本發明涉及一種農業生產的技術領域，特別涉及一種調節濕地生態需水和農業生產用水的錯時調水方法。

背景技術：

濕地是全球單位面積生態系統服務能力最強，但特別脆弱的生態系統。濕地約占全球陸地面積的6％，提供水源涵養與水文調節、珍稀水禽和植物生境維持、氣候調節等重要的生態系統服務。三江平原是我國重要糧食生產區、國家級生態功能區和濕地生物多樣性集中分布區，在保障水資源供給、減輕洪澇災害、保護生物多樣性、維系區域生態安全中發揮著不可替代的重要作用對維護國家糧食安全和生態安全，保護生物多樣性極為重要。

20世紀50年代以來，三江平原大面積的濕地被開墾成耕地，原生濕地與開墾農田并存，成為濕地土壤受人類活動影響最為顯著的熱點區域之一。由于濕地的持續萎縮和退化，當前農業用水與生態用水矛盾突出，旱田改成水稻田，自然降水遠無法滿足水稻正常的生長需水要求，促使水稻種植戶大規模的開采地下水進行灌溉，地下水位的持續下降，貯存量的減少，相應導致濕地地表水資源的貯存量也減少，濕地可利用淡水資源快速減少和對地下水補給能力的持續降低，使該地區面臨著農業水資源保障的巨大威脅。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明目的在于提供一種調節濕地生態需水和農業生產用水的錯時調水方法。本發明提供的方法結合稻田供水和濕地需水形成一種補償的供水機制，通過錯時調水協調濕地生態需水和農業生產用水的矛盾，合理利用水資源，既能保證濕地的長期穩定發展，又能解決農田用水緊缺的問題。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種調節濕地生態需水和農業生產用水的錯時調水方法，包括以下步驟：

(1)在濕地區域植物的萌芽期，將濕地區域水位保持在0～1cm，多余濕地水資源用于農田灌溉；

(2)在濕地植物萌芽期后至進入生長旺盛期前，對濕地區域進行一次性供水，供水水位為10～12cm；

(3)在濕地植物的生長旺盛期至季節性枯萎期間，對濕地區域進行周期性供水，供水水位為0～1cm。

優選的，所述步驟(1)中濕地區域的水位為0cm。

優選的，所述步驟(2)中的供水水位為10cm。

優選的，所述步驟(3)中濕地區域的水位為0cm。

優選的，所述步驟(3)中周期性供水的供水周期為10～20天。

優選的，所述步驟(3)中周期性供水的供水周期為15天。

優選的，所述濕地區域和所述農田之間設置有溝渠和提水系統。

本發明提供了一種調節濕地生態需水和農業生產用水的錯時調水方法，包括以下步驟：(1)在濕地植物的萌芽期，將濕地區域水位保持在0～1cm，多余濕地水資源用于農田灌溉；(2)在濕地植物進入生長旺盛期前，對濕地區域進行一次性供水，供水水位10～12cm；(3)在濕地植物的生長期至季節性枯萎期間，對濕地區域進行周期性供水，供水水位為0～1cm。本發明提供的方法根據濕地植物不同發育時期進行定水位和定期供水策略，將多余水用于農田灌溉，減少了農業灌溉對地下水的大量開采，保護地下水資源，進而保護了濕地的重要補給來源，有效防止了濕地因地下水補給匱乏導致的濕地面積萎縮和濕地功能退化，在保證濕地生態系統長期穩定發展的同時解決了農田用水緊缺的問題。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中第一階段毛苔草株高測量結果；

