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旱作农业——不让农田再“喊渴”

来源:—农民日报 浏览数量: 日期:2018-12-11 08:06

旱作农业——

不让农田再“喊渴”

  本报记者 曹茸 莫志超

节水喷灌设施正在作业。资料图

  大事记

  上世纪80年代至2000年,机械耕翻、机械沟播、坡改梯、地膜覆盖、抗旱坐水种等技术快速发展,形成较为成形的旱作农业技术体系。

  1999年,农业部开始实施全国旱作农业示范县建设项目。2002年,农业部启动实施旱作节水农业财政专项。

  从2003年开始,全国农技中心连续四年组织节水农业国际论坛。2007年开始,农业部连续5年召开全国农田节水现场经验交流会。

  2007年,农业部印发关于推进农田节水工作的意见(农农发【2007】3号)。2007年,农业部组织编制《全国旱作节水农业示范工程建设规划》。2010年,农业部财政部联合启动实施旱作节水农业技术推广项目。

  2012年,农业部、财政部在甘肃省兰州市首次联合召开全国旱作农业工作座谈会。

  2012年,农业部印发关于推进节水农业发展的意见(农农发【2012】1号)。

  2012年,农业部办公厅关于印发《地膜覆盖技术指导意见》的通知(农办农【2012】70号)。

  2013年,农业部办公厅关于印发《水肥一体化技术指导意见》的通知(农办农【2013】6号)。

  2014年,农业部办公厅财政部办公厅印发关于做好旱作农业技术推广工作的通知(农办财【2014】23号)。

  2016年,农业部印发《西北旱区农牧业可持续发展规划(2016—2020年)》(农计发【2016】46号)。

  “如果没有旱作农业技术,没准到现在我们还种着亩产二三百斤的小麦,四处借粮吃呢。”在甘肃省临夏回族自治州广河县城关镇十里墩村,已经卸任的老支书马春海对记者说。

  十里墩村是我国西北旱区的一个典型村庄,在1978年的时候,由于干旱,地里长得庄稼只够吃半年,一直到上世纪九十年代,每年还差着2个月左右的粮食。1983年,全国旱地农业工作会议召开,正式将旱作列为农业的主攻方向之一,进而彻底改变了旱区亿万农民的命运。

  “这几年,靠着全膜双垄沟播技术,玉米产量已经稳定在每亩1400斤,不仅不用愁粮食,农民还搞起了种养结合的循环产业。”如今,十里墩村的现任支书马忠海再也不用像马春海那样跟水抗争了,而是把全付心思用在如何带领村民致富奔小康。

  水是生命之源、生产之要、生态之基。然而我国水资源严重紧缺,农业用水矛盾不断加剧。我国现有旱作耕地10.1亿亩,主要集中在西北、华北、东北和西南地区。由于自然降水偏少,灌溉条件缺乏,旱作农田多为“望天收”,产量低而不稳,有灾颗粒无收,没灾年份亩产200-300斤,远没有发挥出应有的生产潜力。可以说,全国粮食生产的差距在旱区,增产的潜力在旱区,发展优质特色农业的重点也在旱区。

  为此,农业农村部一直将农业节水当做方向性、战略性的大事。从1996年在西北开展墒情监测工作,帮助农民适墒播种、科学用水、抗旱减灾,到2002年大规模推广地膜覆盖、膜下滴灌、深松深耕等为主的旱作技术,大幅提高旱作农业生产能力;从2009年开始大力推广水肥一体化、灌溉施肥、全膜覆盖、测墒灌溉、稻田浅湿控制灌溉等技术,全面推进高效节水,再到近年来服务华北地下水超采区综合治理、京津冀节水农业等重大行动,旱作农业技术为挖掘旱区农业潜力,促进农业绿色发展,增加农民收入做出了巨大贡献。

  破题——

  全膜双垄沟播,改写旱作农业历史

  提起干旱,首先想到的就是缺水,然而在我国旱区特别是西北旱区,干旱的困扰可不止缺水这么简单。“实际上,水资源的时间、空间双重限制是制约西北农业发展的根本障碍。”甘肃省农牧厅副厅长杨祁峰表示。

  我国西北旱区包括陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆、山西6省区以及内蒙古中西部地区,面积396万平方公里、占全国的41%,耕地面积3.67亿亩、占全国的18.1%,但亩均水资源量只有764立方米,仅为全国平均水平的48.9%,且蒸发量大,降水时空分布不均衡。

  在以甘肃为代表的广大西北旱区,降雨量不足300毫米是常有的事,然而即便是这可怜的300毫米降水,也没有下在农作物生长最需要的时候。以玉米为例,西北地区的春播玉米生长周期一般为4-9月份,而玉米出苗生长的关键期4-6月份,又恰好是降水最少的时间段,到了7-9月,降水虽然逐渐增多,增产效果却并不明显了。

