《节水农业理论与技术》教学大纲

一、基本信息  

课程名称		节水农业理论与技术				课程编号	ARGE3112
英文名称		Theory and techniques of water-saving agriculture				课程类型	专业选修课
总学时	36	理论学时		36	实验学时		实践学时	0
学分	2	预修课程				适用对象	农业资源与环境专业
课程简介 （200字左右）		本课程主要介绍节水农业的理论和技术。内容包括：传统农业与现代农业节水技术（农业资源问题、我国传统农业精华、传统农业与现代农业节水技术、干旱威胁与节水农业发展）；节水农业基础理论（生态农业的资源利用、作物水分生理、土壤水分的调控与利用、节水农业综合配套技术体系）；节水农业工程技术（农田灌溉原理、灌水方法与技术、灌溉渠道系统、灌溉管道系统、农田排水工程）等。

二、教学目标及任务  

本课程为农业资源与环境专业的专业选修课。通过学习该课程：

（一）了解我国传统农业的精华和现代农业节水的时代需求，了解国内外节水农业科技的发展概况和发展趋势。

（二）学习节水农业的基础理论，包括生态农业的资源利用、作物水分生理、土壤水分的调控与利用、节水农业综合配套技术体系，了解节水农业的科学概念及节水农业原理，掌握节水农业的基本理论。

（三）学习和研究节水农业工程技术，包括农田灌溉原理、灌水方法与技术、灌溉渠道系统、灌溉管道系统、农田排水工程等。明确节水农业工程技术是发展高产、优质、高效农业的重要环节，是农业可持续发展的重要措施。

（四）通过本课程的学习，使学生对节水农业理论与技术的基本内容有一个较为全面的了解，并掌握主要作物的节水高产栽培技术，使学生获得一定的生产实践知识和技能，具有节水农业规划、设计、管理与施工的基本技能。

三、学时分配   

教学课时分配

章节	章节内容	讲课	实验	实践	合计
Ⅰ-1	农业资源问题：我国农业资源的现状与问题,节水农业技术研究；	2
Ⅰ-2	我国传统农业精华：农业的起源,传统农业技术要览,现代农业的发展；	2
Ⅰ-3	节水农业的概念，传统农业的节水技术,精耕细作与蓄水保墒；节水农业现状与问题，我国农田水利事业的成就	4
Ⅰ-4	传统农业与现代农业节水技术：我国农业资源特点，干旱灾害对农业的威胁，综合农业区划，旱作节水农业的历史机遇；	4
Ⅱ-1	节水农业基础理论：作物水分生理	4
Ⅱ-2	节水农业基础理论：土壤水分的调控与利用	2
Ⅱ-3	节水农业基础理论：节水农业综合配套技术体系	2
Ⅲ-1	节水农业工程技术概述	2
Ⅲ-2	灌溉原理	2
Ⅲ-3	灌溉方法与灌水技术：地面灌、喷灌、滴灌、渗灌	6
Ⅲ-4	灌溉渠道系统	2
Ⅲ-5	灌溉管道系统	2
Ⅲ-6	农田排水工程	2
合计		36

四、教学内容及教学要求 

Ⅰ 传统农业与现代农业节水技术

Ⅰ-1   农业资源问题

第一节  我国农业资源的现状与问题

1.   我国农业资源的现状与问题

2.   节水农业技术研究

习题要点：灌溉水利用率及水分利用效率的定义？

第二节  节水农业技术研究

1.   农艺节水技术

2.   生物节水技术

3.   工程节水技术

4.  管理节水技术

习题要点：节水农业的评价标准是什么？

本章重点、难点：农业用水的主要问题及其原因。

本章教学要求：通过本章学习了解农业用水的主要问题及其原因，了解节水农业技术研究的主要内容，掌握灌溉水利用率及水分利用效率的定义及节水农业的评价标准。

 

Ⅰ-2   我国传统农业精华

第一节  农业的起源

1.   农业的起源

2.   传统农业技术要览

3.   现代农业的发展

习题要点：原始农业和传统农业的最主要的表现？

第二节  传统农业技术要览

1.  传统农业史略

2.  旱作农业技术体系

3.  水田耕作技术体系

习题要点：传统旱作、水田技术体系的基本内容是什么？

第三节  现代农业的发展

1.   农业装备的发展

2.   现代农业的局限

3.   现代农业的巨大潜力

习题要点：现代农业发展与局限性是什么？

 

