摘 要 黃土高原地區(qū)水資源嚴重不足，大部分地方的降雨量為250～600 mm，地表水平均徑流量為136.91億m3，人均484.58 m3，僅為全國人均的1/3。自然降水年際變率大，季節(jié)分布不勻，干旱災害頻繁，水資源缺乏，已成為制約農業(yè)和農業(yè)經濟發(fā)展的限制因子，同時黃土高原地形復雜，溝壑縱橫，土地貧瘠，風蝕、水蝕和沙化嚴重，農業(yè)生產不穩(wěn)定，社會經濟發(fā)展滯后，使水資源問題突出。根據上述情況，文章重點分析了黃土高原地區(qū)幾種調水方式和增產途徑，可供決策部門參考。

關鍵詞 節(jié)水農業(yè) 調水技術 資源利用 生態(tài)環(huán)境 黃土高原

Study on Key Techniques of Agriculture Irrigation Water

with High Efficient Using in Loss Plateau

Peng Keshan  Deng Xiping  Xu Xuexuan

Abstract Water resources are serially short in loss plateau, droughts and disasters are becoming limit factors of agricultural economy development. The terrain is complex, and the soils are been eroding and deserting. This paper analyses several measures of water delivering and raising output in the area.

Key words water saving agriculture Technique of water delivering  Loss Plateau

1 問題的提出

黃土高原發(fā)展旱作農業(yè)和節(jié)水農業(yè)是該地區(qū)農業(yè)發(fā)展的必然趨勢。節(jié)水型農業(yè)是以農業(yè)節(jié)水、高產高效為中心，以提高農業(yè)用水效益為目的，確保水資源良性循環(huán)和農業(yè)持續(xù)發(fā)展為條件的農業(yè)。節(jié)水農業(yè)是在改進灌溉技術和灌溉管理制度及區(qū)域水資源平衡的基礎上，努力提高水的有效利用率，以投資最少的水，產出最高的農產品，以獲得單位水量的最高生產效率的一種節(jié)水技術。它既是遵循作物生長發(fā)育需水機制進行適時的調水，又是把各種水損失降低到最大程度的適時灌溉。因此農業(yè)調水技術兼有節(jié)水與高產的雙重要求。

節(jié)水農業(yè)，首先要提高天然降水利用率；其次把可以用于農業(yè)生產的地面水、地下水、灌溉回歸水、經過處理后的污水以及土壤水等都充分、合理地利用起來；再次是把農業(yè)調水措施的潛力發(fā)揮出來，達到費省效宏。廣義的節(jié)水農業(yè)包括了農業(yè)高效用水的許多措施，鑒于黃土高原地區(qū)水資源日益短缺的現狀，早在50～60年代，水利部就開始實施了節(jié)水農業(yè)技術和以提高灌溉水有效性為目標的灌溉農業(yè)工程，到70年代初某些技術已大面積在生產中推廣應用。如在自流灌區(qū)大力推廣襯砌渠道減少輸水滲漏損失，田間開展平整土地，劃小畦塊，推行短溝或細流溝灌，建立健全用水組織，實行計劃用水，按方收費等。70年代中期在機電泵站和機井灌區(qū)進行節(jié)水節(jié)能技術改造。70年代后期到80年代初在丘陵區(qū)，土壤透水性強、水源奇缺的北方地區(qū)實行抗旱灌溉，推廣噴、微灌等先進灌水技術。80年代中期到90年代初，在全國范圍內推廣低壓管道輸水灌溉技術。從90年代開始，研究節(jié)水工程技術同農業(yè)技術(水肥配合、耕作措施、作物結構與布局、地表覆蓋)和化學節(jié)水技術的綜合組裝，如小麥優(yōu)化灌溉、水稻淺濕灌溉、膜上灌、旱作坐水點種等，使20世紀末節(jié)水農業(yè)技術提高到一個新的水平。按照現階段節(jié)水灌溉標準計算，我國節(jié)水灌溉面積已達1 333萬hm2。北方旱區(qū)低壓管道輸水面積達333.3萬hm2，寧夏、山西、甘肅等發(fā)展水窖集雨灌溉，噴灌面積67萬hm2，滴灌面積1.33萬hm2，甘肅在60%的地區(qū)降水量不足300 mm的情況下，充分發(fā)揮和利用水資源，興建了提黃工程，新增水澆地7萬hm2。并開展“1213”工程，寧、陜、蒙等地區(qū)啟動類似節(jié)水農業(yè)工程，效果顯著。

