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以色列的人均水資源僅為270立方米，但通過滴灌等節(jié)水技術(shù)，大幅度提高了水資源利用效率和水分生產(chǎn)能力，成為世界上現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)和農(nóng)產(chǎn)品出口國家。目前中國人均水資源占有量為2200立方米，華北地區(qū)人均水資源為450立方米，都高于以色列。因此，通過發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)和種植抗旱節(jié)水高產(chǎn)高效品種，中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還有很大潛力可以挖掘。

 

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心研究員張正斌經(jīng)過十年的試驗研究提出，發(fā)展節(jié)水噸糧田是保障華北平原水資源和糧食安全的必由之路，對我國區(qū)域糧食安全和發(fā)展有一定的指導(dǎo)意義。

 

 

華北平原是我國重要的商品糧基地，是我國最大的冬小麥—夏玉米連作帶，為第一大小麥主產(chǎn)區(qū)和第二大玉米主產(chǎn)區(qū)。該地區(qū)年降水量為500～800毫米，無法滿足冬小麥和夏玉米兩季作物高產(chǎn)的需求，因此利用水庫和地下水進行灌溉，是這一地帶兩年三熟高產(chǎn)的保障。然而，過量地下水開采已經(jīng)使該地區(qū)形成了巨大的地下漏斗群，并成為世界上四個嚴(yán)重缺水地區(qū)之一，該地區(qū)人均水資源不到500立方米。該區(qū)又是我國政治、經(jīng)濟和文化中心，人口密度大；人口、糧食、經(jīng)濟與水資源的矛盾最為突出，是我國節(jié)水農(nóng)業(yè)的核心地區(qū)。人口持續(xù)增長，耕地卻逐漸減少，水資源日漸短缺，但糧食生產(chǎn)能力還必須逐步提高。唯一的解決途徑就是發(fā)展節(jié)水噸糧田，讓每一滴水生產(chǎn)出更多的糧食！

 

節(jié)水農(nóng)業(yè)在華北平原研究和推廣已經(jīng)有20多年了，但通過節(jié)水是否能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)水和高產(chǎn)雙贏，許多群眾、干部還都持懷疑態(tài)度。目前，在華北平原還有大量群眾是看地皮干旱情況，按照小麥、玉米生育期進行對應(yīng)灌溉，而不是根據(jù)土壤（特別是淺中層）墑情和作物生理需水規(guī)律來進行科學(xué)灌溉。例如，河北省多年降雨量為530毫米，在靠地下水灌溉的石家莊周邊地區(qū)，小麥基本還要灌溉4～5次，即播種水、冬（保苗）水、春（拔節(jié)水）、開花水、灌漿（麥黃）水；玉米灌溉3～4次，即播種水、拔節(jié)水、喇叭口期水等。按照每次每畝灌溉60毫米（40立方米）水來計算，小麥—玉米兩季作物噸糧田灌溉就要達(dá)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。但農(nóng)田水分利用效率基本上是每1毫米水分生產(chǎn)1公斤糧食。水分利用效率明顯低于節(jié)水發(fā)達(dá)國家的1毫米水分生產(chǎn)2公斤糧食的水平。因此，通過選育種植抗旱節(jié)水高產(chǎn)品種結(jié)合其他節(jié)水配套措施，大力發(fā)展生物節(jié)水，還有很大的節(jié)水和增產(chǎn)潛力可以挖掘。

 