本章重点、难点：传统旱作、水田技术体系的基本内容。

本章教学要求：通过本章学习了解原始农业的起源，传统农业的发展过程以及现代农业的发展潜力，掌握原始农业和传统农业的最主要的表现，传统旱作、水田技术体系的基本内容，传统农业技术的四要素，以及现代农业发展与局限性。

 

Ⅰ-3   传统农业与现代农业节水技术

第一节  节水农业的概念

1.   节水农业的提出

2.   节水农业的概念与基本内容

习题要点：水农业的概念及特点是什么？

第二节  传统农业的节水技术

1.   耕-耙-耱-压-锄耕作技术体系—旱作

2.   耕-耙-耖-耘-耥耕作技术体系—水田

3.   精耕细作

习题要点：作、水田农业的耕作技术体系的内容是什么？

第三节  精耕细作与蓄水保墒

1.   深耕与蓄墒

2.   “三深”耕作

3.   “四墒”整地

4.   “四早三多”耕作法

习题要点：深耕与蓄墒的技术内容及作用是什么？

第四节  节水农业现状与问题

1.   农业用水浪费严重

2.   农田水利基本建设浪费严重

3.   抗旱节水的农业技术被边缘化

4.   现代农业节水的主要技术问题

习题要点：现代农业节水的主要问题是什么？

 

本章重点、难点：深耕与蓄墒的技术内容及作用。

本章教学要求：通过本章学习掌握节水农业的概念及特点，旱作、水田农业的耕作技术体系的内容，深耕与蓄墒的技术内容及作用，现代农业节水的主要问题。

 

Ⅰ-4   干旱威胁与节水农业发展

第一节  我国农业资源特点

1.   干旱程度与干旱期

2.   农业气候资源

3.  农业气候分区

习题要点：旱情、旱灾、干旱指数的定义？

第二节  干旱灾害对农业的威胁

1.   我国干旱的发生特点

2.   形成大范围干旱的气候条件

3.  干旱的威胁

习题要点：中国农业气候的特点及中国旱灾的发生特点是什么？

第三节  综合农业区划

1.   温度带与耕作制度

2.   降水与农业分区

3.  综合农业区划

习题要点：中国的农业气候分几个区？

第四节  旱作节水农业的历史机遇

1.        五大干旱中心

2.        发展旱作节水农业的重大意义

习题要点：发展旱作节水农业的重大意义是什么？

 

本章重点、难点：中国旱灾的发生特点；发展旱作节水农业的重大意义。

本章教学要求：通过本章学习了解中国的农业气候分区和综合农业区划情况，掌握旱情、旱灾、干旱指数的定义；中国农业气候及旱灾的特点；理解发展旱作节水农业的重大意义。

 

Ⅱ 节水农业基础理论

Ⅱ-1　作物水分生理

第一节　水在植物生命活动中的作用

1. 植物的含水量

2. 植物体内水分存在的状态

3. 水分在植物生命活动中的作用

习题要点：掌握植物相对含水量的计算，理解植物体内水分存在的状态，了解水对于植物的意义。

第二节　植物对水分的吸收

1. 植物细胞对水分的吸收

2. 植物根系对水分的吸收

习题要点：掌握植物水势概念及其组成，理解植物根系吸收水分的途径和动力

第三节　植物的蒸腾作用

1. 蒸腾作用的概念、生理意义和指标

2. 气孔蒸腾

习题要点：掌握蒸腾作用、蒸腾速率和蒸腾系数的概念，气孔运动的机理，了解小孔定律。

第四节　植物体内水分的运输

1. 水分运输的途径

2. 水分沿导管或管胞上升的机制

3. 水分运输的速度

习题要点：掌握水分上升的动力和机制，了解水分运输的途径。

第五节　合理灌溉的生理基础

1. 作物的需水规律

2.  合理灌溉指标及灌溉方法

习题要点：掌握合理灌溉的指标，理解作物的需水规律。

本章重点、难点：掌握植物水势的组成、植物蒸腾的概念和指标和气孔运动的机理。

本章教学要求：利用质壁分离实验介绍植物水势的组成，详细说明植物蒸腾的指标和水分上升的机制。

 

