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节水农业——节水技术

花匠小妙招
2024-10-05 18:28

主持人：晚上好，听众朋友！欢迎您收听《乡村大讲堂》，我是关常。

水是人类赖以生存和发展的重要资源之一，是不可缺少、不可代替的特殊资源。当今世界，随着人口的不断增长和经济的不断发展，淡水资源的需求量不断增加；同时，由于不合理的利用，本来短缺的淡水资源日益紧张。

据调查,全世界14亿亩耕地中,灌溉面积增长速度明显下降，年增长率不到2%。其主要原因，一是发展新灌溉系统的成本在不断上升，二是单纯依靠发展灌溉已远远不能解决食物安全问题。世界各国都在积极探索解决水资源短缺的有效途径。节水农业的研究和发展已经演变为农业领域里一场新的技术革命。

节水农业是以节约农业用水为中心的农业，其核心是采用先进的水利工程技术、适宜的农业技术和用水管理方法，充分提高农业用水效率和效益，实现集高产、高效、优质、节水、低耗为一体的高效节水型农业可持续发展体系。农业高效利用水资源的目标就是农作物高产与高水分利用效率相结合的节水型农业。如何充分利用土壤水分，提高土壤水的利用率，已成为当前农业用水可持续发展的紧迫任务。

今天我们为听众朋友们介绍介绍农业节水技术中的生物性节水技术和农田集雨保墒技术，做客我们讲堂的是中国农科院何文清博士，何老师，您好！

专家：主持人好，听众朋友们大家好！

主持人：在昨天的节目时间里，我们为听众朋友们介绍了灌溉节水技术中最为常见的地面节水灌溉技术，并对各种技术的使用范围和效果做了详尽的说明。接下来的时间里我们为听众朋友介绍一下灌溉节水技术中另外几种常用的节水技术：喷灌技术、微灌技术、地下渗灌技术。它们在生产中是如何应用的呢？接下来的时间里我们一起来了解一下。

专家：首先我们介绍一下喷灌技术。

喷灌技术是将灌溉用水加压并输送到田间，借助于专门的喷洒设备，通过喷头喷射到空中，分散成细小的水滴，像降雨一样均匀洒落到地面的灌溉方式，其不同于传统的常规地面灌溉，需要一系列设备组装成一个完整的喷灌系统，包括水源工程、首部枢纽、输水管网、喷洒器等。喷灌系统根据喷头工作的运行状态可分为定喷式和行喷式喷灌系统；根据设备组成可分为机组式和管道式喷灌系统。喷灌技术适用范围较为广泛，可适用于各种类型的土壤和绝大多数作物，受地形条件限制较小，凡可以应用地面灌溉的地形、土壤和作物均可采样此类高新技术。喷灌技术节水效果比地面灌溉节约30%～50%，产量可提高20%左右。

微灌技术是通过低压管道系统与安装在末级管道上的特制灌水器，将水和肥以较小的流量，均匀、精确地直接输送到作物根部附近的土壤表层或土层中的一种灌溉方式，仅用少量的水湿润作物根区附件的部分土壤，即满足作物的用水需求，进而达到省水、省力、节能、增产的效果。微灌系统按所用设备（主要为灌水器）及流出形式的不同可分为滴灌、微喷灌、小管出流和渗灌；按灌溉设备的运行方式可分为固定式、半固定式和移动式微灌系统。微灌与喷灌相比，因更为节水、节能，增产效果更显著，可节水60%以上，故其发展势头也很强劲，主要应用于果树、经济作物、花卉、草坪、温室大棚等灌溉。世界微灌面积由1981年的43.7万公顷发展到2000年的376.7万公顷。美国、以色列正在发展地下滴灌技术，取得了较地面滴灌更好的效果，并且有利于使用污水灌溉，而以重力（低水头）滴灌为代表的家庭小型微灌系统则特别适合在发展中国家推广。

