黑龙江省西部旱作农业区合理利用水资源试验区研究

2010-11-15王兴利刘慧民

黑龙江水利科技 2010年3期

王兴利，刘慧民

(1.甘南县水土保持办公室，黑龙江甘南162100;2.甘南县水利勘测设计队，黑龙江甘南162100)

黑龙江省在全国是一个水资源不足的省份之一，据调查资料，全省年平均径流量为716.8亿m3，人均占有水量为2 290 m3，田均水量为8 220 m3/hm2，均低于全国平均水平。从分布地区看也不均匀，呼兰河、拉林河流域和松嫩平原耕地占全省耕地面积的74%，但田均水量仅占全省的39%。特别是粮食主产区的松嫩平原人均水量仅为328 m3，田均水量只有1 200 m3/hm2，又远远低于全省平均水平。建国以来虽然兴建了大量农田水利工程，但目前有效灌溉面积仅占耕地面积的9.8%，尚有90%以上的耕地属于旱地。因此，单靠兴修水利发展灌溉农业难以从根本上解决黑龙江省农业发展问题，其根本出路是实施旱作农业，合理利用水资源。所谓旱作农业就是在干旱半干旱地区，依靠天然降水，通过一系列保持水土、抗旱保墒耕作措施，增强土壤蓄水保水能力，提高天然降水利用率，把用地和养地结合起来的农业。实践证明，发展旱作农业、合理利用水资源，对黑龙江省西部水资源不足的半干旱地区，是促进农业生产发展，确保粮食生产的有效途径。

本课题研究目的就是要在干旱半干旱地区探索出一套完整、有实效的既能保持水土又能抗旱增产合理利用水资源的综合耕作措施体系。就实验情况分述如下:

1 试验区基本情况

试验区设在半干旱典型地区黑龙江省西部甘南县中兴乡保安村。气候属于半干旱大陆性季风气候;年降水量380～450 mm，4～6月份占全年的10.2%，7～9月份占69.5%;年平均气温 3.1℃，日照时数2 765 h，年平均蒸发量1 621.3 mm，全年风速＞15.3 m/s的天数为19 d，结冻期160 d，冻结深度1.8～2.3 m，土壤为棕壤、暗棕壤。

2 试验设计

全部试验共分3种类型区，5个试验处理。3种类型区包括:梯田、地埂、坡耕地(ck)。

5个试验处理:A5:5项措施处理区由耙茬机播、中耕深松、保水剂、生理调节剂及施有机肥等项措施组装而成;B4:4项措施处理区由耙茬机播、中耕深松、覆膜及施有机肥等项措施组装而成;C3:3项措施处理区由耙茬机播、中耕深松、区田等项措施组装而成;D:对照区(ck)原垄机播、施化肥225 kg/hm2;E:压种区(传统耕法)施化肥225 kg/hm2。

小区面积20 m×3.2 m=64 m2，试区总面积3 400 m2，其中保护行面积450 m2。试验作物:玉米“黑301”杂交种。试验期为7 a(1997～2003)播种方法除压种处理外均为机播。每年5月9～10日播种，10月10～12日收获。每年在苗期、拔节期、孕穗期、吐丝期及成熟期均进行土壤水分、生育调查及土壤理化性测定。

3 试验结果分析

经7 a对比实验，得出结论:A5综合措施优于其余4个处理，粮食增产838.5 kg/hm2，比对照增产13.1%。A5综合耕作措施之所以抗旱高产主要是它集中各项抗旱耕作措施体系，共同作用于生产过程，满足作物对水、气、热、养分需求，促进作物增产。

上述抗旱耕作措施体系因具有保水、蓄水、调水、节水4项功能，所以能抗旱增产。以下就实现这4项功能所采取的工程及耕作措施分述如下:

3.1 保水功能

通过修梯田、区田防止水土流失建立保持水土工程，充分利用环境水。

本试验采用梯田为水平梯田，田坎高1.0 m，田面宽7～10 m，地面坡度6°～7°。

1999年7月10日一次降雨45 mm，观测地表径流量见表1。

表1 地表径流观测表

从表1看出，梯田与坡耕地比减少径流量为14.5 m3，坡耕地径流量为梯田的3.5倍。作物产量上与对照比增产1 599 kg，增产25.8%。垄作区田保水效果也很显著，据调查，区田挡距为110～360 cm，保水率为9.2% ～10%，区田比对照减少径流89.2%，作物增产20% ～25%。

