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坡耕地水土保持技术及垄向..
引言
据1991年联合国环境规划属统计分析, 世界干旱地区的总面积占世界陆地面积的41%, 另据估算, 全世界干旱半干旱地区现有耕地6亿多公顷, 约占世界总耕地面积的42.9%, 其分布遍及各大洲, 涉及60多个国家和地区, 因此, 干旱已经成为一个全球性的问题。
当前, 世界上先进国家无不重视发展旱地农业, 由于科技水平的提高和物质、 能量投入的增加, 有些国家的旱地农业已经取得了增产增收的良好成效。例如, 美国西半部年降水250~500mm的半干旱地区17个州, 经过几十年的发展, 经过更换良种、 推行测土和推荐施肥以及采用多种保水保土的保护耕作等某些微量元素, 形成农牧结合的粮草轮作体系, 在培肥土壤的同时, 促进了粮食和畜牧业的显着增产。
中国是一个干旱缺水严重的国家。中国的淡水资源总量为28100亿m3, 占全球水资源的6%, 但人均只有2170m3, 不足世界平均水平的1/4, 在世界上名列第109位, 是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。中国的旱农地区范围很大, 约占国土陆地面积的56%, 耕地面积约5.05×107hm2, 占全国总耕地面积的55.4%, 但灌溉面积仅占全国的15.8%。主要分布在沿昆仑山——秦岭——淮河一线以北的广大地区, 包括17个省、 自治区和直辖市的966个县, 地域辽阔, 其中的干旱区、 半干旱偏旱区、 半干旱区、 半湿润偏旱区是旱地农业的主体区域。
1995年的统计数字表明, 中国北方旱区总人口( 不包括半湿润区) 占全国人口总量的21.5%, 土地面积4.98×106km2, 占中国国土陆地面积的51.8%; 耕地面积3.65×107hm2, 占全国耕地面积的38.4%。因此, 北方旱农地区是中国旱地农业生产建设中极为重要的组成部分, 在中国农业生产中占有极其重要的战略地位。
中国北方旱区旱灾频繁, 大部分地区年降水量为300~500mm, 而且自然降水年际间变率大, 季节分布不匀, 水资源总量不足全国的20%, 耕地平均水量约5580m3/hm2, 水资源更为缺乏, 极大地制约和限制了农业和农村的发展。旱农地区地形复杂, 沟壑纵横, 土地贫瘠, 风蚀、 水蚀和沙化严重, 生态系统脆弱, 农业生产不稳定, 社会经济发展滞后。建国以来, 在党和政府的重视和领导下, 这一地区的旱地农业不断改进种植制度, 更新品种, 增施肥料, 并逐步研究一些较为先进的耕作技术, 在生产和科研上取得了不少新的进展。例如, 东北中西部地区以间隔深松为特点的深松耕法和结合轮作实行翻耕和耙茬播种, 来年轮换的轮翻耕法等少耕技术, 晋东南、 渭北等地的冬麦田夏闲期深松或深翻蓄墒的耕作法, 晋西等地的坡地蓄水聚肥耕作法, 以及在传统经验基础上总结提高形成的山西闻喜旱地小麦、 壶关旱地谷子增产耕作技术等, 都曾对农业增产起到过良好的促进作用。
从中国南北地区来看, 1997～1998年北方地区水资源总量仅为南方水资源总量的20%～30%, 较南方地区平均少18000亿m3; 但北方地区用水总量却超过了南方, 不但如此, 北方地区的用水量还远远超过了其本身所拥有的水资源总量的20%, 达到62%(1997)和36%(1998), 而南方地区用水总量仅占到其水资源总量的10%左右。因此, 按照国际上界定的可能发生水资源危机的用水标准, 北方半干旱地区又成为中国水资源危机紧缺地区的重中之重。位于中国北方的半干旱地区, 水资源短缺加之气候干旱和水土流失的双重作用, 致使该地区农业用水更加紧张。因此, 中国半干旱地区农业水资源合理利用的原则应该是水的有效保持和水的高效利用并重, ”保持”是前提, ”利用”是关键。
中国北方旱农地区大多施肥少, 粮食产量和农民收入依然较低。据1989年对半干旱偏早、 半干旱和半湿润偏旱三个农业类型区以雨养生产为主的434个县(含市属区)资料统计, 粮食平均亩产仅为: 半干旱偏旱区51kg, 半干旱区131.8kg, 半湿润偏早区201.7kg; 农民人均年产粮食为: 半干旱偏早区仅259.6kg, 半干旱区349.6kg, 半湿润偏旱区达到499.1kg; 农民人均纯收入为: 半干旱偏旱区仅260.2元, 半干旱区374.3元, 半湿润偏旱区也才413.2元。由此可见, 中国北方旱农地区的大部当前仍处于经济相对贫困状态, 发展中国北方的旱地农业势在必行。
