農藝節水論文：農藝節水進展趨勢
前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了農藝節水論文：農藝節水進展趨勢范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。
本文作者：高傳昌、王興、汪順生、史尚 單位：華北水利水電學院
提到農業節水,大部分人都會想到加強水資源管理、灌溉渠道防滲等管理節水和工程節水措施。其實隨著我國水利與農業事業的蓬勃發展,農藝節水技術已取得了較快、較大的進步,其中,節水型品種選用、耕作保墑、覆蓋保墑、水肥耦合及秸稈還田等技術應用比較廣泛。
1耕作保墑技術。適宜的土壤耕作措施,既有利于最大限度的利用天然降水,亦可以提高灌溉用水的效率,是圍繞以/土壤水庫0為中心合理調控與運用土壤水、地下水、大氣降水的關鍵。深耕保墑、耙耱保墑、鎮壓保墑和提墑及中耕保墑技術統稱為耕作保墑技術。這些耕作技術能夠疏松土壤,切斷水分通道,增加土壤活性,削弱土壤水分蒸發,提高土壤蓄水能力,減少地面徑流,達到高效用水的目的。近年來,國內學者將耕作保墑技術與其他農藝節水措施相結合進行研究,取得了一些研究成果。黃明等[3]研究了旱作條件下傳統耕作、免耕覆蓋、深松覆蓋耕作模式冬小麥花后土壤水分和養分的狀況,結果表明傳統耕作模式花后在0~40cm的土壤水分分別比免耕覆蓋、深松覆蓋低4113%、6123%,干物質積累也不及后者;劉慶福等[4]在東北春玉米播種時,通過分層蓋土,壟側和苗帶鎮壓,密實土壤,與常規耕作種植相比,促進了底層土壤水分上移,利于種子發芽生根,提高了出苗率;呂美蓉和韓賓[526]進行了類似的研究,得出了深松耕、免耕都可以提高土壤含水率,在相同播量的條件下,深松耕和耙耕有利于小麥的根系生長與水分吸收,出苗率、群體量、穗粒重和千粒重都明顯高于常規耕作,但是免耕的出苗率和群體量不理想的結論。就目前的研究成果來說,大多數耕作措施有利于土壤水的保持和提高,有利于畝產的增加,中耕還有利于消除田間雜草,減少農藥的噴灑。
2覆蓋保墑技術。覆蓋保墑技術的研究與應用,在國內外日趨成熟,分為秸桿覆蓋保墑、砂石覆蓋保墑、地膜覆蓋保墑及化學覆蓋保墑技術。適宜的覆蓋保墑技術可以調節地溫,提高土壤肥力,減少地表徑流,抑制無效水分蒸發,起到蓄水保墑,提高水分利用率,促進作物生長發育的良好效果。目前研究較多的是秸稈覆蓋和地膜覆蓋,化學覆蓋的應用研究相對少一些。秸稈覆蓋是將作物的秸稈或干草等鋪在土壤表面,具有造價低、調低溫、抑雜草的的特點,國內大量學者對此進行了研究。砂石覆蓋是指卵石、粗砂等混合覆蓋在土層表面,主要在我國西北風沙地區應用,具體的保墑效果研究的比較少。研究發現,與常規耕作相比,秸稈覆蓋改變了土壤地溫和蒸發條件。陳素英[7]對秸稈覆蓋條件下麥田土壤溫度和土壤蒸發進行了研究,發現麥田由于鋪放玉米秸稈提高了冬季地溫,同時降低了春季地溫,使麥田的溫度變化趨于平緩,有利于小麥充分吸收深層儲水,但在返青期由于低溫和保墑效應,推遲并延長了返青期,縮短了灌漿時間,降低了小麥最終產量;劉超[8]通過裸土無作物種植覆蓋和小區玉米種植覆蓋試驗研究了不同秸稈覆蓋量與夏玉米田間保墑效果的關系,發現秸稈覆蓋量在016~019kg/m2范圍時,能明顯影響和保持0~50cm土層的土壤含水量,土面蒸發速率僅為無覆蓋條件下的2718%~3815%,單株產量比無覆蓋處理至少增加2814%,節水和增產效果顯著;左余寶[9210]研究了魯北地區秸稈覆蓋對作物需水量、作物系數、水分利用效率的影響,得出在小麥、玉米周年生育期內,比裸土栽培模式的平均需水量減少35135mm,水分利用率提高1915%,作物系數降低8115%。