四种机械旱作节水技术介绍

　　我国是主要的干旱国家之一，干旱、半干旱土地约有 7 000 多万 hm2,约占国土面积的 52.5%.旱作就是指旱区无灌溉条件的，靠天降雨的“雨养农业”,这样的面积约有 3 300 多万 hm2,分别分布在我国北方大部分地区。旱作农业区的主要问题是干旱少雨、风的侵蚀和水土流失严重，土壤极薄。以山西省北部地区为例，春旱达到 90%以上，素有“十年九旱”和“八百旱海”之称，水资源短缺，年平均降水量为 300~400 mm,而且多集中在夏季，严重的春旱常常不能适时播种，延误农时。

　　为了解决旱的困扰，多年来农民一直采用人工刨矮坐水种和打井抽水漫灌等方法抗旱播种，这种方法既费工费时又浪费宝贵的水资源。同时，常年的传统耕作模式，使地表裸露时间长，地表水蒸发快，加重了干旱地区缺水问题，造成了农作物产量低而且又不稳定。因此，发展机械旱作节水技术、摆脱干旱困扰，治旱兴农，实现农业可持续发展是农业生产的一项根本任务。

　　经过多年的研究，通过机械化深松保水、秸秆还田覆盖、机械化铺膜、化学制剂保水四项技术，可以提高天然水的利用率，达到节约用水的目的，有效地解决旱地缺水的问题，实现农作物的稳产、高产。

　　1 机械化深松保水技术

　　机械化深松保水技术是指利用机械化工程技术，将天然降水存于耕地土壤中，并减少水分蒸发的一项机械化技术措施。深松土壤是旱作农业中最为有效的蓄水措施。

　　深松可充分打破犁底层，极大地提高土壤水分的入渗率，增加土壤水含量，更利于作物在不同需水期获得充足的水分供给，同时对排碱除涝也有着显著的作用。此外，由于深松作业只松土、不翻土，因此特别适于黑土层浅，不宜翻地作业的地块，配合机械灭茬进行耕整地作业。机械化深松保水技术可有效地蓄积雨水和雪水，使雨水和雪水下渗，并保存在 0~150 cm 土层中，形成巨大土壤水库，使伏雨、冬雪春用、旱用，确保播种墒情。一般来说，深松比不深松的地块在 0~100 cm 土层中可多蓄35~52 mm 的水分，0~20 cm 土壤平均含水量比传统耕作条件一般增加 2.34%~7.18%,可实现天旱地不旱、一次播种出全苗。

　　2 秸秆还田覆盖技

　　秸秆还田覆盖技术就是在作物成熟后，利用联合收割机收获作物的同时，将秸秆一并粉碎覆盖于地表。

　　由于传统的耕作方式大多采用翻耕，使田地表面土壤细碎、裸露，当强降雨发生时，雨滴直接拍击裸露的地表，造成阻止降雨入渗的土壤表面封层快速形成，很快发生径流。而秸秆覆盖技术正是利用秸秆的物理阻隔作用，可减少或避免雨水直接打击地表，延长水分下渗时间，减缓地面径流，起到纳雨蓄墒、减少或控制水土流失的作用。实验表明，经过秸秆覆盖的旱坡地，径流量降低 69.5%,土壤流失量减少 89.5%,土壤渗水率增加 40%~50%.

　　2.1 秸秆还田覆盖的节水机制

　　2.1.1 秸秆覆盖的遮蔽作用 根据实验，秸秆覆盖的遮蔽作用，直接减少水分的蒸发和损失，提高了土壤的含水量。经过秸秆覆盖的土壤各土层比不覆盖的各土层土壤含水量增加 3.0%~5.8%.

　　2.1.2 秸秆覆盖可以有效地减少径流 秸秆覆盖可以有效地减少土壤水的径流，在遇到严重干旱 （降水量低于 100 mm） 时，经过秸秆覆盖的田地比不覆盖的田地各土层含水量增加 3.0%~4.9%.

　　2.1.3 秸秆覆盖可以提高水分利用率 秸秆覆盖能充分接纳降水，保蓄土壤水分，提高土壤含水量2~5 个百分点，水分利用率提高 25%左右 （玉米秸秆覆盖后的水分利用率可以提高 40.3%）。

　　2.2 秸秆覆盖量对土壤含水量的影响秸秆覆盖的地表土壤的含水量是随着秸秆的覆盖量增加而提高的。根据对麦草覆盖试验表明，覆盖麦草 3 000 kg/hm2,0~40 cm 土壤含水量提高0.7%~0.8%;覆盖麦草 4 500 kg/hm2,0~40 cm 土壤含 水 量 提 高 1% ~1.2% ; 覆 盖 麦 草 6 000kg/hm2,0~40 cm 土壤含水量提高 2.1%~2.6%.

　　根据对玉米秸秆覆盖试验表明，不覆盖玉米秸秆的农田土壤平均含水量为 13.6%,覆盖玉米秸秆7 500 kg/hm2,0~30 cm 土壤平均含水量为 16.6%;覆盖玉米秸秆 9 000 kg/hm2,0~30 cm 土壤平均含水量为 16.8%;覆盖玉米秸秆 13 500 kg/hm2,0~30 cm土壤平均含水量为 17.5%.

