【课外地理】微灌技术、微咸水灌溉，细说“海水稻”的那些事

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微灌，即是按照作物需水要求，通过低压管道系统与安装在末级管道上的特帛灌水器，将水和作物生长所需的养分以较小的流量均匀、准确地直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中的灌水方法。与传统的地面灌溉和全面积都湿润的喷灌相比，微灌只以少量的水湿润作物根区附近的部分土壤，因此，又叫局部灌溉。

微灌的特点是灌水流量小，一次灌水延续时间较长，灌水周期短，需要的工作压力低，能够较精确地控制灌水量，能把水和养分直接地输送到作物根部的土壤中去。

按灌水时水流出流的方式的不同，可以将微灌分为如下四种形式。

1、滴灌(Drip Irrigation)

滴灌是通过安装在毛管上的滴头、孔口或滴灌带等灌水器将水一滴一滴地、均匀而又缓慢地滴入作物根区附近土壤中的灌水形式。由于滴水流量小，水滴缓慢入土，因而在滴灌条件下除紧靠滴头下面的土壤水分处于饱和状态外，其它部位的土壤水分均处于非饱和状态，土壤水分主要借助毛管张力作用入渗和扩散。

2、地表下滴灌（Subsurface Drip Irrigation）

一表下滴灌是将全部滴灌管道和灌水器埋入地表下面的一种灌水形式。这种方式能克服地面毛管易于老化的缺陷，防止毛管损坏或丢失，同时方便田间作业。与地下渗灌和通过控制地下水位的浸润灌溉相比，区别仍然是仅湿润部分土体，因此叫地表下滴灌。

3、微型喷洒灌溉（Micro-Spray or Micro-Jet Irrigation）

利用折射式、辐射式或旋转式微型喷头将水洒在枝叶上或树冠下地面上的一种灌水形式，简称微喷。微喷既可以增加土壤水分又可提高空气湿度，起到调节田间小气候的作用。

由于微喷的工作压力低，流量小，在果园灌溉中仅湿润部分土壤，因而习惯上将这种微喷灌划在微灌范围内。严格来讲，它不完全属于局部灌溉的范畴。

4、涌泉灌溉(Bubble Irrigation)

涌泉灌溉是通过安装在毛管上的涌水器形成的小股水流，以涌泉方式使水流入土壤的一种灌水形式。涌泉灌溉的流量比滴灌和微喷大，一般都超过土壤的渗吸速度。为了防止产生地表径流，需要在涌水器附近挖一小灌水坑暂时储水。涌泉灌尤其适于果园和植树造林的灌溉。

一、微灌工程的组成

微灌工程通常由水源工程、首部枢纽、输配水管网和灌水器4部分组成。

1、水源

河流、湖泊、塘堰、沟渠、井泉等，只要水质符合微灌要求，均可作为微灌的水源。为了充分利用各种水源进行灌溉，往往需要修建引水、蓄水和提水工程，以及相应的输配电工程。这些通称为水源工程。

2、首部枢纽

微灌工程的首部通常由水泵及动力机、控制阀门、水质净化装置、施肥装置、测量和保护设备等组成。首部枢纽担负着整个系统的驱动、检测和调控任务，是全系统的控制调度中心。

3、输配水管网

干、支、毛管担负着输水和配水的任务，一般均埋入地下一定深度。根据灌区大小，管网的等级划分也有所不同。

4、灌水器

微灌的灌水器有滴头、微喷头、涌水器和滴灌带等多种形式。或置于地表，或埋入地下。灌水器的结构不同，水流的出流形式也不同，有滴水式，漫射式，喷水式和涌泉式等，相应的灌水方法亦称为滴灌、微喷灌和涌泉灌。