地下渗灌技术是在微灌技术的基础上更进一步的突破，渗灌是在低压条件下，通过埋设在作物根系区内的渗灌管，依据作物自身对水肥的需求，适时、适量以滴渗的方式湿润作物根系层灌水的灌溉方式，其完成了从依据作物需水被动向作物供给灌溉水的过程，转向作物依据自身需求自己主动吸收根系周围渗灌管水分的灌溉方式。地下渗灌技术适用范围较为广泛，受地形条件限制较小，凡可应用地面灌溉的地形、土壤和作物均可采样此类高新技术。地下渗灌技术节水效果最高，一般节水效果可达到50%～80%，每公顷节水5700立方米。以草莓为例，用传统灌溉方式每公顷需水1600立方米，采样地下渗灌技术仅需水650立方米，节水达59%，省工率达95%。

主持人：在前面的节目时间里，我们介绍了喷灌技术、微灌技术和地下渗灌技术。接下来的节目时间里，我们来介绍农业节水技术中的生物性节水技术。

专家：生物性节水是指利用和开发生物体自身的生理和基因潜力，在同等水供应条件下能够获得更多的农业产出。狭义的生物节水概念是指发掘和利用植物的抗旱节水潜力，在获得相同产量的条件下消耗较少的水分，或者在消耗相同水分的条件下获得较高的产量；广义的生物节水概念则指通过综合运用抗旱节水植物及其配套的农艺措施来达到节水目标。

国内外已有大量研究和田间试验结果表明，水分亏缺不总是必定降低产量，许多作物和果木在一定生育阶段适度干旱可能对节水与增产都有利，这就是生物性节水。其机理可以解释为：干旱缺水对植物的影响有一个从“适应”到“伤害”的过程，不超过适应范围的缺水，往往在复水后可以产生生理、生长和产量形成上的补偿效应，在节约大量用水的同时，最终产量基本不受影响。

主持人：刚才何老师介绍了生物性节水技术的原理。那生物性节水技术都有哪些类型呢？

专家：生物性节水技术主要有：抗旱节水品种筛选—分子育种技术、生理调控技术。

主持人：好，下面我们就来了解一下抗旱节水品种筛选—分子育种技术的应用情况。

专家：抗旱节水品种筛选—分子育种技术

生物个体的表现是基因与环境共同作用的结果。作物育种的主要任务是寻找控制目标性状的基因，研究这些基因在不同目标环境条件下的表达形式，聚合存在于不同材料中的有利基因，从而为农业生产提供适宜的品种。长期以来，常规育种技术在作物抗旱节水新品种选育工作中发挥了重要作用，选育出了大批的作物抗旱节水高产新品种。但是，由于作物抗旱节水性状的复杂性，以及农业生产对抗旱节水作物品种的要求不断提高，利用常规育种技术选育新品种预见性差、选择效率低、周期长的问题越来越突出。以基因定位与分子标记辅助选择、基因分离与转基因技术以及品种分子设计技术为核心的分子育种技术能够克服常规育种技术的局限性，打破物种界限，克服生殖障碍，进行优良基因的高效重组和聚合，实现抗旱节水植物新品种的定向选育。

分子标记辅助选择育种理论与技术发展迅速，已经构建了水稻、玉米、小麦、大豆等多种作物的分子遗传图谱，并标记了许多抗旱节水重要基因/QTL(多途径抗旱基因挖掘)。例如，通过QTL 分析，已经成功区分了水稻耐旱性和避旱性的遗传基础；水、旱稻根基粗和抗旱系数QTL 的标记辅助选择及验证；也进行了大豆耐旱种质鉴定和相关根系性状的遗传分析与QTL 定位等等。借助与抗旱节水相关基因/QTL 紧密连锁的分子标记选择目标性状，能够跟踪目标基因的遗传动态，选择聚合目标性状基因的个体。因此，利用分子标记辅助选择技术能够有效避免环境条件对抗旱节水表型性状的影响，提高对优良基因型选择的准确性和预见性，提高选择效率，缩短育种周期，提高育种水平。

