旱地农业土壤保墒技术综述

蔡小麟

摘要：如何保证农作物稳产高产是农业发展的重要目标，而土壤保墒技术对作物生长非常关键。阐述几种旱地农业土壤蓄水、保水、保墒技术以及水肥耦合技术 ，提出旱地农业保墒技术作为农业节水的重要环节，与农业工程节水技术相辅相成，可为旱地农作物高产稳产提供技术途径。

关键词：旱作农业；节水技术；保墒；水肥耦合

中图分类号：S157.4 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）01-0046-03

在农作物种植过程中，土壤的作用不言而喻。如何提高土壤的利用率，已成为保证农作物稳产高产的关键。土壤保墒技术作为一项重要的基础农技手段，受到了广泛的重视和充分的利用。土壤保墒的目的，一是有效利用降水或流水，将水分储存于土壤中，提高土壤蓄水能力，供作物生长时利用；二是提高土壤肥力，保证土壤活性；三是改良土壤，为农作物高产稳产提供可靠保障。

1 旱地土壤蓄水技术

各种耕作措施（如覆盖、深耕、少耕、免耕、深松）及调整种植结构，实行合理轮作、间作、套作、等高种植等，均能有效改善土壤理化性质，加厚土壤耕层深度，建立良好的土壤库容量，增加降水或灌溉水的入渗，抑制水分蒸发，达到蓄水保墒的目的，从而为干旱地区抗旱耕作及节水灌溉提供保障。

1.1 翻耕技术

翻耕法是我国北方土壤耕作的主要方法。翻耕对土壤的作用很大，主要表现在：一是翻转耕层有助于消灭杂草和病虫害；二是可以使比较紧实的土壤变得疏松，增加耕层厚度，增强土壤通透性，促进微生物活动和土壤养分有效利用；三是把作物残渣和有机物翻到耕层内，可使地表清洁，便于耕种。传统耕作因犁底层的存在而大大影响水分入渗，限制了土壤蓄水能力；四是采用机耕和畜力套耕法分期分层逐年加深耕层，或采用深松犁使深松深度达到25～40 cm，以打破犁底层，加深耕层疏松土壤厚度，增加土壤蓄水量；五是深耕地比浅耕地作物根量增加30%以上，深层土壤中水分及养分的利用率明显提高。

1.2 水平等高耕作

水平等高耕作是在坡地上采用的一种集水蓄墒耕作技术，也称为横坡耕种或等高种植。它是在原面的缓坡地上将原来的顺坡耕作改为横坡耕作，所有坡地耕种措施如翻耕、播种、中耕等均沿水平等高线进行，这种耕作方式可以在地面上自然形成许多等高蓄水的小犁沟和作物行，有利于拦截径流，增加降水入渗率。甘肃省西峰水土保持科学试验站试验表明：在2 °左右的坡地上，等高耕种比顺坡耕种减少径流量51.4%～57.37%；在0～70 cm的土层内，等高耕种的土壤水分含量比顺坡耕种的高2.80%～9.59%。据天水水土保持试验站观测，等高耕作比顺坡耕种一般增产10%～20%。在坡度小于5 °的情况下，实行等高耕种可达到集水、增渗、增产的目的，同时有利于坡地扁平，为实行等高带状间作或等高沟垄耕作打下基础。

1.3 修建梯田

在丘陵沟壑地区修建梯田，田面坡度较大，但可以收到较好的集水增墒效果。我国黄土丘陵区坡耕地年径流量约为225～450 m3/hm2，年土壤侵蚀量约为45～180 t/hm2（折合4～16mm厚的黄土层）。缺雨时农田干旱，形成“无雨苗不长”。雨季来后多暴雨，水土流失严重，又形成“下雨流黄汤”的景象。修建水平梯田后可拦蓄较大的暴雨，做到水不出田、土不下坡。根据修造方法和地面形式的不同，梯田一般分为水平梯田、坡式梯田、隔坡梯田、反坡梯田等类型。由于修建梯田地坎的材料不同，又可分为石坎梯田与土坎梯田。兴修水平梯田工程最重要的是采取“里切外垫，生土搬家，死土深翻，活土还原”的办法，严格保留活土层，这样才能使土壤肥力受到最小的影响。

1.4 蓄水聚肥改土耕作法

该项技术把耕地优化组合成“种植沟”和“生土垄”两大部分：“种植沟”内聚集了耕作层近2倍的表土和肥料，活土层深，为作物生长发育创造了良好条件；“生土垄”由耕作层以下底土筑成，用以改善地面环境，挡风积雪，拦蓄径流。蓄水聚肥改土耕作法具有操作简便、增产效果显著的优点，在旱原、梯田、坡地均有广泛应用。