2 調水技術的主要類型

2.1 培肥地力以肥調水

培肥地力是農業(yè)調水最為關鍵的技術，以肥調水是通過培育肥旱地土壤、改善土壤結構，增加土壤蓄水能力，對農作物培育壯苗，使之形成強大根系，擴大吸水深度而達到調水之目的。

2.1.1 有機肥含N、P、K全面，是其他肥料無法代替的“寶貝”，它在農作物發(fā)展中的作用不可低估。也是培肥地力的重要手段和傳統(tǒng)農業(yè)的經驗之一。施用有機肥，使土壤有機質含量全面增加，長期施用有機肥，明顯地改善了土壤的結構性能和通透性，增強了土壤團聚性和水穩(wěn)性，從而使土壤保水保肥性能得到提高，為作物生長創(chuàng)造了良好的生長條件。在夏季休閑期間，連續(xù)4年增施有機肥的土地，比不施肥的每公頃增加蓄水量750～900 m3，小麥增產1倍，水分利用效率提高80%，小麥從土壤中帶走的有機肥中的N素是隨用量的增加而增加。這種趨勢無論是豐雨年，還是干旱年均一致，有機肥施用量的增加均能有效提高籽粒及莖葉的N、P、K含量，還能提高水分的利用率，并能提高小麥產量。

2.1.2 化肥是農業(yè)生產的物質保證，合理施用可以顯著提高農業(yè)生產力。據在寧夏固原試驗， 在每公頃春小麥810～1 350 kg生產水平的耕地上，每公頃施用N和P2O5各30～45 kg， 產量即可提高到1 175～2 025 kg， 可增產720～930 kg， 增產率為

本文為國家重點科技攻關項目96-004-05-13中一部分內容。55.2%～118%；水分利用率由2.715～4.2 kg/hm2.mm提高到6.675～7.68 kg/hm2.mm，提高了58.9%～145.9%。根據試驗，深施P肥的春小麥株高、單株根數、單株鮮重、單株干重和產量比對照提高30%、20%、26%、8.3%、33.3%，水分利用率提高28.2%(見表1)。

表1 不同處理春小麥產量和水分利用效率

 

處 理 株高

(cm) 單株根

數(條) 單株鮮

重(g) 單株干

重(g) 產量

(kg/hm2) 水分利用效率

(kg/hm2.mm) 

施磷肥(A) 18.4 6.0 0.44 0.13 1 500 6.54 

對照(B) 14.2 5.0 0.35 0.12 1 125 5.10 

(%) 30 20 26 8.3 33.3 28.2 

2.1.3 制定配肥方案，定產定肥。黃土高原由于水土流失土壤一般缺N又缺P，而且K不足。如作為盛產馬鈴薯的寧南、隴東地區(qū)，一般每1 000 kg馬鈴薯需N2.75 kg,P2O51.1 kg,K2O5.1 kg,N:P2O5為2.5∶1.45。根據不同作物的需要及土壤供肥和肥料的效應，配方施肥是馬鈴薯穩(wěn)產的重要保證，N、P、K三者均有良好的增產效應(N＞K＞P),分別增產28.9%、19.24%、11.8%，施K在兩塊地分別增產18.6%，21.4%。N、P、K配合施用，隨著N肥用量的增加，馬鈴薯的增產效應呈上升趨勢，配施P2O5或K肥比單施均增產，其中以1∶2∶2∶2和3∶2∶3配合產量最高。

2.1.4 平衡施肥，是指作物必要的各種營養(yǎng)元素之間的均衡供應和調節(jié)，以滿足作物生長之需要，從而發(fā)揮作物生長潛力及肥料利用率，避免使用某一元素過量所造成的污染。近幾年來，平衡施肥面積迅速擴大，施用作物的種類越來越多。在黃土高原地區(qū)，通過試驗，坡地必須強調N、P配合，梯田宜多N，川地宜多P，梯田常施優(yōu)質有機肥，故P多而N少，川地是糧食生產的基地，重施N肥而不注重施P，形式上N豐而P缺。此外，各種方法與微肥配合，效果更好，長武試區(qū)的黑壚土上對小麥施用鋅、錳、硼肥，每公頃增產分別達到33.6、260、143 kg，增產幅度分別達到9.8%、7.5%、4.1%。馬鈴薯平均增產15.4%，每公頃盈利可達300～400元。

