官，而且对绢丝腺、神经、筋肉、神经、脂肪等组织也予以详细讲解。在谈及脂肪组织时，指出：“今解剖蚕体而捡之，有如木叶者，片片，是即脂肪组织也。其构造乃多角形之细胞，外有薄膜掩之，其一方有细柔如丝者，出而结着其体，又走有空气管。此管恒依其体之一定位置，与柔丝皆令其固结不动着也。如是形薄如瓣者，片片存于各部，脂肪所成之细胞中有核，寻常一核，亦有至二以上者。
此核之周围存脂肪，是核之内容，变化而为脂肪也”_l。对其形状、位置、结构作了剖析之后，又将其功用加以解释，“脂肪之用，乃食物消化后，以养其本体尚有余，则以此组织中，贮其养液，以供不时之用。故凡蚕及其他动物，果富此脂肪组织，即久不与食物，亦能生活。盖得于此组织中取养液也，若不与食物，即见衰弱者，必其体中脂肪减少故也”_】。由此可见，脂肪组织在动物体中的作用不容忽视，将食物贮存并转化为能量，得以使动物维持生活。从生物学原理对动物的各种生理现象进行解释，对生物体各种器官的系统阐释是中国传统农学所无法企及的，其科学性、合理性、全面性均胜出一筹。在土壤学方面，光绪二十五年九月(1899年10月)第82册即有池田政吉著，山本宪译的《土壤学》，并在第83册、第84册、第85册、第86册、第87册、第88册、第89册、第90册、第9l册、第92册、第93册连载；光绪二十七年四月(1901年6月)第144册有藤田丰八译的《耕地整理法》；光绪二十八年二月(1902年3月)第172册有金福兰格令希兰著，卫理口译的《农务土质论》等。《土壤学》一文，对土壤的概念做出了这样的解释：“土壤者，谓地壳所由成，盖岩石细末与有机物若干，混淆为一者。凡人生日用衣食居处所需之物，皆仰给焉。故审辨各事之关系土壤者。
为世间凡百作业之本。植物资大气与土壤以为养，然大气成分到处略同。故农家不必措意，土壤则不然。其成分性质及由来到处不同。母岩及其成生之形势亦大有同异。此农家精究土壤所以不可缓也。动物虽或食肉以生或食植物以生，或杂食肉与植物以生，族类不同。资生于土壤则一，而人亦然。土壤所含无机物质，生于岩石崩解”。对土壤的重要性以及成分、性质、来源均予以介绍，并对土壤作了不同的分类，依据土壤生成之状势分为原生土和输土两大类，输土又分为冲积地和漂转地。
由理学之性情将土壤分为砂砾、砂土、黏性土、壤土四类，进一步对土壤的性质、色泽及成质作了深入分析，并附有19张表，将不同土质的温度都作了全面的记载，除此，还对20种土壤作了理学及化学性分析，对农产物也有调查。其中，涉及了地质学、化学、物理学等众多学科。光绪二十八年六月(1902年7月)第185册刊载的《土壤改良论》一文强调了改良土壤的主旨：“土壤虽有天然生产植物之力，而其于理学上性状与化学上组成，常不免有缺憾，如山林原野有自然发生草木者，然而其质坚硬不能亟取植苗。此外，或则湿气不足，或则水分过多，或则含有毒物，与夫黏重轻松为质各殊要，无有适合希望者，于是不得不加种种人工，使天然之土壤近于所望之性状，是土壤改良之主旨也。
法固不一，要不外化学的与机械的作用，其由化学的作用者，即所谓施肥法以俟肥料论说之”l。这实际上是意识到，天然形成的土壤成分、性质均有所差异，必须通过各种人工法进行改良才能弥补其不足，使之符合种植的条件，可以通过化学与机械两种方式对其加以改进，包括使用施肥、耕锄(犁锄、耕耙、镇压、中耕)、客土法(以理学的性状及化学的成分相异之土壤，取自他地而混入此地)、植树法、烧土法、排水法等，从而变“不毛之地”为“肥沃之区”。
5肥料学
在肥料学方面，见载有：光绪二十三年五月(1897年6月)第4册王丰镐译的《论粪田》；光绪二十三年八月(1897年9月)第10册古城贞吉译的《论肥料》；光绪二十四年十二月(1899年2月)第57册原熙的《肥料篇》，并在之后每期连载，直至第80册续完；光绪二十八年五月(1902年6月)第183册梅原宽重述，伊东贞元译的《肥料效用篇》等。其中，《论粪田》一文将粪田置以学术的角度做出解释：“天下弃物，皆可粪田。草木之质，人畜之矢，物之毛骨，无不供用。今则由学问以精求田事，若化学植物性理诸名家，教导农人，变通新法，多用金石类以为肥料。如镁氧铝二、氧三、氮气磷氧五及钾质等不一，而粪溺等质，用处亦广。因粪中含杂质最多，易与植物化合。若兽粪海草鱼秽等，皆为粪田第一层之用，又有烘法，近甚通行。其理以植物发荣滋长，根柢生结，最喜熟气，盖热气蕴藏炭氧二，暗使改变，犹如以金类粪田耳。古时粪田有用骨类，或块或碎，未有一定。旋有人考得磨骨成粉，生长较易，迨理弼搿创得新法。用骨与硫氧三相和。于是，化学之法兴，获利益宏……现肥田料，大都以钙氧氮氧、钾氧氮氧、氮氢硫氧等，而推氮氢五及含氮养五之质为最佳。他如钾氧盐类，粪田亦肥甚，凡泥地及近河之区，内多含钾氧，若中心松散之地，宜肥以钾氧，如氮氧五、硫氧三、氢氯等，多寡不一”。
在中国传统农业中，已将“草木之质”、“人畜之矢”、“物之毛骨”作为肥料，认为举凡废弃之物都可以粪田，这些经验是从长期农业耕作中逐渐积累而成的，也只看到其肥田效果，却没有认识到这些物质作用的具体原理，对其中所含的多种化学元素更是知之甚少。这里，从学理的角度解释肥料中所含的化学元素及其特性，指出钙、钾、镁、硫、氮、氧、氯等多种元素富含在这些物质中，具有良好的肥力效果，并把其作用原理归结为“粪中含杂质最多，易于植物化合”。除此，还介绍了各种肥田之法，并强调不同的土质所含的元素皆有差异，要因地制宜，施以相应的肥料。《肥料篇》一文对肥料作了系统的论述，将施肥之必要性加以突出，一为还植物所吸养料于土壤，以防衰乏。“如斯植物养料，资天然供给，故山林原野所生，天然植物，毫不仰藉人工，由天然养料，繁生不衰，此等植物，若其一部，及全部枯死，则不但还所吸收养分于土壤，又能加给自大气中所得者，加以有动物死体排泄物等，委之地上，是以土壤次第得增加养料，故虽垦新地，不须施肥，而多收获者，职是故也。寻常田圃与此异趣，不关土壤肥瘠，又不问植物种类，与产额如何，悉夺其所产物，无以还付，故其土壤渐次衰乏，为之疲瘠，是其常也。世之农家，欲维持丰饶，以御乏竭，须还补植物所吸夺养料之几分于土壤，是所以有施肥之法也”。二为增加土壤生产力，使之品质佳良。“农家不独患地力衰乏，又须增加其生产力，并望发育完全，品质佳良，如农家所培养数种植物，比之土壤自能给者，知养料更可加多。是亦须施肥料之理也”【17]。三为肥料功效有数作用，“供给必须之养分于植物；使土壤之化学成分，应植物需用，以得适当之比率；宜溶解土壤中不可溶之成分；宜讲求改良土壤之理学性状；宜使土壤中有害物化为无害”。另外，还对肥料成分、施用法、类别、各植物所需肥料加以介绍，并对肥料性质作了详尽的分析，将其分为动物性肥料、植物性肥料、矿物性肥料、杂肥、间接肥料等。这些方法贴近实际，可操作性强，易被农事者接受，也大大深化了中国传统农学的科学内涵。
土壤剖面概念篇4
多媒体教学活动运用交互式学习方式在传统教学过程中，从教学内容、教学策略、教学方法、教学步骤甚至学生做的练习，都是教师事先安排好的，学生只是被动地参与教学活动，处于被灌输的状态。在多媒体营造的交互式学习环境中，学生可以按照自己的学习基础、学习兴趣来选择自己所要学习的内容，选择适合自己水平的练习。如果教学软件编得好，连教学模式也可以选择。交互式是多媒体教学所独有的，正是因为这个特点使得多媒体不仅是教学的手段方法，而且成为改变传统教学模式乃至教学思想的一个重要因素。
科学教学中运用多媒体进行教学演示。在科学教学活动中通过课件向学生展示学习的科学内容，生动形象，富有趣味性，引起学生的好奇心理，从而产生求知欲，并主动投入到科学教学活动中。那些精美的图片能够全面调动学生的视觉、听觉、思维等感官同时启动，教师发挥主导教学作用，营造良好的教学情境，吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣和内部动机，有利于学生的技能训练和智力发展，有利于培养学生良好的学习行为，有利于学生树立科学的学习观念，提高课堂效率，巩固学生对知识的理解。
运用多媒体引导学生自主学习。针对学生课外学习，根据教学进度，教师制作相应的科学课件，利用课余时间让学生主动学习，提高学习的积极性，开阔视野，巩固学习内容，丰富课外生活。设计的课件内容主要是对课堂内容进行趣味问答，难易程度由简单到一般，再由一般到复杂，突破教学难点，引导学生主动思考问题并踊跃参与，积极回答问题。这样既可以有深度地给学生剖析教学内容，又可以劳逸结合，使科学教学活动的效率得到显著提高。
教学中运用多媒体训练学生自主复习。这类课件主要包括科学课堂上的课后习题练习、教学情景展示以及课堂内容的知识总结。教师在课后带领学生自己动手制作科学课件，要对学生有耐心，要对学生进行帮助，让学生对所学科学知识运用简单课件进行展示。在制作多媒体课件过程中，不仅让学生对所学内容有了进一步的理解，而且锻炼了学生的动手制作课件能力、主动思考能力，概括科学知识要点，有利于突破科学教学内容中的重点与难点，最后对课堂内容进行巩固。这种教学方式吸引了学生学习科学的兴趣，改变了传统的教学理念。