解决半干旱地区农业缺水问题并进而实现有限水资源高效利用的中心环节是农业节水。因此, 补充灌溉和现代旱地农业的有机结合是半干旱地区农业发展的必然选择。半干旱地区的节水农业要攻克的共同难关是如何提高有效降雨和作物水分利用效率。
东北半干旱区是中国北方旱农地区的重要组成部分, 除具有北方旱区的共性外, 长久的自然环境和人类活动的影响使其具有自身的发展特点。该区水资源总量虽然较为丰富, 但大部分地区地表水较少, 气候差异变化大, 冬季漫长寒冷, 春季多大风, 蒸发强烈, 春旱尤为突出, 且春旱夏涝常常交替出现。本地区降水年变率和季节变率大, 年平均降水量在250~500mm之间, 且降水主要集中于夏季, 正常年份6~9月的降水量占全年降水量的70%~80%。降雨量虽然不多, 但阵发性暴雨较多, 导致水土流失严重, 地力瘠薄。
因此, 全面提高东北半干旱地区旱地农业的生产发展速度, 走节水农业之路, 农林牧综合发展, 彻底改变东北旱农地区的贫困落后面貌, 对振兴东北老工业基地, 对中国农业和整个国民经济的持续发展都具有重要的战略意义。针对东北半干旱抗旱灌溉区坡耕地灌溉水源不足地区的水资源高效利用问题, 开展了”机械化暗式坐水播种技术+机械化苗期补灌技术+机械化坡耕地垄向区田保水技术”集成模式研究”。
第一节、 东北半干旱区概况
( 一) 东北半干旱区的地理位置及地区分布
根据北方旱地区域类型分异规律, 以降雨量及辅助指标体系可将东北半干旱区分为三个一级区, 即半干旱偏旱区、 半干旱区和半湿润偏旱区, 每个一级区又可细分为数量不同的二级区。
1.半干旱偏旱区
本区东起呼伦贝尔高原, 向西南延伸, 即内蒙古东北部高平原半干旱偏旱牧区。
2.半干旱区
本区位于大兴安岭西麓、 东北西部丘陵和平原一带, 即: ( 1) 大兴安岭西麓高平原半干旱牧区; ( 2) 松嫩平原东北水土流失半干旱农业区; ( 3) 松嫩平原中西部半干旱农牧区; ( 4) 吉林西部平原风沙半干旱农( 牧)区; ( 5) 大兴安岭东南麓科尔沁低山丘陵半干旱农牧区; ( 6) 科尔沁沙地半干旱农林牧区; ( 7) 西辽河平原半干旱灌溉农业区; ( 8) 辽宁西北低山丘陵水土流失及风沙半干旱农业区。
3.半湿润偏旱区
本区主要包括大小兴安岭、 松嫩平原东部、 吉林中部平原、 辽西南的中北部、 燕山北部山地, 即: ( 1) 大小兴安岭山地丘陵半湿润偏旱农林区; ( 2) 松嫩平原东部半湿润偏旱农业区; ( 3) 吉林中部平原半湿润偏旱农业区; ( 4) 辽宁西南——中北部半湿润偏旱农业区。
( 二) 东北半干旱区的干旱灾害
东北半干旱区是典型的旱作农业区, 旱灾一直是该区农业生产的主要自然灾害之一, 随着经济社会的发展和农业结构调整步伐的加快, 近年来干旱发生的频率和范围有增加和扩大的趋势, 因干旱造成的经济损失也越来越大。
以黑龙江省的旱灾状况为例, 根据资料初步统计, 建国以来, 黑龙江省西部发生旱灾的频次为35/42, 4~5月的春旱普遍存在, 有” 9春旱”之说, 不但如此, 6月的”卡脖旱”, 7、 8月份出现的”伏旱”或夏旱以及9月份出现的”秋旱”时有发生, 严重时出现的春夏连旱对农业的影响最大。90年代黑龙江省处在严重的干旱期, 几乎连年有干旱, 春旱连夏旱, 甚至是春、 夏、 秋三季连旱。特别是进入21世纪的近两年, 出现了历史上全省普遍、 严重的干旱现象。 4月25日至7月16日的80多天, 全省平均降雨50mm, 比历史同期少降水50%~90%, 高温持续15天, 受旱面积501.6万hm2, 其中严重干旱面积394.6万hm2。 春季全省持续高温少雨, 致使全省受旱面积之大、 程度之严重、 范围之广、 持续时间之长, 都是历史上少有的。 黑龙江省出现了历史上最为严重的旱情, 春季气温异常偏高, 降水量持续偏少, 大部分地区出现干旱。全省春夏两季持续少雨、 高温、 多大风, 春旱范围广、 程度重, 旱情持续时间较长, 是最近40年少有的。总结近些年来黑龙江省干旱的特点是: 干旱由季节性变为常年性, 由交替性变为连续性, 由局部性变为普遍性。
( 三) 东北半干旱区坡地的水土流失及成因分析
1.水土流失现状