Ⅱ-2　土壤水分的调控与利用

第一节、土壤水的类型划分及土壤水分含量的测定

1. 土壤水的重要性

2. 土壤水分类型及有效性

3. 土壤含水量的表示方法

4. 土壤水分含量的测定方法

习题要点：掌握土壤水分类型和含水量的表示方法，理解水分含量的测定方法，了解水的重要意义。

第二节、土壤水能态

1. 土水势

2. 土壤水吸力

3. 土壤水的有效性

习题要点：掌握土壤水势的定义和水的有效性，理解水吸力。

第三节、土壤水分运动规律

液态水的运动

气态水的运动

习题要点：掌握饱和流和非不饱和流的差别，理解冻后聚墒和夜潮的含义。

第四节　土壤水分的高效利用

1. 水分高效利用的途径

2. 土壤水的调控措施

习题要点：了解土壤水的调控措施

本章重点、难点：掌握土壤水分类型和含水量的表示方法，土水势和水分运动规律。

本章教学要求：详细介绍土壤土壤水分类型和含水量的表示方法，和植物水势对应起来介绍土壤水势。

 

Ⅱ-3 节水农业综合体系

第一节 国外节水农业的概况

习题要点：了解典型国家节水农业的方式

第二节 我国节水农业现状及开发战略

习题要点：了解我国节水农业的历史和将来发展方向

第三节 节水农业的技术

1. 工程节水技术

2. 农艺节水技术

3. 管理节水技术

习题要点：掌握工程节水技术、农艺节水和管理节水的方式。

本章重点、难点：掌握工程节水技术、农艺节水和管理节水的方式。

本章教学要求：简要介绍国内外节水农业发展历史和现状，重点阐述工程节水技术、农艺节水和管理节水的方式。

 

Ⅲ   节水农业工程技术

Ⅲ-1  节水农业工程技术概述

第一节我国水资源状况及灌溉排水事业

一、 中国水资源分配特点

二、 灌溉地带的划分

三、节水灌溉的重要性及其目标

1.节水的重要性

2.节水灌溉的目标

习题要点：农田水利（灌溉排水工程）的基本概念与含义，节水灌溉的重要性和目标是什么？

第二节我国农田水利事业的主要成就

一、古代农田水利事业的成就

二、新中国的水利建设

1.取得的成绩

2.存在的问题

3.发展的趋势

习题要点：灌排工程学的发展趋势是什么？

第三节农田水利学的研究对象与基本内容

1.改善和调节地区水情

2.改变和调节农田水分状况

习题要点：灌排工程学的研究对象与基础措施是什么？

 

本章重点、难点：灌排工程学的发展趋势；灌排工程学的研究对象与基础措施

本章教学要求：通过本章学习了解我国对发展农业节水灌溉的重要性，以及灌排工程学的发展趋势，掌握农田水利（灌溉排水工程）的基本概念与含义，以及研究对象与基础措施。

 

Ⅲ-2  灌溉原理  

第一节  作物对灌溉的要求

1.灌溉的意义

2.灌溉水质

习题要点：灌溉水质包括哪些方面？

第二节 作物需水规律及其对土壤水分状况的要求

1.作物吸水特性与影响因素

2.土壤水分对作物生长的影响

习题要点：作物需水规律有哪些？

第三节 灌溉制度的确定

1.灌溉制度的主要内容

2.灌溉制度的作用

3.灌溉制度的确定

习题要点：如何确定灌溉制度？

本章重点、难点：灌溉水质；灌溉制度的确定。

本章教学要求：通过本章学习了解作物吸水特性与影响因素，以及土壤水分对作物生长的影响，掌握灌溉制度的主要内容和灌溉制度的确定。

 

Ⅲ-3  灌水方法与技术 （汪志农）

第一节 概述

第二节 地面灌水方法

一、      畦灌法

1.畦田布置

2.畦田规格

3.畦田优点

4.畦田缺点

5.畦田灌溉技术

习题要点：畦灌法的灌水技术有哪些？

二、      沟灌法

1.沟道的规格

2.沟灌的优缺点

3.沟灌技术要素

4.沟灌新技术

习题要点：沟灌法的灌水技术要素是什么？

三、      淹灌法

1.淹灌法特点

2.格田规格

习题要点：淹灌法的作用是什么？

 