多媒体教学和传统教学两者相互结合。传统的教学模式是一根粉笔一本教材，与多媒体教学模式的便捷性、广泛性、先进性、快速性形成强烈对比。在进行科学教学活动中，首先，教师对教学内容进行课前备课，这样才能了解本节课堂内容，设计更适合学生学习的多媒体课件；然后，运用多媒体课件以传统的教学过程进行教学内容讲解；最后，教师在课余时间对学生用多媒体课件进行课后辅导，并且布置课后作业，巩固学生对本节课程知识内容的巩固。由此看来，把传统教学与多媒体教学相结合是非常有必要的，二者进行有机互补，实现教学目标，完美完成教学任务。
2初中科学教学活动运用多媒体的案例
课题：太阳的研究师生共同探究，运用多媒体进行教学辅助。
1）运用多媒体给学生展示日出、日落、夕阳三张太阳的图片，引出“太阳的研究”的教学目的。同时，一边引导学生观看大屏幕感受太阳的美，一边以提问的方式让学生回答对太阳了解多少，包括太阳的形状、颜色，师生一起探究太阳的主要内容：太阳是个发光发热的气体星球，它的表面有黑子、耀斑、日珥等。2）用多媒体展示太阳的概况，包括太阳直径、表面温度、中心温度、地球与太阳的距离，引导学生阅读课文第一段落，完成对太阳的认识：太阳是一个很大的星球，它的温度非常高，距离我们非常远。
3）教师在大屏幕上展示科学家拍摄的清晰的太阳图片，引导学生观察这些图片与日常所见有哪些不同之处。学生观察后回答：有很多黑点；有的地方很亮；太阳的是红色的焰火。引导学生：太阳的这些特征是什么？学生思考后回答：黑子、耀斑、日珥。教师展示太阳的结构图片：黑子、耀斑、日珥。提问：通过学习，对太阳有了哪些新的了解？学生回答：太阳黑子是因表面温度较低显得很暗的气体斑块，且太阳的运动很剧烈，而太阳活动的强与弱是由太阳黑子的多与少所决定的。
4）教师提问：太阳活动有什么影响？学生通过观察教材上“太阳发烧、感冒”的图片后回答：太阳活动引起干旱、火灾、洪涝等。教师提问：太阳对地球只有不好的一面吗？组织讨论太阳对地球有益的方面。学生的讨论结果：太阳对植物生长有好处；太阳能让人感受温暖；强烈的紫外线可杀死病菌。教师通过引导，让学生理解：任何事物都有两面性，但不能过于极端，就如太阳，虽然太阳给人类生存带来光和热，但是太热了就会导致干旱，引起旱灾。
5）课程结束让学生进行课后练习，巩固课堂所学知识。
课题：土壤中有哪些非生命物质师生共同探究，并运用多媒体进行教学辅助。
1）教师通过多媒体展示课件图片，引入课题，引导学生对图片进行假设，再根据学生的回答，教师提出本课程的学习内容探究：土壤中可能有无机盐、空气、水、有机物。
2）对学生进行分组，1组探究土壤中是否存在无机盐，2组探究土壤中是否存在空气，3组探究土壤中是否存在水，4组探究土壤中是否存在有机物。
3）教师引导学生自己思考设计方案，帮助学生进行试验。
1组探究土壤中是否存在无机盐，方法：土壤烘干后称重，加入蒸馏水过滤，残渣烘干称重，与加入蒸馏水前的重量比较会减少，说明有无机盐溶入水中，造成重量减少。
2组探究土壤中是否存在空气，方法：给土壤倒上水，如果冒出气泡，则说明土壤中存在空气。
3组探究土壤中是否存在水，方法：把土壤放入密封袋，再将密封袋放到太阳下暴晒，密封袋里出现水珠，则说明土壤中存在水。
4组探究土壤中是否存在有机物，方法：采用风干土壤的方式，算出烘干土壤中有机物的含量。
4）教师运用动画课件对学生的实验过程进行展示，培养学生认真观察、仔细分析实验过程的能力，再对本次课程探究进行总结，引导学生在课余思考其他方法探究土壤中有哪些非生命物质。
3结束语
土壤剖面概念篇5
各种天然地基土壤都由三相体结构比例关系决定其强度和变形特征的。季节性冻土因负温度的影响，下层水分向上集聚，形成冰晶。融化时，上层土壤含水量大增，单位体积内上颗粒所占比例相对减少，土壤强度大大下降。多年冻土在热力作用下，上层土壤中的冰晶融化，含水量大增，地基强度严重衰减，热融引起路基下沉。湿陷性黄土，因孔隙率大，外界水文条件变化，遇湿沉陷。盐渍土上层所含盐份因地下水位升降，雨水渗入，干旱季节盐份向地基上层集聚，使得土壤三相体结构比例发生变化，造成土体强度变化。
2软土地基处理办法
自然界中的软土地基本来自处于天然平衡状态的，因路基填土荷载破坏了原来的天然平衡状态，水份部分释出，土壤孔隙率变小；地基因而沉降。也可由于自然界水文情况发生变化，譬如：天然或人为引起的地下水位降落，使土壤三相体比例发生变化，产生沉降。和其他地基土处理一样，软土地基处理的办法可分为两大类：
（1）改善土壤三相体结构比例关系，使得经过处理的地基能够尽可能与新的外界环境条件（附加荷载和水文变化）相适应。土壤压实，土壤置换（静力），强夯（动力置换），堆载预压，各种排水措施（包括截水沟，纵横向盲沟，塑料排水板，砂桩，砂井，井点降水，真空降水等）都是为了调整土壤三相体的比例关系，减少土壤中的空气和水份所占体积，增加土壤颗粒成份。
（2）采取固化措施，增强地基抗变形能力。用水泥、石灰之类的材料，改善土壤三相体自身的结构强度和变形特征。水泥搅拌桩，水泥粉喷桩，石灰桩等，均属此类。
应该注意到上述各种措施都没有能改善环境水文条件。软土地基处理应采用措施防止环境水条件变化而引发的地基下沉。例如，地下水位剧升剧降。单纯采用轻质材料替代路基填土往往会因环境水条件变化而引起沉降。因为这种处理方案没有改善或固化地基土三相体结构。
设计中，总沉降值和工后沉降值要计算，但不能过分拘泥于计算。总沉降计算值是不可靠的。现分述如下：
（l）总沉降值土S=mSc
规范规定“沉降系数m是一经验系数，与地基条件，荷载强度，加荷速率因素有关，其范围值为1.1～1.7。应根据现场沉降观测资料确定。”不同的设计者有各自的理念，可以作为设计阶段“根据”的现场观测资料还未产生。取m范围值的上限、下限或中值，对总沉降值的影响不是一个小数目。
再看Sc。主固结沉降以实验室得出的e－p曲线为根据进行计算。e－p曲线的实验条件（天然状态的应力释放，室内固结试验的排水条件，加载速率，土样侧向变形限制条件）给我们启示，e－p曲线只能分类区别各种土样压缩固结之差异，不可能真实地描述软土地基的主固结沉降特征。
现举一例来说明主固结沉降计算值的不可靠性。
某地层土样，e。=0．70（地基土自重作用），e1＝065（地基土自重与附加荷载扩散值联合作用），土层厚度350cm。
根据规范提供的计算办法，有：
主固结沉降值：
总压缩量：
事实上，e。＝0.70的土壤孔隙率为41．2％，干容重＝15.9kn／m’，大体上具有压实系数0.88。要求地基土具有0.88的压实度显然是过分的。e1=0.65相当于压实系数0.91，也是不可能的。
另外，以附加应力扩散值对土壤自重应力之比等于或小于0.1~0.15．匕来决定固结沉降的计算深度，人为性大，依据也不甚充分。
（2）工后沉降值
尽管可以用地基平均固结度等办法来计算工后沉降值，但其可靠性与否当然是不言而喻的。
（3）路基填土是分层进行的。同“一次堆填”的计算模式，相去甚远。
（4）施工中的排水条件对总沉降值和工后沉降值的影响难干估计。
综观以上各点，总沉降值和工后沉降值可以计算，以划分不同软土地基的变形类别，但不能过于拘泥于具体的数值。
3主固结沉降计算中的问题
3.1减载和超载
用粉煤灰填筑路堤和用填土超载预压，对其效果宜作具体计算分析。表1中列出粉煤灰夹填和超载填土的主固结沉降对比。计算中粉煤灰填筑路堤采取路堤最大范围内用粉煤灰来替换土（路槽顶面填上高度－2*0.30m）。超载预压高度为路面标高以上1.50m。
从表1中可以看到，粉煤灰最大范围内夹填，使得设计高为5.74～7.39m内路堤主固结沉降减小7.6－10.4cm，对工后沉降的影响更小。超载填土1.50m使得路堤主固结沉降增大15.3－17.2cm。可以较多地抵减工后沉降。应该认为超载预压是个好办法，但需注意排水通道的通畅。粉煤灰夹填，造价高、效果有限，是个有争议的地基处理办法。
3.2关于压缩模量
有些计算文件将规范建议的用压缩模量计算法中的压缩模量
来代替。也就是说用的割线模量替代本应随而变化的
压缩模量。两种方法的计算结果有较大的差异。现就
表1中断面1进行比较计算，得出结果如下：按割线
计算，主固结沉降为29.5cm；按e－p曲线所得压缩模
量计算为35．7cm。两者差值为6.2cm。用割线模量算出
的结果比用曲线算出的结果小门17.44％。
3石主固结沉降计算的终结条件
主固结沉降计算的终结条件是按还是以天然地基的压实系数为宜，表2以表1为基础，列出了3个计算结果。
4关于地下水位和地表积水
一般的设计文件都能以调查研究为基础，指出地下水位，雨水和地表积水的年度演变规律。这种演变规律正是软土地基外部环境条件的演变规律，对于指导设计有重要的作用，尽管还不能量化。这种演变规律对于指导施工也是十分重要的。设计文件中应强调尽量避免在地下水位接近地基表面，或在雨季迸行底层路基填筑。如果设计中在天然地基表面布置了砂砾垫层，纵横向盲沟，则应授权监理工程师根据季节水文情况，在保证路基底层填土顺利迸行的条件下，调整垫层厚度（可以加大，也有可能取消），调整纵横向盲沟的布置方式和沟深、沟距。
