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    生态农业发展与管理培训

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    项目简介
    生态农业发展与管理培训项目由UNDP和新疆遥感中心等单位合作建立,项目为期1年,总投资2.9万美元,旨在通过调查研究、远程教育、专家讲座、经验交流、板报宣传等形式多样的科普教育和农业技术培训活动,把国内外成功的技术、经验和管理模式介绍进来,为塔里木河干流管理者、农民自主协会和农户开展的生态农业种植与农业管理方面的知识培训,提高农户的科技农业生产能力,增强他们对于生态环境的保护意识。
    Project Profile
    “Training Scheme of Ecological Agriculture Development and Management” is formulated by UNDP and Xinjiang Remote Sensing Centre together with total investment is 29,000 US, during 1-year period. By making through a series of including strategic research, multi-level training and community based participation, demonstration engineering and dissemination; it aims at introducing the winning technology, experience and management system to the farmer, starting the training of ecological agriculture and agriculture management to governors, farmer independent association and farmer in Tarim River Basin, raising the farmer’s ability of scientific and technical agriculture, strengthening their environmental awareness.
    前言
    农民生态农业发展与管理培训项目主要根据两个示范区所面临的生态环境和农业发展的形势,在流域各级政府和农民自主协会的大力支持下,旨在建立以政府、科研单位与农民自主协会三为一体的技术推广与培训机制。并组织专家根据当地农户实际需求编写《生态农业发展与管理》培训教程,发放给当地农户。通过多种形式的干旱区生态农业发展与管理的培训提升整个流域农户的现代农业科技素质和生产能力,增强他们的环保意识,为塔里木流域干流地区的水资源合理开发和管理以及当地脆弱的生态环境恢复发挥了巨大的作用。

     

     

     

     

     

     

    Preface
    Based on the situation of ecological environment and agriculture development in the two demonstration area, this project aimed at building a technology popularization and training system that integrated the government, research institute and farmer independent association. And we organized the experts to compile training materials named “Ecological agriculture Development and Management”, and provided them to the local peasant through the association. These training can raise the entire watershed peasant's modern agricultural science and technology, strengthened their environmental awareness, and played an important role in the development and management of water resources as well as the restoration of fragile ecosystem in Tarim River Basin.

     


     

     

     


    1.1立项依据
    根据UNDP“干旱、半干旱地区流域,水资源管理与生态恢复示范区建设” 项目任务二“能力建设”的要求,开展项目区农民生态农业发展与管理培训工作。新疆塔里木河是典型的干旱,半干旱地区内陆河,蜿蜒千里的塔里木河在塔里木盆地广袤寂寥的沙漠戈壁间串起了无数绿洲,养育着数百万各族群众。在上世纪中叶以来半个多世纪的过度垦殖中,塔里木河流域生态状况严重恶化,成为中国西部、乃至全世界都具有典型意义的水资源匮乏型生态退化区。因此,其干流水资源生态环境的全面恢复和综合治理工作是一项复杂而长期的系统工程,需要干流沿岸的广大各族农户具备一定的节水农业技能,能积极配合参与到项目的具体实施中,为塔里木河流域,水资源管理与生态恢复示范区建设提供人力和智力支持和保证。
    1.2研究方法
    (1)开展实地调研工作
    组织项目相关人员赶赴巴音郭楞蒙古自治州尉犁县进行实地考
    察,通过到各级政府行政部门(新疆维吾尔自治区塔里木河流域管理局、尉犁县政府、尉犁县水利局、尉犁县农业局、尉犁县国土资源局、尉犁县广电局、妇联、尉犁县农业技术推广中心、尉犁县水管局兴平水管所、新平乡乡政府、兴平乡达西村村委会和统其克村村委会等),两个农民自主协会(达西村农民自主水权分配协会和统其克村农民自主生态农业发展与管理协会),以及两个示范区(达西村和统其克村)进行深入的调查和研究工作。
    (2)编写教材
    根据实地调研情况,掌握当地示范区农户的实际农业生产水平和
    迫切的农业技术需求,组织新疆遥感中心的专家拟定生态农业的培训计划,制定培训大纲,编写《生态农业发展与管理培训教程》的培训教程(见附录)。
    (3)开展内容丰富,形式多样的培训课程
    在实地调研的基础上,根据示范区不同特点,开展不同层次的项
    目区农户的能力建设工作,对于流域管理者和掌握一定先进技术的农业示范户,专门组织他们到新疆农业大学,参加中国科学院新疆生态与地理所和新疆农业大学联合举行的关于节水灌溉和生态农业技术的集中培训,提高他们的生态农业管理综合能力,提高他们的辐射带动能力,将掌握的知识和技能普及和传授给周围农户,以户带户,形成农业技术示范新模式。
    同时,发挥新疆农业广播电视学校尉犁县分校——达西村教学
    点、兴平乡农牧民文化技术学校达西村分校、达西村农村党员干部现代远程教育终端站点和统其克村党员干部现代远程教育终端站点的优势,依据“远程教育终端接收点各项制度”,由专人负责节目的接收和整理,通过播放科技电教片的形式对全体农户特别是妇女和少数民族进行定期的远程教育培训(包括国家方针、政策和法规、科普知识、农村卫生知识以及农业新技术等方面),提高全体农户的文化和法制素质。
    充分利用村广播、板报、横幅、张贴挂图等方式进行科技宣传,
    并且利用冬季农闲时期,邀请州、县农业专家及技术人员对全体农户进行测土配方、棉花高密度栽培、双膜覆盖等生态农业科技普及和推广活动,免费发放科普书籍、手册,帮助村民提高科学文化素质、综合农业生产能力和增强生态环境保护意识,在保护流域环境的基础上,大力发展具有地方特色和高产优质高效的农业产业(如棉花、香梨产业等)。
    1.3资金使用明细
    本项目的资金使用情况严格遵守“生态农业发展与管理培训任务
    书”制订的2.9万(美元)预算,其中“资料收集与文献检索工作”花费0.4美元,“实地调研工作”花费0.6美元,“专题讲座与现场技术培训”花费0.7美元,“组织人员进行教材编写和专家评审”花费0.7美元,“教材印刷出版以及现场发放的技术资料”花费0.5美元。
    1.4结论
    通过开展生态农业发展与管理培训提升整个流域管理者流域和农户的综合能力水平,增强了他们的环保意识,使他们积极参与到干旱、半干旱地区流域,水资源管理与生态恢复示范区的建设中来,为塔里木流域干流地区的水资源合理开发和管理以及当地脆弱的生态环境恢复发挥了巨大的作用。