近十年來，我們在國家“863”節(jié)水和國家旱地農(nóng)業(yè)支撐計劃的支持下，結(jié)合小麥抗旱節(jié)水高產(chǎn)育種研究，在中國科學(xué)院欒城生態(tài)試驗站，開展了小麥—玉米抗旱節(jié)水一體化簡化栽培體系研究，取得了可喜可靠的研究進展。多年試驗研究結(jié)果表明，節(jié)水條件下可以實現(xiàn)噸糧田，中豐水年（600毫米以上），旱地小麥—玉米就可以實現(xiàn)噸糧田；在常年降雨量（550毫米左右）時，灌溉小麥播種或者拔節(jié)水一次水（60毫米），就可以實現(xiàn)小麥—玉米噸糧田。通過多年多品種的實驗，說明有許多小麥和玉米品種在普通施肥等管理條件下都可以實現(xiàn)噸糧田，而不是只有少數(shù)高產(chǎn)品種加上大水大肥，才能實現(xiàn)噸糧田。因此說明在華北平原高產(chǎn)地區(qū)，在節(jié)水灌溉條件下實現(xiàn)噸糧田具有普遍意義。發(fā)展節(jié)水噸糧田，可以實現(xiàn)節(jié)水和高產(chǎn)雙贏，是保障華北平原水資源和糧食安全的必由之路。

 

 

2003～2004年的試驗研究結(jié)果表明，本年度小麥生育期降水260毫米，玉米生育期降水374.3毫米。小麥—玉米生育期共降水634.3毫米，為豐水年代表。我們選用了19個小麥品種和1個玉米品種進行不同水分處理的小麥—玉米抗旱節(jié)水高產(chǎn)試驗。結(jié)果表明，在前茬是玉米地不灌溉條件下，在小麥生育期豐雨年份，有7個品種（京411，04-135，長6154，衡7228，衡95觀26，臨豐615和石家莊8號）畝產(chǎn)超過了400公斤（圖1）。小麥品種石家莊8號畝產(chǎn)476.67公斤，玉米品種萊玉2號畝產(chǎn)525.28公斤，旱地兩季作物超噸糧田（1001.95公斤/畝），水分利用效率=產(chǎn)量/供水量（降水量+灌溉量）為1.58公斤/毫米。

 

在拔節(jié)時灌溉一次（60毫米）的條件下，有3個品種（衡7228，衡95觀26和石家莊8號）畝產(chǎn)超過450公斤（圖2）。小麥?zhǔn)仪f8號畝產(chǎn)494.3公斤，玉米萊玉2號畝產(chǎn)549.17公斤，小麥灌溉一次，玉米不灌溉，兩季作物超噸糧田（1043.47公斤/畝），水分利用效率為1.50公斤/毫米。

 

在拔節(jié)和灌漿時灌溉兩次（120毫米）條件下，有三個小麥品種（中旱110，衡7228和石家莊8號）畝產(chǎn)接近500公斤。小麥?zhǔn)仪f8號畝產(chǎn)491.88公斤，玉米萊玉2號畝產(chǎn)560.84公斤，小麥灌溉兩次，玉米不灌溉，兩季作物超噸糧田（1052.72公斤/畝），水分利用效率為1.4公斤/毫米（圖3）。

 

在2007～2008年的試驗里，小麥生育期降水量為170.7毫米，玉米生育期降水量為357.3毫米，兩季作物降水量總計528毫米，為平水年代表。小麥分別有3種水分處理，一是前茬玉米收獲后不灌溉，進行旱地種植；二是小麥拔節(jié)期灌溉一次水（60毫米），三是小麥拔節(jié)和開花期共灌溉兩次水（120毫米）；后茬玉米統(tǒng)一不灌溉。利用34個小麥品種和10個玉米品種進行小麥—玉米抗旱節(jié)水品種篩選和抗旱節(jié)水高產(chǎn)一體化簡化栽培體系研究。

 

結(jié)果表明，干旱條件下，小麥抗旱新品種運旱22-33畝產(chǎn)367.50公斤，玉米抗旱品種冀玉9號畝產(chǎn)642.5公斤，兩季作物畝產(chǎn)（1010公斤）噸糧田水平，水分利用效率為1.91公斤/毫米。在小麥生育期干旱年份，有衡優(yōu)18、晉麥47、晉太170、京冬8號、魯?shù)?號、魯麥15、魯麥1號、石家莊8號、西峰20、運旱22-33、運旱23-35和晉麥79共12個抗旱品種畝產(chǎn)超過250公斤（圖4）。

 