由以上的分区可看出东北半干旱区呈现出山地、 丘陵、 平原等多种地形地貌, 据资料统计, 东北地区总土地面积123.8×104km2, 耕地面积21.4×l04km2, 水土流失面积43.5×104km2, 耕地和水土流失面积分别占全区总土地面积的17.3%和35.1%; 在耕地中坡耕地约占40%, 大多数的坡耕地都存在不同程度的水土流失。按水土保持区划分, 低山、 丘陵、 漫川漫岗区水土流失面积占总流失面积的74.6%; 按侵蚀形式划分, 水蚀面积占总流失的64.7%; 按土壤侵蚀强度划分, 轻微度水土流失面积占73%。
在中国东北半干旱区范围之内的松辽流域, 北起黑龙江省的嫩江、 克东, 经海伦、 绥化、 哈尔滨等县市, 向南断续延伸至吉林省四平市的南部边界, 分布着全世界仅有三大块黑土区之一的中国东北黑土区, 面积约100万km２。据资料显示, 当前, 在东北地区仅黑土流失面积就有27.59万km２, 占东北总土地面积的27.09%, 占水土流失总面积的63.43%, 如果黑土再一步退化, 将直接影响中国生态环境建设; 影响到中国绿色食品产业的发展,甚至威胁到中国的农业生产、 粮食安全、 社会稳定和可持续发展。由于黑土的不可再生性 如再不加以有效的防治, 再过50多年的时间, 黑土区的黑土层将会大部分消失, 美国30年代出现的”黑风暴”将会在东北黑土区重演, 东北黑土区将成为名副其实的”北大荒”, 其后果不堪设想。
2.水土流失的成因
( 1) 自然条件的影响
东北半干旱区地形地貌复杂多变, 坡地较多, 土壤疏松、 抗蚀能力弱。下垫面状况和阵发性降雨较多是导致该区水土流失严重首要因素。
( 2) 土地的过度垦殖
由于人口的不断增加, 平岗地的农业生产己满足不了人们的要求, 从而转向坡地的开发, 毁林毁草种地, 造成水土流失加剧, 黑土层变薄, 跑水、 跑土、 跑肥现象严重, 沟壑增多, 地力减退, 粮食产量下降。
( 3) 掠夺式经营
东北地区耕地面积大, 是中国重要的商品粮生产基地, 重用轻养造成一部分土壤长期处于超负荷利用状态。作物每年从土壤中带走的大最养分得不到有效的补充, 造成土壤养分平衡失调, 理化性状恶化, 土壤肥力减退, 抗御自然灾害能力差。
( 4) 土壤使用功能转移
随着城市化进程的加快, 有相当数量的耕地转为她用, 使部分土地发生永久性退化。
( 5) 工农业生产对土壤的污染
为追求高产, 经过多施加化肥等来维系农业生产, 大量农药、 化肥残留在土壤中, 造成土壤理化性质变坏, 影响农作物正常生长。
水土流失不但造成了东北半干旱区黑土面积减少, 黑土层变薄, 而且使土壤理化性状日趋恶化, 土壤养分减少、 肥力下降。由此能够看出, 在东北半干旱地区一方面是干旱灾害, 一方面又伴随着水土流失和跑水跑肥现象。因此, 对该区而言, 农业发展面临的最大问题就是抗旱和防治水土流失, 抗旱必须先治坡, 治坡必须先保土。
第一节、 东北半干旱区概况
( 一) 东北半干旱区的地理位置及地区分布
根据北方旱地区域类型分异规律, 以降雨量及辅助指标体系可将东北半干旱区分为三个一级区, 即半干旱偏旱区、 半干旱区和半湿润偏旱区, 每个一级区又可细分为数量不同的二级区。
1.半干旱偏旱区
本区东起呼伦贝尔高原, 向西南延伸, 即内蒙古东北部高平原半干旱偏旱牧区。
2.半干旱区
本区位于大兴安岭西麓、 东北西部丘陵和平原一带, 即: ( 1) 大兴安岭西麓高平原半干旱牧区; ( 2) 松嫩平原东北水土流失半干旱农业区; ( 3) 松嫩平原中西部半干旱农牧区; ( 4) 吉林西部平原风沙半干旱农( 牧)区; ( 5) 大兴安岭东南麓科尔沁低山丘陵半干旱农牧区; ( 6) 科尔沁沙地半干旱农林牧区; ( 7) 西辽河平原半干旱灌溉农业区; ( 8) 辽宁西北低山丘陵水土流失及风沙半干旱农业区。
3.半湿润偏旱区
本区主要包括大小兴安岭、 松嫩平原东部、 吉林中部平原、 辽西南的中北部、 燕山北部山地, 即: ( 1) 大小兴安岭山地丘陵半湿润偏旱农林区 ( 2) 松嫩平原东部半湿润偏旱农业区; ( 3) 吉林中部平原半湿润偏旱农业区; ( 4) 辽宁西南——中北部半湿润偏旱农业区。
( 二) 东北半干旱区的干旱灾害
东北半干旱区是典型的旱作农业区, 旱灾一直是该区农业生产的主要自然灾害之一, 随着经济社会的发展和农业结构调整步伐的加快, 近年来干旱发生的频率和范围有增加和扩大的趋势, 因干旱造成的经济损失也越来越大。
