黑龍江省抗旱節水灌溉集成技術模式研究

黃 彥，孫彥君，王 柏，李芳花(黑龍江省水利科學研究院，哈爾濱 150080)

0 引 言

黑龍江省水資源總量為810.33億m3，人均占有量為2 185 m3，低于全國人均水資源量2 200 m3的平均水平，耕地每公頃平均占有量為6 900 m3，低于全國平均每公頃1.95萬m3的水平。黑龍江省水資源時空分布不均，全省有50%的耕地集中在松嫩平原及其周圍，但其水資源總量僅占全省的20%；作物生育期內水量分布不均，60%～80%的年降水量集中在6-9月份，春季降水量只占年總量的20%左右。 近十幾年來，農業生產期干旱發生頻率增加、頻次加快、程度加重、范圍擴大，尤其松嫩平原旱作農業區，以井灌為主，灌溉水源有限，春季嚴重干旱，給農民春耕帶來巨大影響。節水灌溉是農業抗旱增產的有效措施之一[1]，目前，許多節水抗旱灌溉技術措施被廣泛應用，取得了較好的效果。本文詳細介紹了黑龍江省旱作區抗旱節水灌溉技術，分析了其技術的特點及適用條件，根據主要作物玉米的水分管理模式、作物愛旱生態表現及土壤干旱等級等，提出了抗旱節水灌溉集成技術模式，對緩解水資源供需矛盾、實現糧食持續穩定增產、對發展高效節水農業具有重要意義[2]。

1 抗旱節水灌溉技術

1.1 機械化暗式注水灌溉技術

注水灌溉起源于田園之中，是農民經過自身生產實踐總結出的行之有效的抗旱措施[3]。暗式注水灌溉屬于機械化局部灌溉技術，是通過專用機械將水直接注入表土層以下，滿足種子萌發和作物生長需水要求。暗式坐水灌溉技術是作物播種時采用的節水型灌溉技術之一，用于春季土壤墑情不足時作物補水灌溉。通過松土灌水器將水注水土中，實現開溝、松土、灌水、施肥、播種、覆土、鎮壓等七項作業一次完成，只需1～2人作業，每天可完成播種面積8～10畝，且節水節能、增產增收。具有以下技術優點：①墑情好，出苗率高；②抗旱能力增強；③增加積溫，有利于抗御低溫早霜；④有利于提高肥效；⑤節水、節能、省投資。該技術適宜在播期干旱和水資源缺乏地區的玉米、大豆、高粱、甜菜等大田壟作栽培作物。

1.2 中耕補水技術

黑龍江省每年6月份是春灌水量消耗殆盡，雨季還未到來的“卡脖旱”時期，直接影響糧食的產量。應用中耕作物注水技術為農作物及時進行注水施肥，可有效緩解旱情，保證作物產量，同時又節約了有限的水資源。

中耕灌水施肥機的最大功能特點是結構簡單、緊湊，安裝使用方便，成本低，施肥深度可達4～7 cm，且可中耕和暗式給水施肥，節水、節肥且不合泥不板結土壤，將尿素等肥溶入水中直接追施，可一次完成中耕覆土起壟作業，解決卡脖旱問題。與拖拉機前橫梁或后橫梁或懸掛連接，同時拖動水車，只需1～2人可一次完成開溝、注水施肥、覆土作業。結構簡單，且絕大多數部件對材質和制造工藝要求不高。

1.3 移動式滴灌技術

移動式滴灌技術有首部、水源、滴灌管“三移動”方式和首部、滴灌管“雙移動”方式，對半干旱區的無水源和有水源地塊實施有效抗旱。與傳統的滴灌相比，有如下幾方面突破：一是系統的工作壓力提高到0.35 MPa以上；二是采用內鑲式厚壁滴灌管，從而提高了有效支持長度；三是選用近滴距小流量滴頭滴灌管，在確保提高滴灌速度的情況下不發生徑流，在壟上形成連續均勻的濕潤帶；四是通過拖拉機、拖車、水罐、輸水管、滴灌管及各種連接裝置的有效配置和組合，從而使傳統滴灌從設施農業的局限中解放出來，適合于各種地塊和作物的各個生長階段。

1.4 多功能精確注射式節水灌溉技術

多功能精確注射式節水灌溉技術采用全液壓或機械控制針式注射。該設備具有以下幾方面優點,一是灌溉的全程性。該機播種時可以溝灌，苗期可以淋灌，尤其可以給包括谷子、高粱、玉米等在內的高稞農作物注灌關鍵水；二是灌溉的精確性。單針單次灌溉量可在500～750 mL之間調整，注射深度可在15～20 cm之間調整；三是顯著的經濟性。水箱容量5 m3，作業幅寬4壟，注灌速度0.3 m/s左右；溝灌、淋灌1 m/s左右。

1.5 移動式噴灌技術

對于土地零散、地下水水位高和地方經濟貧困地區，形成了操作方便、易于移動、價格適中、灌溉效果好的移動式噴灌技術，達到經濟、實用的目的。噴灌與傳統漫灌相比節水1 350 m3/hm2，節水50%，較地面灌溉節水40%，同比增產25%，從而達到節水、增產、高效的目的。因為采用移動式，避免了地下灌溉管路因排水不暢而產生凍害，增加了設備的使用壽命，極大的提高了灌溉水利用效率，解決了工程控制面積小、灌溉不均勻，沖刷表土，浪費水資源等一系列問題。