5从总体上把握软土、软粘上（过湿土），非软土地基的界限
规范规定鉴别软土的标准是：天然含水量大于等于35％或液限；天然孔隙比大于等于1.0;十字板抗剪强度小于35kpa。泥炭，腐殖质土，有机质土（淤泥和淤泥质土）都属于软土范畴。规范规定的三项指标都是软土的下界。
软土下界以下的土壤属什么呢？如何对待它？也就是说天然含水量小于35%或液限，天然孔隙比小于1.0，十宇板抗剪强度大于35kpa的地基土属于什么呢？统统把它当作非软土对待是不适当的。有的设计单位提出将其称为软粘土，也应该连同软土一并分析研究。这是一项很好的延续补充。但，没能指出软粘土的下限是什么标准？如何处理呢？
我们将天然含水量大于28%，小于35％或液限，天然孔隙比大于0.75，小于1.0的土壤称之为过湿土。应该连同软土一并分析研究和处理。规定过湿土下限标准是根据现场调查和地基土压实系数不小于0．85为条件的。凡以土壤压实系数）大于085的地基土壤作为路基的基础，应该认为是“坚实”的，即非软土。因为从路槽顶面起算深度超过l.5的路基土压实系数K只有0.90。
由下表可以看出各种不同压实系数K条件下的土壤孔隙率和孔隙比。以K=0．85作为过湿土的下界是可取的。
从软土到软粘土（过湿土），又从软粘土到非软土，给我们提供了一个完整的地基土的概念。
6根据地质剖面资料来决定软上地基的处理意见
通常可以见到四类不同的地质剖面，处理方法应该是不相同的。
(1)非软土地质剖面：从上到下，地层土含水量小干28％，孔隙比小于0.75。低液限粘土处于半坚硬、硬塑状态。对这样的地基不必进行沉降计算，也不必进行地基处理。
（2）软粘土（过湿士）表层：含水量大于28％，小干35％或液限，孔隙比在075～1.0范围内。常为高液限粘土处于软塑状态。对这样的地层应视其厚度决定计算或不计算沉降，可以采用砂砾垫层也可以置换或固化处理。使路基填土座落在强度较大的地基上。
（3）淤泥或软粘土在浅层（一般指深度12～15m以内）：含水量大于28％，孔隙比大于0.75o高液限粘土、淤泥或淤泥质高液限粘土处于软塑或流塑状态。对这样的地层要十分重视，应采取排水措施，结合堆载疏干，以策安全。要注意排水通道畅通。固化措施也是可以的，还仍然不能不注意排水疏干。用轻质材料代替路基填土，虽然减轻了地基负荷，但地基似不稳固。
（4）淤泥或软粘土在深层（一般指深度12～15m以下）；由于破坏天然地基自然平衡的路基填土附加荷载，经地层扩散作用，已衰减不少。譬如：填土路基高度为5m，作用在地基表面的附加荷载约为100kpa，而在15m深度处已衰减为50kpa左右。深层淤泥和软粘土产生的沉降和工后沉降均小于浅层的。对这样的地层，可采取排水措施。超载填土对深层影响不大。
7软土地基处理重点在中上层
上层地基土要承受较大的附加荷载扩散值，是软土地基沉降的主要贡献者，是承托路基、减少沉降的关键所在。因此，软上地基处理的重点在中上层。新强夯法不失为一种好办法，改善了中上层土壤的三相体结构比例，强度提高，变形能力下降，路基被强硬的地基中上层土壤所承托。
过分的深层排水是不必要的。它不能减少沉降，也不能产生承托路基的抗力。
8要求过长的堆载预压期是对业主的不尊重
目前阶段，高速公路施工工期紧迫是客观形势的要求。总工期只有2－3年的项目极多见。如果要求堆载顶压12－14个月甚至16～18个月，业主是无法接受的，施工也是无法实现的。遇有这种情况，应另提处理方法。
9在规定的总工期内尽量延长桥头堆载预压时间
在规定的总工期内尽量延长桥头堆载预压时间，以减少工后沉降是要争取的。其办法是：工程早期先完成桥台结构和桥头地基处理的条件下，尽快堆载预压。应注意：
（l）桩柱式桥台：台前台背均衡填土并分层压实；台背留下“小缺口”，使台背和盖梁底面以上的堆载土，对桩拄不产生土压力；若桥头填土过高，必要时可先架梁，以支撑桥台；随时用简捷办法观察台顶位移，指导施工填土。
土壤剖面概念篇6
University,USa
KineticsofwaterRock
interaction
2008,833pp.
Hardcover
iSBn9780387735627
SusanBrantley等著
由美国自然科学基金委员会和能源部资助,约请了和美国环境动理学中心有联系的10多位专家撰写了这本书。地球表面的系统持续不断地从太阳和地球内部输入辐射和放射的能量,驱使板块运动和侵蚀,在地球表面曝露出亚稳态的矿物相。此外,能量流被生物体获取并转化。只要这些过程持续下去,地球表面的化学失衡也将永远进行下去。再者,因为全球人口的增长,生产食品、用水、耗能的需要也不断增加,这些过程也连续不断造成地球表面的失衡。因此有必要预报人类活动过程以及长期的气候和地质的驱动对地球表面风化层的演化产生什么样的影响。
讨论上述问题必须了解发生反应和化学反馈的速率,而这和发生在极端尺度上的时间和空间的这些反应有关。工作在土壤施肥、核废料储存、碳氢化合物的生产和污染以及Co2的减排和隔离等领域的科学家和工程师也需要了解地球化学动理学的研究队伍情况。关于地球长期的地质、气候和生物演化也依赖于地球动理学的信息。
本书总结了测量和预报上述地球表面发生的水和岩石相互作用的动理学研究途径,其贡献在于从多重长度和时间的尺度剖析和综合了分子的和宏观的行为。
本书的前一半讨论化学动理学的基本知识,含17章。1.叙述如何定义和测量实验室中的反应速率;2.讨论状态转换理论和如何应用分子轨道计算来研究地球化学反应机理;3.讨论如何研究、分析和模化矿物的表面现象和采用的手段;4.矿物表面的吸附解吸反应和土壤中的有机物的作用等重要方面;5.讨论矿物的分解和对数据的严格拟合;6.提供拟合速率测量数据的数学背景;7.评述结晶成核和生长的模型,涉及稳态和亚稳态的形成等。后半部分含第813章,将动理学应用于复杂的环境系统。8将反应动力学的基本概念应用于微生物的氧化铁的还原;9将反应动力学的基本概念应用于微生物的金属硫化物的氧化;10.利用第9章中的思想讨论大气的化学侵蚀速率,也讨论了如何将实验室的动理学外插到现场;11.讨论对化学动理学和输运过程的了解和模化;12.探讨将新的同位素技术应用于低温和高温的复杂环境系统;13.讨论全球尺度的大气侵蚀和基本循环的模化。
书的最后附有关于矿物分解速率的数据资料。
本书可作为研究生的教材,也可供地球和环境领域的科学家参考。
谈庆明,研究员
(中国科学院力学研究所)
土壤剖面概念篇7
关键词：高速公路服务区，雨水利用，雨水资源化理论潜力，雨水资源化可实现潜力
1前言
高速公路服务区是保障高速公路安全、畅通的重要配套设施，主要是为远距离出行的人们提供良好的停车休息、住宿、餐饮及车辆加油、维修等综合服务。在美国、日本及欧洲[1]等高速公路建设发展较早的国家，高速公路服务区的建设已经形成了标准化、规范化，服务功能也逐渐完善。按照我国高速公路网建设规划[2]，到2020年我国将建成高速公路8万公里，加上各省建设的支线，高速公路总里程将达到10万公里，按照目前我国平均约50公里间距设置服务区，高速公路服务区的建设数量将达到1700个。较国外发达国家的高速公路服务区建设，我国高速公路服务区的建设还没有标准化和系统化，加之区域发展的不同，不同的区域和部门对服务区的定位和认识不统一。
目前，我国还没有明确的关于高速公路服务区雨水利用的的规范和方法，一般是依据城市、居住小区及建筑雨水利用原理和技术。然而，由于高速公路服务区自身的特点，导致在实际中出现较大的设计偏差。分析雨水资源化的潜力对改善高速公路服务区的雨水的综合利用具有很大意义，不仅能够有效减少服务区排涝压力，而且可以改善服务区的水环境和生态环境，缓解水资源的短缺，减轻高速公路服务区的防洪压力，是实现高速公路服务区水资源可持续发展的重要途径。对雨水资源的有效利用，不仅能增加水源补给、美化和清洁服务区环境，改善区域小气候，而且还可以防止地面沉降，调节雨洪，具有良好的社会、经济和环境效益。
2雨水资源化潜力分析
2.1雨水资源化潜力分析原则
雨水资源化是指雨水被开发、利用、转化为资源并产生价值的过程，雨水资源价值的实现过程称为雨水资源化，包括雨水资源的开发利用和产生效益等主要环节。因此，可将雨水资源化潜力理解为：以雨水资源的开发利用而不引起生态环境退化为前提，特定的区域在一定时间段和科学技术水平的条件下，可以开发利用的潜在雨水资源量，即为雨水转化为雨水资源的最大能力，主要包括采用不同的雨水资源化开发利用方式所新增的可利用雨水资源量。
雨水资源化潜力[3]是一个动态的概念，由于受自然、社会经济及环境因素的影响，在不同时段，雨水资源化的潜力是不同的，雨水资源化潜力分析及其结论，为实现雨水资源化工程提供必要的参考依据。我国在区域雨水资源化利用问题方面，冯皓[3]～[4]等提出不同的雨水利用形式的雨水资源化理论潜力、可实现潜力和实现潜力三种方式；徐学选等根据降雨资料分析了黄土高原不同时空分布的雨水资源化潜力，并进行了黄土高原雨水资源化潜力的分级和各级指标数据的确定。雨水资源化潜力分析的原则主要包括以下四个方面：
