膜下滴灌水稻綠色環(huán)保栽培技術(shù)探索與實踐

（新疆天業(yè)（集團）有限公司，石河子市，832000） 陳 林 陳伊鋒 銀永安 程 蓮

中國既是世界上最大的水稻生產(chǎn)國和消費國，又是世界上水資源嚴重短缺的13個國家之一，同時也是世界上化肥農(nóng)藥第一消費大國[1-3]。傳統(tǒng)水稻采用淹灌種植方式，耗水量很大，據(jù)估測水稻的灌溉用水量占我國農(nóng)業(yè)總用水量的70%～80%。因降雨量在地區(qū)間、季節(jié)間和年際間分配不均，加之受水源多少、引水灌溉難易等的影響，使不少水稻田由于水資源短缺以及水分供需的矛盾等原因，往往造成水稻產(chǎn)量低而不穩(wěn)定，甚至顆粒無收，因此，水資源的短缺限制了水稻的大面積種植。國際水稻研究所王明星等報道,傳統(tǒng)水稻種植向空氣中釋放大量甲烷，雖然甲烷在大氣中的濃度遠小于二氧化碳，但是其致暖效應(yīng)比二氧化碳大30倍，每年它向大氣的釋放量為5億噸，其中20%來自稻田[4，5]。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計，2010年我國化肥和農(nóng)藥的消費已占世界總量的31%，遠高于谷物生產(chǎn)量占世界谷物總產(chǎn)量的份額（19.1%）[6]。目前，我國水稻生產(chǎn)中存在肥水用量大、施肥方法不合理、施肥技術(shù)落后，農(nóng)藥施用量大、高殘留比例大，大量化肥及農(nóng)藥在稻田施用造成了肥料徑流污染、地下水源污染和甲烷等溫室氣體排放[4-7]。世界各國在水稻種植上減少化肥、農(nóng)藥污染方面做了大量工作，通過研究認為水稻旱作能有效地減少肥料徑流污染和地下水源污染，但產(chǎn)量較低是限制其推廣的一個瓶頸[8-11]。因此，探索和開發(fā)一種高效節(jié)水，化肥、農(nóng)藥、除草劑等利用率高，甲烷等溫室氣體排放極少的綠色環(huán)保水稻栽培方法是符合我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的總體要求。

新疆天業(yè)（集團）有限公司經(jīng)過8年試驗，研究出膜下滴灌水稻栽培的新方法，已獲國家發(fā)明專利，改變了“水稻水作”的傳統(tǒng)種植方式，實現(xiàn)了水稻全生育期田間無水層[12]。膜下滴灌水稻種植比新疆傳統(tǒng)水稻種植節(jié)水60.7%、節(jié)肥10.4%，土地利用率提高10%，有利于減少甲烷溫室氣體的排放，減少化肥和農(nóng)藥對環(huán)境的污染，是一種高產(chǎn)兼生態(tài)環(huán)境友好型的全程機械化栽培方法。

1 研究背景與意義

我國是水資源嚴重短缺的國家之一，水資源的不足已成為制約我國農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”。在全球氣候變暖，我國北方長期干旱少雨，南方季節(jié)性缺水的大背景下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到了嚴峻的挑戰(zhàn)。發(fā)展以高效節(jié)水灌溉技術(shù)為平臺的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)和安全的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)是保障我國糧食安全和可持續(xù)增長的一個重要途徑。滴灌技術(shù)是最有效的節(jié)水技術(shù)之一。從“九五”到“十一五”，新疆在滴灌棉花、小麥、玉米、大豆和油葵等作物滴灌栽培技術(shù)上取得關(guān)鍵突破，各種作物節(jié)水灌溉推廣面積也在與日俱增，唯獨在水稻節(jié)水灌溉研究上處于空白。

我國北方地區(qū)干旱少雨、淡水資源匱乏，限制了水稻的種植和發(fā)展。膜下滴灌水稻節(jié)水的突出技術(shù)優(yōu)勢使得在北方種植水稻成為可能。據(jù)統(tǒng)計全國水稻種植面積約為2 900萬hm2，直播稻面積近200萬hm2，每年受旱減產(chǎn)的水稻田約為670萬hm2。如將全國670萬hm2因水源不足而不能種稻或欠收的水旱田面積中的20%推廣膜下滴灌種植，全國可推廣面積將超過130萬hm2，每年可節(jié)省水資源100億m3以上，社會效益、生態(tài)效益和戰(zhàn)略意義都十分巨大。