以黑龙江省的旱灾状况为例, 根据资料初步统计, 建国以来, 黑龙江省西部发生旱灾的频次为35/42, 4~5月的春旱普遍存在, 有” 9春旱”之说, 不但如此, 6月的”卡脖旱”, 7、 8月份出现的”伏旱”或夏旱以及9月份出现的”秋旱”时有发生, 严重时出现的春夏连旱对农业的影响最大。90年代黑龙江省处在严重的干旱期, 几乎连年有干旱, 春旱连夏旱, 甚至是春、 夏、 秋三季连旱。特别是进入21世纪的近两年, 出现了历史上全省普遍、 严重的干旱现象。 4月25日至7月16日的80多天, 全省平均降雨50mm, 比历史同期少降水50%~90%, 高温持续15天, 受旱面积501.6万hm2, 其中严重干旱面积394.6万hm2。 春季全省持续高温少雨, 致使全省受旱面积之大、 程度之严重、 范围之广、 持续时间之长, 都是历史上少有的。 黑龙江省出现了历史上最为严重的旱情, 春季气温异常偏高, 降水量持续偏少, 大部分地区出现干旱。全省春夏两季持续少雨、 高温、 多大风, 春旱范围广、 程度重, 旱情持续时间较长, 是最近40年少有的。总结近些年来黑龙江省干旱的特点是: 干旱由季节性变为常年性, 由交替性变为连续性, 由局部性变为普遍性。
( 三) 东北半干旱区坡地的水土流失及成因分析
1.水土流失现状
由以上的分区可看出东北半干旱区呈现出山地、 丘陵、 平原等多种地形地貌, 据资料统计, 东北地区总土地面积123.8×104km2, 耕地面积21.4×l04km2, 水土流失面积43.5×104km2, 耕地和水土流失面积分别占全区总土地面积的17.3%和35.1%; 在耕地中坡耕地约占40%, 大多数的坡耕地都存在不同程度的水土流失。按水土保持区划分, 低山、 丘陵、 漫川漫岗区水土流失面积占总流失面积的74.6%; 按侵蚀形式划分, 水蚀面积占总流失的64.7%; 按土壤侵蚀强度划分, 轻微度水土流失面积占73%。
在中国东北半干旱区范围之内的松辽流域, 北起黑龙江省的嫩江、 克东, 经海伦、 绥化、 哈尔滨等县市, 向南断续延伸至吉林省四平市的南部边界, 分布着全世界仅有三大块黑土区之一的中国东北黑土区, 面积约100万km２。据资料显示, 当前, 在东北地区仅黑土流失面积就有27.59万km２, 占东北总土地面积的27.09%, 占水土流失总面积的63.43%, 如果黑土再一步退化, 将直接影响中国生态环境建设; 影响到中国绿色食品产业的发展,甚至威胁到中国的农业生产、 粮食安全、 社会稳定和可持续发展。由于黑土的不可再生性, 如再不加以有效的防治, 再过50多年的时间, 黑土区的黑土层将会大部分消失, 美国30年代出现的”黑风暴”将会在东北黑土区重演, 东北黑土区将成为名副其实的”北大荒”, 其后果不堪设想。
2.水土流失的成因
( 1) 自然条件的影响
东北半干旱区地形地貌复杂多变, 坡地较多, 土壤疏松、 抗蚀能力弱。下垫面状况和阵发性降雨较多是导致该区水土流失严重首要因素。
( 2) 土地的过度垦殖
由于人口的不断增加, 平岗地的农业生产己满足不了人们的要求, 从而转向坡地的开发, 毁林毁草种地, 造成水土流失加剧, 黑土层变薄, 跑水、 跑土、 跑肥现象严重, 沟壑增多, 地力减退, 粮食产量下降。
( 3) 掠夺式经营
东北地区耕地面积大, 是中国重要的商品粮生产基地, 重用轻养造成一部分土壤长期处于超负荷利用状态。作物每年从土壤中带走的大最养分得不到有效的补充, 造成土壤养分平衡失调, 理化性状恶化, 土壤肥力减退, 抗御自然灾害能力差。
( 4) 土壤使用功能转移
随着城市化进程的加快, 有相当数量的耕地转为她用, 使部分土地发生永久性退化。
( 5) 工农业生产对土壤的污染
为追求高产, 经过多施加化肥等来维系农业生产, 大量农药、 化肥残留在土壤中, 造成土壤理化性质变坏, 影响农作物正常生长。
水土流失不但造成了东北半干旱区黑土面积减少, 黑土层变薄, 而且使土壤理化性状日趋恶化, 土壤养分减少、 肥力下降。由此能够看出, 在东北半干旱地区一方面是干旱灾害, 一方面又伴随着水土流失和跑水跑肥现象。因此, 对该区而言, 农业发展面临的最大问题就是抗旱和防治水土流失, 抗旱必须先治坡, 治坡必须先保土。
第二节、 东北半干旱区坡耕地的水土资源
( 一) 东北半干旱区坡耕地水资源及坡耕地的发展方向
1.东北半干旱区坡耕地水资源的特点
