黑龍江省抗旱節(jié)水灌溉集成技術(shù)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(nèi)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)期干旱發(fā)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(nóng)業(yè)區(qū)，以井灌為主，灌溉水源有限，春季嚴重干旱，給農(nóng)民春耕帶來巨大影響。節(jié)水灌溉是農(nóng)業(yè)抗旱增產(chǎn)的有效措施之一[1]，目前，許多節(jié)水抗旱灌溉技術(shù)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(qū)抗旱節(jié)水灌溉技術(shù)，分析了其技術(shù)的特點及適用條件，根據(jù)主要作物玉米的水分管理模式、作物愛旱生態(tài)表現(xiàn)及土壤干旱等級等，提出了抗旱節(jié)水灌溉集成技術(shù)模式，對緩解水資源供需矛盾、實現(xiàn)糧食持續(xù)穩(wěn)定增產(chǎn)、對發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)具有重要意義[2]。

1 抗旱節(jié)水灌溉技術(shù)

1.1 機械化暗式注水灌溉技術(shù)

注水灌溉起源于田園之中，是農(nóng)民經(jīng)過自身生產(chǎn)實踐總結(jié)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(shù)，是通過專用機械將水直接注入表土層以下，滿足種子萌發(fā)和作物生長需水要求。暗式坐水灌溉技術(shù)是作物播種時采用的節(jié)水型灌溉技術(shù)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(xiàn)開溝、松土、灌水、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等七項作業(yè)一次完成，只需1～2人作業(yè)，每天可完成播種面積8～10畝，且節(jié)水節(jié)能、增產(chǎn)增收。具有以下技術(shù)優(yōu)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(jié)水、節(jié)能、省投資。該技術(shù)適宜在播期干旱和水資源缺乏地區(qū)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(shù)

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(chǎn)量。應用中耕作物注水技術(shù)為農(nóng)作物及時進行注水施肥，可有效緩解旱情，保證作物產(chǎn)量，同時又節(jié)約了有限的水資源。

中耕灌水施肥機的最大功能特點是結(jié)構(gòu)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(jié)水、節(jié)肥且不合泥不板結(jié)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(yè)，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(yè)。結(jié)構(gòu)簡單，且絕大多數(shù)部件對材質(zhì)和制造工藝要求不高。

1.3 移動式滴灌技術(shù)

移動式滴灌技術(shù)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(qū)的無水源和有水源地塊實施有效抗旱。與傳統(tǒng)的滴灌相比，有如下幾方面突破：一是系統(tǒng)的工作壓力提高到0.35 MPa以上；二是采用內(nèi)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(fā)生徑流，在壟上形成連續(xù)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(tǒng)滴灌從設施農(nóng)業(yè)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(jié)水灌溉技術(shù)

多功能精確注射式節(jié)水灌溉技術(shù)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(yōu)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(nèi)的高稞農(nóng)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(diào)整，注射深度可在15～20 cm之間調(diào)整；三是顯著的經(jīng)濟性。水箱容量5 m3，作業(yè)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(shù)

對于土地零散、地下水水位高和地方經(jīng)濟貧困地區(qū)，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(shù)，達到經(jīng)濟、實用的目的。噴灌與傳統(tǒng)漫灌相比節(jié)水1 350 m3/hm2，節(jié)水50%，較地面灌溉節(jié)水40%，同比增產(chǎn)25%，從而達到節(jié)水、增產(chǎn)、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(chǎn)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(shù)

膜下滴灌技術(shù)的發(fā)展和應用，從根本上解除了干旱對農(nóng)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(chǎn)出率，較常規(guī)栽培模式增產(chǎn)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(chǎn)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(shù)

目前我國大型噴灌機正處于快速發(fā)展時期，農(nóng)業(yè)適度規(guī)模經(jīng)營已成為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設的戰(zhàn)略方向[4]。農(nóng)業(yè)規(guī)?；?、集約化、規(guī)范化生產(chǎn)為大型農(nóng)機具發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的市場空間[5]。大型噴灌技術(shù)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(chǎn)、省工、節(jié)能等優(yōu)點。常見的噴灌有全自動360°旋轉(zhuǎn)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(chǎn)20%～40%，灌水均勻，土壤不板結(jié)，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(shù)

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(yè)效率按灌溉深度為30 mm計算，需51 h/次，大大節(jié)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(jié)水灌溉指標確定

針對黑龍江省西部地區(qū)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(jié)水灌溉技術(shù)集成模式，確保糧食穩(wěn)產(chǎn)。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(chǎn)量，需確定指標。經(jīng)試驗數(shù)據(jù)分析確定了玉米以經(jīng)濟產(chǎn)是為目標和以節(jié)水為目標的兩種調(diào)虧灌溉水分管理指標，見表1。為了便于農(nóng)戶使用，提出了作物受旱時生態(tài)表現(xiàn)，通過作物葉片展現(xiàn)的形式可以看出土壤的干旱程度，見表2、表3。

表1 玉米調(diào)虧灌溉水分管理指標 %

表2 作物受旱生態(tài)表現(xiàn)

3 抗旱節(jié)水灌溉集成技術(shù)模式

根據(jù)不同抗旱節(jié)水灌溉技術(shù)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(jié)水灌溉模式

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

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

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

4 技術(shù)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(shù)，機械化注水播種與苗期移動式噴灌集成技術(shù)，機械化播種后噴灌與苗期補灌集成技術(shù)等技術(shù)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(jù)調(diào)查，黑龍江省西部地區(qū)春旱嚴重，春播期土壤水分大多數(shù)在田間持水率的60%以下，相當大比例的地區(qū)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(shù)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(xiàn)了抗旱保苗，滿足作物全生育期的生長發(fā)育需求，提高了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

表5 試驗示范區(qū)產(chǎn)量表

5 結(jié) 語

(1)分析了黑龍江省目前采用抗旱節(jié)水灌溉技術(shù)的特點及其適用條件。

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

(3)根據(jù)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(chǎn)20%。

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[1] 賈大林. 農(nóng)業(yè)高效用水模式[J].節(jié)水灌溉，1997,(4):4-8.

[2] 王 柏，李芳花，黃 彥，等. 寒地黑土區(qū)玉米高效調(diào)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(guī)律的探討[J].灌溉排水學報，2006,25(5): 50-52

[4] 蔣和平，蔣 輝，農(nóng)業(yè)適度規(guī)模經(jīng)營的實現(xiàn)路徑研究[J].農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與管理，2014,(1):5-11.

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