《農(nóng)田多水源高效利用理論與實(shí)踐》——科學(xué)推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的技術(shù)指導(dǎo)

環(huán)渤海濱海平原是黃淮海平原的組成部分, 是我國(guó)糧食生產(chǎn)基地, 在保障國(guó)家糧食安全方面占有重要地位。同時(shí), 該區(qū)也是我國(guó)濱海鹽土的典型代表區(qū)域, 土壤含鹽量高、地下水位埋深淺、改良難度大, 超出了大多數(shù)農(nóng)作物和自然植被的耐受能力, 大面積鹽堿地處于中低產(chǎn)和長(zhǎng)期撂荒狀態(tài)。作為該區(qū)重要的后備耕地資源, 合理開發(fā)、科學(xué)利用對(duì)保障國(guó)家糧食安全和當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。該區(qū)糧食生產(chǎn)長(zhǎng)期依靠抽提深層地下水, 導(dǎo)致地下水位下降, 形成了世界上最大的地下水漏斗區(qū), 引起一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題, 淡水資源匱乏制約了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。但該區(qū)擁有可更新的淺層咸水和微咸水資源, 開發(fā)利用率不足。安全高效利用微咸水和咸水資源, 是解決該區(qū)糧食生產(chǎn)淡水資源不足的重要途徑?？茖W(xué)利用相對(duì)豐富的自然降水, 提高降水資源的利用率, 也是解決該區(qū)淡水資源短缺的有效途徑。

中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心“渤海糧倉(cāng)科技示范工程”研究團(tuán)隊(duì), 針對(duì)環(huán)渤海濱海平原糧食生產(chǎn)中淡水資源匱乏、水分利用效率低下問(wèn)題, 以及淺層咸水與微咸水資源相對(duì)豐富、中低產(chǎn)田面積大和增產(chǎn)空間潛力大的優(yōu)勢(shì), 基于長(zhǎng)期定位試驗(yàn)和區(qū)域調(diào)查數(shù)據(jù), 對(duì)微咸水和咸水安全高效灌溉、農(nóng)業(yè)節(jié)水、雨水蓄集、結(jié)構(gòu)節(jié)水等方面進(jìn)行了深入研究, 實(shí)現(xiàn)了以咸補(bǔ)淡、以淡調(diào)鹽、多水源互補(bǔ)高效利用。在不增加或者降低區(qū)域農(nóng)業(yè)淡水資源用量條件下, 實(shí)現(xiàn)糧食和農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn), 為環(huán)渤海低平原區(qū)域農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收提供水資源保障, 為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供科技支撐?！安澈＜Z倉(cāng)科技示范工程”項(xiàng)目首席專家劉小京研究員以及張喜英研究員, 在系統(tǒng)總結(jié)環(huán)渤海濱海平原淺層咸水、微咸水及降水等多水源高效利用的研究成果基礎(chǔ)上, 主持編寫了《農(nóng)田多水源高效利用理論與實(shí)踐》一書, 該書已由河北科學(xué)技術(shù)出版社出版。

這部著作科學(xué)總結(jié)了咸水結(jié)冰凍融灌溉后咸淡水分離和梯次入滲的過(guò)程和土壤淋鹽機(jī)理, 結(jié)合后續(xù)降水和抑鹽技術(shù), 實(shí)現(xiàn)了作物生育期土壤保持脫鹽狀態(tài), 保證了農(nóng)作物正常生長(zhǎng)發(fā)育。作者系統(tǒng)地介紹了冬季咸水結(jié)冰灌溉改良濱海重鹽堿地技術(shù), 指出采用小于15 g?L-1的咸水冬季結(jié)冰灌溉, 結(jié)合覆蓋抑鹽和雨水淋鹽, 可使整個(gè)生育期土壤含鹽量控制在3 g?kg-1以下, 棉花當(dāng)年產(chǎn)量可達(dá)3 000 kg?hm-2以上, 實(shí)現(xiàn)改良鹽堿地和充分利用耐鹽植物資源的目的。

