1、河南省農科院節水農業研究的現狀、問題與展望武繼承(河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所,河南鄭州450002摘要:通過對河南省農科院節水農業研究歷程、階段性進展的系統分析,探討了節水農業研究存在的突出問題,提出了在國家糧食核心區建設中節水農業研究的重點領域。關鍵詞:旱作農業;節水農業;歷程;問題;展望中圖分類號:S27文獻標識碼:A文章編號:100423268(20090920140204節水農業就是要充分有效地利用自然降水和灌溉水,通過采用水利、農業、管理等措施,最大限度地減少水從水源通過輸水、配水、灌水直至到作物耗水過程中的損失,最大限度地提高單位耗水量的作物產量和產值1。包括節水灌溉

2、、農田水分保蓄、節水耕作方法和栽培方法、適水種植的作物布局,以及與其相適應的節水新材料、新制劑和抗旱作物新品種的開發及節水管理體制的建立,通過這些技術措施,提高缺水地區有限水資源的利用率和利用效率,保持農業的高效持續發展。河南省是農業大省,又是水資源缺乏的省份,為保證河南省糧食生產和農業經濟的高效持續發展,自“六五”以來,河南省農科院就結合我國和河南省農業經濟發展的需要,從土壤培肥、旱作農業栽培、關鍵生育期補水、化控節水等不同方面開展了農業節水技術的研究與應用,特別是“十五”通過國家863節水農業重大項目的實施,河南省農科院對節水農業的研究得到進一步加強,有效地推動了區域節水農業的發展。至此百

3、年院慶之際,特別就節水農業研究的現狀、問題及未來的思考進行整理,供參考。1節水農業研究的歷程對于節水農業的研究,河南省農科院一直沒有間斷過。旱地農業,自1982年到1991年重點開展了河南省旱地農業分區及其戰略、增產技術及小麥高產水肥調控技術研究;1999-2001年開展了農業高效用水關鍵技術與模式研究;2002年以后先后主持和參加了“十五”、“十一五”國家863節水農業重大專項課題“北方半干旱集雨補灌旱作區節水農業綜合技術體系集成與示范”(2002AA2Z4291和“綠色環保多功能保水制劑”(2006AA100215,重點研究了雨水集蓄、關鍵生育期補灌、保水劑和保蓄耕作、土壤水分高效利用技術

4、及其綜合技術集成體系。農業節水灌溉;1984-1995年借助“七五”、“八五”國家重點科技攻關項目重點開展了砂土水分物理特性及節水保蓄技術、砂土農田水量平衡和水分綜合調控技術研究;2002年以后,借助國家863節水農業、糧食豐產工程項目和院科研發展基金項目重點開展了河南缺水地區主要農作物需水指標研究。2節水農業研究進展通過節水灌溉和旱地農業土壤培肥、雨水集蓄、土壤保蓄耕作技術、品種篩選、土壤水分動態變化特征、農作物需水指標、水肥調控和綜合技術體系研究210,在以下幾方面取得顯著進展。收稿日期:2009206210作者簡介:武繼承(19652,男,河南通許人,研究員,博士,主要從事節水農業和土壤

5、資源研究。16沈阿林,劉春增,張付申,等.不同水分管理對水稻生長和氮素利用的影響J.植物營養與肥料學報,1997,3(2:111-116.17沈阿林,馬西云,昆忠男.河南省沿黃稻麥區土壤培肥與水肥運籌中的幾個突出性問題及其技術對策J.河南農業科學,1997(9:23-26.18Shen Alin,Li Xueyuan,K anam ori T,et al.E ffect of long2term application of compost on some chemical properties ofwheat rhizosphere and nonrhizosphere soilsJ.Ped

6、o2sphere,1996,6(4:355-363.19Shen Alin,Li Xueyuan,K anam ori T,et al.Low2molecularweight aliphatic acids in soils incubated with plant residuesunder different moistrue conditionsJ.Pedsophere,1997,7(1:79-86.20王紹中,鄭天存,郭天才.河南小麥育種栽培研究進展M.北京:中國農業科技出版社,2007:250-286. 21鄭勁民,李嵩震,付瑜,等.煙區土壤養分狀況及鉀肥對烤煙產量和質量的影響J.土