本节重点、难点：畦灌法、沟灌法和淹灌法的灌水技术。

本节教学要求：通过本章学习了解畦灌法、沟灌法和淹灌法的灌水特点，掌握畦灌法、沟灌法和淹灌法的灌水技术与方法。

 

第三节 喷灌法

一、      喷灌概述 

习题要点：简述喷灌技术的发展历程和喷灌特点。

二、      喷灌系统及其设备

1.喷灌系统的组成与分类 

2.喷头的种类及工作原理 

习题要点：喷灌系统由哪几部分组成？喷头的工作原理是什么？

三、      喷灌的主要技术要求

1.喷灌的主要技术要求

2.影响喷灌水量分布的因素

3.喷灌主要技术要素的测定

习题要点：喷灌的主要技术要求有哪些？

本节重点、难点：喷灌系统的组成与分类；喷灌的主要技术要求。

本节教学要求：通过本章学习了解国内外喷灌技术的发展概况及喷灌的优缺点，掌握喷灌系统的组成和各种喷灌类型以及喷灌的主要技术要求。

 

第四节  微灌法  

一、      概述

1.微灌发展简史   

2.微灌种类

3.微灌的特点及适用范围

习题要点：微灌的种类有哪些？

二、      滴灌

1.滴灌的特点

2.滴灌系统的组成

习题要点：滴灌的优缺点有哪些？

三、      滴灌运行管理

1.滴灌系统堵塞的原因

2.滴灌系统堵塞的处理方法

3.滴灌系统堵塞预防

习题要点：滴灌系统堵塞的处理方法有哪些？

本节重点、难点：微灌种类；滴灌运行管理。

本节教学要求：通过本章学习了解微灌发展的概况、特点及适用范围，掌握微灌的类型和滴灌运行管理方法。

第五节 渗灌法

一、      渗灌的优缺点

二、      渗灌的类型

三、      渗灌系统的组成与结构

四、      渗灌技术要素

习题要点：渗灌的优缺点有哪些？

 

本节重点、难点：渗灌种类；渗灌的工作原理。

本节教学要求：通过本章学习了解渗灌的特点及适用范围，掌握渗灌的类型和渗灌运行管理方法。

 

Ⅲ-4  灌溉渠道系统  

第一节  灌溉渠道系统的规划

1.灌溉渠道系统的组成

2.灌溉渠道系统的规划布置

习题要点：灌溉渠道系统的规划布置原则有哪些？

第二节  灌溉渠道设计流量

1.渠道净流量

2.渠道损失流量

3.渠道加大流量和最小流量

习题要点：什么是渠道净流量和渠道损失流量？

第三节  灌溉渠道设计

1.渠道设计原则

2.渠道横断面的设计

3.渠道纵断面的设计

习题要点：渠道横断面与渠道纵断面的设计方法有哪些？

第四节  渠道系统的建筑物

1.控制建筑物

2.交叉建筑物

3.联接建筑物

4.量水建筑物

习题要点：渠道系统各类建筑物的作用是什么？

本章重点、难点：与渠道设计相关的参数及其确定原理；纵横断面的设计。

本章教学要求：通过本章学习了解灌溉渠道系统的规划布置和渠道设计原则，掌握渠道渠道设计相关的参数的确定方法及纵横断面的设计方法。

 

Ⅲ-5  灌溉管道系统

第一节 概述

一、灌溉管道系统定义

    是从水源取水经处理后，用有压或无压管道网输送到田间进行灌溉的全套工程。

二、管道系统的主要优点：

（1）省地，一般少占耕地7％~13％；

（2）减少输水损失，提高灌溉水利用系数；

（3）适应多种灌水方式的要求；

（4）便于自动化控制；

（5）对地形的适应性更强；

（6）无需清淤除杂草，减少管理劳动量.

