《农田多水源高效利用理论与实践》——科学推进现代农业发展的技术指导

《农田多水源高效利用理论与实践》——科学推进现代农业发展的技术指导

环渤海滨海平原是黄淮海平原的组成部分, 是我国粮食生产基地, 在保障国家粮食安全方面占有重要地位。同时, 该区也是我国滨海盐土的典型代表区域, 土壤含盐量高、地下水位埋深浅、改良难度大, 超出了大多数农作物和自然植被的耐受能力, 大面积盐碱地处于中低产和长期撂荒状态。作为该区重要的后备耕地资源, 合理开发、科学利用对保障国家粮食安全和当地的农业生产具有重要意义。该区粮食生产长期依靠抽提深层地下水, 导致地下水位下降, 形成了世界上最大的地下水漏斗区, 引起一系列的生态环境问题, 淡水资源匮乏制约了现代农业的持续发展。但该区拥有可更新的浅层咸水和微咸水资源, 开发利用率不足。安全高效利用微咸水和咸水资源, 是解决该区粮食生产淡水资源不足的重要途径。科学利用相对丰富的自然降水, 提高降水资源的利用率, 也是解决该区淡水资源短缺的有效途径。

中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心“渤海粮仓科技示范工程”研究团队, 针对环渤海滨海平原粮食生产中淡水资源匮乏、水分利用效率低下问题, 以及浅层咸水与微咸水资源相对丰富、中低产田面积大和增产空间潜力大的优势, 基于长期定位试验和区域调查数据, 对微咸水和咸水安全高效灌溉、农业节水、雨水蓄集、结构节水等方面进行了深入研究, 实现了以咸补淡、以淡调盐、多水源互补高效利用。在不增加或者降低区域农业淡水资源用量条件下, 实现粮食和农产品增产, 为环渤海低平原区域农业增效、农民增收提供水资源保障, 为现代农业持续发展提供科技支撑。“渤海粮仓科技示范工程”项目首席专家刘小京研究员以及张喜英研究员, 在系统总结环渤海滨海平原浅层咸水、微咸水及降水等多水源高效利用的研究成果基础上, 主持编写了《农田多水源高效利用理论与实践》一书, 该书已由河北科学技术出版社出版。

这部著作科学总结了咸水结冰冻融灌溉后咸淡水分离和梯次入渗的过程和土壤淋盐机理, 结合后续降水和抑盐技术, 实现了作物生育期土壤保持脱盐状态, 保证了农作物正常生长发育。作者系统地介绍了冬季咸水结冰灌溉改良滨海重盐碱地技术, 指出采用小于15 g∙L-1的咸水冬季结冰灌溉, 结合覆盖抑盐和雨水淋盐, 可使整个生育期土壤含盐量控制在3 g∙kg-1以下, 棉花当年产量可达3 000 kg∙hm-2以上, 实现改良盐碱地和充分利用耐盐植物资源的目的。

作者针对微咸水长期灌溉存在的土壤次生盐渍化影响作物生长的难题, 提出了基于土壤保育的咸水安全灌溉理论, 并构建了咸水直灌耕层水盐调控、肥沃根层水肥盐调控和耐盐植物梯次改土技术体系。总结了土壤有机质“降盐”重要机制及其维持咸水灌溉下土壤结构稳定和增强作物耐盐胁迫能力的相关关系的研究成果, 提出了培肥“降盐”的咸水安全补灌理论体系。介绍了创新性咸水灌溉关键技术, 提出了咸水安全灌溉阈值; 研发的小麦、玉米周年盐分平衡调控技术, 冬小麦咸水补灌阈值提升至4.5 g∙L-1; 育苗移栽“避盐”技术, 棉花阈值提升至5.3 g∙L-1; 果园覆盖集雨“淋盐”技术, 金丝小枣阈值提升至5.2 g∙L-1; 蔬菜高湿润“耐盐”负压渗灌技术, 番茄阈值提升至5.0 g∙L-1。咸水安全灌溉阈值由2~3 g∙L-1提升到4~5 g∙L-1, 大幅度提升了咸水资源可利用量。研制的咸淡水混灌精准控制装置, 使微咸水长期安全补灌成为可能。<5 g∙L-1的微咸水资源利用率从不足8%提高到20%, 提高了灌溉水的资源量, 突破了微咸水长期安全利用难题。针对雨养旱作播种保苗难题, 构建了春玉米起垄覆膜侧播、冬小麦“七步法”等保水抑盐栽培技术模式, 研制了配套播种设备, 此项技术使作物单产提高30%以上。

这部著作还包括作者针对国家在该区实施的地下水压采措施, 综合考虑水资源、粮食安全和经济效益等方面的因素, 构建了水分利用效率和水分经济效益双高的棉花-冬小麦-夏玉米两年3熟种植模式。该模式集成品种、栽培、灌溉等技术, 形成了稳夏增秋“双早双晚” “玉米匀播增密”等栽培技术配套提升水分利用效率的技术体系。同时, 依据环渤海滨海平原区域水资源特征和不同区域农业生产条件, 构建了以“适水、适生、适地”为原则的多水源协同高效利用技术体系, 实现亩“用100 mm微咸水、节100 mm淡水、增100 kg粮食”的节约淡水、用好咸水的节水增产目标。

在“渤海粮仓科技示范工程”项目组和当地政府、科技人员的共同努力下, 5年来, 累计示范推广534.5万hm2, 棉改粮18.6万hm2, 改良盐碱地38.7万hm2, 累计增粮104.7亿kg, 节本增效186.5亿元, 节水43.5亿m3。

《农田多水源高效利用理论与实践》一书的出版, 得到了国家出版基金的资助。该书既是科研单位和科技人员的科研参考书籍, 又是农业大专院校提升教学、实践的参考教材。

中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 王占升

2019年11月16日