黃河流域農業(yè)水資源高效利用途徑與對策

李俊紅 張潔 田文仲 李芳 呂軍杰 姚宇卿

(洛陽農林科學院，河南 洛陽 471023)

干旱和水資源短缺是影響人類生存的制約因子，而農業(yè)生產(chǎn)對水的需求是一個已然嚴峻的問題，全球干旱半干旱面積約占地球陸地面積的34.9%，耕地中有灌溉條件的僅占15%，我國水資源嚴重不足，干旱半干旱面積約占國土面積的65%，而只有全國19%的水資源。黃河流域水資源的可持續(xù)利用則是黃河流域健康發(fā)展的根本問題，特別是黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略之后，國家對黃河流域生態(tài)保護、黃河流域水資源配置及高質量發(fā)展提出了更高的目標和要求。黃河流域是我國糧食生產(chǎn)的一個主要區(qū)域，近年在全球氣候變化影響下，黃河流域農業(yè)水資源顯著減少，供需矛盾日益尖銳。因此，提高黃河流域農業(yè)水資源高效利用是實現(xiàn)黃河流域生態(tài)保護可持續(xù)和高質量發(fā)展的重要途徑。

1 提高黃河流域農業(yè)水資源高效利用的途徑

1.1 優(yōu)化作物布局，實現(xiàn)水分高效利用

根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2019年與2012年相比河南省小麥種植面積增加了237.9千hm2，產(chǎn)量增加了513.7萬t，玉米種植面積增加了236.6千hm2，玉米增加了283.3萬t，谷物種植面積增加了649.5千hm2，產(chǎn)量增加了235.9萬t。而按照理論上的農業(yè)水分利用效率來看，我國的農業(yè)水分利用效率與先進的以色列相比，差距甚遠，以色列為2.0～2.6kg·m-3，而我國生產(chǎn)0.8kg的糧食至少需要1m3，也就是1t的水，僅是以色列的1/2。面對我國水資源非常緊缺的現(xiàn)狀，實現(xiàn)黃河流域水資源高效利用，首先必須優(yōu)化農作物布局，通過合理統(tǒng)籌小麥、玉米，夏季雜糧、秋季雜糧的種植模式，優(yōu)化林果、蔬菜、牧草等合理搭配種植模式，探索出合理的間作套種模式提高水分利用效率，達到水資源的高效利用。

1.2 篩選高效的農藝節(jié)水技術

根據(jù)全國水文氣象干旱監(jiān)測顯示，近年來，黃河流域干旱常有發(fā)生，重旱、極旱往往是連季干旱或連年干旱造成的。黃河流域比較嚴重的是連季干旱，主要是冬春連旱。因此，在不同地區(qū)、不同土壤類型、不同作物等不同條件下，研究非充分灌溉、有限灌溉及補充灌溉技術，是提高農田灌溉效益的有效途徑。采用比較先進的節(jié)水灌溉技術，如常用于大田密植作物的噴灌技術，常用于設施農業(yè)、經(jīng)濟作物的微灌技術，以及目前最先進的滴灌技術。地下滴灌技術不僅蒸發(fā)量極小，而且可以實現(xiàn)精準定位高效灌溉，還可以實施立體精確定位水肥灌溉，水的利用率高達98%。配合水肥耦合技術依托滴灌、微灌等精量灌溉以水調水，以水調水等水分高效利用措施提高水資源利用，從而最大限度實現(xiàn)技術節(jié)水，確保作物豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目標，達到抗旱減災的目的。

1.3 運用合理的土壤蓄水保墑技術

根據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，黃河屬于資源性缺水河流，缺水形勢十分嚴峻。據(jù)有關資料分析，2030年黃河流域中等枯水年份河道外缺水量為137.5億m3，連續(xù)枯水段缺水量達160.8億m3，特枯水年份缺水量達191.9億m3。河南作為農業(yè)大省，水資源急缺日趨突顯，旱地耕地面積253.3萬hm2，近47.4%為沒有補灌條件的丘陵旱作區(qū)。干旱發(fā)生頻率高，常有“十年九旱”之說，季節(jié)性降雨分布又極為不均，冬春連旱、秋冬連旱時有發(fā)生。因此，采用合理的土壤蓄水保墑技術來提高降雨利用效率，減少地面徑流，是實現(xiàn)農藝節(jié)水的關鍵。保護性耕作(如秸稈還田、免耕覆蓋、壟作覆蓋等)技術可以提高降雨利用率，提高土壤降雨貯蓄率，增加土壤貯水量，減少土壤水分蒸發(fā)，減輕水土流失，為旱作區(qū)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)奠定了基礎。