作物品种分子设计育种是以生物信息学为平台，以基因组学和蛋白组学等数据库为基础，综合作物育种学流程中的作物遗传、生理、生化、栽培、生物统计等多学科的有用信息，根据具体作物的育种目标和生长环境，在计算机上设计最佳方案，然后开展作物育种试验的分子育种方法。作物品种分子设计育种将在庞大的生物信息和育种家的需求之间搭起一座桥梁，在育种家的田间试验之前，对育种程序中的各种因素进行模拟筛选和优化，提出最佳的亲本选配和后代选择策略，实现从传统的“经验育种”到定向、高效的“精确育种”的转化，以大幅度提高育种效率。

主持人：在前面的时间里，我们向听众朋友们介绍了生物性节水技术中的其中一种——抗旱节水品种筛选～～分子育种技术，它是根据不同地区的生态生产特点，通过分子生物技术选育出新的抗旱品种，充分发挥生物节水潜力，从而达到高效利用水资源的目的。接下来的时间里，我们接着向听众朋友们介绍生物性节水技术中的另外一种，生理调控技术。

专家：好，接下来我来介绍一下生理调控技术。

植物水分生理学的研究表明，植物的生理生化作用受到其遗传特性或生长激素的影响，在植物生长发育的某些特定阶段或时期有目的地造成一定程度的水分亏缺，可以通过调节光合产物向不同组织器官的分配来提高产量而舍弃营养器官的生长和有机合成物质的总量，最终达到节水优质、降低生产成本的目的。生理调控技术的应用主要包括调亏灌溉技术和根系分区交替灌溉技术。

主持人：生理调控技术是通过在植物生长的某些阶段人为控制给水量，在提高产品品质的同时，达到节水优质、降低生产成本的目。调亏灌溉技术是生理调控技术一项重要技术，那在农业生产中的应用情况和效果如何呢？接下来请何老师来介绍一下。

专家：调亏灌溉的原理是基于作物生理生化作用受到遗传特性或生长激素的影响，在作物生长发育的某些阶段主动施加一定的水分胁迫，从而影响其光合产物向不同组织器官的分配，达到提高其经济产量而舍弃营养器官的生长量及有机合成物的总量，同时因营养生长减少还可提高作物种植密度，提高总产量，减少剪枝工作量，改善产品品质。

大量研究表明，调亏灌溉可以控制营养器官生长、减少生长冗余，使果树高度变低，剪枝量下降，仅经过简单的水分调控措施使果树从乔化种植转变成矮化种植，从而节省了劳动量和水肥，而对于果实的产量则影响甚小。调亏灌溉还可以改善果实的品质，提高苹果、梨等果实中可溶性固形物的含量，可使某些果实的贮存期延长等。

就目前的研究成果来看，调亏灌溉的研究对象多限于果树，对粮食、蔬菜和瓜类等作物较少，这是由于果树属于无限生长的植物，根系发达，亏缺后复水补偿能力较强，而且营养器官的冗余比较明显，调亏效果显著。国内外学者对大田作物进行的调亏灌溉研究表明，调亏灌溉不仅可以节约灌溉用水，而且能抑制枝叶的生长，同时提高作物产量，改善作物品质。例如，王密侠等进行了玉米不同生育期的调亏度试验，结果发现，玉米苗期经受适度水分亏缺，可促使水分和营养供给向根系倾斜，增强植株后期的调节和补偿能力，节水效益显著且对产量影响不大。

主持人：刚才何老师介绍的是调亏灌溉的效果和应用情况。下面请何老师再来介绍一下根系分区交替灌溉技术在农业生产中的应用情况和使用效果。

专家：根系分区交替灌溉又称之为部分根区干燥（PRD）技术，它作为一种主动的灌溉调控技术首先在澳大利亚的酿酒葡萄上进行了研究，并在大田中得到了不同规模的应用。其基本原理是强调在土壤垂直剖面或水平面的某个区域保持土壤干燥，仅让一部分土壤区域灌水湿润，交替控制部分根系交替经受一定程度的水分胁迫锻炼，刺激根系的吸收补偿功能，使根源信号ABA向上传输至叶片，调节气孔保持在适宜的开度，达到不牺牲作物光合物质积累而又大量减少奢侈蒸腾耗水的目的。