  “如何把有限的自然降水转化为最适宜的生产力,这是旱作农业要解决的首要问题。”西北农林科技大学教授李军说。

  实际上,如今发挥大作用的地膜,在上世纪八十年代初期就从国外引进到甘肃,然而真正见效也就是近十几年的事。“过去,虽然也覆膜,但只是简单的把膜铺在地上,铺多大范围、什么时候铺,垄作还是平铺,并没有太多讲究。”甘肃省农业技术推广总站站长赵贵宾表示。

  不少人以为,只要铺上地膜,就可以有效提高土壤墒情,起到保水增温的作用。但其实,如果地膜的铺法不到位,有可能适得其反。“过去叫半覆膜,就是只在种植了作物的行上平铺地膜,不仅裸露土地的降水蒸发流失,无法保墒利用,降在地膜上的降雨也无法集雨吸纳。”赵贵宾坦言。

  因此,怎样将地膜铺出名堂,把水资源用在刀刃上,成为了西北旱区农技人员努力的重点。

  上世纪90年代,西北农林科技大学的专家团队率先想出了解决方法——在垄上覆膜。不同于简单的平铺,起垄覆膜是先将土地按照适宜的间距修整成垄沟相间的状态,再在垄上覆盖地膜。“起垄覆膜的原理其实很简单,水往低处流,地膜只有形成了坡度,才能更好地集雨。”李军介绍。

  不仅仅是降水,在起垄覆膜的状态下,地表蒸发的水分在膜内凝结成水珠,同样可以顺着坡度流回地里,如此一来,来自天上地下的水资源都得到了充分利用。今天在西北旱区普遍采用的全膜双垄沟播技术,也正是由此而来。

  2003年,在甘肃省榆中县,当地农技部门开始尝试一项新的技术试验——全膜双垄集雨沟播。与单纯的垄上覆膜又有不同,全膜双垄沟播分别对应了三个关键性的改良技术。

  “我们首先将垄根据宽窄行分成大小垄,大垄宽70公分,高10公分,小垄更窄也更高,宽40公分,高15公分,确保田间的通风和透光性;在覆膜时,大小垄全部覆上地膜,且膜与膜之间互相重叠,确保地膜全覆盖;在播种时,我们将作物种子播种在沟里,改变过去种在垄上的方式。”甘肃省农技推广总站技术推广科副科长孙多鑫向记者介绍。

  正是这项看似简单的技术,彻底改写了旱作农业的历史。

  一经推开,这项技术就得到当地农民赞誉:这种技术就是好,双垄集雨效率高,田间挖了集雨窖,不用水泵把水浇;全膜覆盖蒸发小,降雨效果能提高;双垄沟播苗子壮,玉米长得健又旺。

  2006年,甘肃将这项旱作新技术在全省大面积推广。2008年,全国旱作农业节水现场会在榆中县召开,原农业部将该技术列为全国旱作农业节水主推技术在全国推广。

  全膜双垄集雨沟播形成了集“膜面集雨、覆盖抑蒸、垄沟种植”为一体的抗旱保墒新技术,实现了真正意义上的“蓄住天上水,保住地里墒”的旱作农业发展思路。

  据统计,仅推广全膜双垄沟播一项,玉米种植范围扩大到年降水量350毫米以上、海拔2300米以下的地区,增加种植面积1亿亩,亩增产300斤以上,被称为旱作农业的一次深刻革命。

  而在甘肃,成效尤为突出:从2004年到2017年,粮食生产连续14年获得丰收,连续6年产量稳定在1000万吨以上。2017年全省粮食总产1128万吨中仅旱作农业一项就贡献了700万吨。同时,在带动脱贫致富方面也成绩喜人:据统计,近年来甘肃旱作区农民人均纯收入增加部分中,有60%来源于旱作农业。

  “种了这么多年地,还是双垄的效果最好。”在十里墩村,记者见到了71岁的村民马从华,恰好赶上降雨,记者看到雨滴附着在膜上后,顺着垄的坡度缓缓流入沟里,而每一株玉米的根部就好像一个个排水口,雨水全部流到了植株的正下方。

  曾几何时,对于马从华们来说,种庄稼就是“赔本”买卖,大旱之年,颗粒无收,连种子、化肥等本钱都收不回,而有了全膜双垄沟播技术,他和他的村庄彻底摆脱了“旱魔”。

  “可以说,全膜双垄沟播技术的最大意义是使旱区农民有了信心,改变了过去对土地的失望情绪。”杨祁峰表示。

  推广——

  水肥协同推进,探索旱区农业发展新路

  “技术的进步只是增产的前提,真正让产量取得突破的,是技术推广。”西北农林科技大学教授薛吉全认为。实际上,在2007年前后,摆在西北农技推广部门面前的直接难题是如何让老百姓接受新技术、如何让新技术能够真正起到调配水资源的作用。

