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 国际前沿
节水吨粮田:华北水资源和粮食安全的必由之路
关键字:节水农业,粮食安全,华北平原,栾城站   来源: 栾城站   时间: 2009-04-21  点击率: 417249
  摘 要: 在粮食安全面临严峻挑战的情况下,如何破解华北平原水资源和粮食安全的矛盾,实现节水和高产双赢?栾城试验站张正斌研究员经过十年的试验研究提出,发展节水吨粮田是保障华北平原水资源和粮食安全的必由之路,对我国区域粮食安全和发展有一定的指导意义。

 

编者按:国务院近日通过了新增1000亿斤粮食生产能力规划。在粮食安全面临严峻挑战的情况下,华北平原作为我国粮食主产区之一,也是我国水资源严重短缺地区之一,是否还有潜力可以挖掘?如何破解华北平原水资源和粮食安全的矛盾,实现节水和高产双赢?

 
以色列的人均水资源仅为270立方米,但通过滴灌等节水技术,大幅度提高了水资源利用效率和水分生产能力,成为世界上现代农业发达和农产品出口国家。目前中国人均水资源占有量为2200立方米,华北地区人均水资源为450立方米,都高于以色列。因此,通过发展节水农业技术和种植抗旱节水高产高效品种,中国农业生产还有很大潜力可以挖掘。
 
中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心研究员张正斌经过十年的试验研究提出,发展节水吨粮田是保障华北平原水资源和粮食安全的必由之路,对我国区域粮食安全和发展有一定的指导意义。
 
节水吨粮田发展的必要性
 
华北平原是我国重要的商品粮基地,是我国最大的冬小麦—夏玉米连作带,为第一大小麦主产区和第二大玉米主产区。该地区年降水量为500~800毫米,无法满足冬小麦和夏玉米两季作物高产的需求,因此利用水库和地下水进行灌溉,是这一地带两年三熟高产的保障。然而,过量地下水开采已经使该地区形成了巨大的地下漏斗群,并成为世界上四个严重缺水地区之一,该地区人均水资源不到500立方米。该区又是我国政治、经济和文化中心,人口密度大;人口、粮食、经济与水资源的矛盾最为突出,是我国节水农业的核心地区。人口持续增长,耕地却逐渐减少,水资源日渐短缺,但粮食生产能力还必须逐步提高。唯一的解决途径就是发展节水吨粮田,让每一滴水生产出更多的粮食!
 
节水农业在华北平原研究和推广已经有20多年了,但通过节水是否能够实现节水和高产双赢,许多群众、干部还都持怀疑态度。目前,在华北平原还有大量群众是看地皮干旱情况,按照小麦、玉米生育期进行对应灌溉,而不是根据土壤(特别是浅中层)墒情和作物生理需水规律来进行科学灌溉。例如,河北省多年降雨量为530毫米,在靠地下水灌溉的石家庄周边地区,小麦基本还要灌溉4~5次,即播种水、冬(保苗)水、春(拔节水)、开花水、灌浆(麦黄)水;玉米灌溉3~4次,即播种水、拔节水、喇叭口期水等。按照每次每亩灌溉60毫米(40立方米)水来计算,小麦—玉米两季作物吨粮田灌溉就要达到6~8次,增加灌溉量300~500毫米左右,加上自然降雨,土壤供水量就基本在800~1000毫米左右。但农田水分利用效率基本上是每1毫米水分生产1公斤粮食。水分利用效率明显低于节水发达国家的1毫米水分生产2公斤粮食的水平。因此,通过选育种植抗旱节水高产品种结合其他节水配套措施,大力发展生物节水,还有很大的节水和增产潜力可以挖掘。
 
近十年来,我们在国家“863”节水和国家旱地农业支撑计划的支持下,结合小麦抗旱节水高产育种研究,在中国科学院栾城生态试验站,开展了小麦—玉米抗旱节水一体化简化栽培体系研究,取得了可喜可靠的研究进展。多年试验研究结果表明,节水条件下可以实现吨粮田,中丰水年(600毫米以上),旱地小麦—玉米就可以实现吨粮田;在常年降雨量(550毫米左右)时,灌溉小麦播种或者拔节水一次水(60毫米),就可以实现小麦—玉米吨粮田。通过多年多品种的实验,说明有许多小麦和玉米品种在普通施肥等管理条件下都可以实现吨粮田,而不是只有少数高产品种加上大水大肥,才能实现吨粮田。因此说明在华北平原高产地区,在节水灌溉条件下实现吨粮田具有普遍意义。发展节水吨粮田,可以实现节水和高产双赢,是保障华北平原水资源和粮食安全的必由之路。
 
