旱作节水农业是发展西北干旱区的必要措施

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  [摘要]:旱作节水农业是综合运用农艺、生物和工程等技术措施,以优化水资源配置为核心,合理安排农业布局和种植业结构,应用节水保墒技术,采取防旱抗旱措施,最大限度地提高农业资源利用效率,保障农业高产、优质、高效和可持续发展。在认真总结干旱区群众长期抗旱减灾措施和经验的基础上,西北干旱区实施了旱作节水农业示范基地建设项目,选择部分地区推广不同实用抗旱节水技术措施,在遭受特大干旱的情况下,依然呈现出较好的增产增收效果。因此,在西北干旱区加快推进旱作节水农业意义重大。
  [关键词]:旱作;节水农业;西北干旱区;措施;意义
  中图分类号:G353文献标识码: A
  Dry farming agriculture is the necessary measures to develop The Arid Region of Northwest China
  Wu Wei [1]Cao Ruifang[2]
  (1 Ningxia Water Resources & Hydropower Survey Design & Research Institute Co.Ltd, Yinchuan Ningxia 750001;2 Ningxia Huarun Landscape Industry Development Group Co.Ltd,Yinchuan Ningxia 750001)
  [Abstract]: Dry farming water-saving agriculture is comprehensive use of agricultural, biological and engineering technical measures,which takes to optimize the allocation of water resources as its core, reasonable arrangement layout of agriculture and cropping structure, the application of the water saving technology, adopting conservation measures of drought control and drought resistance, maximize using the efficiency of agricultural resources, protection of agriculture with high yield, good quality, high efficiency and sustainable development. On the basis of conscientiously summing up with the masses long-term drought mitigation measures and experience in the arid zone, and in Arid Region of Northwest China implementing water-saving agriculture demonstration base construction project, choosing some areas to promote water-saving different practically technologies, in the case of suffering from severe drought, it still showing a good increase production results. Therefore, in Arid Region of Northwest China with accelerating to conservation coated and rainwater-collecting irrigation for the dry farming water-saving agriculture is of great significance.