    附1生态农业发展与管理培训总结
    1. 生态农业知识的专业培训
    培训时间:2008年3月
    参加人数:1000余人次(其中妇女占52%,少数民族占85%)
    培训地点:新疆农业大学
    组织统其克村的党员干部以及技术能手到新疆农业大学,参加新疆遥感中心和新疆农业大学联合举行的为期45天的封闭培训,主要是关于生态农业的集中培训和田间实地观摩操作。在培训中先后邀请新疆遥感中心的专家进行生态农业产业内容和发展的专业知识讲座,以及新疆农业大学的农学专家介绍和引进国内相似环境条件下生态农业的模式和成功的经验,并向学员发放精心编写的《生态农业发展与管理培训教程》及辅导资料,使受训者能够较系统地掌握生态产业管理综合技术,提高他们的辐射带动能力,将掌握的知识和技能普及和传授给周围农户,成为项目实施的技术骨干。
    2. 生态农业种植技术分期就地培训
    培训时间:2008年4月-2008年7月
    参加人数:1000余人次(其中妇女占53%,少数民族占85%)
    培训地点:统其克村
    聘请新疆遥感中心生态农业种植与管理方面的专家,在当地生态农业发展与管理协会的支持下,对于参与项目实施的大多数农户分期就地开展生态农业种植和高效节水滴灌方面的科普讲座和技术培训,总培训时数为30天,使他们掌握基本农业灌溉技术和生态农业生产技能,有助于在示范区推进生态节水农业进程,保护塔里木河流域脆弱的生态环境。
    附2《生态农业发展与管理培训教程》
    1.生态农业的基本理论
    1.1生态农业的概念
    “生态农业(Ecological Agriculture)”一词最初是美国土壤学家W.Albreche于1971年提出的。他认为施用有机肥,有利于建立良好的土壤条件,有利于作物健康;少量施用化肥,对作物营养有利,但不能使用化学农药,因为在达到杀虫浓度时,它已对环境造成污染。1981年,英国农学家M.K.Worthington对“生态农业”提出了新的认识。她认为生态农业是生态上能自我维持、低输入,经济上有生命力,在环境或伦理和审美诸方面不产生大的、长远的及不可接受的变化的小型农业系统。主张“尽量”施用有机质肥料,在“自然”状态下种植、养殖;主张“尽量”利用各种可再生能源的外部“低输入”,但并不拒绝使用农业机械。
    我国农业发展中与发达国家共同遇到资源与环境问题,但我们面临的问题更多,解决问题的难度更大。但另一方面,中国传统农业在长期实践中形成的“天人合一”、“三才”(天、地、人)思想和因地制宜、农牧结合等技术思维,与现代生态农业理念有很多共通之处,也是当代中国生态农业形成与发展的重要基础(任继愈,1998)。
    在生态农业的概念与理论支撑体系问题上,大家的看法很多,讨论更为热烈。总体上表现为由简单化向综合化发展的过程。有人简单地把这一过程归纳为几个相关的发展阶段:即:“生态农业=生态+农业”,“生态农业=生态+农业+经济”,“生态农业=生态+农业+经济+工程”(王宏广)。这实际上反映了中国生态农业的概念、内涵不断完善、深化和不断适合中国国情的发展过程,这符合新生事物发展的一般规律。中国生态农业的理论体系也正是在这一过程中逐步发展成熟的。
    目前较一致的看法是:生态农业是把农业生产、农村经济发展和生态环境治理与保护、资源培育和高效利用融为一体的新型综合农业体系。它以协调人与自然关系,促进农业和农村经济社会可持续发展为目标,以“整体、协调、循环、再生”为基本原则,以继承和发扬传统农业技术精华并吸收现代农业科技为技术特点,强调农林牧副渔大系统的结构优化,把农业可持续发展的战略目标与农户微观经营、农民脱贫致富结合起来,从而建立一个不同层次、不同专业和不同产业部门之间全面协作的综合管理体系(骆世明)。
    中国生态农业的基本内涵是按照生态学原理和生态经济规律, 因地制宜地设计、组装、调整和管理农业生产和农村经济的系统工程体系。它要求把发展粮食与多种经济作物生产, 发展大田种植与林、牧、副、渔业, 发展大农业与第二、第三产业结合起来,利用传统农业精华和现代科技成果, 通过人工设计生态工程, 协调发展与环境之间、资源利用与环境保护之间的矛盾, 形成生态与经济两个良性循环, 经济、生态、社会三大效益的统一。
    1.2中国生态农业的基本特征
    从中国生态农业与国外生态农业的差别以及中国生态农业的本质内涵两个方面进行分析,中国生态农业主要具有一些基本特征:
    1.2.1追求的是综合效益目标,而非单一的环境目标
    我国不仅人多资源少,而且是传统的农业大国,整体处于发展之中。尽管近些年城镇化水平有了显著的提高,但农业人口仍高达60%以上,考虑到城镇化的真实情况,估际农业人口仍高达70%以上。中国农业不仅面临资源短缺和环境恶化的危机与挑战,而且承负着解决农民基本生活需求、农民致富和农村经济发展的艰巨任务。因此,中国生态农业追求的目标不可能像发达国家一样,主要从生态环境保护与资源高效的角度来考虑,而必须是生态效益、经济效益与社会效益三者的高度统一。发达国家的生态农业基本上是以追求生态环境效益为第一目的的,它们基本上不存在农产品的短缺问题,以农产品品质与安全为第一关注点,近年来更加注重农业的环境效益和公益性。而中国生态农业既要面对资源环境的严峻压力,又要稳定地解决人民群众的基本生活需求与持续发展问题。这在世界上是绝无仅有的,不可能照搬国外的经验与模式,也无现成的道路可循,只有根据自己的实际情况,借鉴国外生态农业的先进理念与做法,才能实现生态、经济和社会效益相统一的目标。
    1.3.2强调合理增加投入,而不是系统自我维持