2 提高黃河流域水資源高效利用的對策

2.1 選擇適宜的優(yōu)質耐旱新品種

黃河流域主要的農作物有小麥、玉米、棉花、花生等。黃河流域氣候特點雨熱同期，氣候比較干燥，年平均降雨量為400～750mm，季節(jié)降雨分布不均，雨季多集中在7—9月，且降雨常以大雨或暴雨形式出現(xiàn)，降雨時間尤為集中，蒸發(fā)量大，冬季時間較長，比較適合種植需水量較少的耐旱作物如冬小麥、棉花、玉米等作物。優(yōu)良品種是實現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的核心，根據(jù)黃河流域的氣候特點，選擇高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質、多抗和生產(chǎn)潛力大、適應性廣的優(yōu)良品種，充分發(fā)揮優(yōu)質品種的生物學潛力。如，根據(jù)河南省的氣候特點，較為適宜的小麥品種有“洛旱6號”、“洛旱7號”、“洛旱9號”，以及“洛旱13”、“晉麥47”等優(yōu)良品種。玉米品種有“鄭單958”、“浚單20”、“浚單22”、“浚單29”、“洛玉5號”、“洛玉6號”、“洛玉7號”、“洛玉8號”等優(yōu)良品種。

2.2 采用適宜的農田抗旱豐產(chǎn)保護性耕作技術

保護性耕作的前身叫“免耕法”，起源于20世紀30年代美國“黑風暴”防治。2002年我國農業(yè)部按照保護性耕作的內涵和目標，將其定義為“對農田實行免耕、少耕，用作物秸稈覆蓋地表，減少風蝕、水蝕，提高土壤肥力和抗旱能力的先進農業(yè)耕作技術”。保護性耕作技術被有關專家認為是21世紀人類保護環(huán)境，利用和保護自然資源的主要耕作措施，其基本技術內容包括以下4項：免耕播種施肥、秸稈殘茬管理、雜草及病蟲害控制、深松與表土作業(yè)。其耕作技術模式包括免耕、少耕、深松、秸稈覆蓋、秸稈還田等技術模式。根據(jù)相關研究表明，保護性耕作能夠實現(xiàn)節(jié)水保墑，提高水分利用效率，無論是在降水正常、偏旱或較旱的情況下免耕覆蓋、深松覆蓋及其他保護性耕作技術均能提高土壤蓄水保墑效果，且在干旱年份更為明顯。據(jù)相關研究數(shù)據(jù)表明，保護性耕作技術可減少坡耕地水土流失，水土流失量可減少80.2%，地表徑流發(fā)生次數(shù)可減少60.4%，徑流量可減少80.3%。保護性耕作還可培肥土壤，增加土壤有機質，增強土壤微生物活性，提高土壤肥力，因此，通過研究不同保護性耕作技術模式對小麥、玉米、大豆等作物產(chǎn)量的影響，來選擇更為適宜黃河流域作物生產(chǎn)的保護性耕作技術，可實現(xiàn)作物豐產(chǎn)和水資源的高效利用。

2.3 選擇合理的農田高效施肥技術

我國糧食生產(chǎn)經(jīng)歷了依靠品種更新和肥料施用而到達高產(chǎn)的發(fā)展階段。當前的高產(chǎn)農業(yè)基本上以高肥料投入為代價，這造成肥料利用率不斷下降，養(yǎng)分資源流失而加劇農業(yè)非點源污染。因此，配方施肥和精確施肥成為我國農業(yè)養(yǎng)分利用與施肥技術發(fā)展的方向。農作物的持續(xù)高產(chǎn)需要營養(yǎng)物質持續(xù)在土壤中的穩(wěn)定供應，并維持和不斷改善土壤的物理、化學及生物性狀，實現(xiàn)土壤的良性循環(huán)。目前農田養(yǎng)分供應主要依賴化學肥料，這給我國農業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境造成了較大的負面影響。因此，合理施肥尤為重要，配方施肥可以調整土壤養(yǎng)分供應由不平衡供應轉化為平衡供應或保持土壤養(yǎng)分供應的均衡性，使肥料發(fā)揮出最大的增產(chǎn)潛力，促使作物對土壤養(yǎng)分實現(xiàn)高效利用。相關研究表明，在黃河流域水資源短缺的前提下，通過研究水肥耦合技術、不同施肥技術、不同施肥時期、不同施肥量、不同肥料配比、有機肥與無機肥相結合，以及秸稈還田配合有機肥和化肥的施用方式、比例等，能夠提高土壤養(yǎng)分肥效的發(fā)揮，培肥地力，進而實現(xiàn)作物豐產(chǎn)和土壤生態(tài)環(huán)境的持續(xù)性良好發(fā)展。

