黄河流域农业水资源高效利用途径与对策

李俊红 张洁 田文仲 李芳 吕军杰 姚宇卿

(洛阳农林科学院，河南 洛阳 471023)

干旱和水资源短缺是影响人类生存的制约因子，而农业生产对水的需求是一个已然严峻的问题，全球干旱半干旱面积约占地球陆地面积的34.9%，耕地中有灌溉条件的仅占15%，我国水资源严重不足，干旱半干旱面积约占国土面积的65%，而只有全国19%的水资源。黄河流域水资源的可持续利用则是黄河流域健康发展的根本问题，特别是黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略之后，国家对黄河流域生态保护、黄河流域水资源配置及高质量发展提出了更高的目标和要求。黄河流域是我国粮食生产的一个主要区域，近年在全球气候变化影响下，黄河流域农业水资源显著减少，供需矛盾日益尖锐。因此，提高黄河流域农业水资源高效利用是实现黄河流域生态保护可持续和高质量发展的重要途径。

1 提高黄河流域农业水资源高效利用的途径

1.1 优化作物布局，实现水分高效利用

根据国家统计局数据显示，2019年与2012年相比河南省小麦种植面积增加了237.9千hm2，产量增加了513.7万t，玉米种植面积增加了236.6千hm2，玉米增加了283.3万t，谷物种植面积增加了649.5千hm2，产量增加了235.9万t。而按照理论上的农业水分利用效率来看，我国的农业水分利用效率与先进的以色列相比，差距甚远，以色列为2.0～2.6kg·m-3，而我国生产0.8kg的粮食至少需要1m3，也就是1t的水，仅是以色列的1/2。面对我国水资源非常紧缺的现状，实现黄河流域水资源高效利用，首先必须优化农作物布局，通过合理统筹小麦、玉米，夏季杂粮、秋季杂粮的种植模式，优化林果、蔬菜、牧草等合理搭配种植模式，探索出合理的间作套种模式提高水分利用效率，达到水资源的高效利用。

1.2 筛选高效的农艺节水技术

根据全国水文气象干旱监测显示，近年来，黄河流域干旱常有发生，重旱、极旱往往是连季干旱或连年干旱造成的。黄河流域比较严重的是连季干旱，主要是冬春连旱。因此，在不同地区、不同土壤类型、不同作物等不同条件下，研究非充分灌溉、有限灌溉及补充灌溉技术，是提高农田灌溉效益的有效途径。采用比较先进的节水灌溉技术，如常用于大田密植作物的喷灌技术，常用于设施农业、经济作物的微灌技术，以及目前最先进的滴灌技术。地下滴灌技术不仅蒸发量极小，而且可以实现精准定位高效灌溉，还可以实施立体精确定位水肥灌溉，水的利用率高达98%。配合水肥耦合技术依托滴灌、微灌等精量灌溉以水调水，以水调水等水分高效利用措施提高水资源利用，从而最大限度实现技术节水，确保作物丰产稳产的目标，达到抗旱减灾的目的。

1.3 运用合理的土壤蓄水保墒技术

根据相关数据显示，黄河属于资源性缺水河流，缺水形势十分严峻。据有关资料分析，2030年黄河流域中等枯水年份河道外缺水量为137.5亿m3，连续枯水段缺水量达160.8亿m3，特枯水年份缺水量达191.9亿m3。河南作为农业大省，水资源急缺日趋突显，旱地耕地面积253.3万hm2，近47.4%为没有补灌条件的丘陵旱作区。干旱发生频率高，常有“十年九旱”之说，季节性降雨分布又极为不均，冬春连旱、秋冬连旱时有发生。因此，采用合理的土壤蓄水保墒技术来提高降雨利用效率，减少地面径流，是实现农艺节水的关键。保护性耕作(如秸秆还田、免耕覆盖、垄作覆盖等)技术可以提高降雨利用率，提高土壤降雨贮蓄率，增加土壤贮水量，减少土壤水分蒸发，减轻水土流失，为旱作区作物高产稳产奠定了基础。

2 提高黄河流域水资源高效利用的对策

2.1 选择适宜的优质耐旱新品种

黄河流域主要的农作物有小麦、玉米、棉花、花生等。黄河流域气候特点雨热同期，气候比较干燥，年平均降雨量为400～750mm，季节降雨分布不均，雨季多集中在7—9月，且降雨常以大雨或暴雨形式出现，降雨时间尤为集中，蒸发量大，冬季时间较长，比较适合种植需水量较少的耐旱作物如冬小麦、棉花、玉米等作物。优良品种是实现作物高产稳产的核心，根据黄河流域的气候特点，选择高产稳产、优质、多抗和生产潜力大、适应性广的优良品种，充分发挥优质品种的生物学潜力。如，根据河南省的气候特点，较为适宜的小麦品种有“洛旱6号”、“洛旱7号”、“洛旱9号”，以及“洛旱13”、“晋麦47”等优良品种。玉米品种有“郑单958”、“浚单20”、“浚单22”、“浚单29”、“洛玉5号”、“洛玉6号”、“洛玉7号”、“洛玉8号”等优良品种。