二、微灌系统的分类

根据微灌工程中毛管在田间的布置方式、移动与否以及进行灌水的方式不同，可以将微灌系统分成如下四类：

1、地面固定式微灌系统

毛管布置在地面，在灌水期间毛管和灌水器不移动的系统称为地面固定式系统。这种系统主要用于宽行大间距果园灌溉，也可用于条播作物灌溉。地面固定式系统一般使用流量为4～8L/h的单出水口或流量为2～8L/h的多出水口滴头，也可以用微喷头。这种系统的优点是安装、拆卸清洗毛管和灌水器比较方便，也便于检查土壤湿润和测量滴头流量变化的情况。缺点是毛管和灌水器易于损坏和老化，

2、地下固定式灌溉系统

近年来随着微灌技术的改进和提高，微灌的堵塞现象减少，出现了将毛管和滴水器（主要是使用滴头）全部埋入地下的系统。与地面固定式系统相比，地下微灌系统的优点是免除了毛管在作物种植和收获前后安装和拆卸的工作，不影响其它农事操作，延长了设备的使用寿命。缺点是不能检查土壤湿润和灌水器的堵塞情况。

3、移动式微灌系统

在灌水期间，毛管和灌水器由一个位置灌水完毕后移向加一个位置进行灌水的系统叫做移动式微灌系统。按移动毛管的方式不同又分为机械移动和手工移动两种。与固定式相比，移动式具有设备投资低的优点，但是管理运行费用较高。

4、间歇式微灌系统

间歇式又称脉冲式微灌系统。工作方式是系统每隔一定时间喷水一次，灌水器的流量比普通滴头的流量大4～10倍。由于间歇式微灌系统使用的灌水器的孔口比较大，减少了堵塞，同时由于间隔灌水，避免了地面径流的产生和深层渗漏损失。缺点是灌水制造工艺要求高。

三、微灌的优点

1、省水

微灌系统全部由管道输水，很少有沿程渗漏和蒸发损失；微灌属局部灌溉，灌水时一般只湿润作物根部附近的部分土壤，灌水流量小，不易发生地表径流和深层渗漏；另外，微灌能适时适量地按作物生长需要供水，较其它灌水方法，水的利用率高。因此一般比地面灌溉省水1/3～1/2，比喷灌省水15～25%。

2、节能

微灌的灌水器在低压条件下运行，一般工作压力为50～150，比喷灌低；又因微灌比地面灌溉省水，灌水利用率高，对提水灌溉来说这意味着减少了能耗。

3、灌水均匀

微灌系统能够做到有效地控制每个灌水器的出水量，灌水均匀度高，均匀度一般可达80～90%。

4、增产

微灌能适时适量地向作物根区供水供肥，有的还可调节棵间的温度和湿度，不会造成土壤板结，为作物生长提供了良好的条件，因而有利于实现高产稳产，提高产品质量，许多地方的实践证明，微灌较其它灌水方法一般可增产30%左右。

5、对土壤和地形的适应性强

微灌系统的灌水速度可快可慢，对于入渗率低的粘性土壤，灌水速度可以放慢，使其不产生地面径流；对于入渗率很高的沙质土，灌水速度可以提高，灌水时间可以缩短或进行间歇灌水，这样做既能使作物根系层经常保持适宜的土壤水分，又不至于产生深层渗漏。由于微灌是压力管道输水，不一定要求对地面整平。

6、在一定条件下可以利用咸水资源

微灌可以使作物根系层土壤经常保持较高含水状态，因而局部土壤溶液浓度较低，渗透压比较低，作物根系可以正常吸收水分和养分而不受盐碱危害。实践证明，使用咸水滴灌，灌溉水中含盐量在2～4g/L时作物仍能生长，并能获得较高产量。

但是利用咸水滴灌会使滴水湿润带外围形成盐斑，长期使用会使土壤恶化，因此，在干旱和半干旱地区，在灌溉季节末期应用淡水进行洗盐。

在中国西北旱区，水源短缺是农业生产的重要限制因素，合理开采利用咸水资源，是缓解水资源紧缺的重要途径之一。但长期利用微咸水灌溉，可导致果园土壤次生盐渍化的发生，特别是钠盐的危害。为此，该研究从微咸水利用和土壤改良的角度出发，研究灌溉水盐分组成对盐渍化土壤水盐迁移参数的影响，旨在为农业生产管理提供科学依据。