( 1) 降水有限, 水资源数量少, 作物水分亏缺量较大
东北半干旱偏旱区多年平均降水量在250~350mm之间, 80%保证率的年降水量仅为200~250mm。地上和地下水资源贫乏, 耕地和草地每年每亩平均仅有水资源10m3上下, 仅为全国亩均的0.6%, 作物平均亏缺水分100~130mm。半干旱区多年平均降水量350~450mm, 80%保证率的年降水量为250~400mm。地上和地下水资源分布极不均匀, 少的每年每亩平均仅33.2m3, 仅占全国亩均的1.9%, 多的每年每亩平均也不过139.2m3, 仅为全国亩均的7.9%。作物平均亏缺多的达60mm, 在较好的情况下能够略盈20mm, 但极不稳定。半湿润偏旱区多年平均降水量在450~600mm之间, 80%保证率的年降水量在400~500mm。
( 2) 降水季节分配不均, 春旱十分突出, 降水年变率、 季节变率大, 导致旱灾频繁
降水变率是指某年或某一季节的实际降水量与多年同期平均降水量的差(一般称为降水距平)占多年同期平均降水量的百分比, 降水年变率和季节变率大是中国东北半干旱区降水的又一明显特点, 由于降水年变率和季节变率大, 发生干旱的频率也必然较大。东北半干旱区全年降水量约有55~70%落在夏季6月~8月或夏季至初秋7月~9月三个月内, 而冬季至春季6个月的降水量多仅占12~20%左右。春播时土壤含水量大多偏低, 必须从上年起就及时采取蓄保水分的措施, 春旱秋抗, 趁墒播种, 保墒不好的需增墒播种, 这也是中国旱农生产中最突出、 最普遍的问题。
( 3) 降水集中季节常有强度大的暴雨, 招致坡地严重水土流失, 有时并引起严重洪涝灾害
东北半干旱地区的暴雨大部分集中于6~8月, 特别是历时短强度大的暴雨出现的机会多, 不但会引起严重洪涝灾害, 还会导致坡耕地大量的水土流失。据统计, 东北地区水土流失面积43.5×104km2, 占全区总土地面积的35.15%。本区内湿润和半湿润地区, 水力侵蚀分布比较普遍, 水蚀面积占总流失的64.7%, 轻微度水土流失面积占73%。
( 4) 冬春多大风, 蒸发量大而地面空气相对湿度低, 土壤保墒困难
中国东北地区冬春季节, 因受蒙古高压控制, 盛行干燥寒冷的西北风, 春季大风日数也较多。在半干旱偏旱和半干旱区, 年内大风日数可在10~20天之间, 风蚀严重, 近些年伴随大风常有沙暴发生。在干燥大风影响下, 土壤蒸发强烈, 致使这些地区4月份地面空气相对湿度偏低, 随之土壤水分大量散失。在东北半干旱地区, 必须采取保墒措施才能保证播种出苗的最低水分, 即使在半湿润偏旱区, 如不慎重采取保墒措施, 春季土壤水分也常常难以保证全苗。
( 5) 地形地貌复杂, 常常有水难用
东北半干旱区是以丘陵坡耕地为主, 山地、 丘陵、 高原、 盆地、 滩地、 平原纵横交错, 许多地区地下水埋藏较深, 打深井提用较困难。由于水资源利用难度较大, 必须尽可能充分利用天然降水, 发挥土层深厚的优势, 建立”土壤水库”, 并大力搞好水土保持, 改进旱农耕作栽培技术, 提高水分利用效率。
2.东北半干旱区坡耕地的发展方向
对于水资源比较丰富而且容易开采的地区发展灌溉农业为最好, 而对于水资源比较匮乏而且开发利用比较困难的地区来说, 只能走抗旱雨养农业的道路。由此可见, 对于东北半干旱坡耕地地区来说走高投入的节水灌溉农业是行不通的, 必须走旱作农业与节水农业相结合的道路。
( 二) 东北半干旱区坡耕地水土流失危害及防治
除了干旱之外, 限制东北半干旱区坡耕地农业发展的另一个问题就是水土流失, 特别是黑土的流失和退化, 研究如何有效防治东北半干旱区的水土流失, 对于指导该区农业的可持续发展具有重要意义。
1.东北半干旱区坡耕地水土流失的危害
(1)丧失了宝贵的土地资源
当前, 东北黑土平均每年流失厚度为0.7cm~1cm, 而形成1cm厚的黑土大约需要3 ~4 时间。黑土层已由开垦初的80cm~100cm下降到20cm~30cm, 黑土流失后是不可再生的。
(2)降低了土地生产力
在东北半干旱地区, 表层土壤流失后, 剩下的主要是白浆土等理化性状差的土质, 土地会发生板结, 土壤肥力下降, 大大降低土壤原有的生产力。
(3)减少耕地、 毁坏家园
据不完全统计, 东北黑土区因严重的水土流失产生的大型侵蚀沟达25多万条, 仅黑龙江省的大型蚀沟就达十四万四千多条。多年来吞噬农田144万亩。吉林省榆树市刘家乡合心村, 由于侵蚀沟的不断发展, 使村屯几度搬迁。