2.2 輪作倒薦調水

農田輪作倒茬是耕作制的重要內容，也是黃土高原的重要農田水分控制技術。在旱作農田，自然降水不足，而土壤水分庫容較大，如果采用合理輪作方式，則可提高水分利用效率。輪作是在同一塊農田上，有計劃地播種幾種不同作物，使前后作物相互配合，以充分利用氣候、地力、肥力、勞力、畜力等生產要素。合理輪作是通過肥(施用有機肥、肥田保水)、作(作物調劑用水)、蓄(改善土壤條件，擴大蓄水量)、用(挖掘不同層次的有效水利用)等途徑來解決有限供水下的農業(yè)持續(xù)增產問題。由表2可知，在大多數情況下，適合當地的輪作與小麥連作相比，均能提高水分利用率，其中半濕潤偏旱區(qū)提高6.8%～7.0%，半旱區(qū)和半干旱偏旱區(qū)分別提高2.0%～9.4%和2.4%～6.1%。據我所在澄城試驗，高肥豌豆麥(谷)輪作1983～1992年對降水的利用率平均值達55%以上，比無肥連作提高3%～6%，比油菜冬小麥(2年)和苜蓿(3年)冬麥(2年)輪作提高5%～7%，在干旱年，比高肥連作提高20%～30%。切合實際的輪作可提高可供有效水的利用率，一般提高2%～9%。輪作一般都要加進經濟作物，以提高總產值。在黃土高原地區(qū)，年內和年際降水不均，干旱時刻威脅每季作物，肥力的作用還不能充分發(fā)揮出來，只有輪作來調節(jié)分配不均的降水，以便釋放出應有的能量，輪作比連作地增產2倍。試驗表明，輪作地無論是在干旱年型、平水年型或豐水年型，都使籽粒產量和水分利用率達到最高水平。3年輪作小區(qū)的糧食產量比連作提高36.4%～109.8%，增產735～600 kg/hm2，水分利用率提高25.1%～92%，黃土高原部分地方實行玉米和苜蓿、小麥和雜糧輪作，緩解了旱情，扭轉了糧食產量徘徊不前的局面。 

表2 不同類型區(qū)輪作方式的可供有效水利用率(%)

 

地點 麥輪作 麥豆輪作 胡麻麥輪作 麥糜豆輪作 

澄城 87 94 - - 

固原 51 48 60 53 

海原 76 78 82 74 

2.3 間隙休閑調水

間隙休閑是干旱丘陵坡地實行的撂荒農業(yè)，即實行一定間歇休閑，可使土壤水分得以恢復。在黃土高原水土流失地區(qū)，一季作物使土壤水分虧缺較多，當年降雨，只能使土壤水分恢復一部分，第二年才能使其恢復到田間穩(wěn)定濕度上。如年降水量在300 mm的輕壤土地區(qū)，0～200 cm土層的持水能力可達496 mm，有效蓄水庫容347 mm，即使當年降水全部滲入土壤中，也是非飽和的，按需水量較小的谷、糜作物來說(5 250～6 750 mm/hm2)，也滿足不了作物對水分的需求量，何況一般降水量要受到徑流、蒸發(fā)量等損失，入滲到土壤中的降雨就更少。不足水分，依賴于第二年降水補充，沙壤土地區(qū)對第二年降水的依賴性更大。撂荒農業(yè)，是一種粗放的耕作制度，實際上起到了時空調節(jié)水分利用的作用，使糧食作物產量大幅度提高。

