中國南方喀斯特石漠化環(huán)境農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)研究綜述

倪志揚 熊康寧

摘 要：中國南方喀斯特石漠化土層瘠薄，工程性缺水問題嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了喀斯特地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境，因此喀斯特石漠化地區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)研究變得越發(fā)重要。文章綜述了中國南方喀斯特地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的研究現(xiàn)狀，農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)與喀斯特石漠化環(huán)境特點的耦合關(guān)系，以及喀斯特石漠化環(huán)境下農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的發(fā)展方向。以期為喀斯特石漠化地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：喀斯特;石漠化;農(nóng)業(yè)節(jié)水

喀斯特（Karst）是一種廣泛分布的，由水對可溶性巖石的溶蝕作用造成的，具有地表地下二元結(jié)構(gòu)[1-2]，地下水豐沛卻難以利用，地表水嚴(yán)重缺乏。喀斯特石漠化環(huán)境土層薄，土壤蓄水能力低，生物覆蓋率小，生態(tài)穩(wěn)定性差，對人類活動干擾的抵抗能力低下[3]，是一種缺乏恢復(fù)能力的非地帶性脆弱生態(tài)帶。中國南方喀斯特區(qū)面積超過55*104km2，是世界上面積最大，景觀最復(fù)雜多變的喀斯特生態(tài)脆弱區(qū)，包含以黔為中心的，桂、滇、川、渝、湘、鄂、粵等八?。▍^(qū)、市）的部分地區(qū)[4-5]?？λ固厥貐^(qū)具有自然和生態(tài)的脆弱性[6]，加之長期不合理的人類活動影響，導(dǎo)致土地嚴(yán)重退化，水土流失加劇，生態(tài)經(jīng)濟環(huán)境受創(chuàng)等諸多問題?？λ固厥貐^(qū)由于基巖裸露率高、土壤瘠薄和具有地表地下的二元地質(zhì)結(jié)構(gòu)，降雨在短時間內(nèi)通過裂隙滲入地下水網(wǎng)，所以經(jīng)常出現(xiàn)地質(zhì)性干旱，發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)是促進中國南方喀斯特生態(tài)環(huán)境修復(fù)和社會經(jīng)濟發(fā)展的有效途徑。

一、理論研究

（一）農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)與喀斯特石漠化地區(qū)的耦合

喀斯特山地巖性特殊，水動力條件相比于其他地形強度較大，且地質(zhì)構(gòu)造具有“二元性”的特點，構(gòu)成復(fù)雜，這導(dǎo)致了喀斯特山區(qū)的地域景觀具有明顯的垂直分異，縱向發(fā)育強烈。中國南方喀斯特區(qū)內(nèi)降雨豐富（多年平均降雨量900ml～1300ml），但由于地形崎嶇破碎及生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重退化，目前區(qū)域內(nèi)輕度以上石漠化面積已占總土地面積的27.88%，地表保水能力低下，降雨會很快沿漏斗、落水洞、裂隙等滲入地下。這導(dǎo)致了喀斯特地區(qū)特有的降水豐沛與農(nóng)業(yè)缺水同時存在的罕見現(xiàn)象，即喀斯特干旱現(xiàn)象?？λ固厥絽^(qū)，絕大部分的降雨量（70%-80%）會經(jīng)由水土漏失現(xiàn)象進入地下河網(wǎng)或者深切河谷中，可利用的水資源少于20%。另外喀斯特石漠化山區(qū)人員土地分布分散，土層瘠薄，存水能力差，這導(dǎo)致喀斯特石漠化山區(qū)難以與集中供水工程相適應(yīng)，經(jīng)濟效益差，難以回收成本。大部分傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)難以在喀斯特石漠化地區(qū)獲取足夠經(jīng)濟效益，需進一步推進新型節(jié)水灌溉技術(shù)在喀斯特石漠化地區(qū)的運用。

（二）石漠化地區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)水工程需開發(fā)多種水分來源

喀斯特石漠化地區(qū)水分豐沛，降雨時間長，在減少農(nóng)業(yè)用水消耗，提升農(nóng)業(yè)灌溉效率的同時，也需要注意開發(fā)利用自然存水與增加人工存水?？λ固厣絽^(qū)的自然存水多指可利用的、埋藏深度較淺的喀斯特管道水與地下淺層水，喀斯特淺層水自然具有良好的存水能力，便于開發(fā)利用，工程造價低廉，對于喀斯特石漠化地區(qū)的工程性缺水問題是一條良好的解決思路。

增加人工存水指是喀斯特石漠化山區(qū)根據(jù)自身獨特的地質(zhì)、地貌與水文條件，綜合考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人員分布的情況，需要因地制宜地為當(dāng)?shù)厝罕娞峁┏杀镜土?，可承受的分散型供水系統(tǒng)。開發(fā)以村、組、戶為基本單元的儲水，用水模式。

二、技術(shù)研發(fā)

（一）面向作物系數(shù)的微滴灌技術(shù)