(4)流失的泥沙淤积河道、 水库, 影响防洪安全
松花江哈尔滨3400m河段淤积, 沙滩的高度比五十年代提高了4m。大桥原有8孔通航, 现在只剩2孔; 松花江航程由1500km缩到580km; 辽河干流巨流河至六间房河段, 平均每年淤高约10cm, 已成为”悬河”。
2.东北半干旱区坡耕地水土流失的防治
在东北半干旱区水土流失综合治理的措施布局上, 应贯彻”预防为主, 全面规划, 综合治理; 因地制宜, 加强管理, 注重效益”的水保方针。实施以小流域为单元的山、 水、 田、 林、 路综合治理开发, 针对不同的土壤侵蚀类型、 地形地貌类型及水土流失特点, 因地制宜地配置各项治理措施, 同时要做到工程措施、 林草措施、 耕作措施有机结合, 更好的发挥各项治理措施的作用。
当前, 坡耕地水土保持的措施很多, 如水平梯田、 等高耕作、 垄作、 垄向区田、 带状耕作和免耕等。这些保持水土措施的原则是使坡地不坡, 尽量降低坡度, 甚至成为平地; 或是土地呈有坡度, 但减少雨水从上坡向下坡的汇集。这些保土耕作措施各有其运用条件和适用范围, 其中垄向区田技术保水、 保肥、 简便易施和适用地域广的特点正在被人们所关注和重视。垄向区田技术操作简单, 在坡耕地农田实施投资小, 实施当年见成效。在东北半干旱区坡耕地以及全国坡耕地治理中必将发挥重要作用。
第三节、 东北半干旱区坡耕地的发展潜力
东北地区现有耕地面积21.4×l04km2, 坡耕地在耕地面积中约占40%; 东北黑土区坡耕地面积为1.92亿亩, 占耕地总面积的占60%。当前, 中国东北半干旱地区的粮田降水生产潜力开发程度大多在20~40%左右, 存在着巨大的农业增产潜力。
据统计, 1990年北方旱农区的主要农产品产量同1978年相比, 粮食总产由7.28×107t增加到2.15×108t, 增长了194.75%; 棉花总产从4.89×105t上升到2.91×106t, 增长了4.94倍; 其它经济作物, 如水果、 麻类、 烟草等都是成几倍或十几倍的增长。由此可见, 发展中国东北半干旱地区的旱地农业具有良好的前景, 它对于加速改变这一地区的农业面貌, 同时发展多种经营和开发这一地区的丰富能源有着重大的战略意义。
当前, 本区农业以种植业为主, 牧业和林业为辅, 农业生产经营较为粗放, 土地沙化、 土壤肥力退化现象较为严重, 干旱、 低温、 霜冻、 风沙灾害较多, 广种薄收, 产量较低而不稳。本区当前存在的问题与今后农业发展的重点在于合理利用和保护水土资源。发展旱地农业, 加强旱作农业技术与节水技术的研究和推广, 抓好综合治理, 改进生态环境, 农林牧综合发展, 促进旱地农业向可持续发展的高产、 优质、 高效农业方向发展, 这是振兴东北半干旱区农业和实现中国农业可持续发展的必然途径。
本区将来农业的发展方向应以旱作农业与节水灌溉农业相结合并同步进行为主。在农业区要处理好旱作农业和灌溉农业的关系, 大力发展节水农业, 水旱兼顾, 提高抗灾能力, 提高生产效益; 同时又要加强旱作农业技术的应用, 提高自然降雨的利用率和生产效率, 实现旱作农业与节水灌溉农业的协调发展。在农牧区不宜农耕地的, 应还草还牧, 或者将耕作制度调整为粮草轮作, 逐步提高载畜量, 建立畜产品生产基地。大力种草造林, 扩大植被以保护土壤, 涵养水源, 日益减少水土流失。总之, 要积极调整种植结构, 合理利用并发挥自然资源优势, 提高特产资源的品质, 建立自给性农业, 商品性畜牧业, 保护性林业, 促进农林牧业的综合发展, 改进生态环境, 实现生态系统及经济系统的良性循环。
第三章坡耕地节水农业技术的选取,集成与可行性分析
第一节、 节水农业和节水农业技术
( 一) 节水农业
节水农业是提高用水有效性的农业, 是水、 土、 作物资源综合开发利用的系统工程。节水农业适宜于在所有从事农业的地区推行, 但主要是指在半干旱和半湿润地区充分利用自然降水的基础上高效利用灌溉水的农业。节水农业要解决的中心问题及其衡量标准是如何提高农业生产中水的利用率和生产率以及作物的产量和品质。
节水农业主要包括节水灌溉农业、 有限灌溉农业和旱作农业。节水农业的各种类型划分并没有很严格的界限, 因此, 有的学者又把节水农业简化地分为节水灌溉农业和旱作农业。节水农业的目标为: 在节水灌溉农业中如何做到节约大量灌溉水的同时实现作物高产, 在旱作农业中, 力求增加少量的补充供水以达到显着的增产。