  [Key words]: Dry farming; Water saving agriculture; Arid Region of Northwest China; measures; significance
  1概述
  旱作節水农业,是指在旱作耕地上依靠和充分利用降水进行的农业生产活动,是集蓄水、改土、育林、节灌、改革耕制、选育良种等系列技术为一体的综合配套工程。充分集蓄降水,最大限度提高降水保蓄率、利用率和利用效率,从而实现农业高产高效、农村经济可持续发展和生态环境的同步改善。
  转变生产方式,大力发展现代农业,加快建设西北干旱区现代农业示范区、旱作节水农业示范区、黄土丘陵区生态农业示范区,加快旱作节水农业建设,促进农业增效、农民增收,关键是解决制约西北干旱区农业发展的瓶颈问题,大力发展旱作节水农业。
  2区域概况
  西北干旱区包括黄河中上游、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。本区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%。亩均水资源500~550立方米,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。
  3旱作农业相关节水技术措施
  3.1覆膜保墒措施技术
  地表覆盖是减少干旱地区土壤水分蒸腾损失的最有效的方法之一。覆盖材料可以选用塑料膜覆盖、作物残茬覆盖及大田作物秸秆覆盖等。
  3.1.1地膜覆盖增温保墒技术
  用不同种类的塑料薄膜覆盖在作物种植表面进行作物生产的栽培技术称为地膜覆盖栽培技术。地膜覆盖的作用主要有以下几方面:(1)提高地表土壤温度。采用塑料薄膜覆盖时,塑料膜与地表土壤之间存在微小空间,产生温室效应,能减少土壤中热量向大气中扩散,可使地表土壤温度升高3-5℃,促进覆膜作物根系的生长发育;(2)保持土壤水分。进行塑料薄膜地面覆盖后,由于气密性强,可以有效地防止土壤水分蒸发,较不覆膜作物的土壤墒情好很多;(3)提高作物肥料利用率。进行地膜覆盖后土温最高可达30℃以上,土壤中有益微生物活动加速,促进了土壤中有机质的分解,加速肥料循环利用,从而提高作物肥料的利用率;(4)有利于改善土壤理化结构。进行地膜覆盖能减少土壤表面板结化程度,增加土壤间存在的孔隙度,使土壤质地疏松,土壤容重相对降低,透气性也相对增强,便于作物根系的发育和生长;(5)采用地膜覆盖能够减少作物间杂草的滋生,抑制杂草对作物的抢水抢肥过程,便于作物更好的生长。
  3.1.2地面覆盖增肥保墒技术
  通过增加地面覆盖物,达到节水目的。例如大田秸秆覆盖、种植绿肥等。在耕地表面覆盖地膜、秸秆等材料可以抑制土壤水分蒸发,减少降雨产生地表径流而造成的水分损失,起到蓄水保墒,提高水的利用率,促使作物增产的效果。该方法既能保持土壤墒情,亩平均减少土壤水分蒸发量可达10-15 m3,又能增加土壤有机质含量,培肥地力。
  3.2设施农业节水灌溉
  设施农业是运用现代工业技术成果和方法、用工程建设的手段为农产品生产提供可以人为进行控制和调节的环境和条件,使植物和动物处于最佳的生长状态,使光、热、土地等资源得到最充分的利用,形成农产品的工业化生产和周年生产,从而更加有效地保证农产品的供应,提高农产品质量、生产规模和经济效益,促进农业现代化。采用先进的灌溉设备,根据作物生产过程中对水的需要,按时、按需对作物进行灌溉,产量高、品质好、节水明显,与常规灌溉相比,喷灌节水50%,渗灌节水75%,滴灌节水80%,同时节省用地15%,节省用工50%,节水节本增效十分显著。目前设施农业已由简易塑料大棚、温室发展到具有人工环境控制设施的自动化、机械化程度极高的现代化大型温室和植物工厂。
  3.3田间耕作与保墒技术
  3.3.1"三深"耕作法
  (1)深耕。伏耕26.7~30厘米。(2)深种。与深耕相辅相成,使作物种子处在较深厚的土壤表层以下,提高其抵御旱灾的能力,如玉米等作物可将其种子播种到土壤以下10~13厘米。(3)深锄。在雨季前,玉米等作物定苗后,苗高33.3厘米左右,用镢头深刨23.3~26.7厘米,刨后土壤不要压实,使土壤间留下很多空隙,以便于容下更多夏季雨水,增强作物抗旱能力。