相對于傳統(tǒng)的地面灌溉與較先進的噴灌，作為局部有限灌溉的滴灌，作物蒸騰作用大，地面土壤蒸發(fā)量較小，有效減少了水分損失，提高了水分利用效率。當(dāng)前我國關(guān)于田間滴灌系統(tǒng)耗水規(guī)律的測定多為蒸滲儀法和水量平衡法。

對于不同氣候、作物條件下滴灌的作物系數(shù)，我國已取得多項成果，如極端干旱條件下水肥耦合對作物系數(shù)影響、沙漠綠洲異常氣候的有效積溫對作物系數(shù)的影響等。當(dāng)前隨著對作物蒸騰耗水規(guī)律與調(diào)控機理的深入認(rèn)識，在越來越成熟的精確監(jiān)測方法的輔助下，針對多種經(jīng)濟作物的水分脅迫與非充分灌溉的研究日益增多，成為了當(dāng)前的主要研究方向。

（二）構(gòu)建了混農(nóng)林業(yè)種植技術(shù)

混農(nóng)林業(yè)技術(shù)是從屬于水土綜合整治中的生物技術(shù)，對于喀斯特石漠化山區(qū)，混農(nóng)林業(yè)能作為一種措施對石漠化進行修復(fù)，增加土壤的存水能力，同時根據(jù)石漠化等級的不同，需進行針對性的林-糧-草綜合配置。例如，隨著石漠化等級的上升，高大喬木在混農(nóng)林的比重應(yīng)逐漸下降，逐步過渡為以灌木+草本植物為主的混農(nóng)林模式，還需要注重植物之間的相性，如根深植物與根淺植物、喜陰植物與喜陽植物的搭配。

三、監(jiān)測評價

（一）石漠化等級監(jiān)測評價體系

喀斯特石漠化地區(qū)因其具有不同的自然環(huán)境與人類活動，例如土壤、氣候、水文、植被和農(nóng)牧業(yè)發(fā)展模式，致使石漠化的發(fā)展具有非一致性。故需要實時的，動態(tài)的進行石漠化等級的監(jiān)測，現(xiàn)在石漠化監(jiān)測主要是通過高精度遙感圖像與實地考核相結(jié)合的方式，根據(jù)裸露巖石的比例將石漠化劃分為潛在、輕度、中度、強度和極強度五個等級。

（二）農(nóng)業(yè)節(jié)水工程綜合效益評價體系

我國于上世紀(jì)80年代開始進行農(nóng)業(yè)節(jié)水項目的效益綜合評價，發(fā)展速度較快，但在綜合性的經(jīng)濟效益、生態(tài)環(huán)境影響與社會影響評價方面尚有不足。近年來面向農(nóng)業(yè)節(jié)水工程的評價體系逐步健全，從僅考慮自然環(huán)境與作物屬性的灌區(qū)效益指標(biāo)體系，到提出針對農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的多層次綜合評價方法，到充分考慮人為因素與社會經(jīng)濟因素的科學(xué)管理評價體系，現(xiàn)在已接近國外先進水平。針對農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉項目的效益評價，經(jīng)歷了從大尺度到小尺度，再由小尺度到大尺度、從定向分析到定量分析、從手動分析到自動分析的轉(zhuǎn)化。

四、石漠化地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水的展望

（一）農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉要與清潔能源相適應(yīng)

石漠化地區(qū)人員分散，耕地破碎，基礎(chǔ)建設(shè)較為落后，難以獲取傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉所需要的穩(wěn)定能源供給。清潔能源（太陽能、風(fēng)能、水能）的應(yīng)用，較好的解決了石漠化地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的問題，目前國內(nèi)對于清潔能源在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉方面的應(yīng)用較為單一，技術(shù)也相對落后，對于清潔能源在新型農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用也較為缺乏（微滴灌、自動噴灌、覆膜灌溉等）。因此，提升農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)與清潔能源的耦合度，已經(jīng)成為了當(dāng)前熱門的發(fā)展方向。

（二）加深農(nóng)田尺度節(jié)水效應(yīng)評價

微滴灌等新型農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)能有效減少土壤蒸發(fā)和水分滲漏，但我國對微滴灌技術(shù)的評價多為小區(qū)尺度。隨著微滴灌技術(shù)的進一步推廣，如何在針對農(nóng)田尺度的條件下，定量闡釋微灌條件下土壤蒸發(fā)、作物蒸騰、深層滲漏面的，面向?qū)嵱棉r(nóng)業(yè)的微滴灌節(jié)水效益評價，已經(jīng)成為了一個熱門的科學(xué)問題。

（三）節(jié)水灌溉工程要注重環(huán)境效益的影響

不合理的灌溉會對農(nóng)田造成不良影響，石漠化地區(qū)土壤貧瘠，土層薄，更容易受到不合理農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的傷害。例如，水肥復(fù)合滴灌在減少農(nóng)業(yè)用水，減少土壤蒸發(fā)的同時，會讓土壤板結(jié)的速度加快，并出現(xiàn)積鹽等問題。

結(jié)語：研究石漠化環(huán)境下農(nóng)田生態(tài)環(huán)境與農(nóng)業(yè)節(jié)水工程等的相互影響機理，提出安全、高效的節(jié)水灌溉管理措施對推動農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

參考文獻

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