地膜覆蓋廣泛用于我國干旱地區的棉花種植和玉米栽培,近些年又突破性的用于小麥和水稻的栽培上,取得了顯著的節水增收效果。鐘新才[11]等發現,覆膜種植后新疆皮棉產量由之前的不足750kg/hm2提高到1545kg/hm2,灌溉定額卻由原來的13350m3/hm2下降到10500m3/hm2,水分生產效率提高了2165倍;方日堯[12]則是將地膜與秸稈覆蓋結合起來,通過大田對照試驗詳細分析了冬小麥水分利用效率、投入產出比和節水增產效果,發現壟覆膜溝覆秸稈模式較為突出,水分利用效率達到11159kg/m3,而常規種植模式僅為016~017kg/m3,投入產出比為1B1134,單位糧食生產節水37121%~39185%,單位水量增產58168%~66152%,取得了良好的經濟效益。針對塑料薄膜覆蓋使用不當會帶來/白色污染0的問題,人們研發了一種高分子化合物制成的乳劑,直接噴灑在土壤表面,形成一層液膜,強小嫚[13]研究發現液膜增溫保溫效果比較顯著,在擁有普通地膜作用的同時,更有利于光合作用產物的形成,實現了增產節水。
3增施有機肥和秸稈還田技術。焚燒秸稈既造成農業資源的浪費,又污染環境,成為我國農業生產和環境保護的一大難題。實際上秸稈中含有大量的粗纖維和無氮浸出物,平均含碳44%、氮016%、磷0125%、鉀114%,還含有鎂、鈣、硫等元素,具有很大的綜合利用潛能[14]。秸稈還田,具有改善土壤結構,增加有機質含量和土壤微生物等多方面的作用,是建設生態農業,促進農業可持續發展的重要手段,有關這方面的試驗研究比較多。周波[15]通過黃河沖積平原的潮土研究表明,秸稈還田有利于有機質含量的提高、土壤容重的下降、孔隙度的增大,在不施任何微量元素肥的情況下顯著增加活性酶和鋅、鐵、錳、氮等微量元素的含量,通過對水肥氣熱等條件的協調,創造一個良好的土壤環境;慕平和姜潔[16217]的研究發現,秸稈還田在改善土壤形狀的同時,還可以提高土壤的緩沖性,增加貯水能力,減少土壤水分蒸發,通過對農藥殘余和重金屬污染的消除,提高作物品質,保護農村生態環境;解文艷[18]對比了秸稈過腹還田、秸稈粉碎直接還田、秸稈覆蓋還田三種方式,發現三種還田方式都減少了玉米生育期的耗水量,土壤水分利用效率提高了01224~01550kg/m3,增產率達到了8133%~16119%,在正常年份秸稈覆蓋還田耗水量最低、水分利用率最高,秸稈過腹還田增長效果最顯著。增施有機肥可以提高胡敏酸的含量,將分散的單粒土壤膠結起來,形成團粒結構,把入滲水轉化為毛管水,減少蒸發,提高土壤肥力和涵蓄水能力,但是大量研究結果表明,單獨增施有機肥效果不如只采取秸稈還田的效果,投入產出比不理想,只有將其與秸稈還田結合起來才更有效。史桂芳[19]利用三年時間,在對冬小麥增施有機肥與秸稈還田相結合的條件下,研究了其對冬小麥產量及性狀的影響,結果發現,比對照最小增產率達9160%,成穗率、穗粒重和千粒重都有顯著提高。總體來看,秸稈還田比增施有機肥有投入產出比高的優勢,取材方便,投資小、見效快,但是有的秸稈發酵的比較緩慢,需要配合腐熟劑來使用。
4水肥耦合技術。作物生長離不開水、肥的補充,根據作物生長特性和所需水肥規律及所在區域的土壤氣候條件,建立以水、肥、作物產量為核心的耦合模型尤為重要。以肥調水、以水促肥,增水以增肥為基礎,增肥以灌水為前提,充分發揮水肥協同效應和激勵機制,可有效提高作物抗旱能力、產量和品質,充分發揮水肥效益。我國自/八五0以來,將/旱地農田水肥交互作用及耦合模式研究0作為重點攻關專題,通過多學科的聯合攻關,取得了良好效果[20]。目前,河南、陜西、甘肅、寧夏等北方干旱半干旱地區對水肥耦合效應的研究較多,主要包括玉米、小麥、谷子、大豆等供試作物。