7、壤,1997(6:315-321.2.1明確了河南省旱地農業分區依據中國農科院農業區域規劃研究所編制的北方旱地農業類型分區,按照國家氣象局年平均干燥度指數小于1.00的地區為濕潤地區,干燥度指數在1.001.19的地區為半濕潤地區,干燥度指數在1.191.90的地區為半干旱地區,干燥度指數大于2.00為干旱地區的分類原則,河南省旱地農業分為半干旱區、半干旱偏濕潤區和半濕潤易旱區3個一級區,結合地形地貌、干旱特點、水文條件,又劃分為15個二級區。2.2篩選出了一批抗旱、節水、豐產作物品種根據不同時期土壤地力水平和作物品種狀況,相繼篩選出豫麥2號、豫麥8號、衡水7004、豫麥13號、衡水G4102

8、23、滎陽1322、西安8號、豫麥8號、小偃6號、濟麥2號、洛旱2號、鄭州9023、洛旱2號、科旱1號、石家莊8號、周麥18、開麥18、洛旱3號等小麥品種,小香米、冀優1號、冀優2號、谷豐2號、懶漢1號等谷子品種,鄭單958、鄭單22、農大108、豫玉32號、鄭黑糯1號等玉米品種,脫毒徐薯18、梅營1號、豫薯13、SL219等甘薯品種。據2002 -2005年試驗示范,篩選出的谷子品種與對照豫谷6號相比增產14.1%48.0%;輝縣863節水農業示范區小麥千畝示范樣板平均增產13.7%25. 6%,初步形成了高產高效糧食與經濟作物相配套的作物栽培體系2。2.3揭示了區域土壤水分變化特征2.3.

9、1砂土水分變化特征砂土水分定位研究表明3,粗、細砂土耕層(020cm含水量常年約有2個月低于凋萎濕度,干旱多出現在5、6、7月份,其余時段一般在凋萎濕度與田間持水量間,輕砂土耕層含水量常年在凋萎濕度和田間持水量之間。粗、細砂土心土層(2060cm含水量常年維持在凋萎濕度與田間持水量之間,輕砂土心土層含水量常年約有4個月在凋萎濕度和田間持水量之間,其余時段高于田間持水量,水分庫容較大。砂土底土層(60cm潛水位含水量常年均大于凋萎濕度,多在田間持水量上下,細砂土和輕砂土含水量常年多大于田間持水量。2.3.2褐土水分變化特征定位觀測試驗表明2,褐土土壤表層土壤水分含量較低的時期出現在2月中旬、4月

10、中旬和6月中旬,有時在10月份土壤水分含量也較低。說明在丘陵旱作區,表層土壤墑情一方面制約著夏秋作物的播種,另一方面對夏糧作物冬小麥的返青和孕穗有較大的影響。土壤耕層以下的土壤水分變化呈現與年度降水趨同的規律性,2 -6月份土壤水分變化呈現逐步下降的趨勢,7-8月份土壤水分變化呈現逐步增加的趨勢,最明顯的是在3-6月份出現一個土壤水分的明顯持續下降區,尤其是在4-6月份呈現土壤水分的低值低谷區。豫西旱作區土壤水分變化的差異性大于豫北旱作區土壤水分變化的差異性。2.4提出了小麥高產配方施肥配套技術通過對不同類型旱作農業區不同地力水平下的相關試驗,采用DRIS診斷法結合肥料效應方程的計算,提出不同

11、地力水平的小麥最佳氮磷用量4:高肥旱地(基礎產量>4500kg/hm2,施純氮60 75kg/hm2,P2O57590kg/hm2;中低產旱地(基礎產量<3750kg/hm2,施純氮150180kg/hm2, P2O5105135kg/hm2。而且科學施肥能提高降水利用效率,平水年份施肥比不施肥小麥水分利用效率提高80%,豐水年份提高46.78%,欠水年份提高37%。2.5研制開發了營養型抗旱保水劑通過配方提煉,試驗與示范相結合,研發出營養型抗旱保水劑,吸水倍數為50300倍,比國內同類產品成本降低30%以上。同時,建立了旱地優勢作物保水劑使用方法、施用量及其與節水補灌相結合的應用

