渭北旱作农业节水增效的途径

2011-02-16洪晓强

中国水土保持 2011年6期

关键词：渭北保护性耕作

洪晓强

(西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨凌 712100)

渭北旱作农业节水增效的途径

洪晓强

(西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨凌 712100)

旱作农业;节水增效;渭北旱塬

渭北旱塬的主要自然灾害是干旱,尤以伏旱和春旱对农业生产威胁最大。为解决渭北旱作农业发展问题,提出了一系列节水增效的途径:加强生态治理,合理利用土地;稳定粮食生产,提高产量效益;搞好夏闲覆盖,增加降水贮备;革新耕作技术,达到节本增收。

渭北旱塬位于陕西省渭河以北的黄土高原地区,北部与陕北丘陵沟壑区毗邻,南部为关中平原灌溉区,包括行政区域上宝鸡、咸阳、渭南、铜川、延安五地(市)中的 23个县 (市、区)。气候属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候,年降水量 550～730mm,冬春降水较少,夏秋降水较多,7—9月降水量约占全年降水量的 60%。本区地势高亢,水源贫乏,雨养农业是当地农业的主体,主要自然灾害是干旱,尤以伏旱和春旱对农业生产威胁最大。为此,笔者提出了以下节水增效的途径。

1 加强生态治理,合理利用土地

要从根本上解决渭北旱作农业发展问题,必须从该地区的自然、经济实际出发,加强生态环境治理,从土地的合理利用入手,走农、林、牧、副多种经营综合发展的道路。

据报道,退耕还林 10年来,陕西省新增森林面积 453.3万hm2(6 800万亩),目前全省森林总面积达到 666.7万 hm2(1亿亩),陕西绿色版图向北推进了 400 km,退耕还林投资与规模为全国第一。今后应巩固退耕还林成果,继续加大造林力度,因地制宜地发展核桃、板栗、柿子、红枣、花椒五大经济林生产,促进农民致富。在发展林果业的同时,必须抓好草地建设,牧草品种应以适应性强、经济价值高的苜蓿、草木樨、沙打旺、红豆草等为主,改乱窝稀植为等高带状密植,增施磷肥,提高产草量。据试验,苜蓿、红豆草每公顷可产鲜草 37500 k g左右,苜蓿可减少土壤冲刷量 92%～93%,草木樨可减少冲刷量 45%～90%;种两年红豆草的土地比未种红豆草的土地,土壤有机质、氮、磷、钾含量都有提高[1]。草田轮作是一项恢复和提高土壤肥力、粮草兼收的好办法,其原则是根据植物特性趋利避害地安排轮作次序、年限及间套带组合。为发挥种草的经济效益,种草必须与发展畜牧业相结合。

为了迅速改变渭北旱作农业的落后状况,其根本措施是合理利用土地,处理好保地、养地和用地三者之间的关系。20世纪 90年代初,中国科学院西北水土保持研究所在对固原上黄试验区土地适宜性分级的基础上,采用线性规划法,选定了该区最佳生态经济结构方案:农地占 23.6%,林地占 19.7%,牧草地占 56.7%;农地中谷物占 43.3%,油占 10.4%,豆占 14.4%,草田轮作占 31.9%。该方案经过实施,取得了明显的经济效益、生态效益和社会效益[2]。这一模式可以作为今后渭北旱塬种植业用地方面的重要参考。要把大于 30°的陡坡地退下来种草,遏制水土流失,而用牧草养畜,畜粪肥田,进一步提高旱地肥力水平。西北农林科技大学应用遥感和地理信息系统相结合的办法,对延安示范区土地利用及退耕合理性进行了分析,结果表明,退耕后坡耕地、疏林地、造林地、草地等地类间发生较大调整,坡耕地减少 35.9%,园地增加 28.1%,造林地增加103%,区域生态环境得到改善[3]。

2 稳定粮食生产,提高产量效益

渭北旱作农业区目前粮食单产 2 250～3 750 k g/hm2,只能达到粮食生产潜力的 50%左右。考虑渭北旱塬农业的历史与现状,可让粮食作物单产增长的可行技术措施有以下几项。