  “我们将目光瞄准了过去忽视的铺膜时间上,不再是简单的随种随铺、随收随撤,而是采取秋覆膜和顶凌覆膜相结合的办法。”赵贵宾说。据了解,所谓秋覆膜,也就是在9月份玉米收获之后马上铺设新膜,这个时候墒情最好,保墒效果最明显;而顶凌覆膜则在第二年初春才将上一年的旧膜换下,铺设新膜,此时冬天的雪融水刚好可以渗到膜下。而二者只是在铺设时间上根据不同地区的情况有所不同,原理则都是让土地一年四季都“盖上被子”,充分利用农闲时的有效降水。

  “全膜双垄沟播技术最成功的之处就在于,让原本随时间变化而自然改变的降雨量,受到人为控制,利用在对农作物生长最有用的时间节点上。”杨祁峰表示。

  不仅仅是铺膜时间,在技术推广的过程中,起垄覆膜压土一体机同时研发推出,大大节省农民的田间管理时间。“全膜双垄沟播技术必须解决用工成本,如果完全采用人工,需要3-5个人干一天也才能完成3-5亩;而一体机则只需要两个人,一天15-20亩不成问题。”孙多鑫介绍。

  正是在推广措施上的完善,全膜双垄沟播才能够在西北旱区迅速推广。“一开始农民不仅对如此复杂的铺法有质疑,甚至认为地里根本种不了玉米,后来经过小面积的实地示范,效果村民都看在了眼里。”马春海说。

  “过去,玉米的优势产区只有东北、华北、黄淮海和西南,随着旱作技术的不断完善,如今西北也成为了最适宜种植玉米的四大区域之一,发挥出了产区优势。”薛吉全认为。

  起垄覆膜,看似只是增加了一张膜,但其背后的机理却不仅仅是一张膜这么简单。在西北农林大学专门成立的中国旱区节水农业研究院,记者看到了位于地下的奥秘。

  与普通的土壤不同,这里的土需要时刻“过过秤”。“给土壤称重实际上就是测量土壤中水分含量的变化,通过这一数值能够清楚了解灌入了多少水、蒸发了多少水、作物利用了多少水、深层渗漏了多少水,进而研究出一个可以高效用水的作物灌溉制度。”旱区节水农业研究院副院长冯浩告诉记者。

  据了解,为了弄清水的奥秘,西北农林科技大学采用了多种测量手段,在根系监测控水试验场,二十根三米高的玻璃管有序排列,透过玻璃管,可以清晰的看到不同深度的土层情况,而整个玻璃管又置于电子秤上,可以有效对比出不同组合下的水利用情况。

  “节水抗旱是一项精准研究,除了地面上看得见的地膜、灌溉设备,内在的机理同样重要。”在西北农林,旱作农业被视为一个整体来进行研究,不仅仅是节水技术,包括土肥在内的多学科、多领域来共同推动。

  搞土肥研究的西北农林科技大学教授王朝辉和他的团队从2008年至今,一直以“作物丰产、养分高效、土壤培肥、环境友好”为目标,在山西、陕西、甘肃3省12个县先后开展旱地小麦多点试验研究与示范,建立并推广了“旱地小麦监控施肥技术”,2017年被农业农村部列为农业主推技术。

  “这项技术在小麦播种前或收获后取土测定土壤养分,结合作物目标产量的养分需求,可以确定小麦氮、磷、钾肥的精确用量,能够兼顾土壤培肥和生态环境保护,实现了科学精确施肥。”在王朝辉看来,土壤有机质含量高低决定了土壤肥力水平,也是决定土壤蓄水保水和供肥保肥能力的根本因素,在旱地注重水的同时,更不能忽略土壤肥力,关键是要通过种植绿肥、施肥有机肥,实行秸秆还田,采用合适的轮作休耕和免耕少耕技术,不断实现土壤培肥。

  据农业农村部种植业管理司司长潘文博介绍,截至目前,中央财政累计资金投入超过100亿元,建设700多个旱作节水农业示范区,累计推广以地膜覆盖、集雨补灌、膜下滴灌和水肥一体化为主的旱作农业技术1.47亿亩,带动“三北”地区走出了一条干旱半干旱地区农业发展的新路子。在全国范围内,大力发展水肥一体化、集雨补灌、测墒节灌、蓄水保墒、浅湿灌溉等节水农业技术,每年单项节水农业技术应用面积累计(按播种面积)超过4亿亩次。以喷灌微灌、低压管道输水、渠道防渗、畦灌、沟灌等为主的节水灌溉工程面积达到4.09亿亩,其中水肥一体化面积超过1亿亩。