    国外欧美国家实施的生态农业,特别是有机农业,制定了相应的生产标准,严格控制人工化学品的投入,在农产品安全和生态环境保护等方面取得了显著成效。在上世纪80年代中期以前,中国生态农业曾非常推崇发达国家的做法,提出要以最少的投入换取最大的效益,甚至有人提出在中国全面实施有机农业,不使用化肥与农药等。这些观点和想法在理论与学术上都是非常鼓舞和诱惑人的美好愿望,但不论是哪一种替代农业模式,都必须符合我国人多水土资源少和生态环境严峻的现实,必须符合农民致富与区域发展的需求,一句话,都必须符合中国的基本国情与发展需求。随着学术讨论的不断深入,在投入问题上大家的认识逐渐一致起来。中国农业的发展离不开投入,尤其是现代科学技术的投入,化肥农药等的不合理投入可能带来一些负面影响,如使用过量和不合理会造成流失,从而污染环境,甚至影响农产品质量。关键是要科学使用,注重提高其利用效率。因此,中国生态农业并不排斥化肥农药的使用,更不排斥现代科技的应用。这些务实的理念推进了我国绿色食品生产的快速发展。世纪之交,我国生态农业推广面积达到1亿亩以上,对带动我国农村发展和农民致富起到了积极作用。
    1.3.3强调系统整体功能的发挥,涉及面宽,更加综合与多元化
    中国生态农业不仅强调以生态学原理为指导,注重从物质能量的多层次利用与废弃物循环再生等角度,构建农业生态良性循环体系。而且能从中国的实际情况出发,结合农民致富与区域产业发展的实际需求,来考虑整体战略布局与走向,生态农业已经成为具有多种功能的生产系统,与林业、园艺、畜牧业、水产业和农场加工业整合为一个相互作用的复合系统(李文华)。近些年来,中国生态农业非常注重与农村新能源、饲料产业、肥料产业、食用菌产业、农产加工产业、甚至农村服务业、文化产业等相结合,非常强调农业生态系统整体功能的发挥,涉及到农村生产与生活的多个层面,更加综合与多元化。从20余年来实施的总体效果看,已经形成我国不同类型、不同规模的生态农业试点县(乡、村等)的农业生产得到显著的改善,粮食生产持续稳定增长,一般均%以上,粮食单产增长也在10%以上,总产与单产的增长幅度分别是全国平均增长水平的4.5倍和9.2倍;农村种养加产业全面发展,农业生态系统结构得到优化,农业总产值年均增长7.9%,超过全国同期平均增长1.9个百分点;农民收入年均增长率达到18.4%,明显高于全国平均水平;农村生态环境得到明显改善,与1990年相比,水土流失减少了49%,土壤沙化面积减少了21%,三林覆盖率增加了3.7个百分点。
    1.3.4注重发挥现代技术的作用,并与传统技术相结合
    中国生态农业的成长过程受我国传统农业的影响很大。我国劳动人民在人口负担相对较重的情况下,充分发挥勤劳与智慧,形成了丰富的精耕细作与土地保育的经验,使我国农业经历数千年而“地力常新壮”和农业的长久不衰。劳动与技术密集型的茶叶与丝绸产品长期占领国际市场,就是很典型的例证。前美国土壤管理局局长F.H.King博士在对以中国为首的东方农业考察后,发表了《四千年的农民—中国、朝鲜和日本的持久农业》,将秘诀归结为中国实施了“无废弃物的农业”,其核心技术是:豆科绿肥、人畜粪便还田和多熟种植。
    当然,我国农业是在长期的自给自足是小农经济基础上发展起来的,至今小农经济的影响还很浓。整体上还缺乏现代科学技术与工业装备,生产力水平还很低,缺乏强大的生命力,这无疑将难以应对日益增长的农产品需求。
    中国生态农业在发展中,注重将传统经验与现代技术相结合。在做法上不仅重视生物能与自然能的利用,而且不断强化了化肥等无机能物料的科学投入;不仅重视间套复种等多种生物型集约技术的研发,而且将生物技术与现代化学和机械技术等有机结合,生态农业的机械化和精准化水平都有明显的提高;逼近继续重视有机肥的施用,而且强调有机肥与无机肥的结合,大大提高了作物的营养水平;不仅注意对有害生物进行农艺与生物控制,而且与化学防治相结合,并不断研发新生物型新型农药。
    1.3.5具有鲜明而丰富的区域特色
    中国是世界上自然地理条件多样化最为突出和农业劳动力最为丰富的国家之一,这决定了多样性农业的基本格局。经过多年的选择与扬弃发展,中国生态农业逐渐形成了鲜明的适合于不同区域的内涵特征与技术模式。以合理利用当地自然与社会资源为基础,因地制宜,合理设计,不断探索与试验,逐步形成了具有鲜明地域性和稳定性的生态农业模式。如在长江黄河的中上游地区、荒漠化地区、高寒山地等生态脆弱区,初步形成了压缩粮田面积、扩大林牧面积、实行农林牧综合发展的结构模式;在农业主产区和粮、棉、油基地,发挥农产品丰富和交通条件较为优越的优势,形成了以农牧结合为基础的农产品加工增值模式;在沿海经济发达区,发挥外向经济条件优越的优势,针对污染较为严重的现实,重点发展了精品型生态农业,为我国创汇型农业的大力发展做出了突出贡献。
    在众多的技术模式中,尤以北方的“四位一体”(即沼气池、猪舍、日光温室和蔬菜)、南方的“三位一体”(即猪、沼、果)模式、“稻鱼(鸭等)”模式、西北的庭院五配套(庭院、果树、沼气、猪、食用菌或蔬菜)模式与集雨及节水农业模式,在我国得到极大发展,对中西部农民生存、致富和经济发展起到了有效作用。辽宁西安生态养殖场的“三步净化、四步利用”模式,将水葫芦池、细绿萍池、鱼蚌混养池和水稻田结合在一起,对猪粪尿进行分段净化、处理与利用,收到良好的生态与经济效果;北京留民营等7个生态示范村、生态农场获得全球环保“500佳”的称号。
    1.3.6具有显著的政府参与特色
    我国目前的农业生产组织形式仍然是家庭联产承包责任制为基础的统分结合的双层经营体制,本质上仍然是以小农经济为基础的,农民在市场中的盲目性、盲从性、短视性、脆弱性等体现得还较普遍。因此,政府进行宏观决策与指导在现状农村经济体制下是非常必要的。我国政府在上世纪80年代中期以后,陆续出台了一系列政策文件,倡导在我国实施生态农业,并组织实施了两批生态试点县(乡、村)的建设,总试点达到2000个以上,大大推进了我国生态农业的步伐。目前,国家仍然将发展生态农业作为农业可持续发展的重要内容,并结合优势农产品计划、生态富民家园等工程和区域农业工程等,推进农业绿色食品生产和农业清洁生产等工程,进一步将生态农业做实做大。可以预计,生态农业在将会成为中国未来农业可持续发展的主要形式之一,对解决中国的“三农”问题做出特殊的贡献。
    显然,尽管中国生态农业在世界上起步较晚,但由于国情背景下政府的倡导与参与,与发达国家相比,中国生态农业发展快,规模大,取得的效果更为显著。相反,欧美等发达国家的生态农业虽然表现出稳定的上升趋势,但主体仍停留在试验阶段,主要在小型农场上实施,实施生态农业的农户占总农户的1%左右,总体规模还较小,实施面积在1%以下。