(1)坚持以提高水资源利用效率为中心。渭北旱塬地势平坦,黄土覆盖层深厚,具有很高的蓄水保墒性能。目前渭北旱塬农业生产水平为从低产到中产过渡阶段,蓄水保墒仍然是生产上的一项关键技术,而土壤耕作是完成上述任务的最重要的环节。应实行早耕深耕蓄水,尽量减少耕作次数以减少水分散失;适时耙、耱保墒,改善土壤结构,增加水分下渗;种植密植作物或利用秸秆、麦糠、地膜覆盖减少地面蒸发;及时清除田间杂草,减少水分无谓损失;提高土壤有机质含量,增加水分保蓄率。在控制土壤水分散失的前提下,适时播种,充分利用季节性降水,并根据降水的多变性选择适宜的作物和品种。犁底层影响水分下渗和作物扎根的深度,因此深耕破除犁底层也是旱作农业上的一项重要措施[4-6]。

(2)充分发挥品种的增产作用。从渭北旱塬许多增产典型看,在中、低产地区抓品种比抓其他措施见效要快。从我国、我省过去和现在的经验看,采用优良品种确实起到了显著的增产作用,如碧蚂一号和丰产三号小麦、玉米杂交种的利用,杂交水稻的育成推广,对生产都产生了巨大的影响。目前渭北旱塬粮食产量低,除自然灾害影响外,主要是品种不适应,各类作物缺乏优良的骨干品种。因此,要尽快采取得力措施,培育与引进并进,选择具有较高的产量潜力、适应性和抗逆性强的品种,重视改进品质,建立健全良种繁育推广制度,合理布局,并制定与之相适应的配套技术,发挥良种的增产作用。

(3)努力增加土地投入。豆类、绿肥等作物能起到改良土壤结构、增加土壤有机质的作用,这在渭北旱作农业区尤为重要。但要实现高产,还需进一步提高化肥的施用量。针对渭北旱塬土壤严重缺磷、氮磷比失调面积大和土壤有机质含量低的实际,应注重磷肥的生产与供应,并通过畜牧业的发展和秸秆还田等多种途径,增加有机肥来源,扩大施肥面积,逐步解决渭北旱塬土壤有机质含量不足问题。同时,应因土施肥,氮磷配合,克服盲目施肥,提高化肥施用效率。

(4)发展玉米生产具有重要的意义。渭北旱塬坡耕地大多数以种植冬小麦为主,从水土保持方面说,这加重了水土流失。因为全年 60%～70%的降雨集中在 7—9月,并多以大雨和暴雨形式出现,这 3个月正是夏闲期,无植被覆盖,加上不合理的翻耕,致使水土流失更加严重。而有植被覆盖的秋田,坡耕地水土流失就会显著减少。因此,渭北旱塬地区应采用新的耕作制度,缩小夏粮面积,扩大秋粮面积。从粮食增产潜力方面说,渭北海拔 900 m以上的山区和原、丘交错地区是优质玉米稳产带,据典型县计算,玉米光热产量潜势为 9 292.5 k g/hm2,而小麦仅为 4 500 k g/hm2。另外,把种玉米与发展畜牧业结合起来,可以增加有机肥源,弥补本区养地作物种类少、产量低的缺陷。玉米转化利用可以产生较大的经济效益和社会效益,如玉米生产大省吉林的“玉米制酒养牛模式”,每年玉米就地转化量达到全省玉米总产量的 1/3以上,不仅使玉米成为省域经济支柱产业,而且彻底解决了长期困扰当地群众的“卖粮难”问题。

3 搞好夏闲覆盖,增加降水贮备

渭北旱塬夏闲期降雨增多,但此期温度很高,土壤水分蒸发强烈,蒸发量可达同期降水量的 60%以上。在冬小麦夏闲期和生长期进行地表覆盖,能显著增加土壤贮水量,尤其可使土壤上层长期保持湿润状态,对播种出苗有利,特别是在干旱年份更是如此。据试验,经过夏闲期秸秆覆盖,小麦播种前 0—50 c m土层土壤含水量比对照高 1.7～2.3百分点,0—50、50—100、100—200 c m土层贮水量分别比对照多 11.9、7.5和 4.5 mm[7]。秸秆覆盖还能增加土壤养分含量,用秸秆连续覆盖两年后,0—20 c m土层的有机质、全氮、碱解氮和速效磷含量均明显高于不覆盖的对照[8]。留茬免耕秸秆全程覆盖技术保水增产增效显著,该技术把自然降水的保蓄率由传统耕作法的 25%～35%提高到 50% ～65%,经过 3年覆盖后的农田土壤有机质由 0.93%增加到 1.03%,土壤容重由 1.290 g/c m3减小到1.134 g/c m3,微生物数量增加了 20.8%～108.3%[9]。笔者在延长县黑家堡镇做的麦草覆盖试验表明:玉米覆盖田 0—200 c m土层土壤含水量均比对照高,尤以 100 c m以内土层为甚;麦草覆盖栽培为玉米根系生长发育创造了良好的生态环境,使玉米根系发达,根入土深,根量多,吸收能力强;覆盖玉米成熟期单株绿叶比对照多 0.8～4.2片,果穗发育好,增产效果显著。