圖2為本發明實施例1中第二階段毛苔草株高測量結果；

圖3為本發明實施例1中第三階段毛苔草株高測量結果；

圖4為本發明實施例1中植物生物量檢測結果。

具體實施方式

本發明提供了一種調節濕地生態需水和農業生產用水的錯時調水方法，包括以下步驟：

(1)在濕地區域植物的萌芽期，將濕地區域水位保持在0～1cm，多余濕地水資源用于農田灌溉；

(2)在濕地植物萌芽期后至進入生長旺盛期前，對濕地區域進行一次性供水，供水水位為10～12cm；

(3)在濕地植物的生長旺盛期和生長后期，對濕地區域進行周期性供水，供水水位為0～1cm。

本發明在濕地區域植物的萌芽期，將濕地區域水位保持在0～1cm，多余濕地水資源用于農田灌溉。本發明優選在調水前對農田周圍濕地區域進行調查，確定濕地區域的物種信息和水文信息，具體的如優勢種、建群種和關建種以及水位和水分來源等信息，明確濕地區域的范圍，確定可供調水的水量。

對生態區域進行調查后，本發明優選在濕地區域和農田之間建立溝渠和提水系統，使濕地和水稻田實現聯通，并在聯通結點處設置閥門。本發明對溝渠和提水系統的建立方法沒有特殊要求，使用本領域技術人員熟知的方法進行建立，能夠實現水資源在濕地區域和農田間相互轉移，且能夠對流動的水資源進行有效阻止和控制即可。

本發明在濕地區域植物的萌芽期將濕地區域水位保持在0～1cm，更優選為0cm。本發明在濕地植物的萌芽期，將濕地水位保持在0～1cm，此處所述濕地水位為0～1cm，是指在萌芽期期間，通過人工維持使濕地水位維持在0～1cm，不能出現自然落干的情況；本發明對濕地水位的人工維持方法沒有特殊要求，使用本領域技術人員熟知的維持水位的方法即可。本發明通過控制萌芽初期的濕地水位，使濕地植物少量缺水，并且達到在少量缺水情況下促進植物的生長和繁殖的目的。在本發明的具體實施例中，所述濕地植物的萌芽期具體是指5月22日～6月21日，也可以根據濕地植物的具體生長情況進行確定。

在本發明中，所述農田優選為水稻田，本發明在濕地植物萌芽期將濕地區域水位保持在0～1cm，將多余水排至水稻田中，使水稻田中的水達到水稻泡田定額；所述水稻泡田定額可結合農業生產經驗和水稻田規模確定，達到水稻泡田定額后，多余的濕地水資源可以返回濕地或者進行其他農業生產。

本發明在濕地植物萌芽期后至進入生長旺盛期前，對濕地區域進行一次性供水，供水水位為10～12cm。在本發明中，所述對濕地區域進行一次性供水具體是指一次性對濕地區域供水10～12cm，然后自然落干，中間無再進行補水，也無需對水位進行人工維持；本發明對一次性供水的時間節點沒有特殊要求，可以選擇萌芽期后至生長旺盛期前的任意時間點。在本發明中，所述指萌芽期后至生長旺盛期前具體的指6月22日～7月9日左右，在本發明的具體實施例中，可以根據濕地植物的生長狀況進行確定。

在本發明中，所述一次性供水的水位為10～12cm，優選為10cm。在本發明中，多余濕地水資源用于農田灌溉，優選用于水稻田種植，水稻田內水到達水稻泡田定額后，若還有多余的水資源，可用于其他農業生產。

本發明在濕地植物的生長期至季節性枯萎期間，對濕地區域進行周期性供水，供水水位為0～1cm。在本發明中，所述生長期至季節性枯萎期間具體是指7月9日至濕地植物季節性枯萎之間的一段時間，在本發明的具體實施例中，可以根據濕地植物的生長狀況進行確定。

在本發明中，所述周期性供水水位控制優選為0cm。在本發明中，所述周期性供水具體是指：對濕地區域供水至水位為0～1cm，供水后，自然落干，到達供水周期后再次供水至0～1cm，形成供水循環。在本發明中，多余濕地水資源用于農田灌溉，優選用于水稻田種植，水稻田內水到達水稻泡田定額后，若還有多余的水資源，可用于其他農業生產。

在本發明中，所述周期性供水的周期優選為10～20天，更優選為15天。本發明通過周期性供水，使濕地植物處于干濕交替狀態，更好的促進濕地植物在生長期和生長后期的生長。