1.5 少耕免耕技术

少耕免耕技术是近40 a来发展起来的新型耕作方法。传统耕作方法虽然在世界各地被广泛采用，且有促进土壤熟化、抑制田间杂草和病虫等特点，但随着耕作次数的积累，形成稳定坚实的耕作层（犁底层），影响了土壤的蓄水能力和作物根系的生长，尤其在干旱半干旱地区易失水跑墒，而多雨湿润地区易蓄水成渍而导致土壤盐碱化。传统耕作表层土壤疏松，破坏了团类结构，加速了有机质分解，加剧了水土流失和风蚀，不适合干旱地区采用。此外，耕作次数增多既耗能也耗工，增加了生产成本。

目前，少耕免耕法主要有垄作少耕法、轮翻少耕法、深土少耕法、耙茬少耕法、免中耕少耕法、铁茬播种、秸秆覆盖免耕法、沙田免耕法等，其技术原理基本相近，关键是尽可能地保持土壤的原有层次结构。传统耕法是用机械物理的方法改变土壤的构造状况，而免耕法则是依靠生物的作用来达到这个目的。采用免耕法能保存作物的老根，遗留在根下土壤中的根孔有利于蚯蚓的活动，且这些地下孔道不会被深翻或深耕所截断或破坏，因而在接近地表区域形成一个结构良好、孔隙度高的土层。随着免耕的连续施行，每次种植都会有新的渠系穿插在土层之中，并不断累积有机物质。这些有机物质借助微生物的作用，可形成水稳定性团粒结构。在植物残体的覆盖下，潮湿土壤里蚯蚓的活动量会进一步增加，并把部分覆盖物翻入土中。蚯蚓本身发挥着“生物犁”的作用，它们的排泄物就是很好的团粒，因此，免耕法是用生物进行耕作的方法。

2 旱地土壤保水技术

2.1 耙耱保墒

耙耱保墒技术的核心是碎土、平地，以减少表土层大空隙，防止土壤水分蒸发，进而达到保墒的目的。干旱半干旱地区春季多风少雨，土壤水分增发强度大，可在土地刚刚解冻3～4 cm、昼消夜冻时开始耙地，反复纵横交错作业2～3次，使地表形成疏松的干土层，有利于切断毛管并保持土壤水分。

2.2 镇压保墒和提墒技术

镇压是指碎土后压紧土壤表层，用以保墒和提墒。冬季地冻时作业效果最好，这是因为冬天土壤颗粒大而多，容易失墒。镇压可以压碎土块，减少地表大空隙，阻断土壤气体与大气的交流，抑制土壤气态水损失。但应注意的是，镇压需要在表层土壤干燥时进行，以避免土壤板结。

2.3 中耕保墒技术

中耕保墒技术是在作物生长期内采用的保墒技术，其主要作用是通过松土、除草，切断土壤毛管，防止土壤板结，从而减少水分蒸发量，增加降雨入渗能力。雨后2～3 d及时中耕有利于保墒。

2.4 覆盖保墒

2.4.1 秸秆覆盖保墒技术 秸秆覆盖就是将作物秸秆或干草等覆盖于土壤表面，以减少地表蒸发和降雨径流，增强降雨入渗，提高耕层供水量。秸秆覆盖的抑蒸保墒效应可波及土层1 m深处。在降雨或灌溉后将秸秆覆盖于垄间，可以调节地温，保持土壤湿度，改良土壤培肥地力，改善土壤物理性状，利于作物增产。我国北方旱作农业和补充灌溉农业区多采用麦秸、麦糠、玉米秸等覆盖地表，厚度一般在15～25 cm，覆盖时间为春夏两季。秸秆可随腐烂随添加，无需取出，起到培肥地力的作用。为防止秸秆、杂草发生虫害，可适当喷洒农药。秋后倒茬时用玉米收割机粉碎还田，避免土壤裸露晾晒，利于保墒。

2.4.2 砂石覆盖保墒技术 砂石覆盖保墒技术是将卵石、砾石、粗砂和细沙的混合体覆盖于土壤表层，再铺设一层厚度约为5～15 cm的覆盖层，称为砂田或石田。这项技术是由甘肃干旱地区创造出来的蓄水保墒、防旱抗旱、提高地温、保持土壤的一项有效措施，已有300 a的历史。我国砂田主要分布在甘肃省兰州市附近的县市之内，面积约有9万多km2。此外，在青海、山西等省也有少量分布。长期实践证明，在西北地区年降雨量200～400 mm的条件下，覆盖砂石的砂田比无覆盖的土田具有突出的抗旱、保墒、压减、增产作用，并能使作物早熟、高产、优质。

2.4.3 地膜覆盖保墒技术 农田地膜覆盖可以阻断土壤水分垂直蒸发，使水分横向迁移，增大水分蒸发的阻力，有效抑制土壤水分的无效蒸发，抑制蒸发能力可达80%以上。覆膜的抑蒸保墒效应促进了“土壤—作物—大气”体系中水分的有效循环，增加了耕层土壤储水量，有利于作物利用深层水分，改善作物吸收水分条件、水热条件以及作物生长状况，有利于土壤矿物质养分的吸收利用。当早晚气温较低时，在膜下形成水滴并不断滴在膜下的土壤中，再渗入下层土壤。当白天气温升高时，土壤水分再次蒸发，温度降低时又凝结成水。这样周而复始，会形成一个水汽小循环，使土壤含水量增加。另外，地膜覆盖后地表温度会升高，在无重力水的情况下，由于土壤热梯度的差异，可促进深层土壤水分向上转移，提高上层土壤含水率。

