北方地区主推节水技术
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" 三北" 地区节水农业技术

西北、华北、东北地区属于干旱、半干旱或半湿润偏旱地区,主要包括沿昆仑山-秦岭-淮河一线以北的地区,涉及京、津、晋、冀、鲁、豫、苏、皖、蒙、黑、吉、辽、陕、甘、宁、青、新等17个省(区、市)。该区域资源性缺水问题突出,年均降水量300~700毫米,70%~80%的降雨发生在6~9月,春旱十分严重。由于气候和人为原因,土壤沙化、退化严重,中低产田比重大。同时,农业经营粗放,农业节水技术普及率低,旱作区降水利用率一般仅在45%~50%左右,农作物产量低而不稳。但这一区域的光热充足,昼夜温差大,对提高农作物产量和品质较为有利。未来我国粮、棉、油、豆的重要产地将呈现向北方地区集中的趋势," 三北" 旱作区在农业生产中的重要性将进一步凸显,开发其生产潜力已成为我国农业发展面临的一个重要课题。

一、" 三北" 地区基本情况

西北区:包括黄河中上游、长城沿线以北地区和内陆河流域的陕、甘、宁、新、青等省区以及内蒙古部分地区,属于干旱气候区和半干旱气候区。耕地总面积2.32亿亩,其中水浇地1.09亿亩,旱作耕地1.23亿亩。该区域的农业生产和自然条件特征:一是干旱少雨,年均降水量不到400毫米,且季节分布不均,夏秋季节降水占年降水70%~80%。单位面积耕地拥有水资源总量仅为全国平均水平的10%,春旱、冬春连旱严重,是全国缺水最严重的地区。二是人口增加较快,植被破坏严重,生态环境脆弱且不断恶化,土壤沙化和水土流失严重制约着农业生产发展,尤其以长城沿线的风沙半干旱区为甚。三是该区域内有我国主要的农牧交错带,天然草场资源丰富,但过牧和草场退化严重。四是农业资源丰富多样,人均土地面积大,人均耕地资源超过全国平均水平30%左右,光热资源丰富,生物资源多样,适合特色旱作农业的发展。

华北区:包括晋、冀、鲁、豫、京、津、苏、皖等省(市)的全部或部分,耕地总面积5.07亿亩,其中水浇地2.58亿亩,旱作耕地2.49亿亩。华北区农业生产和自然条件特征:年均降水量400~800毫米,亩均水资源仅有400立方米左右,降水年变率高,季节分布不均。西部和北部为山丘地,其余大部分属于黄河、淮河、海河下游冲积平原,平均海拔50~1200米。土壤类型多样,大部分土壤比较肥沃,耕性良好。是我国冬小麦、棉花、夏玉米、花生等农作物的主要产区,也是木本板栗、山楂及苹果、梨、桃等温带水果的重要种植区域。 东北区:本区包括辽宁、吉林、黑龙江以及内蒙古东北部,耕地总面积3.81亿亩,其中水浇地0.6亿亩,旱作耕地3.2亿亩。东北区农业生产和自然条件特征:年均降水量300~900毫米,主要降水集中在6~9月,春旱十分严重。地形波状起伏,平均海拔200~1200米;土壤退化严重。亩均水资源量620立方米。本区主要种植玉米、大豆等作物,是我国的粮食重要产区。

二、" 三北" 地区节水技术推广现状及问题

长期以来,在国家的重视和支持下,各级农业科研推广单位,针对" 三北" 区域特点和旱作节水农业发展需求,围绕提高降水利用率和利用效率,在品种选育、技术模式、田间工程、设施设备、化学制剂等方面开展了大量研究,取得了一批旱作节水农业科技成果,并结合优势农产品重大技术推广旱作节水项目的实施,组织开展了技术试验、示范和推广工作,取得了很好的成效。据统计,2002年以来,农业部实施旱作节水农业财政专项,以" 三北" 和西南地区为重点,在23个省303个县示范推广全膜覆盖集雨保墒、膜下滴灌、集雨补灌、水肥一体化、抗旱坐水种等技术,建立示范区143.39万亩,带动节水农业技术每年应用面积达到4亿亩(单项技术,按播种面积计算)。