  3.3.2"四墒"整地法
  (1)秋耕壮垡。秋耕时,先浅耕耙去根茬杂草,平整土地施足底肥,然后深耕(大于20厘米)翻下。(2)耙耱保墒。早春地刚化冻时进行顶凌耙耱,消一层耙一层,雨后再耙耱,播前还要纵、横、斜耙耱2~3次,使表土疏松,地面平整细碎,减少蒸发。(3)镇压提墒。春季干旱时,一般都要通过镇压提墒保墒。镇压顺序一般是压干不压湿,先压砂土后压粘土。风大、整地质量差、坷垃多的区域或地块尤其需要镇压。(4)浅耕塌墒。已经进行秋季耕翻的地,春季在播前4~5天,用不带犁镜的浅犁串,活土除草,让土壤踏实,耙耢后播种。
  3.3.3"四旱三多"耕作法
  (1)"四旱"。即在作物夏收后,早灭茬,破土保表墒;早深耕,纳雨蓄深墒;早细犁,破垡松土"匀墒";早带耙,立足于秋季收"全墒"。(2)"三多"。即多粗犁有利于晒垡纳雨;多细犁有利于破垡活土墒情均匀;多耕地有利于滴雨归田,表土封口防止蒸发,达到表土细绒无坷垃。
  3.3.4深耕蓄墒
  (1)深耕时间。适时深耕是蓄雨纳墒的關键,深耕的时间应根据农田水分收支状况决定,一般宜在伏天和早秋进行。对于1年1熟麦收后休闲的农田要及早进行伏深耕或深松耕。(2)深耕深度。耕翻深度因耕翻工具、土壤等条件而异,应因地制宜,合理确定。一般耕深以20~22厘米为宜,有条件的地方可加深到25~28厘米,深松耕深度可至30厘米。(3)深耕后效。深耕有明显的后效,一般可达2~3年。因此,同一块地可每2~3年进行一次深耕。
  3.3.5耙耱保墒
  耙耱是作物播种后在土壤表层进行的一项耕种措施,耙耱的主要目的是使土壤表层土坷垃碎散,地表平整,耕作层土壤上虚下实,以便于土壤的保墒和作物出苗生长。(1)耙耱时间。耙耱保墒主要是在秋季和春季进行。(2)耙耱的深度。耙耱的深度因目的而异。早春耙耱保墒或雨后耙耱破除板结,耙耱深度以3~5厘米为宜。耙耱灭茬的深度一般为5~8厘米,但耙茬播种的地,第一次耙地的深度至少8~10厘米。在播种前几天耙耱,其深度不宜超过播种深度,以免因水分丢失过多而影响种子萌发出苗。
  3.3.6镇压提墒
  镇压是指当土壤墒情不足时采取的一种抗旱提墒方法。镇压土壤提墒需要选择合适的时间段才能达到预期的提墒效果,当土壤表层出现薄薄的一层碎土时是采用镇压提墒的最适宜时期,土壤含水量过高或偏低均达不到预期效果。(1)播前播后镇压。为了保证种子在播种后能够顺利发芽生长,提高种子四周土壤墒情是比不可少的措施之一,镇压能够使土壤上下层之间的毛细管充分结合起来,促进下层土壤中的水分通过毛细管吸力移动到种子四周,促进作物种子的发芽和出苗。(2)早春麦田镇压。早春时期,土壤由于地温较低,经过霜冻过程以后会造成小麦分蘖节裸露,不利于小麦的分蘖过程,若在此时采取适当镇压措施,不仅能够使土壤表层下降,堵塞田间土壤裂缝,减少土壤水分的蒸发,防御冻害,还能够使表层土壤紧实,减少小麦倒伏现象的发生。早春麦田镇压时间最好选择在中午前后进行,以免地表突然板结,影响麦苗的正常生长发育。(3)冬季镇压。冬季土壤表层聚团现象较严重,造成土壤间间隙大,水分损失较严重。在土壤开始冻结后将表层土坷垃碾碎整平,以便于土壤的保墒作用顺利实现。
  3.3.7中耕保墒
  中耕是指在作物生育期间所进行的土壤耕作,如锄地、耪地、铲地、趟地等。(1)中耕时间。中耕可在雨前、雨后、地干、地湿时进行,也可根据田间杂草及作物生长情况确定。(2)中耕深度。中耕的深度应根据作物根系生长情况而定。在幼苗期,作物苗小、根系浅,中耕过深容易动苗、埋苗;苗期过后作物逐渐长大,根向深处伸展,但还没有向四周延伸,因此,这时应进行深中耕,以铲断少量的根系,刺激大部分根系的生长发育;当作物根系横向延伸后,再深中耕,就会伤根过多,影响作物生长发育,特别是天气干旱时,易使作物凋萎,此时中耕又宜浅不宜深,因此,在长期生产实践中总结出"头遍浅,二遍深,三遍培土不伤根"的经验。
  4西北不同类型区发展措施
  在本节选择黄土旱塬类型区、丘陵风沙类型区、西北内陆类型区3个类型区作为发展旱作节水农业的重点区域,共涉及旱作农业县(场)434个,耕地面积1.9亿亩,其中旱作耕地1.1亿亩,占58.8%。
  4.1黄土旱塬类型区