    2.我国生态农业的模式构建
    2.1生态农业模式的概念
    1990 年,王兆骞最早系统地定义了“生态农业模式”的概念,认为生态农业模式总的来讲是整个生态农业借以组装和运行的蓝图,具体来讲是各组成要素在整个系统网络中的地位和相互循环关系的具体表达。国内学者也大多将生态农业模式分成宏观和微观两个层次来考虑,在宏观层次上,生态农业模式被抽象地认为是物质、能量、信息等要素在空间、时间和数量方面的最佳组合和选择[8]或看成是某宏观区域内实现农业可持续发展的农业生态经济动态模型" 该模型可作为样板进行借鉴或推广[8]#在微观层次上"生态农业模式被看成是用于发展农业生产的各种要素(包括自然%社会经济技术因素等)的最佳组合方式"是具有一定结构和功能、效益的实体"是资源永续利用的具体方式[9]。也有学者认为生态农业是一项系统工程" 是实现生态农业系统功能的技术手段[5],是生态学和经济学原理在开展生态农业建设过程中的具体运用[6]。鲁永根和骆世明[1]全面、系统和辨证地概括了生态农业模式的一般内涵, 即生态农业模式是指在生态农业建设中" 能兼顾考虑农业的社会效益、经济效益和生态效益"并在实践中表现稳定且具有较强的可操作性的系统或单元。
    近些年来,生态农业呈现出良好的发展势头,已涌现出多种生态农业模式,充分显示了生态农业的明显优越性。
    2.2我国生态农业模式分类
    我国地形、气候多种多样,经济发展水平、社会资源千差万别,因而不同地区采用的生态农业模式也不尽相同。但所有模式都是以生态循环为根本,以社会循环为动力,以经济循环为目的。
    研究和确定我国生态农业模式分类,对于有针对性的制定我国生态农业发展策略,实现我国生态农业的标准化发展具有重要意义。
    借鉴我国学者对生态农业模式分类的成果,并结合本研究的特点,本研究根据资源、物质循环的利用方式,生物之间、生物与环境之间以及系统作用、功能关系,将我国现有的生态农业模式分为以下四类型:
    物质多层利用型、互利共生型、资源开发利用与环境治理型、观光旅游型,每种类型下又包含若干亚类型。
    2.2.1 物质多层利用型
    这是按照农业生态系统的能量流动和物质循环规律构成的一种良胜循环生态模式。在该模式中,通过增加生产环和增益环将传统的单一种植和高效饲养以及废弃物综合利用有机地结合起来,从而优化农业整体资源,在农业系统内做到能量多级利用,物质良胜循环,达到高产、优质、高效、低耗的目的。在农业生态系统中实行物质和能量的良胜循环与多级利用,一个系统的产出(或废弃物)即是另一个系统的投入,废弃物在生产过程中得到再次或多次利用使之形成良性循
    环系统,充分利用自然资源,如粮一猪一沼一鱼模式等。食物链模式设计采用“依源设模,以模定环,以环促流,以流增效”方法,通过链环的衔接,使系统内的能流、物流、价值流和信息流畅通,从而提高经济、生态和社会三大效益。
    在该模式中,一个生产环节的产出(如废弃物排出)是另一个生产环节的投入,使得系统中的各种废弃物在生产过程中得到再次、多次和循环地利用,从而获得更高的资源利用率,并有效地防止了废弃物对农村环境的污染,达到充分利用资源,获得最大经济效益的目的,同时有效地防止了废弃物对环境的污染。
    该类型主要包括以下几种:沼气利用型、病虫害防治型、产业链延长增殖型。
    2.2.1.1沼气利用型
    沼气利用型是以沼气为纽带,利用食物链加环技术,将畜牧业、种植业、养殖业以及加工业联系在一起,通过增加畜禽饲养和沼气池厌氧发酵,将传统的单一种植和高效饲养以及废弃物综合利用有机地结合起来,优化农业整体资源,在农业系统内做到能量多级利用,物质良性循环,达到高产、优质、高效、低耗的目的。
    沼气利用型是依据生态学和生态经济学原理设计的一种生态农业模式,它上联养殖业,下促种植业,一业带多业,多业密切相连的生态型农业产业链。将人畜粪便、作物秸秆等农业废弃物分解成无污染、速效有机肥料,同时还能获得卫生安全高营养的动物饲料及清洁、高能源值的沼气,沼气池与种植、养殖相结合,通过生物质能转换枝术,形成能流、物流较快循环的能源生态系统,实现植物生产、动物转化、微生物还原的良胜循环,促进经济、社会、生态环境协调发展。
    通过沼气地利用,使系统食物链结构延长,对系统内有机废弃物能够达到多次循环利用,构成了良性循环再生路径。
    该模式是以农业为基础的家庭发展经济,改善生活环境的重要途径,是一种可持续增长的农业产业结构,具有显著的经济效益、社会效益和生态效益(董进明,2001;张从,2001;苑瑞华,2002;路明,2002;农业科技与信息,1999;焦瑞莲,2001)。
    其中,为代表的是四为一体