但是," 三北" 地区旱地面积比例高,旱作节水技术推广仍然面临着一些问题:一是投入严重不足,旱区多为经济欠发达地区,地方财力不足、农民收入水平低,投资能力较差。我部每年旱作节水项目投资仅3000万元,受资金制约,旱作节水技术推广面积仍然偏小。二是认识不到位,一些地方对发展旱作节水农业的重要战略地位缺乏足够的认识,重灌区、轻旱区,重工程技术、轻农艺技术的现象依然不同程度地存在,扶持政策和发展措施的连续性不够,制约了旱作节水农业的发展。三是推广力度不够,基层节水技术推广机构不健全,技术人员队伍缺乏,墒情监测和节水技术推广手段不足,公共服务能力偏低,导致重大旱作节水农业技术推广普及速度慢、范围小、到位率低。特别是农民应用旱作节水农业技术的积极性和主动性没有充分调动和发挥,难以适应旱作区现代农业发展形势需要。

三、" 三北" 地区主推节水技术

针对" 三北" 地区严重缺水的实际情况,重点推广抗旱保苗节灌、膜下滴灌、菜果水肥一体化、窑窖(池)集雨补灌、生物覆盖保墒、冬小麦综合节水技术等技术模式。

(一)抗旱坐水种技术模式

" 三北" 旱作区属温带半干旱和半湿润偏旱气候,降水量年际间和季节间分布极不均衡,多数降雨集中在7~9月份,每年10月下旬至第二年5月下旬降雨量不足全年降雨量的10%,形成" 十年九春旱" 。每年又必须在4月中下旬进行春播作业,造成了播种季节与降雨季节的错位,致使作物播种时土壤墒情极差,对春播和保苗极为不利。特别是近年来,由于暖冬和春旱时间的延长、大风次数的增加以及伏旱的提前到来,春播作物的出苗保苗愈加困难,粮食产量波动幅度较大,春播抗旱保苗已成为农业生产中最关键的环节。

技术要点:以春季抗旱保苗为重点,采用坐水种技术,先挖播种穴(沟),适量浇底墒水,然后播种、施肥、覆土(覆土后不要压得太实)。或可采用机械化操作,将开沟、浇水、播种、施肥、覆土、镇压几道工序一次性完成。一般情况下,每亩玉米坐水种需水5~8立方米,而喷灌需水15~20立方米,大垄漫灌35~40立方米,节水效果十分明显,据多年试验示范,坐水种比不坐水种平均增产15%以上。

适宜范围:重点示范推广区域为春旱问题严重的黑龙江西南、中南和中北部、吉林中西部、内蒙古东四盟农牧交错地带、辽宁西部和内蒙赤峰等风沙旱作区,以及华北北部、西北部分区域。

(二)膜下滴灌技术模式

西北地区水资源约6953.3亿立方米,人均水资源占有量2260立方米,单位面积水量仅为全国的21%,是我国水资源最为贫乏的资源性贫水地区,同时大水漫灌、大块灌,灌溉定额过高,浪费严重,不仅造成土壤养分流失,局部地区地下水位抬升,加速土壤次生盐碱化,更重要的是西北地区地下水位的下降,出现天然林面积减少、草地严重退化、土地沙漠化和沙尘暴等一系列生态系统问题。采用覆膜与滴灌技术相结合的膜下滴灌技术,是" 三北" 特别是西北地区的重要增产节水措施。

技术要点:针对西北内陆干旱少雨,蒸发量大的特点,实施膜下滴灌技术模式,是将滴灌施肥与覆膜保墒的有机结合,其主要特点是加压的水流经过过滤,进入输水管及铺设在地膜下面的滴管(带),再由毛管上的灌水器滴入根层土壤。膜下滴灌可根据作物的不同生长需要,适时、适量、水肥同步均匀、准确的直接输送到作物根际,使水的渗漏和地表蒸发减少到最小程度。

推广范围:重点在降水400mm 以下西北、华北的内陆绿洲灌区和井灌区实施,主要包括甘肃河西走廊绿洲灌区、新疆绿洲灌区、有灌溉条件的甘肃、新疆、宁夏、青海内陆河流域的绿州农业区以及山西、内蒙古、河北等地的井灌区。主要在棉花、马铃薯、瓜类、玉米等作物上应用。