  主要包括陕西中部及甘肃东部的83个县,耕地面积5032万亩,其中旱作耕地面积3588万亩,占71.3%;本区土地相对平缓,坡度一般小于5度。属暖温带半湿润气候,年降水量450~650毫米,热量资源较丰富,农作物可一年一熟或两年三熟。土壤以黑垆土、黄绵土为主,土层深厚,质地优良,蓄水能力强,但土壤有机质、氮、磷偏低,土壤肥力不高,降水利用率不足40%。本区是小麦、苹果等作物的主要生产区域,其发展措施:(1)进行耕地田间整治和土壤有机培肥改良,大幅度提高土壤对降水的蓄积能力;(2)实施保护性耕作和覆盖保墒等集雨种植,应用深松、少免耕和秸秆覆盖技术,控制水土流失,提高农田蓄水保墒能力;(3)加快抗旱节水新品种和新组合的引选、繁育和推广,推广抗旱保水剂等技术;(4)建立节水种植制度,发展粮、经、果、草、菜间作套种和立体种植,降低种植业耗水,提高自然降水利用率。
  4.2丘陵风沙类型区
  主要包括陕北、甘肃中南部、宁夏中南部、青海东部和内蒙中西部的240个县,耕地面积9654万亩,其中旱作耕地面积6894万亩,占71.4%。本区大部分地区年降水量在300~500毫米之间,土壤以灰钙土、黄绵土、栗钙土、栗褐土为主,养分含量较低,水土流失严重;农业基础设施落后,草原退化、土地沙漠化面积不断扩大,是我国土地沙漠化最集中、最严重的地区。本区主要生产马铃薯、玉米、杂粮杂豆及蔬菜等作物,其发展措施:(1)加强旱作农田配套蓄水设施建设,增强农田抗旱能力,调整农业种植结构,提高单位耕地的农产品产出率;(2)推广应用膜下滴灌技术,大幅度提高水资源的利用率和利用效率;(3)完善集雨农业蓄水技术体系,发展日光温室膜面集雨等,利用窑窖节灌设施发展高效农业和特色农产品生产,提高农民收入;(4)发展农田集雨覆盖栽培,推广双垄集流覆盖种植等技术,应用抗旱保水剂技术,逐步建立旱作区特色农产品生产基地。
  4.3西北內陆类型区
  主要包括新疆和甘肃河西走廊的111个县(场),耕地面积4335万亩,旱作耕地面积716万亩,占16.5%。本区气候干燥,年降雨量50~250毫米,大部分地区多年平均降水量不足100毫米,而蒸发量高达2000~3000毫米。农业生产存在的主要问题是水资源过度消耗严重,现有农业生产布局已经超出了水资源的承载能力;由于农业技术与设施落后,水资源浪费很大,土壤次生盐渍化等问题日益突出。本区是重要的粮、油、糖、瓜果商品生产基地,也是我国优质陆地棉、长绒棉生产基地,其发展措施是:(1)加强和完善农田水利等基础设施配套;(2)大力推广膜下滴灌、微喷灌等田间节水技术,改革用水制度,加强水肥一体化技术应用,提高水资源利用率和生产效率,提高棉花和优质瓜果等优势农作物品质和效益
  5结语
  西北干旱区旱作节水农业技术已取得的突破性进展,技术方法简单实用,效果明显,充分利用有限水资源,围绕小麦、玉米、马铃薯、及小杂粮生产,加强垄沟种植、等高种植等田间集雨微工程建设,大力推广集雨覆盖种植、保护性耕作、抗旱保水、微(滴)灌、喷灌等高效节水种植技术,提高水资源利用率和利用效率,减少粮食种植亩产耗水量,努力实现节水、高效的产业种植模式;围绕蔬菜、水果、棉花及特种经济作物种植,大力推广膜下滴灌、喷灌、微喷灌等高效节水技术,加强田间中小型蓄水池建设,降低水资源季节性供给的影响,促进西部特色农业经济产业带的形成和发展。
  
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  7作者简介
  吴伟(1984—),男,汉族,籍贯河南省信阳市。2010年6月毕业于西北农林科技大学水利与建筑工程学院,所学专业为农业水土工程,师从李援农教授,研究方向为节水灌溉理论与新技术,获得工学硕士学位。
  2012年8月入职宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司至今,主要从事设计工作,职称为助理工程师。
  曾发表过的文章:
  中小型淤地坝的泥沙淤积量计算方法初探,人民黄河,2010(6),第一作者
  浅议淤地坝设计中应注意的几个问题,建筑科技与管理,2011(8),第一作者
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