黑龍江省西部旱作農(nóng)業(yè)區(qū)合理利用水資源試驗區(qū)研究

王興利，劉慧民

(1.甘南縣水土保持辦公室，黑龍江甘南162100;2.甘南縣水利勘測設(shè)計隊，黑龍江甘南162100)

黑龍江省在全國是一個水資源不足的省份之一，據(jù)調(diào)查資料，全省年平均徑流量為716.8億m3，人均占有水量為2 290 m3，田均水量為8 220 m3/hm2，均低于全國平均水平。從分布地區(qū)看也不均勻，呼蘭河、拉林河流域和松嫩平原耕地占全省耕地面積的74%，但田均水量僅占全省的39%。特別是糧食主產(chǎn)區(qū)的松嫩平原人均水量僅為328 m3，田均水量只有1 200 m3/hm2，又遠遠低于全省平均水平。建國以來雖然興建了大量農(nóng)田水利工程，但目前有效灌溉面積僅占耕地面積的9.8%，尚有90%以上的耕地屬于旱地。因此，單靠興修水利發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)難以從根本上解決黑龍江省農(nóng)業(yè)發(fā)展問題，其根本出路是實施旱作農(nóng)業(yè)，合理利用水資源。所謂旱作農(nóng)業(yè)就是在干旱半干旱地區(qū)，依靠天然降水，通過一系列保持水土、抗旱保墑耕作措施，增強土壤蓄水保水能力，提高天然降水利用率，把用地和養(yǎng)地結(jié)合起來的農(nóng)業(yè)。實踐證明，發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)、合理利用水資源，對黑龍江省西部水資源不足的半干旱地區(qū)，是促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，確保糧食生產(chǎn)的有效途徑。

本課題研究目的就是要在干旱半干旱地區(qū)探索出一套完整、有實效的既能保持水土又能抗旱增產(chǎn)合理利用水資源的綜合耕作措施體系。就實驗情況分述如下:

1 試驗區(qū)基本情況

試驗區(qū)設(shè)在半干旱典型地區(qū)黑龍江省西部甘南縣中興鄉(xiāng)保安村。氣候?qū)儆诎敫珊荡箨懶约撅L氣候;年降水量380～450 mm，4～6月份占全年的10.2%，7～9月份占69.5%;年平均氣溫 3.1℃，日照時數(shù)2 765 h，年平均蒸發(fā)量1 621.3 mm，全年風速 ＞15.3 m/s的天數(shù)為19 d，結(jié)凍期160 d，凍結(jié)深度1.8～2.3 m，土壤為棕壤、暗棕壤。

2 試驗設(shè)計

全部試驗共分3種類型區(qū)，5個試驗處理。3種類型區(qū)包括:梯田、地埂、坡耕地(ck)。

5個試驗處理:A5:5項措施處理區(qū)由耙茬機播、中耕深松、保水劑、生理調(diào)節(jié)劑及施有機肥等項措施組裝而成;B4:4項措施處理區(qū)由耙茬機播、中耕深松、覆膜及施有機肥等項措施組裝而成;C3:3項措施處理區(qū)由耙茬機播、中耕深松、區(qū)田等項措施組裝而成;D:對照區(qū)(ck)原壟機播、施化肥225 kg/hm2;E:壓種區(qū)(傳統(tǒng)耕法)施化肥225 kg/hm2。

小區(qū)面積20 m×3.2 m=64 m2，試區(qū)總面積3 400 m2，其中保護行面積450 m2。試驗作物:玉米“黑301”雜交種。試驗期為7 a(1997～2003)播種方法除壓種處理外均為機播。每年5月9～10日播種，10月10～12日收獲。每年在苗期、拔節(jié)期、孕穗期、吐絲期及成熟期均進行土壤水分、生育調(diào)查及土壤理化性測定。

3 試驗結(jié)果分析

經(jīng)7 a對比實驗，得出結(jié)論:A5綜合措施優(yōu)于其余4個處理，糧食增產(chǎn)838.5 kg/hm2，比對照增產(chǎn)13.1%。A5綜合耕作措施之所以抗旱高產(chǎn)主要是它集中各項抗旱耕作措施體系，共同作用于生產(chǎn)過程，滿足作物對水、氣、熱、養(yǎng)分需求，促進作物增產(chǎn)。

上述抗旱耕作措施體系因具有保水、蓄水、調(diào)水、節(jié)水4項功能，所以能抗旱增產(chǎn)。以下就實現(xiàn)這4項功能所采取的工程及耕作措施分述如下:

3.1 保水功能

通過修梯田、區(qū)田防止水土流失建立保持水土工程，充分利用環(huán)境水。

本試驗采用梯田為水平梯田，田坎高1.0 m，田面寬7～10 m，地面坡度6°～7°。

1999年7月10日一次降雨45 mm，觀測地表徑流量見表1。

表1 地表徑流觀測表

從表1看出，梯田與坡耕地比減少徑流量為14.5 m3，坡耕地徑流量為梯田的3.5倍。作物產(chǎn)量上與對照比增產(chǎn)1 599 kg，增產(chǎn)25.8%。壟作區(qū)田保水效果也很顯著，據(jù)調(diào)查，區(qū)田擋距為110～360 cm，保水率為9.2% ～10%，區(qū)田比對照減少徑流89.2%，作物增產(chǎn)20% ～25%。

3.2 蓄水功能

通過選用耙茬、深松及使用保水劑等措施，建立保墑蓄水功能系統(tǒng)，合理分配環(huán)境水。此項保墑、蓄水工程主要通過以下3個環(huán)節(jié)實現(xiàn):