( 二) 节水农业技术
节水农业技术是综合生产系统, 从不同的角度可对其有不同的分类方法。根据上述节水农业的分类, 大致可概括为以下两个方面。
1.节水灌溉农业技术
节水灌溉农业一般是指为节约和合理开发利用水资源, 利用工程技术、 农业技术和管理技术尽量减少灌溉水输送过程中的水分渗漏和蒸发, 同时不断改进灌溉技术、 优化灌溉制度、 减少灌溉定额, 以尽量满足作物各生育阶段对水分的需求, 达到提高农业用水效益的目的, 实现高产的一种灌溉农业类型。节水灌溉农业的工程技术主要应用于水资源比较丰富的地区, 是节水灌溉农业的主要组成部分, 包括喷灌、 微灌、 低压管道输水、 渠道防渗、 地面及地下灌溉新技术等。
2.旱作农业节水技术
传统和现代的旱作农业技术能够归纳为三个方面, 即: 改进土壤水分状况的土壤蓄水保墒技术、 改进土壤养分状况的培肥地力技术及与抗旱相配套的农艺措施等。
( 1) 土壤蓄水保墒技术
①种苗增墒技术, 包括坐水播种技术和苗期补水技术等;
②耕作技术, 包括深耕翻、 深松、 少耕、 免耕和带状耕作、 沟垄种植等;
③农田建设, 包括修筑垄作区田和垄向区田, 坡改梯田及修建梯田等;
④保墒技术, 包括覆盖、 耙耱、 中耕等;
⑤化学调控技术, 包括使用保水剂和抗蒸腾剂等。
( 2) 培肥土壤地力技术
主要包括生物养地技术、 合理施肥技术等。
( 3) 农艺设施技术
主要是指选择抗旱、 抗逆高产作物品种、 进行合理轮作及种植结构调整等。
第二节、 建立节水农业技术集成模式的意义和应注意的问题
( 一) 建立节水农业技术集成模式的意义
当前, 中国许多单项农业节水技术已经达到了比较成熟的推广应用阶段, 取得了良好的效果。今后, 一方面要继续加强对单项农业节水技术的开发和推广应用; 另一方面, 要更多地重视单项农业节水技术的组装和优化配套。将这些单项农业节水技术因地制宜地集成组装配套, 形成节水农业体系集成配套模式, 将更大程度地发挥各项技术的综合性、 先进性、 系统性、 互补性, 其节水增产、 改进生态环境的效益将更为显着。
各时、 各地的自然环境条件、 社会经济状况、 农业生产特点与各种农业节水技术类型之间存在着优化集成的内涵, 建立节水农业技术集成模式能够因地制宜地发挥各项技术节水增产、 改进生态环境的优势, 达到重点效益突出、 综合效益最佳。建立节水农业技术体系集成模式能更有效地解决中国农业水资源供需的矛盾, 能更有效地发挥各时、 各地和各种农业节水技术的节水增产潜力。
( 二) 建立节水农业技术集成模式需要注意的问题
节水农业技术集成模式是因地制宜选用单项节水技术有效集成组装配套而成的, 组装配套以后应是一个多项技术有机组合的、 具有一定结构和功能的完整系统。不同模式的结构和功能的重点与特点不同, 但在节水农业技术集成模式建立所需要注意的问题方面, 一般都可从所建模式的持续性、 适应性、 科学性、 整体性、 系统性、 效益性和可操作性等方面的要求考虑, 总体应遵循”立足当前, 着眼未来, 实事求是, 有所作为”的原则。
第三节、 东北半干旱区坡耕地节水农业技术的选取与集成的可行性分析
( 一) 东北半干旱区坡耕地节水农业技术的选取
综上所述, 针对东北半干旱区坡耕地地区的自然环境条件、 社会经济状况、 农业生产特点和科技水平等, 从节水、 增产、 增效、 提高水分生产率、 改进生态环境的要求出发, 选取坐水播种、 苗期补水和垄向区田三种切实可行的节水农业技术, 并对其进行集成。经过三项技术有机结合, 建立适合于东北半干旱区抗旱灌该区坡耕地节水抗旱技术集成模式。
１.坐水播种技术
坐水播种是一种点浇播种措施, 也是中国一种古老的局部灌溉方法, 具体操作时将一定量的水注入局部土壤中, 以满足种子发芽和保苗需水最低限度。东北半干旱区水资源短缺, 春季播种时常常干旱, 田间土壤干燥, 播后出苗率低。根据东北松嫩平原一带的气候特点, 只要能保证出苗所需的水分, 在一般年份降雨情况下, 就能够满足旱作物生长发育对水分的需要。不但如此, 在南方一些雨养农业的地方, 也能够采用这种方法。这种把播种、 灌水结合起来的播种抗旱方法, 能够及时播种, 不误农时, 用水量很少, 扩大了雨养农业的范围。比较早期的坐水方法主要为人工作业, 20世纪90年代末以来, 利用机械进行开沟、 补水、 播种、 施肥、 覆土、 培土等多道工序, 能够一次完成。选取坐水播种技术主要是用来解决东北半干旱区的春季抗旱播种问题。该单项技术的研究及应用情况详见第三章。