    2.2.1.2病虫害防治型
    利用生物防治技术,选用抗病虫害品种,保护天敌,利用生物以虫或菌来防止病虫害,选择高效、低毒、低残留农药,改进施药技术等,保证农作物优质、高效、安全的模式。
    2.2.1.3产业链延长增殖型
    是以经济效益为中心,以农业可持续发展为目标,将农业生产中的主产品或副产品加工增值,从而增加农业产值,并努力实现生产的产业化,促进产、加、销、贸一体化的农业生产模式。
    2.2.2互利共生型
    该模式利用生物群落内各层生物的不同生态位特性及互利共生关系,分层利用空间,提高生态系统光能利用率和土地生产力,增加物质生产。这是一个在空间上多层次,在时间上多序列的产业结构,使处于不同生态位的各生物类群在系统中各得其所、相得益彰、互惠互利,更加充分利用太阳能、水分和矿物质营养元素,建立一个空间上多层次、时间上多序列的产业结构,实现对农业生态系统空间资源和土地资源的充分利用,从而提高资源的利用和生物产品的产出,获得
    较高的经济效益和生态效益。合理共生型使生态系统中生物物质的高效生产和有效利用有机结合,是“开源与节流”高度统一的适投入、高产出、少废物、少污染、高效益的生态工程类型。如种植业中的间混套作,稻一鱼共生,经济林中乔一灌一草结合,池塘水体中的立体多层次放养等均是这种类型。
    该模式以先进适用的农业技术为基础,以保护和改善农业生态环境为核心,强化农田基本建设,提高单产。实现对农业生态系统空间资源和土地资源的充分利用。
    在应用该模式时要选择适地树种,引进良品优种,提高成活率,扩大森林覆盖率;制止开垦草原,合理利用草场资源,区划轮牧,控制载畜量;封育与人工营造相结合,乔、灌、草相结合,建立防风固沙带网,创建农牧林复合经营生产模式,增进生态效益、经济效益和社会效益。
    本类型包括:农林(果)复合型、林牧(渔)复合型、林(果)农牧(渔)复合型、特种农林渔复合型、农作物种植型、保护性耕作型、旱地节水型七种。
    2.2.3资源开发利用与环境治理型
    该模式依据生物与环境相互影响的原理,以生态效益为主,兼顾经济效益,运用生态经济原理指导和组织农业生产,保护和改善农业生态环境与生产条件,提高农业综合生产能力,把人类的农业生产活动纳入生态循环链内,参与生态系统的生物共生和物质循环,以求生态、经济和社会效益协调发展。本模式特别强调要利用绿色植被保持水土、净化空气、净化水质的功能,恢复或治理生态环境。
    主要类型有:环境治理型和资源开发型。
    2.2.3.1环境治理型
    采用生物措施和工程措施相结合的方法来综合治理水土流失、草原退化、沙漠化、盐碱化等生态环境恶化区域,通过植树造林,改良土壤,兴修水利,农田基本建设等,并配合模拟自然顶级群落的方式,实行乔木、灌木、草结合,建立多层次、多年生、多品种的复合群落生物措施,是生物措施与工程技术的综合运用。
    如广东五华县在治理花岗岩红壤低丘的严重水土流失时,在坡面开水平梯田,竹节沟拦截表面径流,在沙坳建拦沙坝来截流水土,在坡顶和坡底开排洪沟。这一方法也成功地应用于治理华南和黄土高原的水土流失、黄淮海平原的盐碱地和西北的沙漠化问题。此外,通过采用生物模拟自然顶及群落,实行乔、灌、草结合,建立多层次、多年生、多品种的复合群落。山东陵县张西楼村在治理风沙、盐碱时,采用打浅井、开深沟、建造人工防护林,引进抗盐碱的豆科牧草发展畜牧业,种植压青绿肥增加土壤有机质等立体配置的植被结构。
    水土保持型
    该类型是指在水土流失较为严重的地区以植树造林为主要途径发展林果、养殖等产业,实行小流域的综合治理,改善生态环境,逐步创造良好的农业发展环境。这一模式是陇中、陇东高原沟壑区的主要发展模式。采取退耕还林(草),封山绿化的综合措施,并做好天然林保护工作,集雨灌溉,涵养水源,防水固土,保持土壤肥力,在陡坡地栽种用材林,在缓坡栽种经济林,在平地搞养殖、经济作物种植及农产品加工的模式。
    盐碱地治理模式
    采用打浅井、开深沟、建造人工防护林,引进抗盐碱的豆科牧草发展畜牧业,种植压青绿肥增加土壤有机质等立体配置的植被结构的生态农业模式。
    荒漠草地生态牧业模式
    根据草场类型和产草量,确定不同的畜种群结构和载畜量,分地区分季节安排治理和牧业生产;退耕还牧还草,提高草地的产草量;缩短育肥同期,减少载畜量和放牧强度;引导牧民从事畜产品加工业等行业的生态农业模式。
    2.2.3.2资源开发利用型
    这类模式主要分布在干旱半干旱地区、山区、沿海滩涂和平原水网地区的荡滩,这些地区农业发展的潜力较大,有大量的自然资源未得到充分开发或很好地利用,阻碍了经济的发展。通过因地制宜、全面规划、综合开发,利用改造荒山、荒坡、荒滩、荒水,实行资源开发与环境治理相结合,治山与治穷相结合,可全面促进环境建设、生产建设和经济建设。
    资源开发利用型要适用于农业发展潜力大,生态环境好,资源丰富但未得到充分开发或利用的地区。如目前尚未开发或开发不完全的偏远山区,其发展模式主要有生态和经济效益结合的林业经济系统,以开发平原、低山、丘陵地区,充分利用土地资源的复合生态农业。