下面結合實施例對本發明提供的調節濕地生態需水和農業生產用水的錯時調水方法進行詳細的說明，但是不能把它們理解為對本發明保護范圍的限定。

實施例1

在實驗室中和模擬濕地植物的生長狀態，進行試驗：

(1)實驗植物對象的采集

試驗植物對象為毛苔草，選用的毛苔草在三江平原洪河農場被農田所包圍的沼澤濕地中采集，保持原始狀態栽入盆中，保證每個盆中的原始樣品基本保持一致性。

(2)對植物樣品進行供水控制模擬

采集回來的毛苔草樣本種植在中國科學院東北地理所溫室內進行模擬試驗。兩個區域都屬溫帶大陸性季風氣候，四季分明，雨熱同季，春季氣溫較低，干燥多風，夏季溫熱多雨，秋季濕潤涼爽，晝夜溫差大，冬季漫長，干燥寒冷。由此可以看出，模擬試驗地的氣候和采樣地氣候相差不大。為了更好的控制自然降雨對試驗中水分的影響，植物在溫室內進行，試驗開始后溫室的門窗均開放，保證室內通風良好，并盡量減小室內與室外的溫度差。

(3)溫室供水策略設置

在毛苔草整個生長周期中，根據稻田灌溉規律，分四個階段供水，第一個階段為毛苔草萌芽期(5月22日～6月21日)，保持持續水位在0cm，共24個重復。第二個階段為6月21日～7月9日，分為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，兩者在各自水位基礎上自然落干，每組12個重復。第三階段為7月9日～9月27日，在上述每個處理上分為15天和30天周期供水，每一周期供水一次后自然落干，兩種周期每次供水使水位分別為10cm、0cm和-20cm，在此水位基礎上自然落干，每組2個重復。最后一個階段為9月27日～10月28日，保持水位在10cm。

(4)試驗方法

不同供水策略處理標號為w1～w12(見表1)，按后期供水水位分成四組，即組1(w1～w3)、組2(w4～w6)、組3(w7～w9)和組4(w10～w12)。

同時，設置對照組，在樣品中隨機選取三盆，整個生長季分別保持水位在10cm、0cm、-20cm，標記為ck1、ck2、ck3，觀察整個生長季情況。

表1供水策略設置

每盆隨機選擇三株毛苔草進行標記，在植物生長的不同時期(5～10月)對標記的毛苔草株高進行觀測。在生長季結束時，將所有的毛苔草收割，并計算地上部分的總生物量。

(5)結果與分析

a.不同供水策略對毛苔草株高的影響

分別在5月25日、6月3日和6月15日測量各個實驗組的毛苔草株高，所得結果如圖1所示；

由圖1可以看出，生長初期，不同的水位之間株高呈極顯著正相關。5月25日，各處理之間并沒有顯著性差異(p＝0.375，p>0.05)，說明毛苔草在最初的狀態是相似的，并沒有較大差異的植株影響后期生長的結果。6月3日，株高最大是0cm水位的處理，其次是10cm水位的處理，兩者之間沒有顯著差異(p＝0.308，p>0.05)。6月15日，0cm水位的處理之間并沒有顯著差異，去株高最大，且與ck1、ck3之間都存在顯著差異(pck1＝0.004，pck3＝0.000，p<0.05)。這表明，在生長初期，干旱(水位-20cm)和淹水(水位10cm)都會阻礙植物的生長，而少量的缺水(水位0cm)則會促進植物生長。

對第二階段毛苔草的株高進行測量，所得結果如圖2所示，圖2中標注的字母不同表示數據間的差異顯著(p<0.05)，標注的字母不同表示數據間的差異不顯著(p>0.05)，大寫字母表示數據間有極限出差異(p<0.01)。

由圖2可以看出，在初期供水后，供水的毛苔草株高更大，供水與不供水的兩個處理之間有顯著差異(p＝0.008，p<0.05)。ck1在這一階段株高迅速增長，幾乎與ck2持平。而ck3最矮，且與其他處理都有極顯著差異。這說明在這一階段供水對毛苔草的生長有促進作用，植物生長初期時0cm水位對其促進作用的優勢在這個階段表現不明顯。該實驗結果表明，在第二階段對濕地植物一次性供水10cm，最有利于植物的生長。