2.4 抗旱育種調水

作物主要抗旱方式一般為避旱、御旱和耐旱三種。針對黃土高原冬小麥的生育期都可能產生干旱(表3)，科技工作者根據不同時期降水量選育抗旱品種。農作物品種中谷子具有較強的抗旱與耐旱性，應進一步改良栽培技術，發(fā)揮其抗旱之功能。據試驗，谷子隨著播期的推遲與生育期的縮短，兩個品種減產幅度均不大，兩品種的出谷率均在78%左右，千粒重均在3.8 g左右，如果出現旱災，利用谷子夏播改種或補種時，肯定是增產增收補救的特別有效的措施。中外研究表明，選擇作物抗旱豐產品種，是干旱、半干旱地區(qū)提高水分利用率，實行高產穩(wěn)產很有前途的措施。黃土高原高梁品種中抗旱品種占10%～30%，50年代初趙洪璋院士育成的抗旱品種小麥碧螞1號，在甘肅、河南、山西推廣之后，比當地品種增產20%～50%。80年代選育推廣渭麥5號，晉麥16號等抗旱豐產優(yōu)良品種，使小麥產量躍上2 250 kg/hm2�！捌呶濉逼陂g，又有一批抗旱豐產的良種選育出來，旱選11號，平陽27，平均產量3 000 kg/hm2�！鞍宋濉敝痢熬盼濉逼陂g，科技工作者又選育小偃12號等系列品種，平均產量3 750～4 500 kg/hm2，5年來，我國黃土高原小麥產量創(chuàng)造出一些高產紀錄，阿勃小麥在興平杜馬村試驗達6 525 kg/hm2，咸農68號小麥豐產田單產達7 583 kg/hm2，小偃5號小麥達到8 820 kg/hm2，為黃土高原旱地小麥躍上一個新的高度創(chuàng)造了良好的品種條件。通過培育抗災品種，使在干旱條件下能獲得較高的糧食產量(Yd)，在多雨的年份又不失去產量潛力(Yp)，確保旱地盡可能獲得較好的穩(wěn)定增產，其重點是改良絕對產量(Yd)高的品種，而不是改良相對產量(Yd/Yp)最高的品種，穩(wěn)產性受多雨年份的影響較大，所以育種工作應在Yd/Yp值大于0.2的干旱強度下進行。由于不同的作物有不同的降雨需求量，同一作物品種對降雨需要亦各有不同。不同時期干旱對產量影響大小順序為：苗期＞返青＞抽穗＞成熟期＞休閑期。因此，應根據全年降雨量、降雨強度等，篩選與降雨同步的作物品種。 

表3 1993～1994年陜西合陽控制不同時期降水量對冬小麥產量的影響

 

控水時期 控制降水

量(mm) 供給水

量(mm) 產量

(kg/hm2) 降水利用效率

(kg/hm2.mm) 

