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第24章 干旱与荒漠化石河流的克星(4)

雨季(伏秋)蓄墒贮水阶段,7~10月正值雨季,也是一年中降水的高峰期。平均净增水量130mm左右。伏秋季节是土壤纳雨收墒和贮蓄底墒的关键期。此期温度高,土壤蒸发量大,跑墒快。因此,麦收后应尽早深耕、翻耕灭茬、及时耙耱,增加土壤的蓄水保墒能力,做到“伏雨春用”,以避免春旱对小麦的危害。

土壤贮水量是旱作区小麦生产力最重要因素。试验结果表明,春季土壤贮水量对冬小麦生产至关重要,水分利用率最高为0.91kg·mm,秋季土壤贮水量水分利用率为0.44kg·mm-1,虽然是春季的一半,但它是春季土壤贮水量的基础,对旱作冬小麦产量的影响很大;灌浆期土壤贮水量对其产量影响较少,只有0.01kg·mm-1。

在旱作农业区小麦产量构成要素中,土壤水分对穗粒数和穗粒重的影响最显著。说明小麦小穗分化期和灌浆期对外界环境因素的反应最为敏感,是小麦生育期中的关键生长阶段。在小麦拔节一抽穗期土壤贮水量与穗粒数、灌浆一乳熟期土壤贮水量与穗粒重的关系尤为显著。冬小麦生育前期主要以消耗土壤20~80cm贮水层,而生育后期主要消耗60~150cm贮水层。小麦生育进程愈往后,深层次土壤贮水量发挥的作用愈重要,发挥了积极的“补偿作用”,因此要非常重视“秋雨春雨”,尤其对深层100cm以下墒情的作用。

提高土壤水库贮水量的途径要从三个方面进行:首先,平田整地,建设基本农田。修建水平梯田、条田尤其重要,它比坡耕地蓄水量多4~6成甚至1倍以上,一般可增产3~5成,有的高达1倍以上。其次,早伏耕,蓄水保墒。据测定,早耕(7月上旬)比晚耕(7月中旬)土壤含水量增加4.706~5.9%;深耕(20~30cm)比浅耕(10~15cm)土壤含水量增加0.9%~30.0%,径流减少10%,冲刷力减少7.2%,作物增产20%~25%;伏耕闭口或雨后耙耱比伏耕开口可增加土壤贮水量3.5%~7.8%。在降水特少、干旱严重年份,可采用免耕法,等雨耕播一次完成。最后冬春镇压,保墒提墒。据测定,0~30cm土壤水分冬前镇压比不镇压的绝对含水量高0.2%~2.2%,小麦单株次生根增加0.3~3.3个,单株分蘖增加1.9~2.6个;早春镇压比不镇压的绝对含水量提高0.4%,并能促使土壤水分上下运行。

2.施集水节灌农业

水资源缺乏是干旱地区农村经济和社会发展的主要制约因素。不能从根本上摆脱“受制于天”的被动局面。集水节灌农业,是以天然降水富集、贮存工程为基础,以有限供水节水补灌为手段,以水的高效利用转化为核心,并以社会经济管理和技术服务保障体系为重要支持系统的技术体系。单就雨水集蓄利用而言,主要技术有集水、蓄水、用水等方面。

据测算,降水在地面的分配比例大致是:20%~35%形成初级生产力,60%~70%无效蒸发,10%~15%形成径流流失。采用雨水富集技术,把降水径流的1/2~1/3收集起来供灌溉利用。雨水集流效率随降雨量、降雨强度、下垫面结构和坡度等因素的不同而变化。为此,蓄水窖的修建位置和大小,要根据集水场地、集流效率和周围适宜灌溉农田、林地和人畜缺水的多少而确定。蓄水窖根据不同的用途,可分为灌溉型、饮水型和灌溉、饮水结合型蓄水窖三类。

对于饮水型蓄水窖和灌溉、饮水结合型蓄水窖,因离村庄较近或在村庄内,可以路面、屋面和庭院为集流场,由每家每户就地分散修建。灌溉型蓄水窖,一般离村庄较远,可选择较为完整的流域,利用道路、山坡、荒沟径流和公路涵管汇流集蓄。