4 革新耕作技术,达到节本增收

渭北旱塬以犁、耙、耱为主体的传统耕作法具体包括:前茬作物收获后浅耕灭茬,深耕纳雨;利用镇压、耙耱、中耕等技术措施保持地墒。传统耕作法的弊端显而易见,如:机械深耕对土壤湿度要求严格;深耕后如不及时耙耱则失墒很多;深耕大量消耗土壤有机质,进而影响土壤蓄水抗旱性能。

保护性耕作在美洲、澳洲国家为主流耕作方法,欧、亚、非洲国家也在应用推广。我国机械化保护性耕作的系统试验始于 20世纪 90年代初,大量试验证明,其具有节约资源、保护环境、节本增收的综合效益[10-15]。西北农林科技大学资环学院与杨凌示范区三多公司研制的 2B MF X-3/6型免耕覆盖施肥穴播机,依据保护性耕作的原理进行设计,可一次完成秸秆粉碎、浅松、施肥、播种、覆土、镇压等多项工序,年均产小麦 6 105 k g/hm2[16]。西北农林科技大学机械与电子工程学院在杨凌农业机械化保护性耕作新技术新机具试验示范园地的试验结果表明,高留茬玉米免耕播种效果优于低留茬玉米免耕播种[17]。沟垄集雨种植技术具有显著的增产和提高有限水分利用率的作用,通过在田间修筑沟垄,垄面覆膜,沟里种植作物,使降水由垄面向沟内汇集,可以改善作物水分供应状况[18]。笔者在合阳黑池做的不同耕作法蓄水试验结果表明,浅耕深松处理耕层土壤容重 1.32 g/c m3,渗透系数 0.010 m m/s;耕后耙耱处理耕层土壤容重 1.46 g/c m3,渗透系数 0.007 m m/s。雨季后测定土壤水分,浅耕深松处理 2 m土层贮水量为 357 mm,比耕后耙耱处理高 25 m m。浅耕深松处理增墒深度 80 c m,耕后耙耱处理仅 60 c m,说明浅耕深松处理水分下渗快,土壤蓄水能力强[19]。

[1]杨文治,余存祖.黄土高原区域治理与评价[M].北京:科学出版社,1992:61-66.

[2]巨仁,陈国良.固原上黄试验区农林牧最佳生态经济结构与设计方法[J].中国科学院水利部西北水土保持研究所集刊:农林草生态系结构功能定位试验专集,1990(1).

[3]张晓萍,李锐,杨勤科,等.基于 R S/G I S的中尺度地区退耕变化及其坡度分异研究[J].中国农学通报,2005(8):388-392.

[4]马元喜.不同土壤小麦根系生长动态的研究[J].作物学报,1987,13(1):37-44.

[5]苗果园,张云亭,尹钧,等.黄土高原旱地冬小麦根系生长发育规律的研究[J].作物学报,1989,15(2):104-115.

[6]史奕,邹邦基,陈利军.从施肥促进小麦根系活力看以肥调水的效果[G]//汪德水.旱地农田肥水关系原理与调控技术.北京:中国农业科学技术出版社,1995:111-115.

[7]牛建彪.半干旱区小麦玉米雨水高效利用技术模式[J].甘肃农业科技,2005(5):22-23.

[8]劳秀荣,吴子一,高燕春.长期秸秆还田对土壤肥力的影响[J].农业工程学报,2002,18(2):49-52.

[9]李立科.蒸发水——西部开发的新水源[J].干旱地区农业研究,2002,20(3):97-100.

[10]高焕文,李洪文,李问盈.保护性耕作的发展[J].农业机械学报,2008,39(9):43-48.

[11]高焕文,李问盈,李洪文.中国特色保护性耕作技术[J].农业工程学报,2003,19(3):1-4.

[12]杨学明,张晓平,方华军,等.北美保护性耕作及对中国的意义[J].应用生态学报,2004(2):335-340.