研究表明，在灌溉水矿化度均为3g/L的条件下，单盐（氯化钠）的盐溶液传输水分的速率最快，加入一定的复盐（氯化钙、氯化钾、氯化镁）对水分的迁移起到阻滞作用，阻滞能力的大小是：氯化钙＞氯化钾＞氯化镁。谭老师地理工作室综合整理

这一结果启示我们，在微咸水灌溉或盐渍化土壤改良中可适当加入钙制剂，以抑制盐渍化土壤水分的快速迁移。

不同盐分组成的灌溉水对土壤盐分、碳酸氢根、硫酸根、钙离子和钠离子的水平迁移具有显著的影响，并进而影响土壤钠吸附比(SAR)的变化。这说明对于微咸水灌溉时不能经常从同一地块的同一方向灌溉，这样会导致地块两端盐分离子分布不均，一端产生脱盐现象，而另一端产生积盐现象。

研究发现Boltzmann函数对于土壤盐分水平迁移具有较好的拟合性，且灌溉水盐分组成对模型参数有显著影响。

以色列最大绿色组织KKL-JNF支持在内盖夫和阿拉瓦沙漠地区（仅有含咸水的地下水，缺乏淡水资源）进行研究，使农民能够使用微咸水种植作物。将微咸水用于农业的解决方案主要包括两种：一种是培育在微咸水中茁壮成长的植物，一种是用淡化水稀释微咸水。

微咸水是一种比淡水更咸的水，但不如海水。在以色列，它主要发生在咸淡水化石含水层中。微咸水每升含有0.5至30克盐，其比重介于1.005和1.010之间。由于微咸水对大多数植物生长不利，如果没有适当的管理，它会对植物和环境造成破坏。据KKL-JNF南部地区副主任Itzik Moshe介绍，以色列科学家发明了苦咸水利用的办法，将微咸水变成了一种宝贵水资源。

在Ramat Hanegev地区，人们已经将咸淡水灌溉变成这个干旱地区农业的重要组成部分。根据Ramat Hanegev研发站主任Ziyon Shemer的说法，有两种主要方法将咸淡水用于农业。第一种是直接灌溉那些可以在微咸水中茁壮成长的作物，例如橄榄树林 Barnea，当地科学家开发的一种橄榄树的名字，比较喜欢咸淡水。第二种用法是稀释淡化水，通过将至少15％的微咸水与淡化水混合，微咸水中含有硫、镁和钙等必需的矿物质，这些矿物质对蔬菜水果的生长至关重要，新创造的微咸水非常适合种植各种作物。

目前，Ramat Hanegev的农民都有两种水源，即咸水和淡水源。不同的作物有微咸水和淡水的不同组合，例如樱桃番茄是60％微咸水和40％淡水，微咸水使樱桃番茄更美味、更小，也增加了抗氧化剂的百分比。Ziyon Shemer介绍，以色列拥有世界上最大的微咸水利用的技术数据库，与各国农民以及国外专业人士免费分享。

内盖夫的阿拉瓦地区存在更加严重的水资源问题。淡化水不能输送到此地区，当地的水源都是咸水。因此要实现咸水与淡水混合，许多农民合作安装了小规模的海水淡化厂。这些装置昂贵，并且存在要如何处理作为脱盐过程的副产物盐水的现实问题。为解决阿拉瓦水资源短缺问题, KKL-JNF在该地区建造了Zukim和Hatzeva水库用于储存洪水，以色列国家自来水公司Mekorot安装了将水库中的水与当地咸水混合用于农业用途的设备。这些混合水用于灌溉附近的农田。当水库充满时，额外的水继续沿着河道流下，并被收集在另外两个水库（即伊丹水库和Ne‘otmarmar水库），并用于灌溉Sedom平原上的田地。这三个水库还提供补充地下水。