采用四种集水方式:在干旱少雨地方,采取集流场与蓄水窖配套的方式,通过硬化地表、增加径流,提高蓄水能力,使小雨也能被集流贮存利用;在降水较多的地方,利用道路、胡同、场院等天然集流场,配套修建蓄水窖;在山、川、塬利用集流槽,实行涝池与泥窖配套,把涝池集流作用与蓄水窖贮存作用有机结合起来配套使用,扩大灌溉;渠、井、窖结合,在机井周围、渠道沿线及其末端兴建蓄水窖,既可贮备水源,又可扩大灌溉。淡季贮水旺季用,闲时贮水忙时用,白天贮水夜间用。既保证了节水灌溉的需要,又缓解了用水高峰期的供需矛盾。

在年降水量300mm以上的地方均可以采用实施集水蓄水技术。一般情况下,100m2面积的硬化集流场或道路、场院、屋面等场地,在日降水量为10~25mm(中雨)时,每10mm降水可分别集水3~5m3或6~8m3。

甘肃省委、省政府倡导的“121雨水集流工程”,每户修建1个面积为100~200m2的雨水集流场,配套修建2个蓄水窖,富集雨水50~1003,在解决人畜饮水困难的同时,发展1处节灌面积为0.13~0.33hm2的田院经济。这一举措的实施,不但使干旱地区的人畜饮水困难逐步得到解决,而且可以促进大田和庭院经济的发展。充分体现了雨水集流节灌工程的价值。该项技术具有普遍意义,在年降水量300~800mm的地方推广应用,将带来极大的效益。

3.推广旱作地膜带田

旱作地膜带田,是在旱作区同一块土地上,将两种或两种以上作物,以一定幅度条状相间,并先后给一种或两种作物覆以地膜的种植形式。它是集增温保墒、集水调水、边行优势等农田小气候效应和作物高低空间层带性、生长时间演替性、不同品种性状差异互补性等生态效应于一体的高效综合丰产栽培技术。实施旱作地膜带田,可变一年一熟作物为一年两熟,增产效益显著,是提高粮食产业化和整体发展水平、实现传统的粗放型农业生产力向现代化集约型农业生产力转化的一条重要途径。

地膜带田有效地贮存了太阳辐射,切断了地面的乱流交换和蒸发耗热,使±壤的蒸发一凝结只在地膜内形成水分循环。地膜内白天所获得的净辐射几乎都用于土壤热通量,致使膜内地温明显上升。其增温保温效果随着天气类型、土层深度的不同而变化。以晴天增温最显著,平均可达5~8℃,阴天较小,为1~2℃。

由于覆膜地段土壤温度高、热量状况好,作物播种后,覆膜比不覆膜的出苗早3~5d,三叶期早10d。地膜玉米比裸地玉米全生育期早8~10d。覆膜小麦在越冬期叶色葱绿,随着温度的高低变化时长时停,基本没有休眠。翌年早春,覆膜麦田温度回升快,0cm高5~8℃,5cm高2~7℃,并于2月下旬迅速返青生长。而对照田于3月中旬开始返青生长,推迟10d左右。小麦返青后,拔节、抽穗、开花直到成熟,分别比对照田提早7d,6d,7d和3d以上。对于北方晚熟冬麦区来说,小麦返青早,生育期提前,在适宜的生态环境条件下,延长小穗、小花分化期和灌浆期,能增加穗粒数和穗粒重,获得较高的产量。

麦带覆膜有效利用了太阳辐射,减少热量消耗和土壤水分蒸发,改善麦田土壤温度条件和生态环境。小麦越冬期,覆膜比不覆膜温度,0cm高2~3℃,5cm高2℃,10cm高1~2℃;100cm土层内含水量多30mm。覆膜麦田白天吸收热量多,土壤湿润,夜间降温缓慢,使得温度变化较为平稳,膜内麦苗缓慢生长,继续分蘖,单位面积茎数增加了23%~80%,无越冬死亡现象。而裸地麦苗,在无冬雪覆盖的情况下,直接受冷空气冲击,温度变化剧烈,麦苗发生冻害死亡,死亡率为4%~23%。

地膜带田具有节水调水效应。旱作地膜带田作物的蒸散量明显小于旱地单作对照田,其差值小麦为34~52mm,玉米为26~30mm。越冬期覆膜麦田100cm土层内含水量比单作麦田多28~32mm,土壤湿度高1.1%~3.0%。玉米带覆膜田,100cm土层内含水量比单作田多30~40mm,土壤湿度高1.5%~3.5%。

旱作地膜带田由于覆膜和不覆膜以及沟垄高低的差异,使土壤接纳大气降水时有相互调节作用。试验结果表明,过程降水量在15mm以上时,覆膜地带给相邻地带增水75%左右,且某一时段降水量越大,其调水量越多,基本上是两带降水一带用。