我國南方地區(qū)種植水稻大多以傳統(tǒng)水田為主，甲烷等溫室氣體排放超標，過量施入化肥和農(nóng)藥造成江河水體以及地下水源的污染，還會導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化造成赤潮和大量水生動物死亡。這給南方稻區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成了較大破壞。膜下滴灌水稻的推廣將有效地解決南方地區(qū)種植水稻對生態(tài)環(huán)境的破壞，實現(xiàn)綠色、環(huán)保和安全水稻生產(chǎn)。

2 膜下滴灌水稻栽培思路的起源

2002年，時任國務(wù)院副總理李嵐清在新疆天業(yè)集團視察節(jié)水器材生產(chǎn)車間時提出：“能否種植滴灌水稻”，這一大膽的提法，引起了新疆天業(yè)集團時任董事長的重視。隨后，在天業(yè)農(nóng)業(yè)研究所成立攻關(guān)團隊，進行世界首創(chuàng)的膜下滴灌水稻技術(shù)栽培研究。

3 膜下滴灌水稻發(fā)展進程

為了攻克膜下滴灌種植水稻的世界難題，從2004年開始，天業(yè)農(nóng)業(yè)研究所成立專門課題組，連續(xù)進行了5年膜下滴灌水稻田間攻堅試驗，2008年小面積試驗成功后，2009年進行大田試驗示范。2011年2月“膜下滴灌水稻機械化直播栽培方法”獲得國家發(fā)明專利。隨著2011年農(nóng)村領(lǐng)域首批啟動國家高新計劃“863”課題的實施，集團在石河子市北工業(yè)園區(qū)天業(yè)化工生態(tài)園建設(shè)40hm2膜下滴灌水稻示范基地。該示范基地集成示范了與課題相關(guān)的多項研究成果，包括小流量高頻灌溉技術(shù)、無線遠程控制技術(shù)、土壤改良技術(shù)、穴直播一體作業(yè)技術(shù)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)。2012年示范地高產(chǎn)地段經(jīng)專家鑒定平均產(chǎn)量836.9kg/666.7m2。

課題組圍繞膜下滴灌水稻栽培方法開展了一系列研究。包括優(yōu)良水稻品種篩選，膜下滴灌水稻的需水需肥規(guī)律、種植模式、密度試驗和病蟲害綜合防治技術(shù)進行探索和研究；開發(fā)了適宜糧食作物的小流量滴灌帶；研發(fā)了水稻除芒機和膜下滴灌播種機，使播種、鋪膜、鋪滴灌帶一次完成，提高了膜下滴灌水稻機械化程度，降低了生產(chǎn)成本，目前，已制定了產(chǎn)量為700kg/666.7m2的栽培技術(shù)規(guī)程。2011～2013年，膜下滴灌水稻種植技術(shù)輻射推廣到新疆昌吉州、石河子143團、精河、阿勒泰、伊寧縣，疆外的江蘇南通市、寧夏、黑龍江農(nóng)墾等地區(qū)，累計技術(shù)示范330hm2。

4 膜下滴灌水稻技術(shù)優(yōu)勢

4.1 提高水稻節(jié)水能力，增加農(nóng)民收益

膜下滴灌水稻種植技術(shù)比常規(guī)水田種植水稻節(jié)水60%以上，(以石河子墾區(qū)為例，傳統(tǒng)水田全生育期耗水2 000m3～2 500m3/667m2，膜下滴灌水稻全生育期耗水700m3～750m3/667m2)。通過節(jié)省的水費、勞力費等減去滴灌器材的投入，僅節(jié)支每畝地可增加經(jīng)濟效益200元。既降低灌溉成本，也減輕農(nóng)民水費負擔(dān)，不僅增產(chǎn)，還增收。

4.2 提高土地利用率

膜下滴灌水稻種植技術(shù)其土地利用率提高7%～10%（節(jié)省田埂、水渠等占地面積）。

4.3 提高機械化程度和人均管理定額

實現(xiàn)了水稻旱作鋪管、鋪膜、精量播種一體機械作業(yè)有機結(jié)合，有效的減少育秧、插秧、撒肥、藥物防治等多個重要的栽培管理環(huán)節(jié)。田間人均管理能力提高4～5倍，節(jié)省了勞力投入，降低了投入成本。

4.4 有利于提高稻米品質(zhì)

膜下滴灌稻米的外觀品質(zhì)、籽粒飽滿度、養(yǎng)分結(jié)構(gòu)等方面都比常規(guī)水田栽培有較明顯優(yōu)勢和提高，在籽粒大小及粒形方面則需要適宜的水肥調(diào)控得以改善，具有較好的加工品質(zhì)，增加了農(nóng)民收益。