海水稻是耐盐碱水稻的的形象化称呼，是在海边滩涂等盐碱地生长的特殊水稻，学术上一般称作“抗盐水稻”、“耐盐水稻”、“耐盐碱水稻”。近日，青岛海水稻研究发展中心白泥地实验基地首批耐盐碱水稻收割测评，试种的“海水稻”在产量上取得重大突破，最高亩产620.95公斤。下面，我们就来细说一下“海水稻”的那些事。

印度较早开始研究抗盐碱水稻

国内外海水稻研究的历史演进

国际上对该领域的研究，可以追溯到上世纪三、四十年代。早在30年代末期，东南亚一些国家就开展了培育耐盐水稻品种的研究。斯里兰卡在1939年就繁殖了耐盐水稻品种‘Pokkali’，并在1945年予以推广。印度也是较早开始培育耐盐水稻的国家，在1943年，马哈拉施特拉邦就推广了耐盐水稻‘Kala Ratal-24’和‘Bhura Rata 4-12’，现在印度几乎各邦都发展了适合于当地的抗盐水稻品种。目前，从事耐盐育种工作的主要研究机构有美国加利福尼亚大学的Davis实验室、国际水稻研究所、美国盐土实验室、印度中央盐土研究所等。国际水稻所成立以来，设立了“国际水稻耐盐(碱)观察图”，将水稻品种的耐盐性作为对品种资源遗传评价的内容之一。

作为“世界四大文明古国”之一，中国稻作文明历史悠久，但这主要指的是在淡水水田中生长的水稻，和“海水”无关。中国在这方面的研究，起步相当落后，中国官方立项的较大规模的“选育耐盐水稻品种的工作”，始于1976年。

在第六个五年计划期间（1980～1985），中国农业科学院曾“组织有关单位协作，对2994份水稻资源进行了筛选鉴定，筛选出103份中度耐盐的品种(系)。”，其试验采用“淡水育秧”，移栽后“咸水灌溉”，并保持田间灌溉水的盐度相对稳定，其中“盐水浓度高，土壤肥力低”，筛选条件很苛刻。结果得到了三个“确已证明其抗盐性强，丰产性好，适应性强，是有希望可以直接推广利用的耐盐水稻品种”

1986年，当时只有20多岁、刚从当地农业学校毕业不久的陈日胜，在其老师的带领下，在湛江普查红树林资源。有一天，陈日胜在遂溪县城月镇燕巢村的海边芦苇丛里，发现一株比人还高、看似芦苇但结着穗子的野生植物。穗子顶上还有一小撮一寸多长的芒刺。陈日胜把穗子里的果实剥开，里面胭脂红色的种子像米又像麦。他的老师说，这可能是一种野生稻种。这就是后来被称为“海稻86”的“海水稻”品种。此后的30多年，陈日胜一直在试验种植“海水稻”。当初那株野生稻留下的522粒种子，一直在不断试验种植，种植点推广到全国十几个省市。品种培育过程中，“海水稻”的产量也在提升，由最初的亩产几十公斤提升到150公斤。但这样的产量还远远达不到推广种植的要求。

陈日胜研究海水稻30多年

袁隆平发力提升海稻产量

“海水稻”耐盐碱、抗病力强的优势引起了袁隆平的关注。不过，他的着眼点不在“海水稻”本身，毕竟这并非新作物。在他看来，高耐盐且高产量的“海水稻”，才是社会真正需要的新品种。2016年10月14日，袁隆平院士领衔的青岛海水稻研究发展中心在李沧区的签约落户，设立于青岛市李沧区院士港16号楼，在胶州湾北部设立30亩海水稻科研育种基地，项目启动资金1亿元。

曾成功培育出亩产近千公斤“超级稻”的袁隆平，决定出手提升“海水稻”产量。也正是他的参与，提升了社会对“海水稻”的关注度。在袁隆平手里，“海水稻”的产量提升效果很快出现。2016年试验种植亩产突破500公斤，2017年9月底的试验结果显示，据新华社报道，最高亩产620.95公斤。此次袁隆平团队培育出的“海水稻”，乃是在“含盐0.6%的咸水”中生长，是依靠人工用海水和淡水混合调制而成。青岛海水稻研发中心最西侧是一个海水调节池，周边海水被引入调节池中，再加入一定比例淡水，配制出不同浓度的咸水，专门用于灌溉7号和8号试验田。