主持人：在刚才的节目时间里，我们介绍了生物性节水技术的节水原理，并详细抗旱节水品种筛选—分子育种技术、生理调控技术在农业生产中的使用情况和实际的使用效果，听众朋友们也有了比较深入的了解。大家都知道，集雨保墒旱作农业技术适用于干旱缺水地区。通过集雨使雨水集少成多、蓄水保墒，调节雨水分布不匀，提高雨水有效利用率。接下来的节目时间里，我们请何老师介绍农田集雨保墒技术的节水原理。

专家：农业集雨保墒技术的节水原理主要体现在两个方面：

1、农田微集水保墒技术

农田微集水保墒技术主要是通过耕作措施构建田间沟垄相间的微地形结构，沟内种植，垄上覆膜，根据生产实际附加沟内秸秆覆盖，达到垄面产流和沟内集雨的效果，既提高无效降水的利用率，又有效减少了高强度降雨时产生的径流损失，克服了平作覆膜的特点，从而改善种植沟内土壤水分条件，增加旱地农田有效水分供给，提高作物降水生产力，使天然降水的利用率和利用效率得到大幅度的提高。

2、农田工程蓄水技术

农田工程蓄水技术是指在坡地建造雨水拦截设施，促进雨水就地入渗，具体技术类型包括梯田、垄作区田、水平沟，丰产沟等田间工程措施，或在平整农田上建造微地形的人工集雨面，通过改变微地形，在植物周围建立微型集雨区，从而可从较大面积上收集雨水，蓄存于植物种植地附近，实现雨水在田间上空间聚集的工程技术措施。

主持人：刚才何老师介绍了农业集雨保墒技术的节水原理主要体现在两个方面，一是农田微集水保墒技术，二是农田工程蓄水技术。那农田集雨保墒技术的有哪些节水技术类型呢？

专家：农业集雨保墒技术主要有：沟垄种植和沟植垄盖技术、地膜覆盖技术、秸秆覆盖技术、梯田工程蓄水技术这几种。

主持人：我们首先来介绍一下沟垄种植和沟植垄盖技术在生产中应用范围和使用效果。

专家：沟垄种植技术适用于西北地区川、台、塬、坝、水平梯田、埝地等种植玉米、高粱等高秆作物。玉米沟垄种植，与平作相比，土壤温度提高1～2℃，蒸发减少20%左右，土壤水分提高1%～2%。如1997年的大旱年份，山西寿阳5～10月的降雨量仅为100毫米多，不同农田集水技术处理玉米产量比对照提高12.7%～28.5%。1999年由于春季干旱持续的时间比较长，而后期的降水比较丰富，农田集水技术从种子、根区、地形三个方面充分利用了有效降水，谷子产量远远高于对照，比对照高出了195%.

沟植垄盖技术是在起垄的情况下，陇上覆膜，沟内种植的一项技术措施。据经验，在垄宽80厘米的情况下，沟宽在50厘米以下，集水效应更明显。在沟宽小于100厘米情况下，自然降水10厘米，沟内0～30厘米土层有效水分增加量相当于平播地20～30厘米降水所起的作用。沟植垄盖不仅是旱作农业增产的有效措施，而且对于节水灌溉具有重要意义，它可改变漫灌浪费过大的缺点，使有效的灌溉水得到充分利用。沟植垄盖既可垄内单作，也可“一膜两用”，即在沟内种小麦，次年在陇上种植其他的作物，如玉米、棉花、豆类、瓜类等。具体的种植方式要根据需要，因地制宜。例如，据山西省气象科学研究所研究，晋南以“沟麦垄棉”为主；晋中、晋东南以 “沟麦垄玉米”、 “沟菜垄玉米”为宜；晋北以 “沟马铃薯（或豆类）垄玉米”为宜。