    在西北内陆的缺林少树,风沙侵蚀严重的干旱半干旱地区,开展绿洲开发生态模式,采取以植树造林防风固沙为先行,积极发展养殖业,多使用农家肥,培肥地力的农业生态建设措施,促进农林牧协调发展。达到树成阴,林成网,锁住风沙,提高地力,使之走上林丰、粮丰、畜旺的良性循环之路。
    2.2.4观光旅游型
    在交通发达的城市郊区或旅游区附近,以当地山水资源和自然景色为依托,以农业作为旅游的主题,根据自身特点,将旅游观光、休闲娱乐、科研和生产结合为一体的农业生产体系。
    观光旅游型生态农业模式是近年来新兴的城郊农业发展模式,该模式是以市场需求为导向,以农业高新技术产业化开发为中心,以农产品加工为突破口,以旅游观光服务为手段,在提升传统产业的同时,培植名贵瓜、果、菜、花卉和特种畜、禽、鱼以及第三产业等新兴产业,进行农业观光园建设,让游客在旅游中认识农业,了解农业,热爱农业,增强热爱大自然和环境保护意识。
    现代园林的发展方向就是将园林和生态有机结合起来,即向生态园林方向发展,形成园林化的农业、农业化的园林。观光旅游型生态农业模式是一种新的园林形式,是21世纪生态园林绿化发展的方向,是目前城郊和旅游区生态农业建设的重点。伴随着人类生产、生活方式的变化及乡村城市化和城乡一体化的深入,农业已从传统的生产形式逐步转向景观、生态、健康、教育、观光、休闲、度假等方向发展。观光旅游生态模式的出现是农业高速发展和城乡一体化发展的需要,也是农业结构调整和社会经济生活发展的需要。传统农业的农业种植结构和生产形式已不适合现代农业的要求,生态旅游农业模式使人们生活在园林化的环境中,耕作在农业化的园林中,不仅为农业结构调整提供了示范,而且对增加农民收入、促进了科技信息、市场信息的传递,加快农村城市化进程意义重大。同时对于改善生存和生态环境,保护我们赖以生存的地球具有重大的现实意义和深远的历史意义。
    该模式是运用生态学、生态经济学原理,将生态农业建设和旅游观光结合在一起的良性模式。
    根据农业观光园的应用特点将其分为观光农园、农业公园、教育农园三类,其中各类型中又包含多种模式。
    2.2.4.1观光农园型
    以生产农作物、园艺作物、花卉、茶等为主营项目,让游人参与生产、管理及收获等活功、还可欣赏、品尝、购买的园区为观光生态农业园。它又可细分为观光果园、观光菜园、观光花园(圃)、观光茶园等,如北京的朝来农艺园、河南省的世锦花木公司等。
    2.4.1.2农业公园型
    把农业生产、农产品销售、旅游、休闲娱乐和园林结合起来的园区称为农业公园。这类园在休闲、旅游、度假、食宿、购物(农产品)、会议、娱乐设施等方面比较完善,注重了人文资源和历史资源的开发,是一种综合性的农业观光园。如湖北宜昌的旅游型景观农业区、四川的九寨沟、浙江义乌的农业现代化示范区、河南省淮阳市的中原绿色庄园等。
    2.4.1.3教育农园型
    既兼顾农业生产、农业科普教育,又兼顾园林和旅游的园区可称为教育农园。其园内的植物类别、先进性、代表性及形态特征和造型特点等不仅能给游园者以科技、科普知识教育,而且能展示科学技术就是生产力的实景;既能获得一定的经济效益,又能陶冶人们的性情,丰富人们的业余文化生活,从而达到娱乐身心的目的。如深圳的世界农业博览园、上海孙桥的现代农业开发区、河南省郑州市陈寨村的特色植物展示园等。
    各种类型包含的具体模式:
    度假休闲型园地立体种养模式该模式利用近郊的优势,和现代城里人平时工作紧张而喜欢在双休日到近郊度假的心理,在果园间放养土鸡,改善土鸡的品质,吸引城里人到农庄来度假。
    仿生栽培型生态农业模式
    此模式根据生物的自然生长规律,创造适应植物(微生物)生长的人工环境,以减少农药、化肥的使用量,从而提高作物的经济效益和生态效益。如庆元称猴桃的仿生栽培模式,就是利用称猴桃在生长过程中耐荫性的生物学特征,在开发园区的时候,模拟称猴桃生长的野生环境,留下一定数量的树木,一方面起到遮荫作用,另一方面起到支撑作用,不仅可以提高称猴桃的产量和品质,而且可以减少南方大雨对山体的冲刷,减少水土流失。
    生态养殖型生态农业模式
    该模式主要是以科技投入为先导,充分利用利用当地的自然资源发展生态养殖业,以获取较高的经济效益和生态效益的农业生产模式。充分利用山区牧草资源发展草食节粮性畜禽,既可以发挥山区的资源优势增加农民收益,也可以适应人们对动物性食品不断增长的需求。
    观光旅游模式
    遵循生态经济学原理,运用系统工程的方法,走有利于促进旅游资源优势向经济优势转变,有利于保护生态环境的开发路子,开发以自然与人文景观相结合的旅游一条线路。
    农业科技园模式
    即主要走资本、科技密集和土地节约型的发展道路,农业生产经营方式高度企业化、规模化、科技化、设施化、市场化,并实行产、加、销、贸工农一体化,为城市提供所需的鲜活农副产品和高科技产品。