（1）充分挖掘区域雨水调蓄利用的潜力，合理调度，实现雨水资源工程利用的全方位服务，发挥雨水利用工程最大的社会效益、经济效益和生态效益。
（2）减少开发潜力成本，使开发潜力提供的雨水资源成本不大于供水费用，研究开发高科技、低成本、绿色环保的雨水资源化潜力开发利用技术。
（3）雨水资源化潜力开发的目标主要是采取合理的雨水资源利用技术和利用模式，以提高雨水资源综合利用率和利用效率。
（4）根据雨水资源化潜力时空分布的差异，制定合理的雨水资源化潜力开发方案；
雨水资源化潜力开发总是在特定的区域内，采取一定地表径流调控手段，对下垫面雨水径流进行重新分配来实现。
2.2雨水资源化潜力的方式
根据区域雨水资源化的概念及研究氛围、研究目的的不同，可以建立在以下两种具体的雨水资源化潜力的方式[5]：
2.2.1雨水资源化理论潜力
雨水资源化理论潜力是指，为该区域的天然水资源补给量—区域雨水资源总量，区域雨水资源损失量为零。通过采取调控方式和技术，区域雨水资源可能开发利用的理论最大值，为一个极限值。计算方法为：
式中，为时段t内区域降雨量；为时段t内区域雨水资源化理论潜力。
收集高速公路所在地区的多年平均降雨量资料进行分析计算出其服务区内雨水利用理论潜力。
2.2.2雨水资源化可实现潜力
实际上区域雨水资源化理论潜力由于受自然条件、社会经济条件及科学水平等因素的制约限制，中一部分雨水资源量是不能被利用的，能通过各种技术提高雨水的开发利用量，可以逐渐接近雨水资源化理论潜力，但是不可能真正的实现理论潜力值。如坡面径流损失、包气带蒸发损失、地表蒸发损失、地下水潜流量损失、壤中流损失等，都是不可避免的。以上的雨水损失因素中，土壤入渗和坡面径流是可以通过调控改变的，这两个损失因素是区域雨水资源开发潜力主要集中的地方，其他因素由于影响相对较小若忽略不计，则区域雨水资源化可实现潜力可表示为：
式中，为时段t内雨水资源化实现潜力；、分别表示时段t内坡面径流量和土壤入渗量。
确定高速公路所在地区的基本参数如，暴雨强度、设计重现期、径流系数等计算出雨水径流总量和土壤入渗，然后计算出雨水资源化可实现潜力。
3雨水资源化影响因素
雨水资源化潜力的影响因素主要有以下几个方面：降雨因素、地形地貌、土壤因素、植被因素、人为因素等，其中降雨因素为最基本因素，其余为影响区域雨水资源化潜力的辅助控制性因素。降雨对雨水资源化潜力开发利用起着至关重要的作用；地形地貌主要以坡度的影响最大。坡度直接影响到雨水的径流、汇流，坡度越大，汇流时间越短，径流量越大，导致径流损失越大。土壤的影响主要是通过影响降雨入渗量来间接影响雨水的利用，土壤本身的质地、结构、孔隙度及剖面特征对天然降水的利用效率不同，形成较大的差异。良好的植被可以显著减缓地面径流，对雨水起到截留及蓄存。人为因素主要体现在雨水利用工程上，主要通过改变下垫面影响地表径流和雨水的入渗比例。
4结论
雨水资源化潜力是一个动态的概念，由于受自然、社会经济及环境因素的影响，在不同时段，雨水资源化的潜力是不同的，雨水资源化潜力分析，为实现雨水资源化工程提供必要的参考依据。根据当地高速公路雨水资源化潜力的分析结果设计适合的雨水利用技术，实现雨水的综合利用。
参考文献
[1]葛林.高速公路服务区的设计优化[J].中外公路,2005,25(3):135-136
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[4]赵西宁,吴普特,冯皓.黄土高原小流域雨水资源化潜力及其可持续利用分析[J].农业工程学报,2005(5)
土壤剖面概念篇8
关键词：地理信息系统；地统计学；多学科融合
中图分类号：G642.0文献标志码：a文章编号：1674-9324（2013）18-0083-03
随着计算机、网络和通信技术在科学交流中的广泛应用，不同学科间的纵横交叉与相互渗透已成为现代科学发展的趋势。学科之间关系的动态发展往往通过知识流动的形式来维系，正是这些动态变化的知识流动促进了学科发展，加强了学科联系，同时也传导着学科变化。另外这些新兴技术越来越完善的理论体系化与应用广泛性逐渐影响着一些传统的专业学科，实现多学科融合，多学科相互促进共同发展正成为目前学科发展的主要趋势之一[1]。这一发展结合了传统专业雄厚的知识背景与新兴专业的科学技术优势，实现传统学科与新兴技术共同发展与进步的双赢局面。而《土壤地理学》课程正是其中受到影响的学科之一。《土壤地理学》是研究土壤与地理环境相互关系的学科，是土壤学和自然地理学之间的边缘学科，它是以土壤与地理环境之间的特殊矛盾为对象，研究土壤的形成、分类、分布规律、土壤资源的评价与开发利用以及土壤资源保护的科学[2]。随着现代空间信息技术的高速发展与扩张，特别是近年来空间数据的急剧增长，不论是自然地理数据或者社会经济数据都以井喷式的速度涌现出来，能够合理利用现代空间信息技术和空间数据可以会为《土壤地理学》课程的学习和研究提供便利。
一、传统土壤地理学概况
1.土壤地理学自身特点。土壤地理学是土壤学中最早出现的一个分支学科，它主要研究土壤形成分类、调查制图、分布规律、土壤资源的评价和开发利用以及土壤资源的保护等，是综合性大学、高等师范院校地理专业和高等农业院校农业资源与环境专业的基础课程之一。土壤地理学是土壤学与自然地理学之间的边缘科学，它以土壤与环境之间的这一特殊矛盾为研究对象，研究土壤的发生、发展、分异和分布规律，为调控、改造和利用土壤资源提供科学依据，具有较强的区域性和综合性[3]。为此土壤地理学自身的特性要求学生不仅掌握基础的土壤学知识，还应该具有一定的空间探索性与属性信息的空间化，而对于土壤属性信息的空间化是传统土壤学所不具备的知识，为此需要学生在掌握好传统土壤信息的基础上应该更好地理解与应用地理信息系统的知识以及地统计学的知识，从而使学生摆脱纯粹性学习和接收知识的阶段，进入自我学习与探索的过程，为学生以后从事科学与科研工作奠定基础。因此，从土壤地理学自身的特性以及学科发展的趋势和教学的目标来说，立足于传统土壤学基础上，实现多学科融合，从更全面合理的角度来教授土壤地理学课程是势在必行的，并且反过来可以让学生更好地掌握土壤信息的空间化以及土壤发生、发展、分布的规律性。
2.土壤地理学多学科融合的必要性。土壤学作为一个传统的基础学科有其深厚的学术背景知识，土壤地理学作为一个跨学科的专业需要在保留原有的土壤学的基础之上尽可能地发挥多学科的优势，使其为科研与学术研究而服务。土壤地理学作为土壤学与自然地理学的边缘学科有其自身的优势所在，为尽可能地发挥其优势并培养全能型的人才，需要学校进行合理的课程设置，并制定合适的、具有应用性的课程目标，从而为社会提供适应性强的人才，为科研院所提供多学科背景知识的学生。目前随着地理信息技术的迅速发展以及其应用的广泛性，运用GiS技术来进行数据管理与图形可视化显示，以及运用地统计学知识进行空间分析与统计分析是土壤地理学自身学科发展的需求，同时也是满足社会和科研院所人才需求的重要选择。由此可见，多学科融合在土壤地理学中起到重要的作用，是其自身发展与人才培养的必经之路。
二、多学科融合对土壤地理学发展的优势
1.GiS技术在土壤地理学中的地位。地理信息系统简称GiS，是20世纪60年代中期开始发展起来的新技术，主要是指在计算机软硬件支持下，把地理数据以一定的格式输入、编辑、存储、更新、显示、制图、综合分析和应用的技术系统。地理信息系统具有强大的处理空间数据的能力，如图形数字化、地理数据的空间分析、地形数据的三维模拟、虚拟场景、地图输出等。地理信息系统这一技术自问世以来，便得到了迅速的发展和广泛的应用，近几年该技术已经突破地学的范畴，在管理学、交通运输、医学、军事等领域具有广阔的应用前景[4]。GiS技术的发展和日益成熟的理论体系为研究性教学提供了技术支持，它的数据管理、图形显示、空间分析等知识可以很好地应用到土壤地理学的教学和研究中，实现土壤图等专题地图的制作与空间显示，从而可以更好地辅助学生对于土壤学知识的理解和认识，从空间角度上理解土壤自然地理特性，同时可以进一步结合不同地理位置的自然条件（气候、植被、地形和母质）来理解土壤属性的空间差异性，进而结合土壤属性的空间异质性和变异性来理解土壤属性空间分布的特性。
2.地统计知识在土壤地理学中的应用。地统计学是以具有空间分布特点的区域化变量理论为基础，研究自然现象的空间变异与空间结构的一门学科。它是针对像矿产、资源、生物群落、地貌等有着特定的地域分布特征而发展的统计学。地统计学的主要理论是法统计学家G.matheron创立的，经过不断完善和改进，目前已成为具有坚实理论基础和实用价值的数学工具[5]。地统计学的应用范围十分广泛，不仅可以研究空间分布数据的结构性和随机性、空间相关性和依赖性、空间格局与变异，还可以对空间数据进行最优无偏内插，以及模拟空间数据的离散性及波动性。地统计学由分析空间变异与结构的变异函数及其参数和空间局部估计的Kriging（克里格）插值法两个主要部分组成，目前已在地球物理、地质、生态、土壤等领域应用。土壤地理学作为一门结合自然地理学的学科，而且由于土壤空间属性的存在，结合地统计学的知识对其进行一定的空间探索、模拟与预测具有重要的意义，可以根据已知的变量进行未知变量的预测和模拟，可以在一定程度上减少人力和物力，并能对土壤属性空间分布规律的研究有一定的帮助。为此将地统计知识应用到土壤地理学的教学中可以帮助学生具有更多的科研与创新精神，在一定程度上从单纯的学习知识上升到自我探索与研究的阶段，具有不可忽视的意义。