分別在7月14日、7月23日和8月7日測量毛苔草的株高，測量結果如圖3和表2所示；

圖3和表2可以看出，7月14日，ck3與所有處理都有顯著差異，而其他處理間并沒有顯著差異。7月23日，w1～w12處理之間有顯著差異(p＝0.019，p<0.05)，w1、w2和w5相對高一些，組4處理相對矮一些，這兩組處理具有顯著性差異，而與其他處理之間差異不顯著。ck1與w10、w11和w12之間有顯著差異(pw10＝0.008，pw11＝0.023，pw12＝0.013，p<0.05)，ck2與w1之間有顯著差異(p＝0.050，p<0.05)，ck3與所有處理都有顯著差異。8月7日，w1～w12處理之間的差異變得更加明顯，呈極顯著差異態勢(p＝0.001，p<0.05)。組1和組2處理高于組3和組4處理。w1最高，w12最矮，除組1外，其他每組處理中，后期供水的水位均為0cm處理的毛苔草要高于同組的其他處理。ck1與組3和組4內的各處理之間有顯著差異(pw7＝0.003，pw8＝0.059，pw9＝0.002，pw10＝0.000，pw11＝0.000，pw12＝0.000，p<0.05)，ck2與組4內的各處理之間有顯著差異(pw10＝0.007，pw11＝0.043，pw12＝0.007，p<0.05)，ck3與所有處理都有顯著差異。

以上統計結果表明，在第三階段，選擇15天的供水周期和0cm的水位，可以保證毛苔草長勢良好。

表2第3階段毛苔草株高差異性數據

第四階段9月27日～10月28日，ck3已經完全枯黃；w9和w10～w12有大部分已經開始枯黃，綠色的植株較少；其他處理都有不同程度的萎蔫和枯黃現象，但差異并不明顯。

b.不同供水策略對毛苔草生物量的影響

在生長季結束時，將所有的毛苔草收割，并計算地上部分的總生物量，所得結果如圖4所示，圖4中標注的字母不同表示數據間的差異顯著(p<0.05)，標注的字母不同表示數據間的差異不顯著(p>0.05)，大寫字母表示數據間有極限出差異(p<0.01)。

根據圖4可以看出，毛苔草的生物量和生長末期植物株高的趨勢相似。w1～w3的生物量最高，而隨著供水的減少，生物量也在減少，w10～w12的生物量最低。毛苔草的生物量大于ck1的處理有w1、w2、w3和w5。其他的處理都與ck1、ck2有顯著性差異，且小于ck2。

(6)結論

在毛苔草生長初期，持續的干旱和淹水都會阻礙植物的生長，而少量的缺水(水位0cm)則有利于植物生長。在植物進入生長旺盛期前供水10cm，可以促進株高的增加和生物量的積累，有利于植物生長。毛苔草生長后期，雖然都是波動水位，但供水周期的長短和水位的高低會影響植物的生長。15天的供水周期和0cm的水位可以更好的促進植物的生長，同時也能緩解前期生長受到的抑制。

在毛苔草整個生長周期中，萌芽時，少量缺水；進入生長旺盛期前供水10cm；生長期和生長后期(季節性枯萎前)保證0cm的水位和15天的供水周期，這種供水策略優于其他策略，可以保證毛苔草長勢良好。

由以上實施例可知，本發明提供的方法根據濕地植物不同發育時期進行定水位和定期供水策略，可以保證濕地植物在少量缺水的情況下長期穩定的生長，從而使多余的濕地水可以用于農田灌溉，減少農業灌溉對地下水的大量開采，保護地下水資源，進而保護了濕地的重要補給來源，有效防止濕地因地下水補給匱乏導致的濕地面積萎縮和濕地功能退化，在保證濕地生態系統長期穩定發展的同時能夠解決農田用水緊缺的問題。

由以上實施例可知，本發明以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。