    3.新疆特色的绿洲节水生态农业模式
    3.1塔里木河及其流域地理特征
    塔里木河是我国最长的内陆河,干流始于和田河、叶尔羌河和阿克苏河的交汇处肖夹克,归宿于台特玛湖,干流全长132Iklll,如图5-1为塔里木河水系分布图。塔里木河自身不产流,水量全部来自其源流补给,为纯耗散型内陆河。塔里木河主要的源流有阿克苏河、和田河、叶尔羌河,孔雀河通过库塔干渠在20世纪80年代以后向塔里木河下游输水。
    塔里木河流域是环塔里木盆地的阿克苏河、喀什噶尔河、叶尔羌河、和田河、开-孔河、迪那河、渭干河与库车河、克里雅河和车尔臣河等九大水系144条河流的总称,流域总面积102万km2,其中山地占47%,平原占20%,沙漠面积占33%。流域多年平均天然径流量398.3亿m3,主要以冰雪补给为主。历史上塔里木河流域的九大水系均有水汇入塔里木河干流。20世纪40年代以前,车尔臣河、克里雅河、迪那河相继与干流失去地表水联系,40年代以后喀什噶尔河、开都河一孔雀河、渭干河也逐渐脱离干流。目前与塔里木河干流有地表水联系的只有和田河、叶尔羌河和阿克苏河三条源流,孔雀河通过扬水站从博斯腾湖抽水经库塔干渠向塔里木河下游灌区输水,形成“四源一干”的格局。由于“四源一干”流域面积占流域总面积的85.4%,多年平均年径流量占流域年径流总量的64.4%,对塔里木河的形成、发展与演变起着决定性的作用,以下所说的塔里木河流域一般均指“四源一干”。
    因此, 综合治理风沙、盐碱灾害, 发挥绿洲资源优势, 推行绿洲生态农业模式, 有利于实现新疆农业的可持续发展。
    3.2新疆农业生产的特点
    3.2.1灌溉农业是新疆农业的最重要的特征
    新疆干早面积占区总面积的73%,农田灌溉面积达93.02%,形成以灌溉为主的生态农业绿洲。水利是新疆经济的命脉,形成了新疆农业最重要的特征—灌溉农业。新疆人均水浇地已达到约3.5亩,居于全国首位。实际灌溉的面积比耕地面积还要大,因为在农区中,除耕地外,还要灌溉林带、果园以及部分草场。
    3.2.2农业用水紧张
    新疆农业用水以春季最为紧张,所以解决春季用水是发展农业生产的关键。新疆各河流每年春季3-5月的径流量,一般仅为全年径流量的7%-20%,以南疆昆仑山和喀喇昆仑山诸河为最小。由于春季水量特别紧张,又由于一年中无霜期一般较短,历史上南强最多只能一年一熟半,不少地区只能一年一熟,而且往往只能等待洪水下来后种些晚玉米或其他晚秋作物。北疆一般只能一年一熟。所以春耕是新疆农业一年中生产的关键。现在南疆一般已提高到一年二熟,北疆一般已提高到一年一熟半,而且作物结构已有很大变化,增加了细粮和经济作物,所以虽然灌溉水利的水平比以前已有了很大提高,但春季的农业用水,依然很紧张,因为这时一方面要浇好越冬小麦的返青水等:另一方面,又要浇好春小麦、油菜、早玉米、水稻以及棉花等作物的播前水,以便及时播种,不误农时。这个时期的需用水量,可达全年作物需水量的30%一40%,与河流的天然流量相差悬殊。如果再加上造林、种草和其他用水的需要,那就更紧张了,这就对灌溉水利提出了更高的要求。
    3.2.3新疆土壤贫瘠
    新疆土壤母质和灌区地下水含有不同程度的盐碱。一方面由于受到历史上长期过量灌溉的影响,另一方面又因不少灌区仍继续采取不适当的灌溉方法,使许多灌区地下水位继续有所抬高,以至新疆现有广大的灌区内,还存在着不同程度的次生盐碱化土地,计约共100万hm2。占全强耕地面积的l/4。这些就是新疆发展农业生产中需要认真改良的中、低产田。新疆耕地土壤中,除北疆北部和伊犁河谷外,有机质含量普遍偏低,一般都在1%一2%以下,按全国土壤普查的6个等级标准来衡量,一般只能列为3、4、5级。土壤有效含磷量也普遍偏低。
    3.2.4不利的天气条件
    作物生长期常受到干早、大风、沙暴、干热风、冰雹、霜冻、低温等农业气象灾害,必须有效地加以防御。
    3.2.5农业的规模化、机械化水平高
    由于新疆土地面积大,为农业的规模化、农业机械化发展提供了有利的基础条件,新疆农业规模化与机械化水平在全国是领先的。

