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既要节水又要让庄稼“喝饱水”,有了科技才能做到

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出品:科普中国

制作:刘战东(中国农业科学院农田灌溉研究所)

监制:中国科学院计算机网络信息中心

炎热的夏天已经来到,夏季农业灌溉工作正在进行。中国是一个农业大国,水资源需求量大,发展农业节水措施是科技人员研究的重点。

如果你有机会走进农田观察,会发现我国的节水农业技术发展迅速,使用喷灌、微灌等工程节水技术只是基础,此外,我国还采用了一系列的“农作节水技术”。

“农作节水”一般从作物自身和外界辅助两方面出发。依靠作物自身节水包括培育节水品种、调控作物节水。外界辅助节水包括对种植结构进行调整、使用覆盖保墒技术,即在耕地表面覆盖塑料薄膜、秸秆或其他材料可以抑制土壤水分蒸发,减少地表径流,蓄水保墒,提高地温,培肥地力,改善土壤物理性状。此外还可以使用深松深耕蓄水技术,或者是使用化学制剂等。

成熟的农作物,需要学会自己节约用水

传改良培育抗旱节水作物,从源头上减少对水的需求,这也是干旱地区普遍使用的方法。如在我国新疆地区种植的新小黑麦1号、新小黑麦2号、新小黑麦3号等就是通过远缘杂交等遗传改良技术将黑麦与小麦进行杂交培育出的优质小麦品种,它们不仅耐瘠薄、耐寒、耐旱,还有巨大的杂种生长优势,被大量种植用于生产粮食、饲料、酿酒和生物能源等。

充分挖掘作物自身节水潜力,通过生理调控达到节水的目的也是常用的方法。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,往往复水后可以产生生理、生长和产量形成上的补偿效应,在保证产量基本不受影响的同时,还能节约大量用水。

目前,我国已将作物水分生理调控机制与作物高效用水技术紧密结合,开发出诸如调亏灌溉和分根区交替灌溉等作物生理节水技术,可明显地提高作物和果树的水分利用效率。

调亏灌溉是指在作物生长发育的某些阶段主动施加一定的水分胁迫,即主动让作物缺水来促使作物光合产物的分配向人们需要的组织器官倾斜,以提高其经济产量的节水灌溉技术。

分根区交替灌溉,是指在灌溉过程中使土壤垂直剖面或水平面的某个区域保持干燥,仅让一部分区域灌水湿润,在下次灌溉过程中,交替灌水湿润与非灌水干旱区域,使根系的不同区域经受一定程度的水分胁迫,刺激根系吸收补偿功能。


△玉米隔沟交替灌溉技术(图片来源:作者提供)

如何用科技支撑农业节水?

除了靠农作物自身,农作物节水还需要科技的支撑。

调整农作物种植结构,充分利用降水资源。不同作物对水的需求和消耗规律不同,可以利用这个差异进行农用水资源的优化配置。比如说,可以改进作物布局,建立节水型的种植体系,这种方式目前已取得良好的效果。

假如你要在华北地区种植农作物,按照它的区域特点,适当调整作物熟制和播期,顺应自然降雨规律,做好作物区域布局,发展适地种植,使作物需水高峰期和雨季重合,充分利用好自然降雨,大大减少地下水的开采。

覆盖保水技术是最常用的节水技术,既不影响农作物接受阳光的照射,还可以减少水分的流失,很好地保证了农作物的生长。比如,我们看到有些田地里会铺上塑料膜,农作物透过塑料膜扎根在土壤里,这就是农民为减少农作物水分流失想出来的小妙招。

通过塑料薄膜(地膜)或者作物秸秆覆盖种植,提高了地表温度,减少了雨水的径流,抑制了土壤水分蒸发,抑蒸力可达80%以上,很好地保存了土壤水分。良好水热条件有利于实现作物的节水增产,比如干旱地区地膜小麦可增产150千克/公顷左右,地膜春玉米可使降水利用率提高到80%以上,效果极其显著。


△西北玉米全膜双垄沟播覆盖集雨技术(图片来源:作者提供)

深松深耕可以打破因为农田长期的机械碾压所形成的坚硬的土壤耕层(犁底层),降低土壤容重,提高土壤通透性,增大“土壤水库”的蓄水量,有利于农作物在深层土壤中扎根,及时吸收更多的土壤水分、养分供农作物生长发育,提高产量。

当农作物的根茎深入到地下约1.5 m 的位置时,利用深耕蓄水可促进根茎吸水量增加25%左右,可使农作物增产约40%。在我国北方,雨季前,如果能改变耕作方式,适当深松深耕,疏松土壤,促进降雨下渗,可以在汛期有效积蓄更多雨水,从而减少作物生育期灌水量。


△土壤深松耕作作业现场(图片来源:作者提供)

借助特殊的制剂,比如保水剂、吸水剂来帮助存水。保水剂、吸水剂是功能高分子材料,吸水能力特别强,在遇到水后的15-20分钟时间里,可吸收自重150-160倍的水分!农民伯伯再也不用担心作物缺水啦。值得一提的是,这些化学制剂无毒无害,能反复释水、吸水,因此农业上人们把它比喻为“微型水库”。

灌溉或降雨时,保水剂能在土壤中形成“小水库”,当发生干旱时,吸足水的保水剂释放水分,使周围的土壤保持湿润,能供给植物根系水分。通过这种方式,即使在沙漠地区,或遭遇极端的干旱气候时,也可种草植树。同时,它还能吸收肥料、农药、并缓慢释放,增加肥效、药效,最终提高农田水肥药利用效率。

作为农业大国,我国的耕种历史十分久远。耕种绝不仅是简单的身体劳动,更体现着同时代人的智慧。作为水资源缺乏的农业大国,如何利用有限的水资源种植出更多作物,是我们这个时代一直在探索的课题。


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