中国有1亿公顷（15亿亩）盐碱地，其中2.8亿亩可以开发利用。中国可利用来种植海水稻的盐碱地有2亿多亩，按照未来亩产200～300公斤计算，可增产粮食数百亿公斤，多养活约2亿人。而今，袁隆平团队培育的“海水稻”最高亩产621公斤，仅此一项，就可增产粮食数千亿公斤，对于我国的粮食安全其意义非同小可。

青岛海水稻研究发展中心

“海水稻”并非长在海水里

海水稻”是不是生长在海水里？有了“海水稻”是否意味着大海里可以种稻了？听到“海水稻”一词，很多人都有这样的疑问。其实，“海水稻”并非是能长在海水中的水稻，而是一种不惧海水短期浸泡，能在海边滩涂地和盐碱地生长的水稻品种。为区别于普通水稻，人们称之为“海水稻”，又称“海稻”。

一般来说，含盐量低于0.3%的土地为“轻盐碱地”，农作物产量只有正常土地的八九成；含盐量0.3～0.6%为“中盐碱地”，产量只有五到八成；超过0.6%为“重盐碱地”，产量可低至两成。其中是因为土壤中的盐分对农作物伤害很大，全球各地海水的平均含盐率为3～5%，基本是陆生植物的禁区。袁隆平参与的海水稻增产计划，也只是要在3～5年内，选育出能在盐分浓度0.3～0.5%的咸水中生长，并能达到亩产300公斤以上的水稻新品种。

因此，有人看到“海水稻”，就有“要把大海变粮仓”的想法，显然是乐观过头了。全世界有142.5亿亩盐碱地，亚洲有48亿亩。中国人也深受土地盐碱化之害，有关资料显示，我国西北、东北、华北及滨海地区的17个省区都分布有盐碱地，总面积约有15亿亩。在这些地方，普通农作物产量极低，甚至难以生长。

当然，“海水稻”有一定抗盐碱能力，在淡水稀缺的沿海地区，用稀释海水浇灌稻田的办法来节省淡水资源，是可以的，袁隆平在青岛的“海水稻”试验田正是这样做的。有了耐盐碱的“海水稻”，将来能在盐碱地和海边荒地种水稻，这无疑能促进荒芜土地的开发，提升中国的粮食产量。

除了能直接增加粮食产量，“海水稻”的另一个重要意义还在于，它的推广种植有望改良盐碱地，使之逐渐变成良田。水稻为何能改良土地？对此科学家分析，过去人类改造盐碱地，往往用大水洗地的办法，但水退之后，随着水汽蒸发，盐分又会回到土壤表层。而水稻生长周期中都离不开水，对土地的改良是持续的。这样种了几年水稻之后，盐碱地可能转化为耕地，其他作物也能种植。

这一点已得到试验证实，陈日胜在湛江多年种植“海水稻”的盐碱地，已可以种植花生和普通水稻了。另外，据江苏媒体报道，江苏有一块滩涂地，经过多年“海水稻”种植，土地盐分已下降到了0.3%以下，普通作物可以生长了。

海水稻富硒“红米”更香更健康

“海水稻”吃起来不会有咸味

盐碱地里长出来的稻米，会不会吃起来有咸味？很多人乍听“海水稻”，也冒出这样的疑问。其实，海水稻不仅不咸，还很香。“海水稻”所生长的滩涂地和盐碱地中矿物多，因此所产稻米微量元素含量比普通稻米丰富。