三、管道系统的主要缺点：

（1）需要的材料和设备较多，投资较高；

（2）规划设计内容较复杂；

（3）对水源水质的要求较高；

（4）对施工及管理的技术要求较高。

习题要点：管道灌溉系统的优点有哪些

第二节 灌溉管道系统的组成与分类

一、 管道系统的组成：水源、首部枢纽、输配水管网、灌水器

二、管道系统的分类

1. 按结构形式分类：开敞式、封闭式、半封闭式

2.按工作压力分类：压灌溉管道系统（地表下，管内有自由水面，常见于渗灌）、低压、中压、高压灌溉管道系统

3. 按各部分在灌溉季节可移动程度分类：固定式、移动式、半固定式

4. 按灌水方法分类：喷灌系统、微灌系统、渗灌系统、低压管道输水地面灌溉系统

5. 按压力的来源分类：自压管道灌溉系统、机压管道灌溉系统

习题要点：管网布置的原则有哪些？

第三节 灌溉管道系统的规划布置

一、水源工程的布置

二、首部枢纽的组成及布置

三、灌溉面积分区

四、灌溉管道系统形式的选择

五、管道系统的布置

1、输配水管网规划布置的原则与要求

2、输配水管网的布置类型：1）树枝状管网、环状管网、混合状管网

依其结构可分为：（1）地埋固定式和（2）地面移动式

习题要点：管道的技术要求有哪些？

 

第四节 管道的种类及其规格

一、固定管道的种类

    水泥土管、素混凝土管、圬工涵管、石棉水泥管、塑料管、钢筋混凝土管、铸铁管、钢管

二、移动管道的种类

软管、半软管、硬管

第五节 管道附件

一、控制件（8种）

给水栓、阀门、安全阀、逆止阀、空气阀、流量调节器、配水井、放水井

二、连接件（6种）

三通和四通、弯头、异径管、堵头、乙字管、短管

三、快速接头

杠杆紧扣式、搭扣式、弹簧锁紧式…旋扣式接头

习题要点：管道主要控制件及作用是什么？

第六节 管道系统的工作制度

一、 续灌方式

二、轮灌方式

三、随机取水方式

习题要点：管道系统的工作制度有哪些？

第七节 流量与压力推算

以树枝状管网的水力计算为例

一、设计流量的推算：可以忽略沿程的流量损失。

采用续灌时，设计流量等于下一级管道流量之和 。

采用轮灌时，设计流量等于同时工作的下一级管道流量之和的最大值。      

二、首部设计工作压力的推算

首先在灌区内选择一个或几个典型点，然后按下式计算出各自的工作压力，取其最大或次大者为设计工作压力。

第八节 管道系统的结构设计

一、 埋深与坡度

二、 镇墩与支墩

三、 柔性接头与伸缩接头

四、 排气与泄水装置

五、 阀门井

六、竖管与支柱

习题要点：管道系统的结构及作用是什么？

 

本章重点、难点：管道系统的结构设计包括的内容。

本章教学要求：通过本章学习，要求了解管网布置的原则，管道主要控制件及作用，管道的几种结构设计；掌握管道灌溉系统的优点，管道的技术要求，管道系统的结构设计包括的内容。

 

Ⅲ-6  农田排水工程

第一节  排水原理

1.农田水分过多对土壤、作物的影响

2.土壤物理性质与农田排水的关系

3.排水指标

习题要点：排水指标有哪些？

第二节  排除地表迳流

1.地面排水流量的计算

2.地面排水系统的布置与排水方法

习题要点：如何计算地面排水流量？

第三节  控制地下水位

1.地下水排水流量的计算

2.控制地下水位的沟深与间距的确定

习题要点：确定沟深与间距的原理是什么？

第四节  排除土层滞水

1.引起土层滞水的因素

2.排除土层滞水的农业措施

习题要点：排除土层滞水的农业措施有哪些？

本章重点、难点：排水指标；排水流量的计算和控制地下水位的沟深与间距的确定。

本章教学要求：通过本章学习，了解排水原理，掌握排水指标和排除地表迳流、土层滞水以及控制地下水位的方法。

 

五、考核方式及要求  

考核方式：闭卷笔试。总成绩由二部分组成， 即：平时成绩+考试成绩。平时成绩占30%， “课程论文”占70%。

六、推荐教材及教学参考书 

教  材：《节水农业理论与技术》，王英君，北京：中国农业科学技术出版社，2010年

《农田水利学》，郭元裕，北京：水利电力出版社．2009年

     《灌溉排水工程学》，汪志农，北京，中国农业出版社，2009年

参考书：

1.《节水农业》，山仑，黄占斌，张岁歧，北京：清华大学出版社，2000年

2.《田间节水灌溉新技术研究与应用》许迪，李益农，北京：中国农业出版社，2002年

 

大纲修订人：罗朝晖

大纲审定人：李荣

修订日期：2015年4月20日