周欣[21]將氮、磷、鉀、土壤含水量作為研究因子,探討了大豆產量與水肥的關系,獲知在大豆盆栽試驗條件下,各因素對大豆產量均有影響,順序為:水>氮>鉀>磷;水肥耦合的產量效應顯著,且存在水肥用量臨界值,中水中肥條件下產量效應最優。仲爽[22]根據玉米產量與耗水量的試驗結果,建立了不同水肥條件下玉米產量與耗水量的關系模型,研究表明,在一定范圍內水、氮配合為正交互效應,合理的施用氮肥能夠提高玉米對土壤水分的吸取,提高作物蒸騰,減少蒸發,提高水分利用率和玉米產量。徐國偉[23]以鄭麥9023為試驗材料,研究了水肥耦合下對小麥產量的影響,發現在同一水分處理下,增施氮肥顯著增加單位面積穗數;同一氮肥處理下,灌水處理增加了穗粒數、千粒重,平均增加412%與219%,最終產量提高913%。隨著綠色生態農業的發展,侯彥林[24]提出/生態平衡施肥0的理論,指出除考慮作物產量、品質之外,還應把土壤肥力、生產成本、化肥農藥造成的農田污染一并考慮進去,對當前最佳水肥耦合模型的建立具有一定的指導意義。
5抗旱品種選用和調整作物布局。因地制宜選用抗旱高產作物品種、合理調整作物種植格局是實現作物高產、高效、節水的關鍵措施。每一種作物和品種,都有一個特定的環境要求,只有品種或作物的生理生態特性與所生長的環境相適應,才能充分發揮其產量潛力與優良特性。目前該項措施主要包括根據種植區的降雨和地下水狀況,合理調整作物結構和播種時間,使需水規律與農田灌溉吻合,擴大生育期耗水與降水耦合性好的作物種植面積,使之獲得適宜的水分條件;適當壓縮耗水量大的作物種植面積,并將其安排在水源條件較好的地區,在不影響糧食安全的情況下適當多安排經濟效益較高作物的種植;打破常規種植模式,采取輪作、間作、套做的種植方式;選用高產、抗旱、節水、高水分利用率的品種。汪順生[25]在豫西地區研究了套種模式下寬窄行對夏玉米生長發育及產量的影響,發現與常規栽培相比,寬窄行種植模式有利于夏玉米的株高增長和干物質積累,灌漿速率提高比較顯著,平均單產比對照增加1617%,增長效果顯著;胡志橋[26]結合輪作與調虧灌溉,探尋解決石羊河流域水資源短缺和不合理種植模式的方法,結果表明在不同調虧灌溉條件下采用油葵-小麥/黃豆和小麥/黃豆-小麥兩種種植模式與常規小麥-玉米輪作模式相比,具有顯著節水、增產、增收的效果,水分利用率提高了812%~3713%。高傳昌等[27]通過對河南半干旱區農業高效用水研究試驗發現,在洛旱2號、洛旱7號、豫麥18、周麥18等16種小麥和洛玉3號、洛玉4號、沈單10號、農大108等15種玉米在生育期內,洛旱2號和洛玉4號最為突出,耗水量略低于平均耗水量,但產量卻比平均產量高,作物水分生產率分別為1182kg/m3和2104kg/m3,在種植過程中屬于豫西地區水分生產率較高的抗旱品種,建議在豫西地區作為首選品種。
6化學調控技術。保水劑和作物蒸騰調控劑的應用是兩種主要的化學調控措施,目前已研發了多種化學調控劑,也吸引了一些學者對其實用效果進行研究。楊永輝[28229]通過試驗發現保水劑不僅減少了作物的水分消耗、增加了計劃濕潤層土壤含水量、提高了作物產量和水分利用率,還明顯改善了土壤的物理特性,促進土壤團粒的形成,進而抑制土壤水分蒸發和促進作物根系的生長。作物蒸騰調控劑是一種以黃腐殖酸為主要成分,加入植物生長所需要的一些營養元素而制成的一種不含激素、無毒、無害、無環境污染的化學抗旱節水劑,俗稱旱地龍。可以通過噴施、浸種和拌種來使用。王允青[30]通過對照試驗發現,在使用旱地龍的情況下,能有效減小作物葉片的氣孔開度和水分蒸騰,增加玉米葉片的葉綠素含量,進而增強了光合作用,促進了根系的發育,土壤含水率也顯著提高,玉米穗禿尖減少012cm、穗粒重增加419%,單產增加615%,但對田間持水量和土壤容重影響不大。當前化學調控劑廣泛用于多種作物,帶來了巨大的經濟和社會效益。