作者針對(duì)微咸水長(zhǎng)期灌溉存在的土壤次生鹽漬化影響作物生長(zhǎng)的難題, 提出了基于土壤保育的咸水安全灌溉理論, 并構(gòu)建了咸水直灌耕層水鹽調(diào)控、肥沃根層水肥鹽調(diào)控和耐鹽植物梯次改土技術(shù)體系?？偨Y(jié)了土壤有機(jī)質(zhì)“降鹽”重要機(jī)制及其維持咸水灌溉下土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和增強(qiáng)作物耐鹽脅迫能力的相關(guān)關(guān)系的研究成果, 提出了培肥“降鹽”的咸水安全補(bǔ)灌理論體系。介紹了創(chuàng)新性咸水灌溉關(guān)鍵技術(shù), 提出了咸水安全灌溉閾值; 研發(fā)的小麥、玉米周年鹽分平衡調(diào)控技術(shù), 冬小麥咸水補(bǔ)灌閾值提升至4.5 g?L-1; 育苗移栽“避鹽”技術(shù), 棉花閾值提升至5.3 g?L-1; 果園覆蓋集雨“淋鹽”技術(shù), 金絲小棗閾值提升至5.2 g?L-1; 蔬菜高濕潤(rùn)“耐鹽”負(fù)壓滲灌技術(shù), 番茄閾值提升至5.0 g?L-1。咸水安全灌溉閾值由2~3 g?L-1提升到4~5 g?L-1, 大幅度提升了咸水資源可利用量。研制的咸淡水混灌精準(zhǔn)控制裝置, 使微咸水長(zhǎng)期安全補(bǔ)灌成為可能。<5 g?L-1的微咸水資源利用率從不足8%提高到20%, 提高了灌溉水的資源量, 突破了微咸水長(zhǎng)期安全利用難題。針對(duì)雨養(yǎng)旱作播種保苗難題, 構(gòu)建了春玉米起壟覆膜側(cè)播、冬小麥“七步法”等保水抑鹽栽培技術(shù)模式, 研制了配套播種設(shè)備, 此項(xiàng)技術(shù)使作物單產(chǎn)提高30%以上。

這部著作還包括作者針對(duì)國(guó)家在該區(qū)實(shí)施的地下水壓采措施, 綜合考慮水資源、糧食安全和經(jīng)濟(jì)效益等方面的因素, 構(gòu)建了水分利用效率和水分經(jīng)濟(jì)效益雙高的棉花-冬小麥-夏玉米兩年3熟種植模式。該模式集成品種、栽培、灌溉等技術(shù), 形成了穩(wěn)夏增秋“雙早雙晚” “玉米勻播增密”等栽培技術(shù)配套提升水分利用效率的技術(shù)體系。同時(shí), 依據(jù)環(huán)渤海濱海平原區(qū)域水資源特征和不同區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件, 構(gòu)建了以“適水、適生、適地”為原則的多水源協(xié)同高效利用技術(shù)體系, 實(shí)現(xiàn)畝“用100 mm微咸水、節(jié)100 mm淡水、增100 kg糧食”的節(jié)約淡水、用好咸水的節(jié)水增產(chǎn)目標(biāo)。

在“渤海糧倉(cāng)科技示范工程”項(xiàng)目組和當(dāng)?shù)卣⒖萍既藛T的共同努力下, 5年來(lái), 累計(jì)示范推廣534.5萬(wàn)hm2, 棉改糧18.6萬(wàn)hm2, 改良鹽堿地38.7萬(wàn)hm2, 累計(jì)增糧104.7億kg, 節(jié)本增效186.5億元, 節(jié)水43.5億m3。

《農(nóng)田多水源高效利用理論與實(shí)踐》一書的出版, 得到了國(guó)家出版基金的資助。該書既是科研單位和科技人員的科研參考書籍, 又是農(nóng)業(yè)大專院校提升教學(xué)、實(shí)踐的參考教材。

中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心 王占升

2019年11月16日