黃河流域農業水資源高效利用途徑與對策

李俊紅 張潔 田文仲 李芳 呂軍杰 姚宇卿

(洛陽農林科學院，河南 洛陽 471023)

干旱和水資源短缺是影響人類生存的制約因子，而農業生產對水的需求是一個已然嚴峻的問題，全球干旱半干旱面積約占地球陸地面積的34.9%，耕地中有灌溉條件的僅占15%，我國水資源嚴重不足，干旱半干旱面積約占國土面積的65%，而只有全國19%的水資源。黃河流域水資源的可持續利用則是黃河流域健康發展的根本問題，特別是黃河流域生態保護和高質量發展上升為重大國家戰略之后，國家對黃河流域生態保護、黃河流域水資源配置及高質量發展提出了更高的目標和要求。黃河流域是我國糧食生產的一個主要區域，近年在全球氣候變化影響下，黃河流域農業水資源顯著減少，供需矛盾日益尖銳。因此，提高黃河流域農業水資源高效利用是實現黃河流域生態保護可持續和高質量發展的重要途徑。

1 提高黃河流域農業水資源高效利用的途徑

1.1 優化作物布局，實現水分高效利用

根據國家統計局數據顯示，2019年與2012年相比河南省小麥種植面積增加了237.9千hm2，產量增加了513.7萬t，玉米種植面積增加了236.6千hm2，玉米增加了283.3萬t，谷物種植面積增加了649.5千hm2，產量增加了235.9萬t。而按照理論上的農業水分利用效率來看，我國的農業水分利用效率與先進的以色列相比，差距甚遠，以色列為2.0～2.6kg·m-3，而我國生產0.8kg的糧食至少需要1m3，也就是1t的水，僅是以色列的1/2。面對我國水資源非常緊缺的現狀，實現黃河流域水資源高效利用，首先必須優化農作物布局，通過合理統籌小麥、玉米，夏季雜糧、秋季雜糧的種植模式，優化林果、蔬菜、牧草等合理搭配種植模式，探索出合理的間作套種模式提高水分利用效率，達到水資源的高效利用。

1.2 篩選高效的農藝節水技術

根據全國水文氣象干旱監測顯示，近年來，黃河流域干旱常有發生，重旱、極旱往往是連季干旱或連年干旱造成的。黃河流域比較嚴重的是連季干旱，主要是冬春連旱。因此，在不同地區、不同土壤類型、不同作物等不同條件下，研究非充分灌溉、有限灌溉及補充灌溉技術，是提高農田灌溉效益的有效途徑。采用比較先進的節水灌溉技術，如常用于大田密植作物的噴灌技術，常用于設施農業、經濟作物的微灌技術，以及目前最先進的滴灌技術。地下滴灌技術不僅蒸發量極小，而且可以實現精準定位高效灌溉，還可以實施立體精確定位水肥灌溉，水的利用率高達98%。配合水肥耦合技術依托滴灌、微灌等精量灌溉以水調水，以水調水等水分高效利用措施提高水資源利用，從而最大限度實現技術節水，確保作物豐產穩產的目標，達到抗旱減災的目的。

1.3 運用合理的土壤蓄水保墑技術

根據相關數據顯示，黃河屬于資源性缺水河流，缺水形勢十分嚴峻。據有關資料分析，2030年黃河流域中等枯水年份河道外缺水量為137.5億m3，連續枯水段缺水量達160.8億m3，特枯水年份缺水量達191.9億m3。河南作為農業大省，水資源急缺日趨突顯，旱地耕地面積253.3萬hm2，近47.4%為沒有補灌條件的丘陵旱作區。干旱發生頻率高，常有“十年九旱”之說，季節性降雨分布又極為不均，冬春連旱、秋冬連旱時有發生。因此，采用合理的土壤蓄水保墑技術來提高降雨利用效率，減少地面徑流，是實現農藝節水的關鍵。保護性耕作(如秸稈還田、免耕覆蓋、壟作覆蓋等)技術可以提高降雨利用率，提高土壤降雨貯蓄率，增加土壤貯水量，減少土壤水分蒸發，減輕水土流失，為旱作區作物高產穩產奠定了基礎。

2 提高黃河流域水資源高效利用的對策

2.1 選擇適宜的優質耐旱新品種

黃河流域主要的農作物有小麥、玉米、棉花、花生等。黃河流域氣候特點雨熱同期，氣候比較干燥，年平均降雨量為400～750mm，季節降雨分布不均，雨季多集中在7—9月，且降雨常以大雨或暴雨形式出現，降雨時間尤為集中，蒸發量大，冬季時間較長，比較適合種植需水量較少的耐旱作物如冬小麥、棉花、玉米等作物。優良品種是實現作物高產穩產的核心，根據黃河流域的氣候特點，選擇高產穩產、優質、多抗和生產潛力大、適應性廣的優良品種，充分發揮優質品種的生物學潛力。如，根據河南省的氣候特點，較為適宜的小麥品種有“洛旱6號”、“洛旱7號”、“洛旱9號”，以及“洛旱13”、“晉麥47”等優良品種。玉米品種有“鄭單958”、“浚單20”、“浚單22”、“浚單29”、“洛玉5號”、“洛玉6號”、“洛玉7號”、“洛玉8號”等優良品種。