1.6 膜下滴灌補水保墑技術

膜下滴灌技術的發展和應用，從根本上解除了干旱對農作物的影響，玉米膜下滴灌可在作物缺水時及時灌溉，并可適當增加種植密度，提高土地產出率，較常規栽培模式增產50%以上。按照玉米膜下滴灌設備不同使用年限分攤成本，每年平均工程投入為1 380元/hm2左右，最低增產4 500 kg/hm2，增收5 400 元/hm2，與建設成本相抵后，凈增收3 000元/hm2以上，當年即可收回成本。

1.7 大型噴灌技術

目前我國大型噴灌機正處于快速發展時期，農業適度規模經營已成為我國現代農業建設的戰略方向[4]。農業規模化、集約化、規范化生產為大型農機具發展創造了廣闊的市場空間[5]。大型噴灌技術自動化程度高，控制面積大，綜合利用率高，能澆灌各類高矮作物，具有省水、增產、省工、節能等優點。常見的噴灌有全自動360°旋轉噴灌機、平移式、中心支軸式等型式，最大一次性可覆蓋面積66.7 hm2。水的利用率可達85%以上，作物增產20%～40%，灌水均勻，土壤不板結，大大減少了田間渠系建設及管理維護和平整土地等工作量。

1.8 大型桁架式噴灌技術

大型桁架式噴灌機包括時針式和桁架移動式。時針式半徑400 m，帶地角開啟尾松，尾槍射程30 m，行走速度小于17 h/圈，噴灌強度8～10 mm/圈，作業效率按灌溉深度為30 mm計算，需51 h/次，大大節省了人工和時間，一個人能管理上千畝地的灌溉。灌溉均勻度高達95%以上，水利用效率高達90%以上。時針式噴灌機水源地需要有地下水井或地面蓄水池，移動式噴灌機附件要有明渠。

2 抗旱節水灌溉指標確定

針對黑龍江省西部地區春旱嚴重、春播期土壤水分滿足不了玉米播種出苗對水分的要求，以及苗期干旱缺水，建立抗旱節水灌溉技術集成模式，確保糧食穩產。而玉米不同生育土壤干旱到什么程度必須灌溉才能保證產量，需確定指標。經試驗數據分析確定了玉米以經濟產是為目標和以節水為目標的兩種調虧灌溉水分管理指標，見表1。為了便于農戶使用，提出了作物受旱時生態表現，通過作物葉片展現的形式可以看出土壤的干旱程度，見表2、表3。

表1 玉米調虧灌溉水分管理指標 %

表2 作物受旱生態表現

3 抗旱節水灌溉集成技術模式

根據不同抗旱節水灌溉技術特點及灌溉指標，水資源情況和田間水源情況，確定了4種灌溉模式。

表3 土壤墑情分級(重量含水率) %

表4 抗旱節水灌溉模式

(1)在灌溉水資源不足的地區，播種期-苗期-拔節前期，采用“暗式注水播種技術+任意一種苗期灌溉技術”集成模式。播種期-苗期-拔節期-抽雄期采用“暗式注水播種技術+移動式滴灌技術”集成模式。

(2)在灌溉水資源不足地區，但田間有水源地區，可采用“暗式注水播種技術+移動式滴灌技術或膜下滴灌補水保墑技術”的集成模式。

(3)在灌溉水資源充足，且田間有水源地區，可采用“暗式注水播種技術+移動式噴灌技術”集成模式。

(4)在灌溉水資源充足，田間有水源，且地勢平坦、耕地集中連片地區，可采用“暗式注水播種技術+大型噴灌技術”集成模式。

4 技術模式應用效果

在黑龍江省甘南縣、杜蒙縣、龍江縣、勃利縣進行了玉米機械化注水播種與苗期補灌集成技術，機械化注水播種與苗期移動式噴灌集成技術，機械化播種后噴灌與苗期補灌集成技術等技術模式示范，完成示范面積223.33 hm2，注水播種有效地解決了春季干旱問題。據調查，黑龍江省西部地區春旱嚴重，春播期土壤水分大多數在田間持水率的60%以下，相當大比例的地區在40%以下，干土層達10 cm，滿足不了對水分的要求。而機械化注水灌溉技術可使局部水分達到田間持水率的80%～90%，出苗率達98%以上，較無注水的出苗率高30%左右。苗期補灌實現了抗旱保苗，滿足作物全生育期的生長發育需求，提高了農產品的產量和質量。

表5 試驗示范區產量表

5 結 語

(1)分析了黑龍江省目前采用抗旱節水灌溉技術的特點及其適用條件。

(2)明確提出了主要作物玉米的調虧灌溉水分管理指標、作物受旱生態表現及墑情等級等指標，為技術模式的建立提供了依據。

(3)根據水資源情況和田間水源情況，確定了4種灌溉模式，并在甘南縣、杜蒙縣等地進行應用，平均增產20%。

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[1] 賈大林. 農業高效用水模式[J].節水灌溉，1997,(4):4-8.

[2] 王 柏，李芳花，黃 彥，等. 寒地黑土區玉米高效調虧灌溉制度的試驗研究[J].灌溉排水學報，2013,32(1): 113-115.

[3] 陶延懷，袁輔恩，黃彥.暗式坐(注)水灌溉水分擴散規律的探討[J].灌溉排水學報，2006,25(5): 50-52

[4] 蔣和平，蔣 輝，農業適度規模經營的實現路徑研究[J].農業經濟與管理，2014,(1):5-11.

[5] 嚴海軍，朱 勇，白 更，等. 對內蒙古推廣使用大型噴灌機的思考[J].節水灌溉，2009,(1):18-21.