展望及需待研究問題
1農藝節水研究發展趨勢
我國在農藝節水技術的研究與推廣方面取得了一定進展,近年來針對不同地區的水、肥、種、種植、耕作、覆蓋等與農業生產發展關系密切的問題已做過較多的研究工作。如在覆蓋保墑技術、地膜覆蓋灌水技術、化學制劑的保墑抑蒸方面取得了一些成果和經驗,也開發出了一些相關產品,推動了農藝節水技術在我國的應用和發展。但農藝節水是一個復雜的系統工程,涉及到田間灌水、節水品種篩選、節水高效種植模式、保護性耕作、水肥耦合、覆蓋保墑及化控節水等技術內容,這些技術既有面上通用的,亦有帶有較強區域性的,目前分散性研究較多,而對成本分析、適用性與可操作性、配合灌溉措施與管理措施的綜合節水效果及分攤比例的認識上,仍不清晰。在節水效果好、成本低、操作簡單、便于農民采用的農藝節水技術及操作規程方面的研究仍存在一定的難度。在農藝節水技術領域取得的很多成果在研發階段表現出顯著的節水增產增收效果,但在農業生產實際應用中,卻由于缺乏相應的技術產品、配套的應用設施和規范化的技術產品標準,難以大面積推廣應用。各單項技術之間缺乏有機的連接和集成,缺乏適宜于不同區域水土條件的農藝節水技術集成體系和應用模式,整體配套性能差,整體效益難以發揮。因此,未來農藝節水的發展趨勢是借鑒國外高新技術,根據地區的資源特點、田間灌水技術以及作物的種類,開發出適于地方特色的標準化、規范化、模式化、定量化、集成化的農藝節水綜合技術體系和應用模式。
2需研究解決的問題
根據農藝節水的研究現狀及發展趨勢,一些重要的理論問題和關鍵技術急待研究解決。
(1)不同農藝節水措施下農田的水、氣、熱交換規律及水鹽運動規律,節水灌溉技術條件下的水肥運移、吸收利用規律,耕作保墑技術等農藝技術措施與節水灌溉技術如何結合成統一的整體,各單項農藝節水技術措施怎樣有機配合產生更好的效益,還有待進一步研究。
(2)在覆膜灌溉研究與推廣方面,盡管我國已有20年的歷史,但是相關的研究還不夠深入,成果還不夠豐富,特別是對覆膜溝灌的入滲規律、灌水質量評價、灌水技術方案設計理論與方法、地膜敷貼質量影響入滲性能的定量分析等方面研究還不能滿足推廣應用的需要,有待于進一步深入研究。也正因為該原因,我國尚缺乏關于覆膜灌溉的標準規程。
(3)結合基因技術,選育抗旱節水與優質高產結合的小麥、玉米等大田作物品種,根據區域自然條件,以提高光熱資源、降雨以及灌溉水利用效率為目標,研究不同灌溉方式下節水高效種植方式,確定主要種植制度下農田水分高效利用技術控制參數,提出節水高效型種植模式及優化的量化指標。
(4)地膜覆蓋、有機肥增施及秸稈還田等農藝節水技術對環境污染的問題,加強地膜降解技術的研究與應用,開發周年生育期內可降解的薄膜,減少白色污染;加強抗旱、高產、優質品種的培育和引進工作;加強對增施有機肥和采取化學調控措施的監控,避免造成土地的隱性污染;嚴格把握還田秸稈的質量,堅決清除存在病蟲害的秸稈,以免造成二次災害。
(5)發展現代農藝節水技術,以土壤-作物-水分-經濟效益為研究主線,將傳統技術與高分子材料、計算機模擬、基因工程融合起來,形成集數學、生物、化學、土壤學、作物學、遺傳學于一體的學科交叉體系,從水分調控、水肥耦合、作物生理與遺傳改良等方面出發,探索提高各個環節的節水潛力。
(6)提出不同灌溉方式下的適宜種植制度、灌溉制度、覆蓋技術及與之配套的農藝技術措施,建立與灌溉方式、農藝技術相結合的高效農藝節水技術體系,提出技術標準與操作規程;同時將農藝節水與工程節水、管理節水結合起來,突出農藝節水技術創新和普及,注重農機農藝配套,構建高效節水農業技術體系,逐步形成蓄水、保水、節水、用水一體化的農業節水格局,全面提高農業用水效率。