2.2 采用适宜的农田抗旱丰产保护性耕作技术

保护性耕作的前身叫“免耕法”，起源于20世纪30年代美国“黑风暴”防治。2002年我国农业部按照保护性耕作的内涵和目标，将其定义为“对农田实行免耕、少耕，用作物秸秆覆盖地表，减少风蚀、水蚀，提高土壤肥力和抗旱能力的先进农业耕作技术”。保护性耕作技术被有关专家认为是21世纪人类保护环境，利用和保护自然资源的主要耕作措施，其基本技术内容包括以下4项：免耕播种施肥、秸秆残茬管理、杂草及病虫害控制、深松与表土作业。其耕作技术模式包括免耕、少耕、深松、秸秆覆盖、秸秆还田等技术模式。根据相关研究表明，保护性耕作能够实现节水保墒，提高水分利用效率，无论是在降水正常、偏旱或较旱的情况下免耕覆盖、深松覆盖及其他保护性耕作技术均能提高土壤蓄水保墒效果，且在干旱年份更为明显。据相关研究数据表明，保护性耕作技术可减少坡耕地水土流失，水土流失量可减少80.2%，地表径流发生次数可减少60.4%，径流量可减少80.3%。保护性耕作还可培肥土壤，增加土壤有机质，增强土壤微生物活性，提高土壤肥力，因此，通过研究不同保护性耕作技术模式对小麦、玉米、大豆等作物产量的影响，来选择更为适宜黄河流域作物生产的保护性耕作技术，可实现作物丰产和水资源的高效利用。

2.3 选择合理的农田高效施肥技术

我国粮食生产经历了依靠品种更新和肥料施用而到达高产的发展阶段。当前的高产农业基本上以高肥料投入为代价，这造成肥料利用率不断下降，养分资源流失而加剧农业非点源污染。因此，配方施肥和精确施肥成为我国农业养分利用与施肥技术发展的方向。农作物的持续高产需要营养物质持续在土壤中的稳定供应，并维持和不断改善土壤的物理、化学及生物性状，实现土壤的良性循环。目前农田养分供应主要依赖化学肥料，这给我国农业生产和生态环境造成了较大的负面影响。因此，合理施肥尤为重要，配方施肥可以调整土壤养分供应由不平衡供应转化为平衡供应或保持土壤养分供应的均衡性，使肥料发挥出最大的增产潜力，促使作物对土壤养分实现高效利用。相关研究表明，在黄河流域水资源短缺的前提下，通过研究水肥耦合技术、不同施肥技术、不同施肥时期、不同施肥量、不同肥料配比、有机肥与无机肥相结合，以及秸秆还田配合有机肥和化肥的施用方式、比例等，能够提高土壤养分肥效的发挥，培肥地力，进而实现作物丰产和土壤生态环境的持续性良好发展。

2.4 筛选适宜的农田节水灌溉技术

纵观各国先进的灌溉技术可以看到，如农业发达的美国，在农业节水灌溉方面有50%的耕地面积采用喷灌，43%为地面灌溉，6%为滴灌，1%为其他。20世纪60年代中期，以色列就发明了先进的滴灌技术，对农田实行科学灌溉。如今电脑控制的水、肥封闭滴灌网已遍布全国，而且全部采用电脑管理，利用水分感应器自动调节灌溉，包括灌溉时间、次数、间隔、灌溉量等。极大地减少了渗漏蒸发，水肥利用率高达80%～90%，而且喷灌和滴灌的应用极大地提高了水资源的利用率，使每公顷土地的灌溉用水量减少了1/3。相关专家指出，如果按照以色列现在的节水效率，地球可以多养活3倍的人口。澳大利亚也在不断创新节水灌溉方法，如把12cm的滴水管埋入地下，把水和肥料溶液直接滴灌在西红柿等作物的根部，不但节省大量水肥，而且与传统的灌溉方法(只能收获60%～70%)相比可收获90%的优质蔬菜，同时还减少了肥料对土壤的污染。印度则大力发展集雨灌溉技术。相关研究表明，我国灌溉水平均有效利用率不到45%，自然降水利用率为56%，农业用水效率低，有效利用率仅为1.0kg·m-3左右，且使用喷灌、微灌与管道输水等各种先进的节水灌溉技术还没有普及。干旱是黄河流域尤其是旱作区农业生产和生态环境改善的首要制约因子，近年来，“主动抗旱”逐渐成为抗旱新途径，因此，通过优选黄河流域节水灌溉技术、配合灌水量、灌溉次数和灌溉最佳时间，以及作物关键生育期需水量和需水规律调控等方面的研究，来实现黄河流域水资源的高效利用。

2.5 充分利用现代土壤墒情监测技术

作物的生长很大程度上受到土壤水分的影响，土壤墒情信息的准确采集是农田节水灌溉、优化调控的基础和保证。土壤墒情信息监测系统特点是设备体积小，软件操作简单，性能可靠，记录间隔可根据要求从1min至24h任意设置，实现了24h全天候实时在线监测。记录仪还可脱开计算机独立工作，当需要查看当前环境数据时可通过通讯接口由计算机读取记录仪内的数据。全程跟踪记录被测环境中的温度、湿度、风速、风向等数据，且记录时间长，具有断电数据自动存储保护功能。随着科技水平的不断发展，尤其是土壤墒情监测系统的应用，为控制灌溉节约用水，提高用水效率提供了重要的依据。通过实时动态监测土壤墒情，为差异化的农业灌溉提供重要的参考依据，更加有利于分析当前和预测未来干早形成的原因和合理分配水资源，掌握当地农业生产状况，有利于实现精准、高效、绿色、高产的现代农业。

3 小结

近年来，随着国家和政府对黄河流域农业和水资源高效利用的重视，相继出台了密切相关的政策和法规，加上我国科技的进步和农业科研力量的提升，黄河流域水资源高效利用逐渐被人们重视，高效的节水农业生产技术被广泛运用到实际的生产中，通过不断完善黄河流域水资源高效利用的途径和对策，为我国实现农业、生态可持续发展提供重要保障。