3.多学科融合在土壤地理学教程中的优势。土壤地理学因其区域性、综合性的特点，为研究性学习提供了广阔发展空间。在土壤地理学的教学中可以先从理论到实践，然后从实践再到探索，再从探索回归理论。首先分析区域文献资料并通过野外观察对成土环境、土壤剖面及其诊断特性、土壤利用进行研究，运用地理比较法和相关分析法，把握区域土壤地理分异规律，绘制区域土壤图，采集土壤标本、分析样品。在此过程中若引用GiS技术与地统计技术则主要表现为以下几个优势：首先利用GiS技术可以管理土壤空间属性数据，并且可以根据自然地理数据资料生成不同的专题地图，以此来辅助对区域土壤地理分异规律的研究。其次，借助于GiS软件可以有助于学生根据实地调查资料绘制区域土壤图，以此来形成土壤属性分布空间上的概念，从而加深对于土壤地理分布规律的理解和应用。第三，借助于地统计知识可以使学生独立思考土壤属性空间分布规律的原因，并结合已知观测点来预测未知区域的土壤属性，同时可以进一步分析土壤属性空间分布具有变异性和异质性的原因。通过以上的分析可以得出，若基于多学科融合的知识进行土壤地理学的教授课程可以使学生能够更加直观形象地理解土壤地理分布规律，并且增强其动手能力和思考能力，从而为社会输送适应性强的人才，为科研单位培养具有创新性和多学科知识背景的学生。
三、土壤地理学研究性教学理论方法
1.传统土壤地理学教学理论方法。传统土壤地理教学方式比较单一，以教师的讲述为主，简单地辅以地图挂图和多媒体资料介绍，不能有效帮助学生建立土壤地理空间概念和深入理解土壤的发生、发展、分异和分布规律，学习往往流于机械性记忆，很大程度上影响了土壤地理的教学质量与效果。有鉴于此，应用研究性学习理论方法，进行土壤地理教学改革研究具有积极的现实意义
2.基于GiS的应用性土壤地理学教学方法探讨。GiS技术主要的优势是可以呈现土壤属性资源的空间特征，借助于深厚的土壤学背景与一定的自然地理资源可以帮助学生方便地制作出不同的土壤属性专题地图，实现土壤属性的空间图形化。为此在此教学过程中主要注重学生的软件操作与地理信息知识的学习过程。目前在GiS行业中可以应用的软件较多，主要为arcmap，mapGiS，Surpermap等，鉴于目前应用较多和可操作性强的特点，建议在课程中选择eSRi公司的arcGiS软件，课程的主要目的是使学生学会基本的地理信息技术，掌握基本的空间数据的编辑与专题地形图的制作。因此可以以某一个案例作为研究对象，选取一个区域进行土壤自然特征属性的调研，并通过所拥有的土壤背景知识以及自然地理资料进行区域土壤类型的诊断，然后画出粗略的土地利用现状图以及土壤类型图，然后通过GiS软件转绘，通过进行坐标的校正以及文件的编辑，制作专题地图，从而实现土壤属性专题地图的掌握。这一案例的实现不仅可以帮助学生了解GiS软件的基本操作以及在土壤地理学方面的应用，同时可以使学生掌握多背景知识，通过探索GiS软件的其他功能来辅助土壤地理学课程的学习。
3.基于地统计学的科研性土壤地理学教学方法探讨。地统计学的主要用途是研究对象空间相关结构（或空间变异结构）的探测以及变量值的估计和模拟。由于土壤属性具有较强的空间依赖性和变异性，会受到自然地理位置以及周围景观特征的影响而产生不同的特征。为此在进行土壤地理学的土壤属性的研究时可以根据已知观测点的数据资料来完成未知点的预测和模拟以及土壤属性之间关系的探索。运用地统计学进行空间分析包括以下几个步骤，即数据探索性分析，空间连续性的量化模型，未知点属性值的估计，对未知点局部及空间整体不确定性的预测。学生在掌握了基本的地理信息技术之后，可以实现基本的地统计知识的探索以及简单模型的构建，通过地统计模型的模拟与预测实现简单的土壤属性专题地图的制作。这一学习过程的掌握不仅可以帮助学生对土壤属性整体空间特征的把握，而且还可以更好地实现根据自己的需求完成土壤属性的预测和模拟，从而也可以培养学生的自我探索与学习过程。
4.多学科融合对土壤地理学教学的影响。教学的重点是使学生能够在掌握基础知识的同时，能够做到举一反三，培养良好的发散性思维，并且能够做到学以致用，使自己学习到的知识应用到以后的科研或者工作中，这样才能实现教育的价值。而本文关于土壤地理学的教学探讨在基于基础的土壤知识不变的前提下，结合最新最先进的GiS技术在土壤地理学中的应用，让学生接触到更多关于新兴技术在自身专业中的应用，同时结合地统计学知识在土壤地理学中的应用，发挥学生独立学习、思考与创新的精神，真正做到学以致用。本课程的改革具有以下几个特性：
（1）以学生为主，重视学生的独立性。实现多学科融合之后的土壤地理学，不再是单纯的灌输式教学模式，而是集动手、思考与创新于一体的新兴教学模式，这样可以尽可能地发挥每个学生的最大特点，让他们选择自己喜欢的方向进行探索，同时该课程也不仅仅局限于一方面，而是创造多元化的学习环境与提供多种教学平台，使学生能够根据自己的特点与喜好选择自己的研究方向，如果动手能力操作性强可以注重在GiS软件方向的发展，如果对于科研知识感兴趣，可以在地统计学基础的前提下进一步进行探索与研究。
（2）多种模式相结合，激发学生的学习兴趣，培养学生的创新意识。课程改变了以前只是老师单纯教授的模式，重新融合了多种案例在课程中，既可以从野外土壤属性调查中学习怎样在实践中进行课程的学习，也可以通过课堂上软件的操作实现通过GiS软件来制作专题地图，还可以通过多种案例来发挥学生独立思考、创新的意识。在此种模式下让学生所学的知识不单纯是为了应付课程考试或者是专业知识的学习，而是尽可能地扩大了知识的应用面，让学生通过多元化的思考与学习，可以在掌握基础知识的同时，更多地选择自己以后要从事的方向以及发展规划。
四、结束语
经过多学科融合之后的土壤地理学不再是传统的、一味灌输的教学模式，结合了野外实习调查、室内软件操作以及案例分析等特征，帮助学生从多方面来掌握土壤地理学的基础知识。优化了土壤地理教学过程，提高了学生对土壤地理信息的收集、处理能力，帮助学生学会分析土壤地理信息，应用信息解决土壤地理问题，提高其地理信息素养，同时加强学生对土壤地理中空间概念的感知，加深了学生对土壤的发生、发展、分异和分布规律的认识，培养学生的空间想象力等地理核心能力，值得在土壤地理教学领域推广。同时将目前国内外应用较为广泛的地理信息技术以及地统计学的知识运用到土壤地理学的课堂中，充分发挥学生动手能力、思考能力，培养多元化、创新型的人才，为社会和科研单位输送更多合适的人才。
参考文献：
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[4]边馥苓.GiS地理信息系统原理与方法[m].北京：测绘出版社，1996.
土壤剖面概念篇9
关键词高标准农田；概念界定；内涵；外延
中图分类号S28文献标识码a文章编号1007-5739（2014）13-0212-03
ScientificDefinitionofHigh-standardFarmland
HaoZhetianYa-guang
（LiaoningnonferrousGeologicalexplorationandResearchinstitute，ShenyangLiaoning110013）
abstractConstructionofhigh-standardfarmlandistheartificialmeasuresofusingandtransformingnature，istheinevitablechoiceforsolvingthelanduseproblemswhilesocialandeconomicdevelopmentreachesacertainstage.asthecurrenthottopicsandnewthings，somebasicconceptsandprinciplesofhigh-standardfarmlandwerefuzzyandindistinctdefinition.inthispaper，therelatedconceptsofhigh-standardfarmlandanditsconstructionweredefined.thescientificconnotationandextensionofhigh-standardfarmlandconstructionwereanalyzed.itcanprovidereferenceforrelevantdesignersandresearchers.