2.苗期补灌技术
灌溉是解决作物水分亏缺的有效办法。当前, 国外先进国家采用喷灌、 微灌、 滴灌、 渗灌等灌溉技术, 满足作物全生育期的生长发育需求, 提高了农产品的产量和质量, 取得了相当大的增产效益。但在半干旱地区, 水资源有限, 对作物的补灌只能是一种有限灌溉。苗期补灌技术也是一种旱地农业生产措施, 它经过中耕时的田间补水来满足大田作物的苗期需水要求, 能起到很好的抗旱保苗作用。近年来, 国内部分农业大学联合研制了行走式节水灌溉机具进行作物苗期补水, 取得了一定的经济效益和灌溉效果。如: 黑龙江省春旱严重, 根据实际情况, 在该省中西部干旱地区主要采用补水灌溉。根据该区降雨分布情况, 如果在苗期进行补灌, 大多数年份能够接上雨季, 获得丰收。选取苗期补水技术主要是用来解决东北半干旱区的春旱、 夏旱和春夏连旱的抗旱保苗问题。该单项技术的研究及应用情况详见第三章。
3.垄向区田技术
垄向区田是一项旱田垄作坡耕地的水土保持耕作措施, 它是在垄沟内每隔一定的距离修筑一个略低于垄台的横土垱, 将垄沟分割形成一节节的浅穴, 以垄台和土垱就地拦蓄自然降雨, 雨水在浅穴内暂时贮存, 延长降雨入渗时间, 解决大降雨和弱渗入的矛盾, 因而保持水土。由于它能就地拦蓄降雨, 提高土壤的含水量, 改进土壤水分环境和作物的生长环境, 减少土壤养分流失, 从而促进作物生长和促使作物增产
垄向区田的主要技术是修筑土垱的时期, 土垱间的距离, 土垱的高度和宽度, 筑土垱的取土方法和使用工具。近年来, 垄向区田的运用由原来的干旱、 半干旱地区坡耕地地区扩大到雨量分布不均的湿润地区、 旱季分明的地区和大面积土地平整而微地形复杂的地区以及热带草原等, 由中耕作物地扩大到麦类作物和由旱地农业扩展到灌溉坡耕地。垄向区田具有明显的保水、 保土和保肥的作用, 从而使作物的产量和净产值得到明显的提高, 当前已经开发出了相应的机具, 为垄向区田技术的推广创造了条件。选取垄向区田技术主要是用来解决东北半干旱区坡地的水土流失问题。详见本章第四节。
( 二) 东北半干旱区坡耕地节水农业技术集成的可行性分析
1.东北半干旱区的干旱特点是促使该地区节水农业技术集成的先决条件
由于东北半干旱区地形地貌、 土壤类型及结构的复杂多样, 以及降水的时空分布不均, 再加上人类的长期干预造成了各地差异悬殊的土壤水分状况。该地区春风大, 农田蒸散剧烈, 表层土壤蓄水能力较差, 土壤蓄水较少。根据资料初步统计, 建国以来, 黑龙江省西部发生旱灾的频次为35/42, 4~5月的春旱普遍存在, 有” 9春旱”之说, 不但如此, 6月的”卡脖旱”, 7、 8月份出现的”伏旱”或夏旱以及9月份出现的”秋旱”在东北半干旱区时有发生, 严重时出现的春夏连旱对农业的影响最大, 因此, 干旱是影响东北半干旱区粮食产量的主要气象灾害之一。为了解决不同类型的旱情必须采取技术集成措施, 灵活方便地减轻干旱威胁, 促进农业生产的发展。
2.半干旱区节水农业的理论和实践经验是东北半干旱区坡耕地节水农业技术集成的理论和实践基础
截至 ,全国共投资建设节水农业示范基地近200个, 建立国家科技攻关旱作农业试验区8个,节水灌溉试验区10余个,完成了一批以坡改梯和生土熟化农田工程、 集雨节水补灌农业、 旱区农业结构调整、 农田水利基础设施、 现代节水灌溉技术与设备等为重点的高标准基础设施建设,旱区农业生产条件得到了很大改进,基础地力提高,蓄水保墒的能力增强,旱区降水利用效率、 灌溉水的利用率和生产能力稳步提高,每毫米降水的粮食产量由0.4kg提高到0.6kg以上,每立方米灌溉水的粮食产量提高到了0.83kg以上,灌溉水的利用率也提高到了50%左右。经过上述努力,全国的节水示范建设取得了可喜成绩,在抗旱减灾,脱贫致富,保护农业生态环境方面的发挥了重要作用。
3.配套技术的方便性与适用性是东北半干旱区坡耕地节水农业技术集成的前提条件
坐水播种采用黑龙江省水利科学研究院研制与开发的2BFS—1型暗式坐水点播机, 该机机具结构简单, 适应性强, 造价低廉, 便于应用推广。而且该机能一机多用, 可播种玉米、 大豆、 高粱、 甜菜等作物, 一次完成松土、 灌水、 开沟、 点种、 施肥、 覆土、 镇压等七项作业,