节水吨粮田的可行性及试验证据
 
2003~2004年的试验研究结果表明,本年度小麦生育期降水260毫米,玉米生育期降水374.3毫米。小麦—玉米生育期共降水634.3毫米,为丰水年代表。我们选用了19个小麦品种和1个玉米品种进行不同水分处理的小麦—玉米抗旱节水高产试验。结果表明,在前茬是玉米地不灌溉条件下,在小麦生育期丰雨年份,有7个品种(京411,04-135,长6154,衡7228,衡95观26,临丰615和石家庄8号)亩产超过了400公斤(图1)。小麦品种石家庄8号亩产476.67公斤,玉米品种莱玉2号亩产525.28公斤,旱地两季作物超吨粮田(1001.95公斤/亩),水分利用效率=产量/供水量(降水量+灌溉量)为1.58公斤/毫米。
 
在拔节时灌溉一次(60毫米)的条件下,有3个品种(衡7228,衡95观26和石家庄8号)亩产超过450公斤(图2)。小麦石家庄8号亩产494.3公斤,玉米莱玉2号亩产549.17公斤,小麦灌溉一次,玉米不灌溉,两季作物超吨粮田(1043.47公斤/亩),水分利用效率为1.50公斤/毫米。
 
在拔节和灌浆时灌溉两次(120毫米)条件下,有三个小麦品种(中旱110,衡7228和石家庄8号)亩产接近500公斤。小麦石家庄8号亩产491.88公斤,玉米莱玉2号亩产560.84公斤,小麦灌溉两次,玉米不灌溉,两季作物超吨粮田(1052.72公斤/亩),水分利用效率为1.4公斤/毫米(图3)。
 
在2007~2008年的试验里,小麦生育期降水量为170.7毫米,玉米生育期降水量为357.3毫米,两季作物降水量总计528毫米,为平水年代表。小麦分别有3种水分处理,一是前茬玉米收获后不灌溉,进行旱地种植;二是小麦拔节期灌溉一次水(60毫米),三是小麦拔节和开花期共灌溉两次水(120毫米);后茬玉米统一不灌溉。利用34个小麦品种和10个玉米品种进行小麦—玉米抗旱节水品种筛选和抗旱节水高产一体化简化栽培体系研究。
 
结果表明,干旱条件下,小麦抗旱新品种运旱22-33亩产367.50公斤,玉米抗旱品种冀玉9号亩产642.5公斤,两季作物亩产(1010公斤)吨粮田水平,水分利用效率为1.91公斤/毫米。在小麦生育期干旱年份,有衡优18、晋麦47、晋太170、京冬8号、鲁德1号、鲁麦15、鲁麦1号、石家庄8号、西峰20、运旱22-33、运旱23-35和晋麦79共12个抗旱品种亩产超过250公斤(图4)。
 
在拔节期灌溉一次的条件下,我们和山西省小麦研究所联合选育的抗旱节水高产新品种晋麦79亩产449.88公斤,玉米农大108亩产656.86公斤,两季作物亩产1106.74公斤,水分利用效率为1.88公斤/毫米。有长6154、衡优18、晋太170、京东8号、鲁德1号、鲁麦1号、石家庄8号、西峰20、豫麦38、豫麦48、运旱22-33、运旱23-35、邯郸6050和晋麦79共14个抗旱品种亩产超过300公斤(图4)。
 
在拔节和开花期灌溉两次的条件下,晋麦79亩产484.77公斤,聊玉18亩产638.78公斤,两季作物亩产1123.55公斤,水分利用效率为1.73公斤/毫米。有晋麦47和晋麦79两个品种亩产超过400公斤(图4)。
 
2007年的玉米抗旱节水高产试验研究表明,在小麦收获后,玉米只灌溉播种水(60毫米),玉米生育期降水268.7毫米的情况下,10个试验品种中有7个亩产都超过500公斤。其中,浚单20单产超过650公斤/亩;鲁玉13和邢抗2号超过600公斤/亩。水分利用效率从1.56公斤/毫米~1.97公斤/毫米。如果考虑土壤含水量,玉米的水分利用效率应该在2公斤/毫米左右。说明这些抗旱节水高产品种都可以推荐在华北平原和西北地区广泛种植(图5)。
 
2008年在前茬小麦和当季玉米都没有灌溉的干旱条件下,10个玉米品种中有8个都亩产超过500公斤,其中,冀玉9号、农大108和农大84三个品种亩产超过600公斤。在前茬小麦灌溉一次,玉米不灌溉的情况下,农大108亩产超过650公斤。在前茬小麦拔节和开花期灌溉两次,玉米不灌溉条件下,聊玉18亩产接近650公斤(图5)。因此说明节水灌溉可以实现节水和增产双赢。
 