Keywordshigh-standardfarmland；conceptdefinition；connotation；extension
“三农”（农业、农村、农民）问题是决定社会和谐发展的关键，高标准农田建设作为“三农”工作的重要战略举措，是稳步提高农业综合生产能力、保障国家粮食长久安全的物质基础，是发展现代农业、建设社会主义新农村的现实要求。
按照国务院批准颁布的《全国土地整治规划2011―2015年》[1]，2015年我国将建成2666.67万hm2高标准基本农田，进而2020年拟建成5333.33万hm2高标准基本农田。当前农村土地整治工作以大规模旱涝保收高标准农田建设为工作重点，增强土地资源对社会全面协调可持续发展的支撑能力，并提出在资金分配和项目安排时重点向高标准农田建设示范县倾斜[2]。高标准农田建设已成为各级政府、国土资源部及国务院相关部门的重要职责，也是各级国土资源管理部门的首要任务[3]。
2012年6月20日《高标准基本农田建设标准（tD/t1033-2012）》[4]，并于2012年7月1日正式实施，该标准对高标准基本农田建设的相关技术问题进行了阐述。但高标准农田作为新名词新事物，一些基本概念和原则还存在模糊、界定不清的问题。诸如：高标准农田的基本内涵是什么，高标准基本农田的要求，高标准农田的建设标准等，这些问题均亟待作以深入探讨和澄清。为此，笔者在查阅相关文献的基础上，对高标准农田基本概念进行界定和剖析，供相关设计与研究人员参考。
1高标准农田概念的科学界定
对基本概念的严密定义是任何学科发展到成熟阶段的标志之一。因此，有必要首先澄清有关高标准农田的最基本概念，给予其科学界定。
1.1高标准农田
1.1.1农用地、耕地和农田。
（1）农用地。农用地是直接用于农业生产的土地。按照《中华人民共和国土地管理法》[5]，将土地分为农用地、建设用地和未利用地，其中农用地包括耕地、园地、林地、草地、农田水利用地、养殖水面等。可见，农用地的范围大于耕地。
（2）耕地。耕地是种植农作物的土地，按照《土地利用现状分类（GB/t21010-2007）》[6]，它包括水田、水浇地和旱地3个二级地类。耕地是人类赖以生存的基本资源和条件。进入21世纪，人口不断增多，耕地逐渐减少，保持农业可持续发展首先就要确保耕地的数量和质量。据联合国教科文组织（UneSCo）和粮农组织（Fao）不完全统计，全世界土地面积为18.29亿hm2左右，人均耕地0.37hm2；而我国现有耕地总面积为1.21亿hm2，人均耕地0.08hm2，只占世界人均耕地水平的1/4。
（3）农田。目前，对于农田尚未给出准确的定义。就查阅资料来看，农田的定义可分为狭义和广义2种。狭义的农田就是指耕地[7]，中国古代有“已耕者为田”之说，因此农田应为经开垦耕种的土地；广义的农田包括各类农耕生产用地，其范畴应介于耕地和农用地之间。农田分布受水分、温度、土壤、地形等因素制约，尤以水分的影响最大，因此农田多分布在降水量比较充沛或水源比较丰富的地区，年降水量低于250mm地区农田较少。我国的农田大部分集中在东南部湿润及半湿润地区，即从大兴安岭起，经张家口、榆林、兰州、昌都，自东北斜贯西南一线的东南部。这些地区受季风影响，雨量充沛，是我国主要农作区。随着农业的发展，农田分布范围也在不断扩大，农田可分为梯田、坝地、平坝田、冲田、圩田、条田、水田、水浇地、旱地和台地等多种类型。
1.1.2基本农田与一般农田。
（1）基本农田。是指根据一定时期人口和国民经济对农产品的需求以及对建设用地的预测而确定的，在土地利用总体规划期内未经国务院批准不得占用的耕地。这是从战略高度出发必须确保的耕地最低需求量，老百姓称之为“吃饭田”、“保命田”。基本农田是耕地的精华，是最高产优质的那一部分耕地。《土地管理法》和《基本农田保护条例》明确规定，基本农田经依法划定后，任何单位和个人不得改变或者占用[8]。
（2）一般农田。是指基本农田以外的耕地，可以用作建设和其他用地，被确定为农业使用的耕地后备资源。主要类型包括：坡度大于25°但未列入生态退耕范围的耕地、泄洪区内的耕地和其他劣质耕地等。目前我国耕地面积大约为1.2亿hm2，基本农田约为1.13亿hm2左右，其他逾666.67万hm2为一般耕地；而我国粮食主产区划定的基本农田保护区面积大约占其耕地的95%左右。
1.1.3高标准基本农田。高标准基本农田是指一定时期内，通过土地整治建设形成的集中连片、设施配套、高产稳产、生态良好、抗灾能力强，与现代农业生产和经营方式相适应的基本农田。包括经过整治后达到标准的原有基本农田和新划定的基本农田。高标准农田除了与各省市地区的耕地质量等别情况有关外，还与其城市化进程等因素有关。鉴于高标准农田旱涝保收的高产性要求，高标准农田均属于基本农田的范畴。
1.2高标准农田建设
1.2.1中低产田改造。我国耕地中有78.5%的中低产田，其中中产田面积占37.3%，低产田面积占41.2%。在我国传统的土地建设项目中，针对不同土壤的障碍因素进行中低产田改造，是提高土地生产力的重要途径。改造中低产田比垦荒投入省、用工省、见效快，改造好了能长期见效益。改造中低产田的手段主要为增加养地作物，增施有机肥，并进行生态农业建设，提高土地生产能力。
1.2.2土地整治。土地整治是对田、水、路、林、村进行的综合整治，整治后田块更加平整，灌排设施更加完善，路网林网更加科学便利，田块集中连片程度提高，生产能力增强，耕地质量有所提高[9]。
土地整治历经10余年的发展，其内涵和外延不断拓展。在目标上，已由单纯的补充耕地向建设性保护耕地与推进新农村建设和城乡统筹发展相结合转变，土地整治的目标更加多元化；在内容上，已包括农用地整治、建设用地整治、未利用地开发和土地复垦等内容；在内涵上，已由增加耕地数量为主向增加耕地数量、提高耕地质量、改善生态环境并重转变，区域综合型特点更加鲜明；在外延上，已由分散的土地开发整理向集中连片的综合整治转变，逐步演变为全域规划、全域设计、全域整治；在手段上，已由以项目为载体向以项目、工程为载体结合城乡建设用地增减挂钩、工矿废弃地复垦利用等政策的运用转变[2]。
1.2.3高标准农田建设。
（1）历史沿革。20世纪80年代前，限制我国耕地土壤质量的主要问题是氮磷肥力不足，随着多年来化肥投入量和作物产量的持续增长，土壤氮磷养分供应状况已有较大改进，中低产田改造工作取得了较大成效。但目前靠增加化肥投入量的产量增长已近极限，随之产生的“低、费、污”负面效应也日益凸显，已逐步成为我国耕地土壤质量的新一轮核心问题。可见，为继续提高我国粮食生产能力，仅靠增加农用化学品和能源投入量的模式是死路一条，只有提高耕地基础地力、藏粮于土，才是建立我国未来粮食安全长效机制，实现粮食安全保障的必然选择[2]。为解决这种现实困境与潜在隐忧，我国适时提出加快建设旱涝保收高标准基本农田，保障国家粮食安全，保证经济社会全面协调可持续发展。
（2）提出原因。“十分珍惜、合理利用土地和切实保护耕地”是我国的基本国策。但是近年来的总趋势是：建设用地的扩张一浪高过一浪，耕地、基本农田保护面临严峻挑战；地方政府过度追求经济发展，盲目攀比，置资源环境问题于不顾；土地产权机制和土地收益分配机制不完善，导致土地资源合理利用的产权经济机制缺失。更为严重的是，一些地方政府参与违法供地，引起部分行业和地区发展失控。另外，随着城镇化的快速推进，农村建设用地也呈现“人减地增”的逆向发展趋势，从而对耕地保护造成了一种“双挤”局面。从国内外实践来看，解决土地利用问题，缓解人地矛盾的最合理途径就是大力推进高标准土地整治，从而增加建设用地的流量，缓解城市建设用地的压力，支持城镇化进程。因此国家适时提出要加强高标准农田建设具有重要的战略意义。
（3）高标准农田建设。高标准农田建设属于土地整治的一种。是以建设高标准基本农田为目标，依据土地利用总体规划和土地整治规划，通过土地整理等方法，对农田进行土地平整和田间水利设施、田间道路、田间防护林等建设，达到田成方、林成网、渠相通、路相连、旱能灌、涝能排的要求，使农田生产条件得到明显改善。如前所述，高标准农田建设是建立在以往中低产田改造工作的基础上，为了应对当前建设用地过度扩张的严峻挑战，提出的高标准土地整治工程。前期中低产田改造和传统土地整治工作的经验和教训对高标准农田建设有重要借鉴意义，高标准农田建设是其升华和提升，是土地整治工程发展的高级阶段，是新时期着力打造的亮点。
2高标准农田建设的科学界定
随着新时期下高标准农田建设的深入开展，需要给“高标准农田建设”界定合乎规律的内涵和外延，一是要求能客观地反映新时期下高标准农田实践，二是要求能准确地指出新时期下土地整治的发展方向。
2.1高标准农田建设的内涵
目前对“高标准农田”内涵的理解不一，不少实际建设内容仅显露于表象，有的项目其实就是土地平整也被冠之以“高标准农田建设”，而实际土地质量根本未得到改观。因此，高标准农田的科学内涵必须予以明确。现从以下5个方面界定高标准农田建设的内涵。
2.1.1动态发展过程与系统工程。高标准农田建设应是与一定自然条件及社会经济发展阶段相联系的动态发展过程，是一项复杂的系统工程。现阶段的高标准农田可以这样理解：结合当地自然条件，与当地经济社会发展水平相适应，经过科学规划所建设的能满足现代农业发展需要，高产高效，并保持农业可持续发展的优良农田。高标准农田是科学完备的农田基础设施加先进的管理机制，综合应用农业先进技术为依托的复杂系统工程[10]。
2.1.2核心目标。高标准农田建设的核心在于耕地地力提高和土壤综合质量提升，有别于以往单纯以增加耕地数量为目标的土地整理模式。目前我国耕地质量问题严重：一是土壤营养元素含量不均，全国有95%的耕地缺磷，23%的耕地缺钾，14%的耕地磷钾俱缺；二是土壤沙化、盐碱化程度逐年加重，全国土壤沙化面积已达15330万hm2，占国土面积的15%，盐碱化耕地面积为763万hm2，占总耕地面积的8%；三是耕地退化加剧，干旱、半干旱地区有40%耕地严重退化。因此，提升耕地综合质量，提高农用地等别是高标准农田建设的核心目标。