(三)蔬菜、水果水肥一体化技术模式

近年来,随着社会经济发展和农业生产水平的提高,我国蔬菜、水果产业发展越来越快,目前已成为世界蔬菜生产大国,播种面积在占世界蔬菜播种面积的23%,蔬菜产量占世界蔬菜产量的45.6%。与大田作物相比,蔬菜、水果生产能够带来较高的经济效益,许多农民为了追求高产,长期过量投入肥水,带来了一系列的问题。在集约化蔬菜、水果产区,过量灌溉、施肥现象非常普遍,造成水资源浪费、肥料利用率底、氮素大量淋洗损失,造成蔬菜品质下降,菜地果园土壤生态环境恶化。采用蔬菜、水果水肥一体化技术,是提高水肥利用率、增加农民收入、提高蔬菜水果品质的重要措施。

技术要点:选择适宜的微灌方式,利用微灌系统,在灌溉的同时把肥料配兑成肥液一起输送到作物根部土壤,使水和肥料在土壤中以优化的组合供应给作物利用。通过高频率的灌溉和施肥使水分与养分供应与作物生长需要相吻合,改变土壤水运行方式和肥料在土壤中的分布和移动状态,使水和肥料更加紧密地结合,大幅度提高水肥利用率。

在蔬菜设施栽培条件下,主要采取滴灌施肥技术,作物生长前、后期土壤水分含量宜控制在田间持水量的60~70% 和70~90%之间,配兑肥料养分N:P2O5:K2O比例应分别控制在1:1:1和 2:1:3左右,灌溉肥液离子浓度在500~1500毫克/升之间。

在果园条件下,根据生产情况选择滴灌、微喷或者小管灌溉方式,果树水肥一体化配套生物覆盖,根据当地气候条件确定灌溉制度,并结合基肥的施用拟订灌溉施肥方案。在果树生长期间,土壤水分含量控制在田间持水量的55%至85%范围内,灌溉肥液适宜浓度在500~1200毫克/升之间。

推广范围:重点在" 三北" 、西南、南方等地蔬菜、水果集中产区推广应用,包括大城市郊区的大型蔬菜基地以及丘陵山区的水果集中产区。

(四)集雨补灌技术模式

西北、华北是我国资源性极度缺水地区,在西北旱作区、华北丘陵山区旱作区年均降雨少于600mm ,甚至有些地区只有250~300mm ,且降水时空分布不均,6~8月降水占全年降水的60~80%,年度、季节变率大,春旱、伏旱、冬春连旱十分严重,严重影响到人民生活及农作物安全生产。西南丘陵山区是季节性干旱严重地区,多年平均降水量为800mm 以上,但降水时空分布不均,降水时间多为6~9月,且多以暴雨形成出现,并且坡耕地面积大,土层浅薄,土层在20cm 左右坡土达30%左右,土壤蓄水保墒能力差,降雨径流损失占全年降水1/3~2/3以上,雨水利用率不足30%,伏旱严重,部分地区冬春连旱。雨水资源是这些旱作区主要水源,发展以蓄水设施积蓄降水,作物需水关键期有限补充灌溉是实现主动抗旱和高效用水关键技术,具有广阔的前景。

技术要点:集雨补灌技术模式是将坡地、道路、日光温室等径流,集蓄于水窖或蓄水池等集水设施,采用滴、渗灌技术在作物需水生育关键期向作物实施有限补充灌溉综合技术模式。一是集雨技术:利用有一定集雨面的山地、丘陵坡地,在田间、地边合理配置30~50立方米的窑窖、旱井、蓄水池等集雨设施,在雨季,将径流雨水经过沉沙、过滤处理后,蓄积在集雨设施中备用。二是补灌技术:根据作物类型、需水规律及集雨量,建立合理灌溉制度,在作物需水关键时期,及时进行补灌,以获取最大效益。

推广范围:重点在我国西北的陕西、甘肃、宁夏、青海等省的黄土旱作区,华北的山西、河北、河南等省的丘陵山区推广,也适用于西南的重庆、四川、云南、贵州、广西、湖南、湖北等省的丘陵山区。

(五)覆盖集雨保墒技术模式

" 三北" 半干旱大部分地区正常年份平均降水450mm 以下,年均蒸发量1500mm 以上,蒸发量远远大于降水量。地区旱地面积大,气候干旱,降雨量小,蒸发量大,自然降雨利用率低。在缺乏灌溉设施的旱作农业中,如何科学" 蓄住天上水,保住地里墒" ,用好天然降水,是旱作农业生产的根本出路和途径。应用地膜覆盖、秸秆覆盖集雨保墒技术,集蓄自然降水,