2.4 篩選適宜的農田節(jié)水灌溉技術

縱觀各國先進的灌溉技術可以看到，如農業(yè)發(fā)達的美國，在農業(yè)節(jié)水灌溉方面有50%的耕地面積采用噴灌，43%為地面灌溉，6%為滴灌，1%為其他。20世紀60年代中期，以色列就發(fā)明了先進的滴灌技術，對農田實行科學灌溉。如今電腦控制的水、肥封閉滴灌網(wǎng)已遍布全國，而且全部采用電腦管理，利用水分感應器自動調節(jié)灌溉，包括灌溉時間、次數(shù)、間隔、灌溉量等。極大地減少了滲漏蒸發(fā)，水肥利用率高達80%～90%，而且噴灌和滴灌的應用極大地提高了水資源的利用率，使每公頃土地的灌溉用水量減少了1/3。相關專家指出，如果按照以色列現(xiàn)在的節(jié)水效率，地球可以多養(yǎng)活3倍的人口。澳大利亞也在不斷創(chuàng)新節(jié)水灌溉方法，如把12cm的滴水管埋入地下，把水和肥料溶液直接滴灌在西紅柿等作物的根部，不但節(jié)省大量水肥，而且與傳統(tǒng)的灌溉方法(只能收獲60%～70%)相比可收獲90%的優(yōu)質蔬菜，同時還減少了肥料對土壤的污染。印度則大力發(fā)展集雨灌溉技術。相關研究表明，我國灌溉水平均有效利用率不到45%，自然降水利用率為56%，農業(yè)用水效率低，有效利用率僅為1.0kg·m-3左右，且使用噴灌、微灌與管道輸水等各種先進的節(jié)水灌溉技術還沒有普及。干旱是黃河流域尤其是旱作區(qū)農業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境改善的首要制約因子，近年來，“主動抗旱”逐漸成為抗旱新途徑，因此，通過優(yōu)選黃河流域節(jié)水灌溉技術、配合灌水量、灌溉次數(shù)和灌溉最佳時間，以及作物關鍵生育期需水量和需水規(guī)律調控等方面的研究，來實現(xiàn)黃河流域水資源的高效利用。

2.5 充分利用現(xiàn)代土壤墑情監(jiān)測技術

作物的生長很大程度上受到土壤水分的影響，土壤墑情信息的準確采集是農田節(jié)水灌溉、優(yōu)化調控的基礎和保證。土壤墑情信息監(jiān)測系統(tǒng)特點是設備體積小，軟件操作簡單，性能可靠，記錄間隔可根據(jù)要求從1min至24h任意設置，實現(xiàn)了24h全天候實時在線監(jiān)測。記錄儀還可脫開計算機獨立工作，當需要查看當前環(huán)境數(shù)據(jù)時可通過通訊接口由計算機讀取記錄儀內的數(shù)據(jù)。全程跟蹤記錄被測環(huán)境中的溫度、濕度、風速、風向等數(shù)據(jù)，且記錄時間長，具有斷電數(shù)據(jù)自動存儲保護功能。隨著科技水平的不斷發(fā)展，尤其是土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)的應用，為控制灌溉節(jié)約用水，提高用水效率提供了重要的依據(jù)。通過實時動態(tài)監(jiān)測土壤墑情，為差異化的農業(yè)灌溉提供重要的參考依據(jù)，更加有利于分析當前和預測未來干早形成的原因和合理分配水資源，掌握當?shù)剞r業(yè)生產(chǎn)狀況，有利于實現(xiàn)精準、高效、綠色、高產(chǎn)的現(xiàn)代農業(yè)。

3 小結

近年來，隨著國家和政府對黃河流域農業(yè)和水資源高效利用的重視，相繼出臺了密切相關的政策和法規(guī)，加上我國科技的進步和農業(yè)科研力量的提升，黃河流域水資源高效利用逐漸被人們重視，高效的節(jié)水農業(yè)生產(chǎn)技術被廣泛運用到實際的生產(chǎn)中，通過不斷完善黃河流域水資源高效利用的途徑和對策，為我國實現(xiàn)農業(yè)、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供重要保障。