2.2 采用適宜的農田抗旱豐產保護性耕作技術

保護性耕作的前身叫“免耕法”，起源于20世紀30年代美國“黑風暴”防治。2002年我國農業部按照保護性耕作的內涵和目標，將其定義為“對農田實行免耕、少耕，用作物秸稈覆蓋地表，減少風蝕、水蝕，提高土壤肥力和抗旱能力的先進農業耕作技術”。保護性耕作技術被有關專家認為是21世紀人類保護環境，利用和保護自然資源的主要耕作措施，其基本技術內容包括以下4項：免耕播種施肥、秸稈殘茬管理、雜草及病蟲害控制、深松與表土作業。其耕作技術模式包括免耕、少耕、深松、秸稈覆蓋、秸稈還田等技術模式。根據相關研究表明，保護性耕作能夠實現節水保墑，提高水分利用效率，無論是在降水正常、偏旱或較旱的情況下免耕覆蓋、深松覆蓋及其他保護性耕作技術均能提高土壤蓄水保墑效果，且在干旱年份更為明顯。據相關研究數據表明，保護性耕作技術可減少坡耕地水土流失，水土流失量可減少80.2%，地表徑流發生次數可減少60.4%，徑流量可減少80.3%。保護性耕作還可培肥土壤，增加土壤有機質，增強土壤微生物活性，提高土壤肥力，因此，通過研究不同保護性耕作技術模式對小麥、玉米、大豆等作物產量的影響，來選擇更為適宜黃河流域作物生產的保護性耕作技術，可實現作物豐產和水資源的高效利用。

2.3 選擇合理的農田高效施肥技術

我國糧食生產經歷了依靠品種更新和肥料施用而到達高產的發展階段。當前的高產農業基本上以高肥料投入為代價，這造成肥料利用率不斷下降，養分資源流失而加劇農業非點源污染。因此，配方施肥和精確施肥成為我國農業養分利用與施肥技術發展的方向。農作物的持續高產需要營養物質持續在土壤中的穩定供應，并維持和不斷改善土壤的物理、化學及生物性狀，實現土壤的良性循環。目前農田養分供應主要依賴化學肥料，這給我國農業生產和生態環境造成了較大的負面影響。因此，合理施肥尤為重要，配方施肥可以調整土壤養分供應由不平衡供應轉化為平衡供應或保持土壤養分供應的均衡性，使肥料發揮出最大的增產潛力，促使作物對土壤養分實現高效利用。相關研究表明，在黃河流域水資源短缺的前提下，通過研究水肥耦合技術、不同施肥技術、不同施肥時期、不同施肥量、不同肥料配比、有機肥與無機肥相結合，以及秸稈還田配合有機肥和化肥的施用方式、比例等，能夠提高土壤養分肥效的發揮，培肥地力，進而實現作物豐產和土壤生態環境的持續性良好發展。

2.4 篩選適宜的農田節水灌溉技術

縱觀各國先進的灌溉技術可以看到，如農業發達的美國，在農業節水灌溉方面有50%的耕地面積采用噴灌，43%為地面灌溉，6%為滴灌，1%為其他。20世紀60年代中期，以色列就發明了先進的滴灌技術，對農田實行科學灌溉。如今電腦控制的水、肥封閉滴灌網已遍布全國，而且全部采用電腦管理，利用水分感應器自動調節灌溉，包括灌溉時間、次數、間隔、灌溉量等。極大地減少了滲漏蒸發，水肥利用率高達80%～90%，而且噴灌和滴灌的應用極大地提高了水資源的利用率，使每公頃土地的灌溉用水量減少了1/3。相關專家指出，如果按照以色列現在的節水效率，地球可以多養活3倍的人口。澳大利亞也在不斷創新節水灌溉方法，如把12cm的滴水管埋入地下，把水和肥料溶液直接滴灌在西紅柿等作物的根部，不但節省大量水肥，而且與傳統的灌溉方法(只能收獲60%～70%)相比可收獲90%的優質蔬菜，同時還減少了肥料對土壤的污染。印度則大力發展集雨灌溉技術。相關研究表明，我國灌溉水平均有效利用率不到45%，自然降水利用率為56%，農業用水效率低，有效利用率僅為1.0kg·m-3左右，且使用噴灌、微灌與管道輸水等各種先進的節水灌溉技術還沒有普及。干旱是黃河流域尤其是旱作區農業生產和生態環境改善的首要制約因子，近年來，“主動抗旱”逐漸成為抗旱新途徑，因此，通過優選黃河流域節水灌溉技術、配合灌水量、灌溉次數和灌溉最佳時間，以及作物關鍵生育期需水量和需水規律調控等方面的研究，來實現黃河流域水資源的高效利用。

2.5 充分利用現代土壤墑情監測技術

作物的生長很大程度上受到土壤水分的影響，土壤墑情信息的準確采集是農田節水灌溉、優化調控的基礎和保證。土壤墑情信息監測系統特點是設備體積小，軟件操作簡單，性能可靠，記錄間隔可根據要求從1min至24h任意設置，實現了24h全天候實時在線監測。記錄儀還可脫開計算機獨立工作，當需要查看當前環境數據時可通過通訊接口由計算機讀取記錄儀內的數據。全程跟蹤記錄被測環境中的溫度、濕度、風速、風向等數據，且記錄時間長，具有斷電數據自動存儲保護功能。隨著科技水平的不斷發展，尤其是土壤墑情監測系統的應用，為控制灌溉節約用水，提高用水效率提供了重要的依據。通過實時動態監測土壤墑情，為差異化的農業灌溉提供重要的參考依據，更加有利于分析當前和預測未來干早形成的原因和合理分配水資源，掌握當地農業生產狀況，有利于實現精準、高效、綠色、高產的現代農業。

3 小結

近年來，隨著國家和政府對黃河流域農業和水資源高效利用的重視，相繼出臺了密切相關的政策和法規，加上我國科技的進步和農業科研力量的提升，黃河流域水資源高效利用逐漸被人們重視，高效的節水農業生產技術被廣泛運用到實際的生產中，通過不斷完善黃河流域水資源高效利用的途徑和對策，為我國實現農業、生態可持續發展提供重要保障。