抑制田间蒸发,已成为该地区重要的节水增产技术。

技术要点:采用植物残体和地膜覆盖农田,配合起垄,通过大小垄面覆盖充分接纳作物生长期间的降水,特别是春季5~10mm 的微小降雨,通过膜面汇集进入播种沟,有效解决春季干旱影响播种的问题,达到最大限度蓄纳降水,抗旱保墒的集水效果。通过不同的覆盖形式形成与大气间的隔离层,进行物理阻割,割断土壤与大气的交换通道,从而减少土壤水的蒸发损失,将降水保蓄在土壤中,达到雨水高效利用的目的。配套有机肥料、长效肥料、缓控释肥料施用技术,一次施肥满足作物全生育期需要,可大幅度提高单产。主要分为全(半)膜覆盖集雨保墒技术、秸秆覆盖集雨保墒技术等。

适宜范围:该技术模式适于" 三北" 平原、丘陵等主要区域,在旱地推广应用效果显著,也适用于西南地区。

(六)冬小麦测墒节灌技术模式

我国黄淮海地区是冬小麦主产区,但水资源紧缺,大部分地区常年降雨500~700mm ,主要集中在夏季,小麦生长季节干旱少雨,不能满足生长发育需求,必须要补充灌溉,传统的小麦生育期灌水4~5次,麦田灌水量占农业灌水量的60~70%。但由于不合理灌溉现象普遍存在,水资源浪费严重,地下水过量开采,地下水逐年下降,使井灌区农业的可持续发展严重受阻。推广应用测墒灌溉技术,采用科学的灌溉制度,改进灌溉方法,实现节水、蓄水、保水和充分利用自然降水和土壤水,是冬小麦节水高产的重要技术。

技术要点:根据土壤墒情监测结果和麦田土壤适宜含水量范围、适宜湿润深度确定灌溉次数、灌溉时间、灌水定额,改进灌溉方式,实施合理灌溉。配套畦田改造," 长畦改短畦,宽畦改窄畦,大畦改小畦" ,改进灌溉方式,以" 小白龙" (移动式软管)田间输水减少输水损失,提高灌溉质量。

推广范围:黄淮海地区冬小麦种植区域。

(七)农化抗旱技术模式

农化抗旱指在农作物播种和生长期间使用抗旱剂、保水剂、植物生长调节剂等农业化学制剂,实现提高产量、改善品质的目标。施用保水剂,能够高效吸附、保持土壤中的水分,供给作物利用。应用蒸腾抑制剂能够控制叶片气孔开张度,减少水分蒸腾消耗。施用植物生长调节剂、生根剂等可以调节作物生长,提高作物体内多种酶的活性和叶绿素含量,提高根系的活力,促进根系发育,有利于充分利用较深层的土壤水,增强对干旱、冰冻等不利因素的抵抗能力,对提高作物产量和水分利用效率有重要意义。

技术要点:针对土壤墒情和作物生长状况,可采用拌种、浸种、土壤施用或叶面喷施等方式施用,作物苗期叶面喷洒是最常用的方法,可以起到有旱抗旱,无旱节水增产的效果。 适宜范围:" 三北" 主要旱作区。

附表 " 三北" 旱作节水农业分区及主要特征

大区

类型区

范围

区域自然与农业特征

西北区

黄土旱塬类型区

丘陵风沙类型区

西北内陆类型区

黄河中上游、长城沿线以北地区和内陆河流域的陕、甘、宁、新、青等省区以及内蒙古部分地区

干旱气候,年均降水量不到400毫米,且季节分布不均。植被破坏严重,生态环境脆弱且不断恶化,土壤沙化和水土流失严重。农业资源丰富多样,人均土地面积大,光热资源丰富,生物资源多样,适合特色旱作农业的发展。

华北区

平原类型区

山地丘陵类型区

晋、冀、鲁、豫、京、津、苏、皖等省(市)的全部或部分

半湿润气候,年均降水量400~800毫米,降水年变率高,季节分布不均。土壤类型多样,大部分土壤比较肥沃,耕性良好。主产冬小麦、棉花、夏玉米、花生等。

东北区

平原类型区

漫岗风沙类型区

辽宁、吉林、黑龙江以及内蒙古东北部

半湿润和半干旱冷凉气候,年均降水量300~900毫米,主要降水集中在6~9月,春旱十分严重。地形波状起伏,平均海拔200~1200米;土壤退化严重。主要种植玉米、大豆等作物,是我国的粮食重要产区。

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