休閑期(6.20～9.15) 321 232.2 2 834 12.21 

苗期(9.16～3.10) 93 460.4 1 500 3.26 

返青抽穗(3.11～5.10) 67 485.8 2 066 4.25 

成熟期(5.11～6.19) 76 476.5 2 501 5.25 

CK 0.0 553.0 4 451 8.06 

2.5 節(jié)水灌溉調水

節(jié)水灌溉就是要充分地和有效地利用自然降水和灌溉水，通過采用水資源、工程、農業(yè)、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。節(jié)水農業(yè)的內涵一般包括水資源的合理開發(fā)利用、輸配水和田間灌溉過程的節(jié)水、農業(yè)節(jié)水增產技術以及用水管理節(jié)水等4個方面。對農作物進行灌溉，從水源引水，包括降水利用，到作物耗水形成產量要經過一系的物理和生物過程。為了抵御干旱少雨的危害，增加農作物產量，必須對分布于丘陵溝壑區(qū)中有限水資源加以高效合理利用，提出能充分利用水資源并發(fā)揮最大效益的優(yōu)化方案，進行水資源的開發(fā)利用，在利用地下水為灌溉水的地區(qū)，對機井進行測試改造，提高機井的出水效率，降低能耗。采用井渠結合，實行地面水和地下水聯合運用，提高渠灌區(qū)水的重復利用率，對廢水可進行凈化處理，使其達到灌溉水質標準，對地下咸水可采取和淡水混合輸灌的方式進行灌溉。節(jié)水灌溉技術就是采用管道輸水的方式進行引灌，它可以提高田間水利用系數，灌水利用率高，杜絕田間輸水溝渠的滲漏損失和地面不平整水利用率不高而引起的深層滲漏損失，其方式有漫灌、溝灌、畦灌、噴灌等，其中畦灌比漫灌省水15%～20%；噴灌比渠灌(溝灌和畦灌)節(jié)水60%；滴灌比畦灌省水30%以上，增產30%～50%，這一技術輸水總有效利用率可達95%～97%，比土渠提高30%～40%，占地則可減少1%～3%。深挖農業(yè)節(jié)水技術，包括蓄水保墑耕作技術，適雨種植的作物合理布局，提高作物抗旱能力的栽培技術，秸桿或地膜覆蓋的保墑技術，限額灌溉及節(jié)水抗旱品種選育6個方面，采用松耕作法，疏松耕層20 cm以上，耕層有效水分可增加4%～5.6%，滲透率提高13%～14%，糧豆增產10%，在伏雨前深松，可使40～100 mm土體蓄水量增加70%，小麥增產6%～30%，覆蓋地膜可提高地溫2～4℃，增加耕層土壤水分1%～4%，全生育期可節(jié)水1 500～2 250 m3/hm2，增產40%以上。膜孔灌是利用塑料薄膜輸水，通過膜孔(含放苗孔和專用灌水孔)給作物灌水的先進方法，防止了水流對土壤的直接沖刷和侵蝕，因而可以避免田間土、肥流失，是建設高產穩(wěn)產大田的最有效灌水方法之一。膜上灌投資少，操作簡便，便于控制水量，加快輸水速度，可減少土壤的深層滲漏和蒸發(fā)損失，顯著提高水的利用率。農田吸熱和儲熱，同時也減少了膜側土壤水分蒸發(fā)所帶來的地熱消耗，因此地溫較高，增加了作物生產所需的熱能供應量，為農作物優(yōu)質高產創(chuàng)造了條件。

2.6 徑流農業(yè)調水

徑流農業(yè)又稱聚流農業(yè)。它是實施降水資源的空間富集，把集水技術與農業(yè)生產相結合的農業(yè)生產技術。實行農田徑流利用技術，依據降水在地表面的再分配規(guī)律，采用相應措施，把有限降水資源最大限度地保蓄、利用，是適應旱區(qū)環(huán)境特點以及提高水分利用率的有效措施。在黃土高原水土流失區(qū)的丘陵地區(qū)，徑流農業(yè)是把山間溝谷匯集的徑流引入農田，增加土壤水分來源，變害為利的一種農業(yè)耕種形式，國外稱之為微型集水區(qū)農業(yè)，缺水的黃土高原水土流失地區(qū)，采用徑流農業(yè)調水，無疑是因地制宜抗旱防災的一項有效措施。在半干旱地區(qū)，盡管降水不多，但將有限的降水收集起來，其水量也是很可觀的，效果十分明顯。例如在1 hm2土地上降10 mm的雨，匯集起來就是100 m3的水，我國黃土高原地區(qū)旱地徑流農業(yè)集水技術有窯窖、蓄水池、引洪漫灌、淤壩地和梯田等。寧夏固原七營鄉(xiāng)倪家壕村實施每戶兩口水窖，每窖可蓄水60 m3，成本200元，每窖可灌枸杞0.1 hm2，增產50～70 kg，每公頃增收7 500～10 500元，灌西瓜0.13 hm2，增產600～1 200kg，灌玉米0.13 hm2，增產150～240 kg，灌甘藍0.07 hm2，增產400～700 kg，其生產效益和經濟效益顯著。