多年多品种试验结果表明,在降雨量比较多的年份,在华北地区旱地种植抗旱高产小麦和玉米新品种,小麦—玉米基本可以实现吨粮田。在平水年,小麦灌溉一水,则可以稳定实现小麦—玉米吨粮田,小麦灌溉二水可以确保吨粮田。增加灌溉一次明显比旱地增产,但灌溉两次比灌溉一次增产幅度不大,有的品种还会减产,并不是灌溉越多产量越高。从目前生产现状和抗旱节水品种生产潜力来看,在平水年,小麦灌溉一次400公斤/亩是完全可以实现的,灌溉两次可以到达500公斤/亩。小麦灌溉一次亩产千斤主要出现在丰雨年和高水高肥地。玉米不灌溉许多品种亩产500公斤,玉米灌溉一次亩产可以达到600公斤。
 
节水吨粮田配套措施
 
由于小麦生育期一般都干旱缺雨,应该对小麦进行节水灌溉和扩大种植水旱兼用型高产品种。玉米生育期一般雨热同步,可以不灌溉,实施玉米旱地种植,扩大水分高效利用、高产抗旱品种种植。即在华北平原地区实施半旱地农业,就基本可以实现节水吨粮田的目标。
 
在华北平原,由于小麦—玉米连作,土壤耗水较多,在干旱条件下,首先要保证小麦和玉米播种出苗水。近年来气候变暖,如果冬灌小麦,小麦冬季旺长易受冻害,另外,冬季棵间蒸散较小,小麦发育慢,耗水少,应该减少冬灌,而返青—拔节灌溉是该地区小麦高产的关键。虽然管道灌溉和喷灌在许多地区推广,但大面积农田仍然是大水漫灌和多灌,其实有些品种就是在灌溉一次和两次的条件下能够高产,如果灌溉三次反而无效分蘖增多,茎叶徒长,贪青晚熟,病虫害和倒伏严重发生,产量反而降低。另外我们要扩大秸秆还田和保护性耕作推广,高效利用自然降雨,充分利用土壤水库的水分。
 
通过近10年的试验,我们提出了小麦抗旱节水一体化简化栽培体系,是保障节水吨粮田实现的配套技术措施。即选用冬小麦抗旱节水高产优质优良品种→防病虫抗旱增产的包衣种子→小麦播种水(因为前茬高产玉米地表耗水严重,一般必须进行灌溉,多雨年份可以不浇)→小麦专用肥或者复合肥(亩施20公斤)→播种施肥一体化(或四密一稀)播种机沟播(有利于玉米提前人工间套)→返青期喷施除草剂(免中耕除草)→拔节期灌溉(春灌很重要)→开花—灌浆期喷施农药和抗旱、增产剂(少量施用)→小麦秸秆粉碎还田联合收割机收获→玉米播前防草除草(喷施除草剂“一扫光”等)→选用抗旱节水高产玉米优良品种→防病虫抗旱增产的包衣种子→玉米播种水(因为前茬小麦深层土壤耗水严重,一般必须进行灌溉)→玉米专用肥(或复合肥、尿素,亩施20公斤)→播种施肥一体化(两密一稀)播种机直播(有利于发挥玉米的边际高产效应,沟施化肥和管灌)→喇叭口期灌溉(很重要)→开花—灌浆期喷施农药和抗旱、增产剂(少量施用)→玉米秸秆粉碎还田联合收割机收获→旋耕(免深耕)→播种小麦。这是现代农业发展的趋势和华北现代农业模式之一。
 
也可以简称“小麦—玉米节水高产五个2技术”:即选用小麦、玉米抗旱节水优质高产品种(简称2种),结合联合收割机秸秆粉碎,播种施肥一体化机械(2机),小麦施复合肥20公斤/亩,玉米施尿素20公斤/亩(2肥),小麦拔节期,玉米播种化学除草(2杀),灌小麦播种水,麦黄水(或者玉米播种水)(2水)。实现小麦—玉米吨粮田(2000斤),减少灌溉2次(小麦冬灌、玉米苗期水,节水100方),提高水分利用效率20%,节约肥料20公斤/亩,提高肥料利用效率20%。
 
我们相信,随着加大水旱兼用型高产品种的推广,和抗旱节水高产一体化栽培措施的配套实施,节水吨粮田的面积将在华北平原高产地区快速扩大,在保障我国粮食和水资源安全方面发挥重要作用。
 
原文载于《科学时报》 (2009-4-16 A3 观察)
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