在拔節(jié)期灌溉一次的條件下，我們和山西省小麥研究所聯(lián)合選育的抗旱節(jié)水高產(chǎn)新品種晉麥79畝產(chǎn)449.88公斤，玉米農(nóng)大108畝產(chǎn)656.86公斤，兩季作物畝產(chǎn)1106.74公斤，水分利用效率為1.88公斤/毫米。有長6154、衡優(yōu)18、晉太170、京東8號、魯?shù)?號、魯麥1號、石家莊8號、西峰20、豫麥38、豫麥48、運旱22-33、運旱23-35、邯鄲6050和晉麥79共14個抗旱品種畝產(chǎn)超過300公斤（圖4）。

 

在拔節(jié)和開花期灌溉兩次的條件下，晉麥79畝產(chǎn)484.77公斤，聊玉18畝產(chǎn)638.78公斤，兩季作物畝產(chǎn)1123.55公斤，水分利用效率為1.73公斤/毫米。有晉麥47和晉麥79兩個品種畝產(chǎn)超過400公斤（圖4）。

 

2007年的玉米抗旱節(jié)水高產(chǎn)試驗研究表明，在小麥?zhǔn)斋@后，玉米只灌溉播種水（60毫米），玉米生育期降水268.7毫米的情況下，10個試驗品種中有7個畝產(chǎn)都超過500公斤。其中，浚單20單產(chǎn)超過650公斤/畝；魯玉13和邢抗2號超過600公斤/畝。水分利用效率從1.56公斤/毫米～1.97公斤/毫米。如果考慮土壤含水量，玉米的水分利用效率應(yīng)該在2公斤/毫米左右。說明這些抗旱節(jié)水高產(chǎn)品種都可以推薦在華北平原和西北地區(qū)廣泛種植（圖5）。

 

2008年在前茬小麥和當(dāng)季玉米都沒有灌溉的干旱條件下，10個玉米品種中有8個都畝產(chǎn)超過500公斤，其中，冀玉9號、農(nóng)大108和農(nóng)大84三個品種畝產(chǎn)超過600公斤。在前茬小麥灌溉一次，玉米不灌溉的情況下，農(nóng)大108畝產(chǎn)超過650公斤。在前茬小麥拔節(jié)和開花期灌溉兩次，玉米不灌溉條件下，聊玉18畝產(chǎn)接近650公斤（圖5）。因此說明節(jié)水灌溉可以實現(xiàn)節(jié)水和增產(chǎn)雙贏。

 

多年多品種試驗結(jié)果表明，在降雨量比較多的年份，在華北地區(qū)旱地種植抗旱高產(chǎn)小麥和玉米新品種，小麥—玉米基本可以實現(xiàn)噸糧田。在平水年，小麥灌溉一水，則可以穩(wěn)定實現(xiàn)小麥—玉米噸糧田，小麥灌溉二水可以確保噸糧田。增加灌溉一次明顯比旱地增產(chǎn)，但灌溉兩次比灌溉一次增產(chǎn)幅度不大，有的品種還會減產(chǎn)，并不是灌溉越多產(chǎn)量越高。從目前生產(chǎn)現(xiàn)狀和抗旱節(jié)水品種生產(chǎn)潛力來看，在平水年，小麥灌溉一次400公斤/畝是完全可以實現(xiàn)的，灌溉兩次可以到達(dá)500公斤/畝。小麥灌溉一次畝產(chǎn)千斤主要出現(xiàn)在豐雨年和高水高肥地。玉米不灌溉許多品種畝產(chǎn)500公斤，玉米灌溉一次畝產(chǎn)可以達(dá)到600公斤。

 

 

由于小麥生育期一般都干旱缺雨，應(yīng)該對小麥進行節(jié)水灌溉和擴大種植水旱兼用型高產(chǎn)品種。玉米生育期一般雨熱同步，可以不灌溉，實施玉米旱地種植，擴大水分高效利用、高產(chǎn)抗旱品種種植。即在華北平原地區(qū)實施半旱地農(nóng)業(yè)，就基本可以實現(xiàn)節(jié)水噸糧田的目標(biāo)。