　　3 地膜覆盖技术

　　地膜覆盖技术是利用地膜透光性好、导热性差和不透气等特性，改善旱作农田生态环境，促进作物生长发育的一种农业栽培技术。由于薄膜的气密性强，地膜覆盖后能显著地减少土壤水分蒸发，使土壤湿度稳定，并能长期保持湿润，有利于根系生长。在干旱的情况下，0~25 cm 深的土层中土壤含水量一般比露地高 50%以上。

　　采用地膜覆盖，在短期内有较好的增温保墒能力和增产效果，有效减小农田土壤无效蒸发，提高水分利用效率。同时，地膜覆盖保护土壤耕层不受破坏，不但能减轻雨水对土壤表面的冲刷，减少水土流失，而且能够减轻大风对土壤的侵蚀，降低沙尘，对旱作农田的节水效果十分明显。

　　3.1 节水机制和特点

　　地膜覆盖直接节省了土壤中的水分，在作物种类、产量、气候、管理等完全一致的条件下，农田蒸发量由土壤蒸发、作物蒸腾 2 个部分组成。根据农田水量平衡原理，在灌水量不变情况下，地膜覆盖后使土壤蒸发减少，从而增加作物对水分的利用率。

　　通过对旱作农业区蔬菜、玉米、马铃薯 3 种主要农作物采取地膜覆盖后节水增产效果的调查，发现针对不同的作物采取不同的地膜覆盖方式后，其生育期内的耗水特征均有明显的改变，产量及作物水分生产效率均有一定程度的提高，与不覆盖相比覆盖后均大大抑制了土壤蒸发量，覆盖下的作物耗水量明显小于不覆盖下的作物耗水量。

　　3.2 旱作农田地膜覆盖节水效果分析为进一步明确覆盖的节水效果，定量分析不同作物采用地膜覆盖措施后的节水量，在旱作农业区实地调研的基础上，结合部分试验研究结果选取典型的分析对象，并以此为标准，对地膜覆盖措施提高土壤水资源利用量进行研究。

　　根据地膜覆盖节水的特点及典型调查，分别计算同等产量下地膜覆盖比不覆盖的土壤水节水量。

　　即ΔW=ΔW 覆盖-ΔW 不覆盖=（T 不覆盖-覆盖）-（T 覆盖 不覆盖/覆盖-覆盖）同等耗水量下地膜覆盖比不覆盖的作物增产部分相当于节省的土壤水量，即增产部分所对应的增加利用的土壤水量。即ΔW=（覆盖 T 不覆盖/T 覆盖-不覆盖）不覆盖其中， 指土壤水量，W 覆盖、 W 不覆盖分别为覆盖地膜的土壤水量、不覆盖地膜的土壤水量，T 覆盖、T 不覆盖分别为覆盖地膜的作物耗水量、不覆盖地膜的作物耗水量，覆盖为覆盖地膜的灌水量，覆盖、不覆盖分别为覆盖地膜的产量、不覆盖地膜的产量，不覆盖为不覆盖地膜的水分利用率。计算结果见表1.

　　假定降水与土壤水资源同频率，通过长年降水资料分析得到平水年、枯水年的平均降水量，根据地膜覆盖节水效果的现状分析结果及旱作农业区不同水文年主要农作物生育期内的土壤水资源，计算平水年、枯水年不同作物采取地膜覆盖措施后因水分利用效率提高而增加利用的土壤水资源量。

　　从表 1 可以看出，无论哪种作物，通过采取覆盖措施之后，其产量和水分利用效率都有不同程度的提高，耗水量也均有不同程度的减少。

　　采取地膜覆盖措施后，在不同水文年由于水分生产效率提高使得土壤水资源的利用数量有了很大程度的提高。

　　4 生物技术节水技术

　　近年来，我国已研制开发了多种生物和化学、有机与无机的抗旱保水剂、水分蒸腾抑制剂等，在旱作节水农业上推广应用。农用保水剂主要用于拌种、苗木移栽和扦插之前的浸根，以增强作物根部的吸水保水能力，提高出苗、成活率。有的在整地时施入或与肥一起底施；也有的喷洒在地面或作物叶面；还有的是通过作物生理调控机制，增加作物抗旱机能，实现抗旱节水和保产增效的目的。

　　保水剂又称土壤保水剂、保湿剂、高吸水性树脂、高分子吸水剂，是利用强吸水性树脂制成的一种超高吸水保水能力的高分子化合物。大量试验研究表明，保水剂具有提高农田保水保肥能力，节约农田用水量，改良土壤结构，提高种子出苗率、幼苗移栽成活率，促进作物幼苗生长发育等功效。大力推广生物保水剂的应用，是旱作农业区十分有效的节水手段，有着广泛的发展前景。

　　5 结束语

　　水资源的高效利用是解决旱作农业区缺水的最主要问题。因此，大力发展机械化旱作农田节水技术，是有效缓解我国旱作农业区缺水的主要手段，是实现土壤水资源的高效利用和粮食作物增产的必要途径。

　　参考文献：
　　[1] 韩思明。黄土高原旱作农田降水资源高效利用的技术途径[J].干旱地区农业研究，2002,20（1）：1-9.
　　[2] 韩思明，史俊通，杨春峰，等。渭北旱塬夏闲地聚水保墒耕作技术的研究[A].陈万金，信乃诠。中国北方旱地农业综合发展与对策[C].北京：中国农业科技出版社，1994. 186-190.
　　[3] 张正茂，王虎全。渭北地膜覆盖小麦最佳种植模式及微生境效应研究[J].干旱地区农业研究，2003,21（3）：55-60.