“海水稻”稻米外观为胭脂红色，营养学家称，这种色泽源于其“富硒”，比普通大米高7.2倍；与普通精白米相比，氨基酸含量也高出4.71倍，对人体健康大有好处。并且，“海水稻”在条件恶劣的盐碱地生长,很少会患普通稻的病虫害，基本不需要农药，因此这种稻米是天然的绿色有机食品。

当然，目前“海水稻”品种还处在研发培育阶段，试验中的产量数据并不意味着推广后也能达到。因此“海水稻”大面积推广并非短时间能实现的，你想品尝到它更需要耐心等候。不过，袁隆平把“海水稻”的科研攻关看得和“超级稻”一样重，相信很快能取得理想成效。届时，在我们的餐桌上，新添一种亮眼的胭脂红色，会令我们增多一种新选择。

关于“海水稻”项目，青岛海水稻研究发展中心的目标是在3年内建设耐盐碱水稻国家重点实验室和国家海水稻工程技术研究中心等国家级研发平台，打造杂交水稻全球领先团队，3～5年内为改造1亿亩盐碱地提供支持。

例题：

广东东莞2018届高三上学期质检

“海水稻”是耐盐碱水稻的俗称。目前，青岛海水稻研发中心的“海水稻”已能在6%盐度(海水的平均盐度在3.5%左右)的咸水灌溉条件下正常生长结实。2014年在海边滩涂中试种的海水稻在经历了台风“威马逊”和“海鸥”导致的海水倒灌、多日浸泡之后，依然长势良好。据此完成5-7题。

5．“海水稻”最不可能具备的特性是

A. 在气温高时能正常生长结实

B. 在海水中能正常生长结实

C. 耐强风抗倒伏

D. 耐涝耐湿

6．从经济效益和生态效益双方面来考虑，我国“海水稻”最宜推广种植的地区是

A. 内陆盐碱地 B. 沿海滩涂地

C. 洞庭湖平原 D. 青藏高原咸水湖滩涂

7．相比普通水稻，“海水稻”的优势最不可能是

A. 节约淡水资源 B. 矿物质含量高，产量高

C. 病虫害少，基本不用农药 D. 更有利于改良盐碱地

题组说明

本题组以海水稻为背景材料，以海水稻的特性、我国“海水稻”最宜推广种植的地区、与普通水稻相比，海水稻的优势为切入点，考查了区域自然特征、区域农业发展、农业区位等相关知识及获取与解读信息的能力、地理问题的分析能力。题组难度中等，以考查人文地理知识为主，解题者需认真读题，对题干所给的相关信息进行认真解读后并结合相关选项进行对比分析后方可找到正确选项。

题组第一小题中，要了解一下海水稻的生长特性，耐盐碱，在6%盐度的咸水灌溉下可正常生长结实。其生长环境需要水灌溉所以海水稻耐涝耐湿；水稻在高温多雨的环境方能正常生长，属于热带、亚热带粮食作物，所以海水稻可能具备的特性是在气温高时能正常生长结实；材料信息中说海水稻在经受台风“导致的海水倒灌、多日浸泡之后，依然长势良好”，说明海水稻耐强风抗倒伏；信息中提到：在6%盐度的咸水灌溉条件下正常生长结实，所以并不是在海水中能正常生长结实。

第二小题中要注意设问中的限制方向“经济效益和生态效益”两方面都要兼顾。由于海水稻耐盐碱的特征，所以内陆盐碱地最适宜推广。沿海滩涂地发展种植业，会影响沿海湿地，破坏生态环境；洞庭湖平原淡水资源丰富，适宜种植普通水稻；青藏高原咸水湖滩涂虽光照充足，但热量不足。

第三小题中海水稻由于一定盐分的咸水灌溉下可以正常生长，且耐盐碱，可以在盐碱地种植，所以与普通水稻种植相比可以节约淡水资源、更有利于改良盐碱地；由于盐度较高的环境，一般病虫害较难以生存，所以病虫害较少，这样可以基本不用农药；相比普通水稻，“海水稻”生长在较贫瘠的盐碱地中，矿物质含量可能较高，但当前的产量较低，否则的话早已经大规模种植了。