12、技術體系,提出旱地小麥條施、小麥拌種加條施和甘薯穴施的最佳使用量、補灌時期和補水量,確定了抗旱保水劑最佳適用的水分條件2,9,10。2.6建立完善了淺山丘陵區雨水優化利用節水補灌技術體系通過技術創新與集成應用、工程建設等措施相結合,解決了雨水分散集蓄與多水源聯合調控一體化問題,建立了區域特色的雨水高效利用多元化模式,確定了經濟、技術、社會影響、環境和管理5個方面21項因子的雨水集蓄利用綜合效益評價指標體系。形成了集雨水保蓄(地面覆蓋、土壤增容和化學保水、儲存(水池、水窖和高效利用(抗旱節水品種、關鍵生育期補水、水肥耦合、限量灌溉等等農藝、工程、生物和管理措施為一體的、適宜于本地區及北方旱作區的

13、集雨補灌旱作區節水農業綜合技術集成體系,實現了降水利用效率和工程利用效益的雙重提高2,5。2.7探討了砂土農田水量平衡和水分綜合調控技術采用張力計連續測定土壤基質勢與通過計算作物根層水流通量的方法,研究出砂土麥田全生育期蒸散量為326.8337.2mm。在參與土壤-植物-大氣連續體(SPAC水循環的加入水量項中,向上入根層毛管水貢獻最大,占39.3%,依次為降水(占3710%、灌溉(占23.7%。移出水量項,蒸散為5713%,其次是排出根層的凈漏水42.2%。土壤毛管上升補給水量占小麥蒸散量的67.7%63.7%,說明開封砂土毛管水上升補給水對小麥需水具有重要作用。砂土水分調控技術主要采用優化

14、灌溉,地面覆蓋和合理施肥,協調自然和人為供水與作物需水矛盾,提高砂土保蓄水分效率和水分利用效率6,7。3節水農業研究存在的問題3.1研究缺乏連續性河南省農科院開展節水方面的研究雖然較早,但前后斷斷續續,1991-1999年,間斷了8年的時間,一直沒能與國家節水農業發展戰略緊密結合,所申請的項目也以自選和省科技攻關為主,直到2002年才得以參加國家863節水農業重大專項課題的研究。3.2研究缺乏系統性受學科隊伍、試驗平臺和地方政策等多種因素的影響,開展的研究多側重于應用性研究,而對于抗旱節水機理機制、產品對環境的影響等基礎研究十分缺乏。同時,旱作農業研究較多,而對于國家糧食核心區糧食作物的節水灌

15、溉研究相對較少。盡管如此,對于旱地農業的研究也缺乏系統研究,并相對集中于土壤培肥、品種篩選、秸稈覆蓋、保水劑等方面,對于管理節水和雨水集蓄的研究相對較缺乏。3.3產品研發缺乏系列性主要表現在3個方面:一是產品研發品種少,二是配方缺乏多樣化,三是產品缺乏延展性。目前僅開發出營養型抗旱保水劑,不同作物專用保水劑亟待開發;同時相關的抗旱種衣劑也未能研發出來。3.4學科建設發展缺乏平臺建設學科平臺建設是一個學科發展的重要標志,但河南省農科院目前尚沒有任何與學科建設相關的設施平臺,所研制的節水農業產品對土壤環境效應的影響、節水對土壤環境和地下水位的影響等無法進行深入的研究,無形之中影響了產品的研發和創新

16、項目的實施。4節水農業戰略設想河南省是農業大省,糧食生產在全國占有極其重要的地位,用全國6%的耕地生產出全國10%以上的糧食,其中小麥產量占全國的1/4強。同時,又是水資源缺乏的省份。2004年河南省水資源總量為404.96億m3,人均水資源占有量僅412m3,不足全國人均水平的1/5,常年缺水量40億m3左右,灌水利用率約50%,降水利用率僅50%。并出現了地下水超采嚴重、地下水污染、河流富營養化、污灌引起土壤污染等問題。因此,發展節水農業,實現水資源的高效利用,是實現河南省糧食生產核心區建設總體目標的客觀需求。4.1充分認識地下水下降的危害全省地下水開采量近130億m3,占全省總供水量的6

17、7%,占全國地下水開采量的1/8。全省淺層地下水漏斗面積已由1982年的2230km2擴大到目前的1萬km2,占平原區面積的11.3%,不少漏斗區的地下水埋深超過20m,并以每年0.5m的速度遞增。已經造成了大量機井報廢、泉水枯竭、濕地萎縮、土地沙化等一系列生態環境問題,造成極大的經濟損失。因此,應加強井灌、引黃灌溉的灌溉技術、灌溉模式和灌溉定額的研究,強化田間節水技術應用,減輕地下水負荷,促進糧食核心區建設。4.2科學規劃,充分利用水資源根據目前農業發展的狀況和水資源實際,河南省節水農業的分區可以劃分為豫北灌區、豫東與豫中補灌區、豫南雨養區和豫西豫北旱作區。4.2.1豫北灌溉節水農業區豫北灌