2.1.3高标准基本农田的建设要点。主要体现在以下几方面：一是优化土地利用结构与布局，实现集中连片，发挥规模效益；二是增加有效耕地面积，提高高标准基本农田比重；三是提高基本农田质量，完善田间基础设施，稳步提高粮食综合生产能力；四是加强生态环境建设，发挥生产、生态、景观的综合功能；五是建立保护和补偿机制，促进高标准基本农田的持续利用。
2.1.4创新是高标准农田建设的推动力。高标准农田建设的特点在于高标准，为此必须始终坚持技术创新，保证其科技领先，这是高标准农田建设的推动力。高标准农田建设必须始终坚持以创新为引领，不断提升高标准农田建设水平，为农业增效、农民增收打造一流平台。这种创新体现在多方面：以理念的创新，为高标准农田建设增彩色；以管理的创新，为高标准农田建设提质量；以技术的创新，为高标准农田建设强效益；以主体的创新，为高标准农田建设添活力；以考评的创新，为高标准农田建设加保险。
2.1.5高标准农田的建设特征。主要体现在以下几方面：一是农田水利、机耕道路、绿化防护、土壤监测等设施完善，使用效率高，适宜机械耕作，便于集约经营，可有效抗御旱涝灾害，确保旱涝保收；二是农田土壤的肥力状况符合农业高产稳产的要求，支持有机肥积造，鼓励农民发展绿肥、秸秆还田和施用农家肥，保证土质肥沃，避免土壤沙化、土地盐碱化和耕地退化；三是具备节能高效特征，生产成本和灌溉水用量等明显下降，不因提高复种指数而降低土地产出率，不因常年连续耕种而出现年度间的产量大幅波动；四是要能够防御风、沙等各种自然灾害和防止水土流失，实现田园风光秀美，与自然和谐；五是对农田废弃物、排放物和土壤肥力状况等实现跟踪监测，监控治理效果，提高耕地及水资源使用效率。
2.2高标准农田建设标准的界定思想
科学的建设标准，是保证高标准农田质量、提高建设成效的关键。在制定标准过程中，应对不同类型区的高标准农田工程，深入调查研究、总结经验、广泛听取意见，使“标准”具有较高的科学性、较强的针对性和可操作性。
2.2.1高标准农田界定标准的复杂性。从概念上讲，全国的高标准基本农田应该是高等级、集中连片的农田。但这种高等级究竟是几等地，由于耕地质量等别区域间的不平衡，在保证一定面积的基础上，各地区的高标准基本农田质量等级也不完全相同，这导致了高标准农田建设标准界定的复杂性和多样性。耕地质量分等定级成果让耕地有了全国统一、可比的标准。但国家高标准基本农田建设标准是针对全国范围制订的，而各地区的自然条件与社会经济发展水平千差万别，统一用这个标准来建设高标准农田并不完全适合，必须针对各省的具体情况进行修订和补充，以反映出我国耕地质量区域分布不均衡、决定因素复杂等特征。例如，目前优等地仅占全国耕地总面积的2.7%，高等地占30%，中、低等地占67.3%；等别最高的1～3等地主要分布在湖北等7个省份，等别最低的13～15等地主要分布在内蒙古等22个省区。在这种耕地质量国情下，很难一刀切出一个全国通用、对应某个等级的“高标准”。另外，由于我国自然条件南北、东西差异较大，区域、局部性的耕地资源匹配情况不同，导致耕地质量等级建设难度不同，也会影响各省划分高标准基本农田的结果。
2.2.2高标准农田建设标准界定的指导思想。建成的高标准农田的总体指导思想是：具有完善的排灌系统、肥沃的土壤条件、优良的生态环境、便捷的田间道路、适度的农田规模、较高的生产能力。高标准农田建设，应坚持科学布局、典型示范的原则，因地制宜采取不同的界定原则，推动高标准农田建设示范工程协调发展。
高标准农田建设标准主要体现在：经过土地整治后的高标准农田至少应比整治前至少提升1个质量等别（等别划分据《tD/t1004-2003农用地分等规程》）。一般来讲，农田每提升1个等级，平均增产粮食1500～2250kg/hm2，生产水平低的农田，增产潜力更大。另外，建成后的耕地质量等级应达到所在县的较高等级，高标准农田的农产品产出率和效益率必须高与当地平均水平的40%～50%才属合理。
可通过土地质量地球化学评估成果等基础数据，对高标准基本农田里的元素进行检测和评定，查明建设区土地利用现状、土地权属状况、耕地质量等级和生态地球化学背景等。将“提高1个等级”作为可测定、可考核、可检验的平均标准提出来，体现了实事求是、因地制宜的科学精神。该界定标准虽具可操作性，但过于笼统，具体的质量等级界定应依据《高标准基本农田建设标准（tD/t1033-2012）》，根据不同省、市、地区土壤特征、农用地类型等分别制定细则，并出台相应的地方行业标准。
2.3高标准农田建设的外延
高标准农田建设的目的就是保证土地建设可持续发展，其外延宽泛，应从人与自然和谐共生、与科学发展观相适应等层面上，论述高标准农田的可持续发展战略与建设生态文明的必要性和重要性。现从以下几方面阐述高标准农田概念的科学外延。
2.3.1高标准农田建设充分体现了人与自然的和谐关系。高标准农田建设，无论在全球、地区，还是局部区域，形成的是由水利、土壤、作物、耕作、田间道路、农田林网以及小气候等多种因素组成的有综合功能的生态复合系统。该系统以其自身的运行规律、动力特性，影响着整个自然界的演进和变化，充分体现着人与自然的和谐，这是可持续生存和发展的重要标志。
2.3.2高标准农田建设是充分落实科学发展观的客观要求。推进高标准农田建设，顺应经济发展的客观趋势，符合当今世界农业发展的一般规律，是促进农民增加收入的基本途径，是提高农业综合生产能力的重要举措。用高标准物质条件装备农业，用高标准科学技术改造农业，用高标准产业体系提升农业，用高标准经营形式推进农业，用高标准发展理念引领农业。建设高标准农业的过程，就是改造传统农业、不断发展农村生产力的过程，就是转变农业增长方式、促进农业又好又快发展的过程。高标准农田建设是以科学发展观统领农村工作的必然要求。
2.3.3高标准农田建设是一项跨行业、跨部门、多学科的系统工程。这需要强有力的政府行为来保证宏观上的有效调控、微观上的协调运作；并需要调动各部门积极性，集聚各方力量、形成建设合力。与高标准基本农田建设有关的国家标准、行业标准和地方标准很多，相应的科研和设计部门要全面理解国土、农业、水利、林业、环保等相关部门制定的行业内外相关标准；施工人员也必须不断“充电”、更新知识，才能担负起高标准农田的建设开发任务；同时，高标准农田建设应充分尊重农民群众意愿，积极促进土地流转和适度规模经营，让项目建设得到广大农民群众的参与和支持。
2.3.4高标准农田建设应因地制宜开展有差别化的整治活动。我国首个高标准基本农田建设标准出台，从国家层面对各环节以及田间基础设施占地率、耕作层厚度等诸多要素提出了量化要求。然而，正如“高标准”并非全国通用的绝对标准一样，高标准农田建设应是一种统筹区域特征的差别化土地整治活动。比如，东北平原区应大规模建设旱涝保收高标准基本农田，积极推行规模化、机械化粮食生产基地建设；长江中下游平原区和华南丘陵平原区应注重改善基本农田生态；云贵高原区应将农田整治与陡坡退耕还林政策有效结合，加强坡耕地整治；黄土高原区应结合小流域综合治理和风沙防治综合治理，重点加强农田水利建设。可见，“高标准”在一定程度上说更是对农田建设过程的高要求，需要各地从资源禀赋和发展实际出发，探索实施符合当地特征的高标准基本农田建设模式。
2.3.5高标准农田是需要切实加强后期管护，保证工程效益持续有效发挥作用的建设项目。以前的土地整治工程普遍存在“重建轻管”的现象，项目实施后将土地和固定资产移交给项目区乡镇人民政府或村民委员会等管护主体后，整个工程就基本结束了，之后少有问津，这无疑使发挥资金投放效益和工程效益大打折扣。高标准基本农田建设，必须要全面加强工程后期管护：严格界定不同工程的管护主体，做到责任明晰；明确工程产权归属，使受益人、所有人、管护人合一，充分调动群众对于管护工作的积极性；重新审视当前管护经费全部由乡镇、村来承担的局面，考虑将部分费用纳入财政预算；及时跟踪工程管护实效，加强工程管护监管。
3结语
高标准农田是当前的热点话题和新生事物，高标准农田建设已成为地方各级政府、国土资源部及国务院相关部门的重要职责，也是各级国土资源管理部门的首要任务，它是人类社会经济发展到一定阶段解决土地利用问题的必然选择。本文针对高标准农田及其建设问题的相关概念进行了界定和深入剖析，供相关设计与研究人员参考。
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土壤剖面概念篇10
长江流经宜昌段后,沿荆江进入一个相对低缓的地带。其间河网密织、湖泊星罗棋布,形成了我国长江流域特有的湖泊型湿地景观。明清以来,迫于人口压力,人们对该湿地地区进行了不同形式的开垦,使之逐渐发展成为我国农业的发达地区。针对这片开垦地域农业面临的各方面的问题,从20世纪90年代以来,不少学者将国际上的“湿地”概念引入到对本地区农业的研究上,相继提出了要发展湿地农业的思想[1~5]。我们在完成中日技术合作“湖北省江汉平原四湖涝渍地综合开发计划”和湖北省“九五”重大科技计划项目“江汉平原涝渍地综合开发研究”的过程中,对江汉平原农业发展中所面临的若干问题进行了研究,希望对建立我国南方湿地农业技术体系作一些有益的探索。
1“湿地农业”的提出
“湿地农业”的概念是在“湿地”概念的基础上发展起来的。多水(包括地下水、地表水)是湿地的基本特征。国际上提出湿地的概念,主要是鉴于该类自然资源对调节自然环境和保护生物物种的绝对重要性,即所谓“大地之肾”的特点提出来的,其核心是要加强对湿地的保护[6~7]。但对我国江汉平原乃至长江流域来讲,近600年来,已有大片的湿地被开垦成了以水稻田为主的人工湿地,该湿地的主要功能已转变成农业经营的基础条件、生产农产品的功能上来。在该地区农业经营中,除要保护好依然存在的部分自然湿地、发挥湿地的生物和生态功能外,农业的经营本身还或多或少受到本区湿地特征的影响,如何根据其特点进行农业经营、处理好湿地开发、利用与保护之间的关系,是湿地农业所要解决的关键问题。很早以前,我国劳动人民针对南方多雨的特点,在有效排水和农业利用上就创造了一套成功的方法,在珠江三角洲形成了着名的“桑基鱼塘”系统,在长江下游地区则有所谓“圩田”利用方式。而在长江中游的两湖平原,则是以湖垸形式的土地利用方式占优势。而且这部分地区在我国农产品生产上的地位十分突出。相对于我国北方干旱地区的干旱农业而言,我国南方湿地季风气候条件下湖泊湿地地区的湿地农业,还面临着一系列特有的问题与挑战。开展湿地农业研究意义十分重大[8~13]。