主持人：沟垄种植和沟植垄盖技术对节水灌溉具有重要意义，它可改变漫灌浪费过大的缺点，使有效的灌溉水得到充分利用。大家都知道，地膜覆盖栽培技术一般都能获得早熟增产的效果，其效应表现在增温，保温、保水、保持养分、增加光效和防除病虫草等几个方面，接下来的时间里请何老师为大家介绍一下地膜覆盖技术的应用情况和使用效果。

专家：地膜覆盖技术在华北、东北、西北及长江流域一些地区应用广泛，不但应用于蔬菜栽培，也相继用于大田作物、果树、林业、花卉及经济作物的生产，群众称它为“不推自广”的措施。到目前为止，应用地膜覆盖的作物及果林苗木已达几十种。当前地膜不仅用于露地栽培，也用于早春保护设施内的覆盖及夏、秋高温季节覆盖。在我国北方旱区应用地膜覆盖具有抗旱保墒效果。多雨季节地膜覆盖也有防雨、排涝效果，很受生产者欢迎。地膜覆盖栽培的最大效应是提高土壤温度，春季低温期间采用地膜覆盖白天受阳光照射后，0～10厘米深的土层内可提高温度1～6℃，最高可达8℃以上。进入高温期，若无遮阴，地膜下土壤表层的温度可达50～60℃，土壤干旱时，地表温度会更高。但在有作物遮荫时，或地膜表面有土或淤泥覆盖时，土温只比露地高1～5℃，土壤潮湿时土温还会比露地低0.5～1.0℃，最高可低3℃。夜间由于外界冷空气的影响地膜下的土壤温度只比露地高1～2℃。地膜覆盖的增温效应因覆盖时期、覆盖方式、天气条件及地膜种类不同而异。

地膜覆盖能促进作物根系生长发育，增强根系的吸收能力，提高干物质积累；同时促进地上部分生长发育。据试验，一般生育进程提前10～20天，苗期缩短3～16天，结实期提前4～15天，往往把作物生长期调整到光温条件最好的时期。如辽宁省棉花出苗15～20天，有时时间更长，容易烂种烂芽，应用地膜覆盖后，棉花出苗提前5～8天，且苗齐苗壮，为特早熟棉区棉花高产优质创造了条件。地膜覆盖条件下作物产量一般增加20%～50%，有的可以成倍增长，并改善作物的经济产量。

主持人：秸秆覆盖技术也是在生产中应用比较广的一项技术，并且应用的范围非常广。

专家：是的。秸秆覆盖保水技术指利用农业副产物（茎秆、落叶、糠皮）或绿肥作为材料进行的农田覆盖，其用量以把地面盖匀、盖严、不压苗为准。覆盖量从3750千克/公顷～15000千克/公顷不等。在我国一年一熟和两熟地区均有应用。在一年一熟区，农田秸秆覆盖的时间可以在作物成熟收获后，也可以在作物生育期间，前者称之为休闲期覆盖，后者称为生育期覆盖。在一年两熟地区，冬小麦生育期秸秆覆盖与上述相同，中耕作物多采用免耕加秸秆覆盖技术。

试验结果表明，应用秸秆覆盖技术可以显著改善农田水、肥、气热状况，促进作物生长发育，提高产量。在相同条件下，玉米地覆盖，1米土层含水率比不覆盖提高0.37%～4.45%，；麦田提高0.79%～2.24%。同时秸秆覆盖具有降低成本、就地取材、施用方便、无污染、改良土壤、培肥地力，增加降水入渗且保墒等优点。

对于灌溉农田，采用秸秆覆盖措施后，可以有效节水。据测定，冬小麦生育期均灌溉1～3水，灌水定额为600～750立方米/公顷，秸秆覆盖处理每生产1千克小麦少耗水0.013～0.015毫米，节水21.4%～24.5%，夏玉米生育期间均灌溉1～2水，灌水定额为600～750 立方米/公顷，秸秆覆盖处理每生产1千克玉米少耗水0.008～0.011毫米，节水14.3%～19.0%。