1)播種時，通過靴式播種器將種子直接播入濕土中，播種深度約10 cm左右，干濕土層不混，確保種子周圍墑情處于良好狀態(tài)。

2)種子外表皮拌有保水劑，它能吸附土壤中水分又能保持種皮水分不丟失，保證種子發(fā)芽時對水分的需求。同時在播種時還進行土施保水劑，它能將播種時所攄入的水分大部分吸收凝聚起來逐漸供作物生長用水。

3)通過中耕深松，提高土壤蓄水能力，最大可能地將天然降水蓄存于“土壤水庫”之中，調(diào)節(jié)天然降水季節(jié)與作物生長季節(jié)需水不相吻合的矛盾，滿足作物生長發(fā)育對水分的需求。

表2 2002年甘南“措施體系”的蓄水效果調(diào)查表

從表2中看出，抗旱措施體系(A5)在濾水種后10 d土壤含水量減少2.3%，而對照則減少4.8%，為綜合措施區(qū)流失量的2.1倍。這一效果主要是因為土壤保水劑，將土壤中水分凝聚一起，防止重力水下滲及毛管水蒸騰。而壓種區(qū)由于土壤耕層結(jié)構(gòu)板結(jié)，使土壤中一部分水分在土壤微管孔隙中散發(fā)掉，因此土壤耕層水分散失快，達到5.7%。在天然降水過程中，A5措施區(qū)土壤水分流失率為10.87%，對照區(qū)為26.19%，為A5措施區(qū)的2.4倍，其主要因素是A5措施區(qū)在苗期進行一次深松，深度為30 cm，使土壤耕作層，結(jié)構(gòu)變?yōu)樯咸撓聦嵦岣咄寥佬钏芰Α?/p>

3.3 調(diào)水能力

增施有機肥及鉀肥顆粒劑建立調(diào)水功能系統(tǒng)。

在A5處理區(qū)，由于施入30 000 kg/hm2有機肥及300 kg/hm2顆粒鉀調(diào)節(jié)劑，改善了土壤團粒結(jié)構(gòu)，增強土壤保水性能及延長保水時間，為作物各時期需水提供保障。促進作物生長發(fā)育。

從表3中看出玉米地上部和地下部生長發(fā)育對產(chǎn)量的多少有直接影響，玉米根系發(fā)育和地上部的生長是相適應(yīng)的，地上部分生長良好，則必須具有發(fā)達的根系，由于A5處理水分供給提保證，促進根系發(fā)育，根系發(fā)達為地上部分提供充足的水分和養(yǎng)分，提高玉米產(chǎn)量。從調(diào)查數(shù)據(jù)看，玉米次生根條數(shù) A5區(qū)為71.2條，比對照區(qū) D60.3條提高18.7%，支持根數(shù) A5為22.5條比對照 D14.19條提高58.56%，發(fā)達的根系促進地上部分生長發(fā)育，使植株高度A5處理區(qū)為265.2 cm，比對照D區(qū)247.6 cm，增長17.6 cm提高7.1%，莖粗提高3.7%，地上部生生育良好。但在不同生育期中根系增長量不同，從三葉期限到拔節(jié)期，地下部增重為地上部的1.5倍，拔節(jié)以后根的增重僅為地上部的59%～79%，到籽粒成熟期，根增重下降為地上部的18% ～27%，由此可見，玉米苗期營養(yǎng)生長的特點是以根生長為主，為適應(yīng)這一根系生長特點，在苗期，中期深松，施鉀肥調(diào)節(jié)劑，提高土壤團粒結(jié)構(gòu)比例，使土壤水分含量充分，持續(xù)時間長，為根系發(fā)育創(chuàng)造一個良好環(huán)境條件，促進作物高產(chǎn)。

表3 1999～2002年甘南玉米生育情況調(diào)查表

3.4 節(jié)水功能

此項功能是通過選用抗旱作物品種實現(xiàn)的，耐旱作物品種特點是耗水系數(shù)低，水分利用率高。因此，在同樣干旱缺水條件下，不增加生產(chǎn)投資，就可獲得較穩(wěn)定的產(chǎn)量，所以在半干旱地區(qū)選用抗旱品種，是保護生態(tài)水促進作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的有效措施。

經(jīng)多年試種，在黑龍江省西部半干旱地區(qū)第一積溫帶抗旱玉米品種:龍單玉1號、四單8號、四單11號及搭配四單16、龍單9。第二積溫帶:白單9號、白單11號。第三積溫帶:嫩214、D尤單8號搭配車農(nóng)248，大豆嫩豐13、合豐25及合豐33和農(nóng)墾4號等，谷子第一積溫帶:龍谷25、龍谷28、嫩選13、二、三積溫帶嫩選14號等品種

4 結(jié)論

1)在干旱及半干旱地區(qū)發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須依靠旱作農(nóng)業(yè)才是根本出路，旱作農(nóng)業(yè)核心是充分利用天然降水，合理利用地下水發(fā)展生產(chǎn)。即通過采用水土保持抗旱耕作措施，保住土中水，蓄住天上水，提高水分利用率。

2)目前國內(nèi)已采用深松、耙茬、保水劑、調(diào)節(jié)劑，增施有機肥選用抗旱品種等措施，都是抗旱增產(chǎn)的有效措施應(yīng)積極推廣應(yīng)用。

3)將單項耕作措施進行科學(xué)組裝成抗旱耕作技術(shù)措施體系是一項具有多功能、多方位，集保水、蓄水、調(diào)水、節(jié)水于一體的抗旱耕作新體制，對水資源緊張地區(qū)充分合理利用水資源、保護地下水具有積極意義。