3.2 蓄水功能

通过选用耙茬、深松及使用保水剂等措施，建立保墒蓄水功能系统，合理分配环境水。此项保墒、蓄水工程主要通过以下3个环节实现:

1)播种时，通过靴式播种器将种子直接播入湿土中，播种深度约10 cm左右，干湿土层不混，确保种子周围墒情处于良好状态。

2)种子外表皮拌有保水剂，它能吸附土壤中水分又能保持种皮水分不丢失，保证种子发芽时对水分的需求。同时在播种时还进行土施保水剂，它能将播种时所摅入的水分大部分吸收凝聚起来逐渐供作物生长用水。

3)通过中耕深松，提高土壤蓄水能力，最大可能地将天然降水蓄存于“土壤水库”之中，调节天然降水季节与作物生长季节需水不相吻合的矛盾，满足作物生长发育对水分的需求。

表2 2002年甘南“措施体系”的蓄水效果调查表

从表2中看出，抗旱措施体系(A5)在滤水种后10 d土壤含水量减少2.3%，而对照则减少4.8%，为综合措施区流失量的2.1倍。这一效果主要是因为土壤保水剂，将土壤中水分凝聚一起，防止重力水下渗及毛管水蒸腾。而压种区由于土壤耕层结构板结，使土壤中一部分水分在土壤微管孔隙中散发掉，因此土壤耕层水分散失快，达到5.7%。在天然降水过程中，A5措施区土壤水分流失率为10.87%，对照区为26.19%，为A5措施区的2.4倍，其主要因素是A5措施区在苗期进行一次深松，深度为30 cm，使土壤耕作层，结构变为上虚下实提高土壤蓄水能力。

3.3 调水能力

增施有机肥及钾肥颗粒剂建立调水功能系统。

在A5处理区，由于施入30 000 kg/hm2有机肥及300 kg/hm2颗粒钾调节剂，改善了土壤团粒结构，增强土壤保水性能及延长保水时间，为作物各时期需水提供保障。促进作物生长发育。

从表3中看出玉米地上部和地下部生长发育对产量的多少有直接影响，玉米根系发育和地上部的生长是相适应的，地上部分生长良好，则必须具有发达的根系，由于A5处理水分供给提保证，促进根系发育，根系发达为地上部分提供充足的水分和养分，提高玉米产量。从调查数据看，玉米次生根条数 A5区为71.2条，比对照区 D60.3条提高18.7%，支持根数 A5为22.5条比对照 D14.19条提高58.56%，发达的根系促进地上部分生长发育，使植株高度A5处理区为265.2 cm，比对照D区247.6 cm，增长17.6 cm提高7.1%，茎粗提高3.7%，地上部生生育良好。但在不同生育期中根系增长量不同，从三叶期限到拔节期，地下部增重为地上部的1.5倍，拔节以后根的增重仅为地上部的59%～79%，到籽粒成熟期，根增重下降为地上部的18% ～27%，由此可见，玉米苗期营养生长的特点是以根生长为主，为适应这一根系生长特点，在苗期，中期深松，施钾肥调节剂，提高土壤团粒结构比例，使土壤水分含量充分，持续时间长，为根系发育创造一个良好环境条件，促进作物高产。

表3 1999～2002年甘南玉米生育情况调查表

3.4 节水功能

此项功能是通过选用抗旱作物品种实现的，耐旱作物品种特点是耗水系数低，水分利用率高。因此，在同样干旱缺水条件下，不增加生产投资，就可获得较稳定的产量，所以在半干旱地区选用抗旱品种，是保护生态水促进作物稳产高产的有效措施。

经多年试种，在黑龙江省西部半干旱地区第一积温带抗旱玉米品种:龙单玉1号、四单8号、四单11号及搭配四单16、龙单9。第二积温带:白单9号、白单11号。第三积温带:嫩214、D尤单8号搭配车农248，大豆嫩丰13、合丰25及合丰33和农垦4号等，谷子第一积温带:龙谷25、龙谷28、嫩选13、二、三积温带嫩选14号等品种