 

在華北平原，由于小麥—玉米連作，土壤耗水較多，在干旱條件下，首先要保證小麥和玉米播種出苗水。近年來氣候變暖，如果冬灌小麥，小麥冬季旺長易受凍害，另外，冬季棵間蒸散較小，小麥發(fā)育慢，耗水少，應(yīng)該減少冬灌，而返青—拔節(jié)灌溉是該地區(qū)小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵。雖然管道灌溉和噴灌在許多地區(qū)推廣，但大面積農(nóng)田仍然是大水漫灌和多灌，其實有些品種就是在灌溉一次和兩次的條件下能夠高產(chǎn)，如果灌溉三次反而無效分蘗增多，莖葉徒長，貪青晚熟，病蟲害和倒伏嚴(yán)重發(fā)生，產(chǎn)量反而降低。另外我們要擴大秸稈還田和保護性耕作推廣，高效利用自然降雨，充分利用土壤水庫的水分。

 

通過近10年的試驗，我們提出了小麥抗旱節(jié)水一體化簡化栽培體系，是保障節(jié)水噸糧田實現(xiàn)的配套技術(shù)措施。即選用冬小麥抗旱節(jié)水高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)良品種→防病蟲抗旱增產(chǎn)的包衣種子→小麥播種水（因為前茬高產(chǎn)玉米地表耗水嚴(yán)重，一般必須進行灌溉，多雨年份可以不澆）→小麥專用肥或者復(fù)合肥（畝施20公斤）→播種施肥一體化（或四密一?。┎シN機溝播（有利于玉米提前人工間套）→返青期噴施除草劑（免中耕除草）→拔節(jié)期灌溉（春灌很重要）→開花—灌漿期噴施農(nóng)藥和抗旱、增產(chǎn)劑（少量施用）→小麥秸稈粉碎還田聯(lián)合收割機收獲→玉米播前防草除草（噴施除草劑“一掃光”等）→選用抗旱節(jié)水高產(chǎn)玉米優(yōu)良品種→防病蟲抗旱增產(chǎn)的包衣種子→玉米播種水（因為前茬小麥深層土壤耗水嚴(yán)重，一般必須進行灌溉）→玉米專用肥（或復(fù)合肥、尿素，畝施20公斤）→播種施肥一體化（兩密一稀）播種機直播（有利于發(fā)揮玉米的邊際高產(chǎn)效應(yīng)，溝施化肥和管灌）→喇叭口期灌溉（很重要）→開花—灌漿期噴施農(nóng)藥和抗旱、增產(chǎn)劑（少量施用）→玉米秸稈粉碎還田聯(lián)合收割機收獲→旋耕（免深耕）→播種小麥。這是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢和華北現(xiàn)代農(nóng)業(yè)模式之一。

 

也可以簡稱“小麥—玉米節(jié)水高產(chǎn)五個2技術(shù)”：即選用小麥、玉米抗旱節(jié)水優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種（簡稱2種），結(jié)合聯(lián)合收割機秸稈粉碎，播種施肥一體化機械（2機），小麥?zhǔn)?fù)合肥20公斤/畝，玉米施尿素20公斤/畝（2肥），小麥拔節(jié)期，玉米播種化學(xué)除草（2殺），灌小麥播種水，麥黃水（或者玉米播種水）（2水）。實現(xiàn)小麥—玉米噸糧田（2000斤），減少灌溉2次（小麥冬灌、玉米苗期水，節(jié)水100方），提高水分利用效率20%，節(jié)約肥料20公斤/畝，提高肥料利用效率20%。

 

我們相信，隨著加大水旱兼用型高產(chǎn)品種的推廣，和抗旱節(jié)水高產(chǎn)一體化栽培措施的配套實施，節(jié)水噸糧田的面積將在華北平原高產(chǎn)地區(qū)快速擴大，在保障我國糧食和水資源安全方面發(fā)揮重要作用。 （作者為中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心研究員張正斌）