18、區存在的突出問題是地下水超采,水位逐年下降;灌水次數過多,漫灌比重過大。因此,要解決好農作物周年需水的規律,建立不同農作物周年需水指標體系;減少灌溉次數,降低輸水損失,提高灌水利用率;篩選適用的灌溉方式,提高灌水綜合效應。4.2.2豫東與豫中補水灌溉節水農業區豫東豫中補灌區存在的突出問題是灌溉隨意性強,漫灌比重大。同樣需要做好不同農作物需水規律和周年需水指標體系的研究,建立科學節水用水模式;降低輸水損失,選擇合理的補灌模式,提高灌水利用率。其中更要做好豫東冬小麥、西瓜、棉花、玉米等多熟套種模式的灌溉技術研究。4.2.3豫南雨養節水農業區豫南雨養區存在的主要問題是土壤質地黏重、滲透性差,灌溉設施

19、不全或沒有,完全靠每年豐富的降水發展高產高效農業。但受年際年內降水量分配不均的影響,又普遍存在著嚴重的季節性干旱,不斷地威脅著農業的高效持續發展。因此,應根據耕地分布情況,適時適地適量地發展灌溉機井,精耕細作提高雨水入滲,提高土壤擴蓄增容能力。同時,利用有利地形蓄集降水,提高降水利用率和水資源利用效率。4.2.4豫西豫北淺山丘陵集雨補灌旱作節水農業區豫西旱作區根據其氣候分布可以細分為半干旱區、半干旱偏濕潤區和半濕潤偏旱區。其農業高產持續發展的突出障礙為水資源的嚴重匱乏,受年度降水時空分配不均的影響,干旱發生頻率高達5916%。同時,存在水土流失、土壤肥力低等問題。因此,今后應加強綠肥種植,提高

20、地力和土壤增容擴蓄能力,強化化學保水、減蒸、節水技術產品的應用5,改善種植結構,大力發展農果、農牧間作,提高農業經濟活力。4.3重視水污染問題,加強污水再生,保護農業生態環境水污染對人的健康、農業生態環境和社會經濟的發展會造成巨大的危害。水體污染后,通過飲水和食物鏈直接或間接進入人體,造成急、慢性中毒。水體富營養化則造成“死河”、“死湖”,而地下水污染的影響更加深遠。2006年調查顯示,全國2/3的城市地下水水質下降,數以千計的供水井報廢。地下水埋藏在地下治理難度大,投資高昂,即使經濟上承擔得起治污成本,清除污染源也需要十幾年、幾十年甚至數百年才能恢復原來的狀態。同時,污水灌溉存在突出問題,研

21、究表明,不同灌區小麥、玉米重金屬含量表現為井水灌區和中水灌區含量較少、生活污水灌區次之、混合污水灌區和工業污水灌區多;蔬菜重金屬含量為井水灌區較少、工業污水灌區多;污灌區地下水已經受到污染11。因此,應加強污水再生技術研究與應用。目前,以色列100%的生活污水和72%的城市污水得到了再生利用,我國也不乏實例12,13。至2008年底,河南省多數縣市建立了污水處理廠,期望在運營后能實現污水再生,造福人民,造福環境,造福社稷。4.4強化技術產品的環境效應評價,提高食品的安全性能無論是節水農業技術產品,還是除草劑、生根粉,以及再生水利用,它們都與土壤-植物-食品-人類的鏈條緊密相連。因此,對于它們的使用都要通過定位和長期定位等試驗方法進行相關增產機理機制、土壤環境效應評價、地下水受干擾度等方面的研究,以提高節水農業新技術、新產品和新模式的研究與應用,促進食品安全和糧食核心區建設。4.5做好學科交叉,提升學科建設水平節水農業是一項綜合性很強的學科,不是土壤、農學、栽培、化學、生理、農田水利、生物等單一學科就能解決的問題,需要多學科的交叉融合。因此,今后應在試驗設施平臺和現有學科建設的基礎上