2.4.4 化学覆盖保墒技术 化学覆盖剂是将高分子化学物质加工成乳剂并喷洒到土壤表面，形成一层覆盖层，阻止水分子通过，从而抑制土壤水分的蒸发。其主要作用是保墒、增墒、改良土壤结构、促进作物生长发育，从而提高作物产量。

2.5 保水剂技术

保水剂是一种高效吸水性树脂，也是一种高分子材料，能吸收自身重量数百倍甚至上千倍的水分且吸水快速，同时，在干旱条件下还可以再释放水分供作物利用。其主要作用体现在：一是提高土壤吸水能力，增加土壤含水量；二是增强土壤保水能力，降低土壤水分蒸发量和水分渗透速度；三是改善土壤结构，提高土壤保肥能力。

3 增施有机肥与秸秆还田

增施有机肥料可以增加土壤有机质含量。有机质经微生物分解后形成腐殖质胡敏酸，它可以把单粒分散的土壤胶结成团粒结构的土壤，使土壤容重变小，空隙率增大，这样可以使雨水和地表径流渗入土层。这些团粒结构的土壤能把入渗土壤中的水变成毛管水保存起来，以减少蒸发。因此，增施有机肥既能提高土壤肥力，又可改善土壤结构，提高土壤涵蓄水分的能力，增强根系吸收水分的能力，达到以肥调水、提高水分利用率的效果。

4 水肥耦合技术

作物生长需要一定的水分和肥料供应，因此，根据作物生长特点及需肥需水规律，研究水肥耦合技术十分关键。通过测定土壤肥力，建立以肥、水、作物产量为核心的耦合技术模型，可实现合理施肥、培肥地力、以肥调水、以水促肥，充分发挥水肥协同效应和激励机制，提高抗旱能力和水分利用效率，这对提高作物产量和品质起着非常关键的作用。

4.1 水分对提高肥效的作用

水分是作物正常生长发育所必需的生存条件之一，土壤水分状况决定着作物的需肥量和从土壤中吸收养分的能力。一般来说，施肥效果随土壤含水量的提高而增加。当土壤含水量不足时，由于水分直接抑制作物正常生长和发育，光合作用减弱，干物质生产较少，肥料利用率会有所降低，因此，此时施肥难以发挥应用的增产效果。随着土壤水分的提高，作物长势会增强，吸收养分能力也会提高，从而有助于实现施肥增产的效果。尤其在施肥量大的情况下，更应重视土壤含水量的调节，以发挥肥料的增产潜力。在干旱年份，如果没有良好的灌溉条件而盲目施用化肥，势必会降低肥效并造成浪费；相反，在多雨年份适当增施肥料，则有利于提高肥料的使用效果，但要防止因土壤水分过多或氮肥过量而造成作物贪青晚熟和减产减收。

4.2 施肥与水分利用效率的关系

施肥可促进作物根系发育，扩大作物觅取水分和养分的空间。根系除了具有固定和支撑植物体的作用外，还有助于吸收水分、养分以及合成植物激素。作物对水分和养分的吸收有赖于根系的扩展，因为水分具有高水势向低水势移动和扩散的能力。根系对土壤水分的消耗必然会造成根系周围土壤水分的亏缺，从而加速水分向根系区域的迁移，因此，发育良好的根系系统对作物增产至关重要。

施肥还可提高作物蒸腾量，减少水分蒸发量，使水分得到有效利用。蒸腾作用的强弱是植物水分代谢的重要指标。干物质的形成以及作物产量的高低，均与蒸腾量和蒸腾效率有关。与蒸腾相反，蒸发却是水分的无效消耗，因此，提高作物蒸腾量和蒸腾效率，尽量减少蒸发，在农业生产中具有重要意义。

施肥有利于提高水分利用效率。水分利用效率是用来描述植物生长量（尤其是籽粒产量）与水分利用量关系的一个术语。施肥的增产作用并不以消耗较多土壤水分为代价，而是以提高水分利用率为基础。

5 结语

旱地农业保墒技术作为农业节水的重要环节和方法，与农业工程节水技术相辅相成。旱地农业保墒技术在现实需求下，技术革新日新月异。当然，还有很多旱地农业保墒技术如调整作物布局、选用节水型品种、推广化学调控节水技术等。只有充分利用并大力推广土壤综合保墒技术，改良并改善耕作和覆盖机具，建立健全旱地农业高效用水技术体系，才能有效服务农业生产，实现作物稳产增产和农民增收目标。