4.5 改變了傳統(tǒng)水稻種植的弊端

長期以來，人們?yōu)榱双@取作物高產(chǎn)習(xí)慣于大量施用氮、磷、鉀等化學(xué)肥料以及大量噴施農(nóng)藥，在水稻上的施用尤為顯著。由于淹灌水田化肥利用率較低，未被水稻吸收利用的大量化肥沉積在土壤中，給環(huán)境造成很大污染。

膜下滴灌水稻栽培徹底改變了稻田土壤長期淹水狀態(tài)，土壤的氧化還原電位和通透性顯著提高，不僅有利于水稻根系生長發(fā)育，還有利于提高好氧微生物的活性，促進土壤有機質(zhì)和氮、磷、鉀等化學(xué)肥料的分解和養(yǎng)分吸收的有效性。膜下滴灌水稻栽培降低化肥污染主要表現(xiàn)在3個方面。（1）通過滴灌隨水施肥，水肥耦合機理提高了肥料利用率10.4%，又可根據(jù)水稻不同生育期的需肥規(guī)律調(diào)整施肥量，從而降低了化肥施用量，這將有利于從源頭上降低化肥污染。（2）膜下滴灌水稻全生育期不建立水層，化肥施入土壤耕作層后被水稻根系吸收，因水層不存在，將不易造成地下水污染。（3）地膜覆蓋使土壤溫濕度適宜,通透性好,土壤微生物增加,活性增強,可加速對有機質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化,從而提高肥料利用率，降低化肥對土壤的污染。

此外，膜下滴灌水稻栽培技術(shù)，不僅能較強地防止雜草和水稻病害的發(fā)生，還有降低農(nóng)藥污染的作用，因為地膜覆蓋后，水稻地上部分失去了高濕這種利于細菌和真菌生長和傳播的環(huán)境；再加上新疆氣候干燥少雨，抑制了病害的發(fā)生與傳播，農(nóng)藥用量降低。

4.6 改變稻區(qū)環(huán)境，減少溫室氣體排放

膜下滴灌水稻栽培技術(shù)全生育期無水層，通過滴灌這種方式對水、肥等進行精確調(diào)控，使水稻處于最適宜的土壤環(huán)境和生長環(huán)境。膜下滴灌水稻栽培減少甲烷氣體排放主要在3個方面。（1）膜下滴灌水稻栽培無水層存在將不會形成厭氧環(huán)境，使甲烷細菌沒有滋生的環(huán)境，減少了水稻植株從土壤中吸收甲烷，同時也減少了水層冒泡和水體液體排放甲烷氣體。通過本單位長期測定，膜下滴灌水稻與常規(guī)水稻栽培相比可減少甲烷氣體排放70.6%。（2）膜下滴灌水稻栽培改變了土壤的質(zhì)地，通氣性好，其氧化還原電位（EH值）長期處于高位水平，很難產(chǎn)生甲烷氣體。（3）膜下滴灌水稻栽培生育期需水、需肥量可控可調(diào)，能有效地在甲烷排放高峰期進行水肥調(diào)控，減少水肥投入20.5%左右，進而有效的減少甲烷排放量。

4.7 促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和保證糧食安全

滴灌技術(shù)在水稻種植上的應(yīng)用，減少災(zāi)害性天氣對水稻生產(chǎn)的影響并降低水稻生產(chǎn)對水資源的要求；滴灌水稻通過調(diào)整產(chǎn)量構(gòu)成因素，比常規(guī)水田增產(chǎn)約10%；滴灌水稻還有利于我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，促進糧食生產(chǎn)持續(xù)健康發(fā)展，為保障國家的糧食安全提供了一條新的解決途徑。

5 膜下滴灌水稻綠色栽培的發(fā)展展望

滴灌是當前世界上最先進的微灌技術(shù)之一，把工程節(jié)水和農(nóng)藝措施進行有機結(jié)合，是缺水地區(qū)一種有效利用水資源的灌水方式，它不同于傳統(tǒng)的地面灌溉濕潤全部土壤，而是一種精確控制水量的局部灌溉，使水均勻地分配給田間作物，減少地面徑流，有效地杜絕水向土壤深層滲漏，進而達到節(jié)水的目的，其人工操作簡便，可控性強，有利于作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和提高經(jīng)濟效益。改變以淹水為主的水稻栽培技術(shù)已成為我國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略任務(wù)之一，水稻膜下滴灌栽培技術(shù)充分展示了滴灌技術(shù)的優(yōu)勢，改變了水稻傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，大大提高水稻的水分利用率，減少了化肥、農(nóng)藥、溫室氣體等對環(huán)境的污染，有利于實現(xiàn)水稻“節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、綠色和安全”生產(chǎn)。

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