2.7 化學技術調水

抗旱化學制劑是利用化學手段生產的用于抑制土壤水分蒸發(fā)，促進作物根系吸水或降低蒸騰強度的化學物質。目前用于研究和生產的抗旱化學制劑，主要包括化學覆蓋劑、保水劑和抗蒸騰劑3種類型。對于化學節(jié)水，國外做了大量的研究，在日本、法國、印度等國引起廣泛的重視，先后在農業(yè)上應用化學覆蓋，增產效果很好。施用化學制劑可以提高土壤保水能力，減少作物蒸騰損失。例如，噴施黃腐酸(抗旱劑一號)可以抑制作物葉片氣孔開張度，使蒸騰減弱。由具有強吸水性能的高分子材料制成土壤保水劑，它能使土壤在降水或灌溉后吸收相當自身量數百倍、上千倍的水分，膨脹形成水分不易離折的凝膠，在土壤干旱時將所含水分慢慢釋放出來供作物吸收利用，以后遇到降水或灌水還可再吸水膨脹，重復發(fā)揮作用。70年代末，我國從風化煤中提取的黃腐酸(FA)，是一種較好的調節(jié)植物生長的抗蒸騰劑，具有廣泛的抗旱節(jié)水功能。全國10多個單位已研究出多種類型的保水劑，在60余種作物上推廣，應用面積7萬hm2。到90年代，化學節(jié)水技術已被列為“八五”和“九五”國家科技攻關計劃，并取得重大進展。山侖采用Ca-GA(鈣-赤)混合處理小麥種子，促進干旱環(huán)境下的成苗，而且具有提高葉面光合/蒸騰比及植物群體WUE的作用�，F已推廣6 700萬hm2。在黃土高原利用化學覆蓋、保水劑、抗蒸騰劑、稀土元素、生根粉等均有抗旱增產之作用。在干旱條件下，采用種衣劑或生根粉拌種，可提高出苗率5.5%～7.2%，促進根系發(fā)育，使農作物根系吸收水分和養(yǎng)分的能力增強。作物應用抗旱劑，可使葉面氣孔開張度縮小11%～45.5%，大豆采用抗旱拌種，均能降低葉面氣孔開張度，降低蒸騰速度23.2%～44.3%，葉片水勢和土壤含水量明顯增加，葉片水勢比對照增加14.3%～87.5%，采用稀土元素處理作物苗期抗旱性增強，水分飽和虧缺與葉片水勢均表現出顯著相關，葉綠素含量達4.0～15.7%，在干旱或嚴重干旱條件下，農作物產量有所增加，采用黃腐酸(FA)拌種與噴施，產量比對照提高4.8%和4.0%，分別達到顯著和極顯著水平(表4)。 

表4 內蒙武川試區(qū)春小麥不同生育期不同處理0～50 cm土層含水量

 

處 理 三葉期 分蘗期 

FA(抗旱劑) 132 95 

CK 130 91 

FA-CK 2 4 

3 結束語 

黃土高原屬于干旱、半干旱地區(qū)，多數降水量只在250～600 mm之間，不能完全滿足一季作物的需要，降水量季節(jié)分布不均、降水集中、降水強度大和變率大等因素制約著糧食生產的發(fā)展。為了達到糧食增產目標，逐步實現糧食產量潛勢，黃土高原旱農區(qū)調水技術是糧食增產增收的有效措施和必然趨勢。黃土高原地區(qū)的有效灌溉面積由現有74.8萬hm2發(fā)展到2010年的78.6萬hm2，為了提高單位水量生產效率和糧食單產水平，還需配施化肥農肥，大力培肥地力，應用復種、覆蓋技術，作好耕作管理，采用輪作間套，優(yōu)化立體種植模式，試用抗旱保水劑，提高作物抗旱能力，實現干旱鍛煉與有限補充供水，選育引進抗旱耐旱作物品種，推廣保墑豐產耕作技術等相關措施，達到每噸(或立方米)水生產糧食1～2 kg。雖然灌溉農田在黃土高原地區(qū)所占的比例不大，但在農業(yè)生產中的作用十分突出，如陜西省水地面積只占耕地的1/3，糧食產量卻占2/3。黃土高原地區(qū)光熱條件優(yōu)越，唯有降水不足，一旦在旱農區(qū)調節(jié)技術應用適合，農田生產力肯定會有一個大幅度提高。

彭珂珊（中國科學院 水利部 水土保持研究所 陜西楊陵 712100）

鄧西平（中國科學院 水利部 水土保持研究所 陜西楊陵 712100）

徐學選（中國科學院 水利部 水土保持研究所 陜西楊陵 712100）

參 考 文 獻

1，黃青禾，苗復春. 減災農業(yè). 北京：中國科學技術出版社，1993

2，孫國武. 中國西北干旱氣候研究. 北京：氣象出版社,1996

3，冷石林. 中國北方旱地作物節(jié)水增產理論與技術. 北京：中國農業(yè)科技出版社，1996

4，信乃詮，王立祥. 中國北方旱作農業(yè). 南京：江蘇科學出版社，1998

5，黃修橋. 節(jié)水灌溉的三個體系. 節(jié)水灌溉，1999(1).