2江汉平原湿地农业的特点
在低湿地上之所以短期内发展了出色的农业,固然与人口压力密切相关,但也与其具有独特的优点息息相关。江汉平原地势平坦本文来自,转载请保留此标记。,土地肥沃;光热水资源丰富,雨热同季,宜于农作;交通发达,综合经济实力雄厚,湖北省综合经济实力百强县大都位于江汉平原地区之内。但是在20世纪50~80年代期间,江汉湖泊数量和面积急剧减少,耕地面积骤增,生态环境日益脆弱化。农业灾害,包括洪、涝、渍、干旱、病虫、冷热等日益严重,农业耕作和生活的设施水平与条件十分恶劣,农业的结构单一,劳动生产力与土地生产力徘徊不前,农业资源浪费严重,比较效益低下。形成了江汉平原湿地农业的基本背景[10,12]。江汉平原的湿地农业还具有一些具体特点。
2.1垸田特征
江汉平原湿地垦殖所产生的直接结果是大量垸田的产生。所谓垸田,就是人为地由湖边向湖心通过建立堤坝、排干湖水,建立相应的水利设施,即所谓“围湖造田”形成的农田。最后在地貌上就自然形成了一个个由人工开挖形成的水系相对独立的垸落。从大的方面来看,垸田由于开垦历史不同,所属各异,因而垸落与垸落之间形成各种人为的隔离和阻碍,道路和水系混乱,不利于农田作业以及灌溉、排水与行洪。每逢5~10年一遇的大雨,往往形成大面积内渍[1,14]。
垸田的另一特征是土壤长期接纳河流冲积物和湖渍物,因而表现为土体深厚、有机物丰富、土壤潜在肥力高但有效肥力低。由于其土地平整与水利设施大都不充分,因而排水不良。春季土壤升温慢,形成所谓“冷渍田”。此外,还有一部分低湖田表现为土壤粘粒成分含量高、土壤结构不良。从土壤营养上来看,该地区土壤严重缺磷和缺锌[4,15]。
2.2地貌和生态上的分异特征
江汉平原的农田多由湖泊开垦形成,在地貌和生态上呈现出有规律的变化。王克林等在对洞庭湖湿地进行探讨时指出了洞庭湖区具有碟形盆地圈带状立体景观结构的特点。并将该湿地归纳成3个圈次,即1)内环敞水带;2)中环季节性淹没带;3)外环渍水性淹没带[2,8]。蔡述明等在江汉平原四湖地区监利新兴垸进行的研究阐明了四湖地区“湖垸同体”,从湖边到湖心可分为9种农业利用地貌类型的规律[4]。我们通过对典型碟形洼地——高场示范区的剖析,观察到一个没有彻底完成垦殖过程的低湖地在多个土壤特征上(地下水位、土壤剖面结构、土壤机械构成、土壤营养、土壤温度和综合土地质量)存在明显的梯级递变,因而其适宜的农业利用价值也是不同的。
2.3灾害加剧与生态脆弱化特征
由于本地区独特的地理气候特点,近几十年来自然灾害的频率和程度日益加剧。主要灾害有洪灾、涝渍、干旱和病虫灾害等[16~18]。叶柏年等在分析湖北省旱涝发生情况时,论述了进入上世纪80年代以来,灾害日益加重,如1980、1982、1983、1991、1993、1995、1996、1998年均为特大洪涝年,每年因洪涝使农田成灾面积均超过66.7万hm的标准,平均两年就遇一次,其中1991年农作物受灾174.97万hm,农业损失55亿元。80年代与50年代相比,旱灾面积增加1.28倍,涝渍面积增加1.67倍。
王学雷等对江汉平原的生态脆弱性进行过专题论述[19]。除上述以洪涝为主体形成的各种自然灾害外,江汉平原还面临严重的生态脆弱化问题。包括,1)耕地面积日减,人口骤增,土地的承载压力越来越大;2)土壤有机质含量逐年下降,物理结构劣化,生产性能下降;3)生物多样性下降,时有暴发性或毁灭性病虫害发生;4)水体面积减小,湖水水质下降,渔农矛盾日渐突出;5)农业内部结构单一,农业经营比较效益低,农业经济再生产难以完成;6)农业设施老化,基本建设严重落后,农民生活得不到应有保障,等等,应该说湿地地区的农业面临着一系列严峻的挑战。
3湿地农业技术体系探讨
局部性、季节性水环境恶化是南方低湿地的一个带普遍性的问题。位于该地区的以湖泊为主体的自然湿地既是当地农业的重要环境,又在该地区整体的水资源调度和控制中发挥着越来越重要的作用。必须从整体上来认识南方低湿地区存在的各种问题,大力开展湿地农业技术研究(图1)。
附图
图1“湿地农业”构成图
3.1湿地农业关键技术的探讨
“九五”期间,我们对农业湿地中的主体——涝渍地合理开发利用技术进行了较深入的研究,关键技术包括:
(1)涝渍地农业小区综合整治开发规划与实施研究建立了两个分别代表典型“湖积地”和“冲积地”的涝渍地改良综合开发示范区,在示范区的综合整治与开发规划中提出了以“单元水系”为基本单位整治涝渍地的观点,将农田基本建设作为整治涝渍地的先决手段。规划中还引入了日本区域排水规划的数理模型与土地分析的“数量化理论ⅰ”,实践证明上述两种方法对江汉平原湿地地区微地域特点的分析具有较好的适用性。研究还将高场示范区的开发模式总结为“农田整备梯级开发”,岑河示范区的开发模式为“农田整备优化模式”[22~24]。
(2)涝渍地排水改良技术
湿地农业中农田的排水是一项关键技术[25~27]。研究开发和引进了适合于湿地农业小区排水的数学模型以及农道、沟渠、土地平整的工程技术参数。深入探讨了农田涝渍相随的作用过程和主要作物棉花、大豆、油菜在关键生育期的排渍标准和涝渍排水综合控制指标[28]。
(3)涝渍地土壤肥力特征及改良技术
选择典型地域对近20年来大范围的江汉平原湿地农田土壤肥力动态演替进行了分析和评价,采用土壤系统分类法,对涝渍地的土壤类型进行了重新划分,找出了不同类型涝渍土壤的特征与利用方法。探讨了涝渍地土壤的分布与肥力演变规律。
(4)适生生物种质资源的发现、引进与鉴定
对多种水生经济植物莲藕、芡实等的适宜特性进行了鉴定。发掘并开发了新鱼种——月鳢,继续扩大了对适宜于湿地的早熟西、甜瓜品种的筛选,选出适合于大面积推广的新品种“黄宝石”、甜瓜“丰甜1号”。引进筛选出“两优培九”和“丰两优1号”等品种作为湿地高产优质水稻换代“组合”。
(5)主要作物抗涝渍的机理及抗渍高产栽培
重点对水稻、油菜等作物不同抗(耐)性品种间差别产生的机理进行了探讨,并总结出一套本地区水稻的抗渍栽培技术体系。研究认为栽培上应重点抓好品种筛选和育苗技术两个环节[29]。
(6)涝渍地作物病虫草害的发生规律及综合防治技术
重点对涝渍地上易发生的稻飞虱、稻螟和纹枯病、白叶枯病的发生特点进行跟踪调查,以有效排水和节水灌溉为出发点,探讨了病虫草害综合防除策略。
(7)涝渍地生态环境异化评价及生态恢复技术
湿地环境异化程度在日益加重,环境异化的根源在于人类对湿地资源的过度和不合理的利用。环境治理策略既要注重缓解环境压力,也要注意照顾当前经济发展,要做到二者的良性互动。
(8)涝渍地高效农业模式研究
湿地良好的土壤潜在肥力和充裕的光、温、水等自然资源为本地区农业的主体产品开发和农田多熟制提供了十分难得的自然条件[5,30~32]。以“麦—瓜—稻”模式为基础,面对新的农村形势,新创了4种高效农业模式。这4种模式是系统针对本地区爽水型高产水田、旱田、农牧肥结合以及保护地栽培方式分别形成的,在生产中已得到迅速推广。
3.2湿地农业综合开发典型模式探讨
湿地农业模式总体上可分成农田高效农业模式,农林间(混)作模式,水体养殖模式,种养加一体化模式和碟形地域梯级开发模式等5类。每一类有若干种形式的模式。主要模式可以归结为如下几种:
(1)适宜于中小水面的分层混养模式;
(2)适宜于连片池塘的鱼、猪—禽复合混养模式;
(3)适宜于大中型水面的网箱养鱼与流水围栏精养模式;
(4)野生水生植物人工种植园模式;
(5)适宜于河滩湖滩季节性淹水带的耐渍经济植物模式;
(6)低湖田鱼—稻—藕共生模式;
(7)湖区生态公园观光农业模式;
(8)适宜于大面积低湖田的一季中稻模式;
(9)适宜于典型碟形洼地的梯级开发模式;
(10)适宜于高产爽水区的多种农田高效种植模式,包括:麦—瓜—豆—稻模式;油—瓜—稻模式;菜—甜瓜—杂交棉模式;大麦=玉米绿豆—晚稻—畜禽模式。
优化模式的实施产生了良好的生态、经济和社会效益。其中经济效益尤为显着[3,5,33~36]。
3.3湿地农业的若干技术难题
纵观江汉平原过去几十年来的研究,湿地农业的技术研究多集中在点、区或者局部技术环节上,成绩很大但有所偏颇。今后应加强如下重大关键问题的研究。
(1)关于湿地农作区国土综合整治,即生产、泄洪和湖区水面面积的合理比例及其规划建设问题。进入20世纪90年代以后,湖泊面积还在继续减少,减少的部分主要用来作渔业养殖用。与低湖农田的利用方式相比,渔业养殖兼顾了蓄水、生产和调节生态环境等多方面功能,生态与经济效益显着,因而显示出较大的优越性。但江汉平原全域内土地面积如何在生产、泄洪和湖区水面之间分配出一个合理的比例,并通过具体地规划、布局(该布局还应该与相关的水利、农业设施相匹配),是今后湿地农业中必须要解决的一个首要问题。应该学习日本“土地改良区”的做法,大范围统一规划,整体分区建设;通过立法,本文来自,转载请保留此标记。集中来自于国家、地方和农业经营者的有效投资;规划与建设必须遵循统一的技术规范,做到资源的可持续利用与开发、保护的有机结合。
(2)关于拳头产业的选择与培育。要在减轻涝渍为害的同时,充分发挥湿地地区多水与土地肥沃的优势,培育特色产业,建立相应的优质、名牌商品基地。而这一方面恰好是江汉平原湿地农业过去的薄弱环节。具体来讲,需水较多的水稻、油菜,水生动物(鱼、鸭、鹅等)养殖,水生经济植物产品是本地区农业发展的潜在优势,但一直以来未形成相应的产业和产品优势,今后应重点研究其从基地化生产到加工、包装和销售一体化的技术,形成湿地农业的特色。
(3)关于恢复优美环境与确保食物安全。江汉平原的地理特点决定了该地区各种用水可能在不同区域之间产生多次循环使用,而且人畜饮水、农业灌溉用水与生活排水之间极易相互混杂。以水作媒介,农药、化肥及有机污染物容易得到迅速传播与分布,从而导致对环境的大面积污染,进而导致对农产品的污染。在江汉平原这个传统的农业集约区和国家农产品生产基地,如何保证农村广大土地以及农产品免遭污染,改善农业从业者的生产与生活环境,将是今后湿地农业技术体系中的一个难点。
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