  随着旱作农业技术体系的不断完善和推广实践,“蓄住天上水、留下地表水、用好土壤水”已经有了一套成熟的实施路线图。

  转型——

  综合技术发力,绿色抗旱潜力大

  随着我国农业进入高质量发展新阶段,农业提质增效绿色发展主旋律已经唱响,旱作农业也面临着新挑战。

  地膜覆盖技术在造福旱区农民的同时,所带来的“白色污染”问题也越发引起重视。据统计,我国地膜使用量约150万吨,覆盖面积超过了3亿亩,回收利用率不高,局部地区地膜残留量每亩高达27斤。

  “地膜残留的危害主要有这几个方面:一是破坏土壤结构,影响农机作业;二是阻隔水肥运移,降低有效性;三是影响作物出苗生长,降低产量。”中国农科院环境与可持续发展研究所严昌荣研究员介绍。

  以地膜覆盖技术为代表的旱作农业技术体系迫切需要创新发展、转型升级,实现旱作农业技术的又一次革命。

  “旱作农业的作用已经由保生存向促发展转变,要依托旱区环境的自然生态特性,加快旱作生产方式的绿色化,推动优质特色农产品生产,促进旱作农业绿色转型。”全国农技中心主任刘天金表示。

  近年来,农业农村部在旱作农业技术推广中,大力开展地膜“减量增效”行动,减量、长效、降解、替代、循环“五措”并举,即改低标准(超薄、易碎)地膜为高标准(加厚、强化)地膜,推进科学规划、减量使用,强化加厚、长效使用,自然降解、无害使用,旱作保墒、替代使用,以旧换新、循环使用等五项技术,降低农田地膜残留,控制残膜污染危害。

  同样,在华北地下水超采地区,通过推广节水品种、测墒灌溉、水肥一体化、抗旱抗逆等旱作节水技术,用水效率稳步提升。粮食水分生产力从1.1公斤/立方米提高到1.4公斤/立方米,提高27%,农业年压采地下水7亿立方米以上。

  华北是典型的资源型缺水地区,常年的地下水超采导致“漏斗区”面积不断扩大,其中农业用水特别是小麦灌溉用水更是占据了三成,严重威胁着生态安全和可持续发展。“头水早、二水赶、三水四水紧相连,一直浇到麦开镰”描述的是小麦传统种植为保丰产浇水次数多、用水量大的问题。

  而就在今年“三夏”,华北麦区却改变了这一传统灌溉方式:国家小麦良种重大科研联合攻关发布节水小麦育种成果,石麦15、石麦22、衡观35等七个节水小麦品种在足墒播种、配套全程节水技术、春季测墒节灌只浇一遍水的条件下,亩产也能超千斤。

  据计算,目前华北麦区春季灌溉平均次数为2次,比过去平均节水超过30%,同时保证了小麦丰产不减产。而综合考虑节约种子、电费、人工等方面成本,平均亩经济效益增加100元以上。

  农业农村部种业管理司司长张延秋表示,节水抗旱小麦品种的选育成功,破解了华北漏斗区地下水超采难题,实现了小麦节水和高产稳产的统一,对拧紧农业灌溉“水龙头”,促进农业生产绿色转型有着重要意义。

  在品种发力的同时,技术进步的脚步也从未停歇。

  围场县是河北省推广水肥一体化技术的“主战区”,当地马铃薯种植大户姜志伟说,以前覆盖地膜,产量确实上去了,但追肥成了大问题,后期总会脱肥,而且每年到了收获的时候,满地都是破旧的地膜。今年他尝试了下不覆膜的浅埋滴灌水肥一体化,较普通膜下滴灌,减少了地膜使用,不仅达到了省工省力、节水节肥的效果,更减少了“白色污染”,保护了自然生态环境,涵养了京津冀水源。

  2017年,全国农技中心创新集成了软体集雨窖与水肥一体化技术,开辟了节水农业的新模式和新路径。软体集雨水窖不用硬化土地,相比于传统水泥建成的集雨窖,成本大大降低,并且更环保。据全国农技中心节水处处长杜森介绍,利用设施大棚之间的空地,建设一个蓄水量180方的集雨窖,全年可以循环集雨250-300多方,在北京、天津、河北等地农业园区示范显示,软体集雨窖和水肥一体化技术结合,可以满足一个大棚一年两季蔬菜所需用水的三分之二,这就意味着少抽三分之二的地下水。

  党的十八大以来,农业农村部按照大力推进生态文明建设、建设节水型社会的要求,牢固树立“节水增产、节水增效”的理念,综合运用工程、设施、农艺、农机、生物、管理等措施,高效利用天然降水和灌溉水,提高水资源利用效率,增强农业防旱抗旱能力,不断探索在主要作物上因墒种植、量水生产。

  从被动抗旱,到主动迎战,我国旱作农业又将迎来一个质的飞跃。

  

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