试验结果表明,旱作小麦一玉米地膜带田,比对照单作小麦和单作地膜玉米增产41%~163%。水分利用效率为1.02kg·mm-1,即1mm的水分可生产粮食1.02kg,比单作小麦水分利用效率0.58kg·mm-1和单作玉米0.99kg·mm-1高76%和3%。

干旱地区不但在小麦—玉米带田种植方式上覆膜,在其他种植方式或其他作物上覆膜种植,均能收到增温保墒增产的效果。试验结果表明,在年降水量450~600mm半湿润区,≥10℃积温2200~3000℃的温和区,采用地膜覆盖在保墒增温方面作用明显,效益显著。在上述指标范围内,随年降水量减少保墒能力明显增强;随≥10℃积温值减少增温作用明显增加,相应增产潜力显著加大。也就是说,在能种与不能种的气候边缘地带,采用地膜覆盖效果特别好。一般地区增产30%~40%,投入产出比为1:2,而气候边缘地带则可增产2~3倍,投入产出比达1:4。

4.大力开发空中水资源

有人计算,空中云水资源有28万亿t(仅占全球总水量的0.002%),它虽然总量少,但其循环快,周期仅8.7d,比地下水及地表水循环周期为400a,海洋水循环周期4000a要快得多。一年之内空中水可以循环42次,空中水量就是1176万亿t,这远超出地表水的总量,为它的8.4倍。在西北地区,有85%左右的水汽直接穿过该地区上空出境,只有约15%形成降水;在西南地区有20%左右形成降水,约80%流出境外。

人工增雨雪是开发利用空中云水资源的主要途径。人工增雨雪的主要技术是向云中播撒人工催化剂,在冷云中用人工冰核或干冰等强冷却剂进行催化;在暖云中则用大颗粒或大水滴加强云内水滴的重力碰撞增长过程。使不具备降水的云逐渐发展为具备降水的条件,使水汽或云变为雨滴下降到地面。据大量试验结果,在一定条件下对冷云催化可增加降水量10%~25%。

目前人工增雨雪的手段,主要运用飞机、火箭、高炮和焰弹为作业工具,对0℃以下的云层施放人工冰核如碘化银等或者制冷剂,进行人工催化,以提高自然云的降水率。人工防雹,就是用火箭、高炮为作业工具,对冰雹云中冰雹生长的部位进行催化作业,增加人工冰晶以形成大量的人工雹胚,造成人工雹胚同自然雹胚争食水分,使每个雹胚都不能长大,从而达到大雹化小、小雹化雨、降低冰雹灾害的目的。

人工增雨雪在各地农业抗旱中发挥积极作用。例如,1995年河北省开展飞机人工增雨作业16架次,受益面积10万hm2。累计增水量6mm,费用150万元;山西省飞行29架次,受益面积17万hm2,累计增水量4mm,费用180万元。甘肃省飞机人工增雨作业从1991年开始,每年均收到明显效果。1997年飞行作业32架次,累计飞行105h,航程约3.5万km,受益面积14.5万hm2,增加降水约9亿m3,作业成功率达95%以上,对缓解1997年的严重旱情,夺取全年粮食丰收起到了十分重要的作用。

据统计测算,飞机人工增雨的投入和效益比在1:30以上。使空中水资源可利用部分缓解陆地水资源的不足。

荒漠化地区既是一个脆弱的生态系统,也是一个宝贵的生态系统,其生态环境的好坏对周边地区和下游地区生态环境有重要影响,因此保护和建设好这一生态屏障,对于我国的东部地区乃至全国的环境、经济和社会的协调发展具有极为重要的意义。荒漠化地区严酷的自然条件、严峻的荒漠化扩张现实、严重的风沙及沙尘暴危害、尚不发达的区域经济基础、相对集中分布的少数民族区域及边疆地区、日益扩大的东西部经济差距、以及相对廉价的资源调配方式等等,严重地影响到包括资源开发利用、区域经济发展、民族团结、以及21世纪我国社会经济发展,使荒漠化防治成为举国关注的热点问题,并严重制约了我国环境、资源和社会经济的可持续发展。因此,在我国开展防治荒漠化、发展干旱区经济、实现可持续发展意义重大。

防治荒漠化的目的是:防止和(或)减少土地退化;恢复部分退化的土地;垦复已荒漠化的土地。

防治荒漠化的对策有:控制农林牧水工复合生态系统的结构和功能,合理利用水土资源;实行“生态系统管理”,促进系统内的良性循环;传统知识与现代科学技术相结合;完善政策措施和加强科学管理。

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