    3.3新疆农业发展模式变迁
    按水资源利用方式与农业发展结合起来考虑,分为三个阶段:解放前的传统自然农业、解放后的以渠系灌溉方式为主的灌溉农业、90年代以后的节水设施灌溉农业。
    第一阶段:水资源自流漫灌的传统自然农业(解放前)
    在新疆农业发展史上,各族人民引水灌溉,发展绿洲农业的历史是悠久的。解放前老绿洲模式,多是旁水而垦,农田灌溉模式是引水自流到农田,进行大水漫灌。基本上是一条内陆河,一片绿洲,一个农业县。这些绿洲的位置,主要在河流低阶地和中下游地势平坦、引水方便的冲积平原。一般来说,原有绿洲大都位于冲积平原的上游和高阶地,如分布在较宽河谷内的有伊犁、乌什等绿洲:分布在河流出山口后的冲积扇或冲积一洪积扇中下部的有喀什、和田、玛纳斯等绿洲;分布在河流末端,耕地在三角洲上部的有岳普湖、伽师等绿洲。这一阶段农牧业生产十分落后,由于当时耕地资源较少,水及尿粪资源相对丰富,还未产生严重的盐碱化,加上有丰富的草炭资源,被大量用来垫圈积肥,耕地基本以使用优质厩肥、油渣、骨粉等有机肥为主,农业生态环境基本处理“原始”阶段,状况良好。
    第二阶段:以开发渠系为主的灌溉农业(1949年-1990年)
    解放后,中国人民解放军驻疆部队和新疆生产建设兵团的广大指战员,和新疆各族人民一道,本着把水利建设放在发展农业生产的首要地位,在进行许多河流流域性的综合开发、全面治理的基础上,修建水库,新建水渠,营造林带,使一部分戈壁变为绿洲,荒原变为良田,陆续建立了许多国营农场。1958一1990年,是农业持续快速增长期,这期间共扩大新灌区200多万hm2,改善旧灌区100多万hm2,总灌溉面积达到316万hm2。为了发展新疆的水利事业,1950一1990年,新疆累计投入水利建设资金193亿元,其中:国家投资119亿元,地县及群众投资74亿元。全区建成大中小型水库472座,总库容达到702亿m3,建成引水渠道4加条,总引水能力达到4800m3Z秒,建成防洪堤防6o12km,永久性堤防占20%左右,保护耕地131.5万腼2,保护人口851.2万人。建成干、支、斗、农四级渠道32.36万kin,其中防渗渠道102万knl,各类渠系建筑物44.56万座.全疆有5个地州39个县市完成了三级渠道工程化全防渗。建成配套机电井3.74万眼,形成了年均提水能力约40亿耐,纯井灌面积达58.91万hmZ,建成节水灌溉工程面积1906.67hm2。到1990年底,牧区已建成水库271座,渠道4.09万恤,供水管道2436km,牧区供水基本井4200眼,开辟缺水草场59.73万腼2,灌溉人工饲草料基地80万肠2,改良草场104.1万腼2。水利事业的发展,为改善工农业生产条件,实现合理的生产布局,奠定了坚实基础。
    第三阶段:以节水设施灌溉方式的现代节水生态农业(1990年以后)
    传统渗漏灌溉网(大田以沟畦漫灌为主,输水配水渠道为主,河川径流调蓄以平原水库为主)农业每公顷灌溉水资源耗用量12000扩左右,而自90年代以来,新疆采用现代无渗漏灌溉网(大田以喷灌、滴灌为主,输水配水以管道为主,调蓄径流以上游水库为主,地上水地下水互相利用)每公顷水资源耗用量将降低到52500M3左右。意味着灌溉面积翻一番。因为水的“充裕”,生态环境就可逐渐并最终得到彻底改善。
    节水生态农业替代传统灌溉农业,一是可以从根本上抑制土地次生盐渍化;二是节水农业技术与其它成熟的生态农业技术的综合运用,利于种植业结构、大农业结构的调整。棉花单产达到每公顷2250公斤以上,保证400万担总产只需占用10余万公顷耕地(比现有水平缩减三分之一),在不影响实施“棉花战略”的前提下,为倒茬轮作、种植绿肥、首蓓提供了可利用耕地,经过一段时期运行,其效果是,耕地肥力逐渐提高,农区畜牧业不断发展;三是种植业省出的水可以大量用于植树造林、沙漠、戈壁植被的恢复,由于有了水的有效供给,造林及植被恢复就能取得良效果,风沙化问题就可得到根本解决。四是为发展绿色食品提供了所需的生态环境,绿色农产品生产是以良好的农业生态环境为条件的,以传统的有机农业为基础的,由于“绿色农业”效益巨大,它的发展是和农业生态环境改善同方向,是互为因果关系。因此具有良好发展前景。五是农业生产结构得到大调整。人工绿洲内外的梭梭、红柳,可播种大芸、种植甘草、沙棘、枸杞等,发展沙产业;生态林地可扩大规模,增加宽度,发展林、木、林果等林业:发展草业,苜蓿粉可直接外销,芨芨草可做造纸原料。
    4.节水灌溉综合技术
    4.1节水农业和灌溉的概念
    我国节水农业的发展始于20世纪70年代,80年代以来受到政府和社会各界的普遍关注,回顾近30年节水农业发展历程,国家非常重视,将节水农业提到了前所未有的战略高度,作为一项重大战略加以实施,制订了一系列政策,取得了不少成绩。
    节水农业是指节约和高效用水的农业,即在农业生产和农村经济活动中既要节约用水提高水的利用率,又要高效用水提高水的利用效率和效益。节水农业的根本目的是在水资源有限的条件下实现农业生产的效益最大化,其本质是提高应用于农业的单方水经济产出(薛亮,2002)。
    节水灌溉是根据作物需水规律及当地供水条件,为了有效地利用降水和灌溉水,获取农业最佳经济效益、社会效益、生态环境效益而采取的多种措施的总称。
    节水灌溉综合技术是以工程措施为主、包括农业措施、管理措施的综合技术体系。工程节水措施通常指能提高灌溉水利用率的工程性措施,如进行渠道防渗、采用管道输水、平整土地、合理确定沟畦规格等,也可将传统地面灌溉改为喷灌、微灌。农业节水措施是指与节水灌溉工程技术配套应用的、使农作物节水高效优质的农业技术措施,如种植结构优化技术、抗旱节水品种筛选应用技术、耕作保墒技术、覆盖保墒技术、蒸腾蒸发抑制技术、化学制剂保水技术和水肥耦合技术等。管理节水措施通常仅指灌溉管理范畴内的节水措施,如节水高效灌溉制度制定、土壤墒情监测与灌溉预报技术、灌区配水技术、灌区量水技术、灌溉自动控制技术等。
    节水灌溉不仅要注重工程措施的应用,同时还要注重农业、管理等非工程措施的应用。不同作物有不同的需水规律,不同耕作制度要求不同灌水方式,肥料利用率低在相当程度上源于灌溉水利用率低,不少灌溉设备本身就属于农业机械的范畴。这些事实表明,灌溉是伴随农业的发展而发展的,任何一种灌溉模式都不会脱离当时的农业生产水平。节水灌溉是我国农业实现现代化但又面临水资源短缺制约所选择的灌溉发展模式,它从发展之初就和作物紧密结合在一起,甚至不少节水灌溉技术是以作物名称和工程类型共同命名的,例如大田作物小畦灌溉、小麦玉米两茬平播半固定喷灌、果树滴灌、棉花膜下滴灌、保护地微灌等等。由此可见节水灌溉是一项综合性技术,也就是说只有采取综合节水措施,才能更有效地发挥出节水、增产、增收的效益。
    4.2工程节水技术措施
    渠道防渗技术是指采用对渠床土壤处理或建立不易透水的防护层,如混凝土护面、浆砌块石衬砌、塑料薄膜防渗和混合材料防渗等防渗技术,可减少输水渗漏损失,加快输水速度,提高灌水效率。与土渠相比,浆砌块石防渗可减少渗漏损失50%~60%;混凝土护面可减少渗漏损失60%~70%;塑料薄膜防渗可减少渗漏损失70%~80%。这样,减少的输水损失还可以灌溉更多的农田,即如果灌溉同等数量的耕地,渠道防渗所需建设水源工程的投资比土渠少得多。据新疆的经验,渠道采用防渗技术措施后,用其节省下来的水灌溉,每亩地的投资约为建水库蓄水灌溉每亩地投资的1/3。同时,还可以防止土壤盐碱化及沼泽化。
    4.2.1渠道防渗技术
    渠道防渗技术可以提高渠系水利用系数,对渠床土壤处理或建立不易透水的防护层,如混凝土护面、浆砌块石衬砌、塑料薄膜防渗和混合材料防渗等工程技术措施,可减少输水渗漏损失,加快输水速度,提高灌水效率。与土渠相比,浆砌块石防渗可减少渗漏损失50%~60%;混凝土护面可减少渗漏损失60%~70%;塑料薄膜防渗可减少渗漏损失70%~80%。
    土料防渗:
    在渠床表面铺上一层适当厚度的粘性土、粘砂混合土、灰土、三合土和四合土等材料,经夯实或碾压形成一层紧密的土料防渗层,以减少渠道在输水过程中的渗漏损失。
    水泥土防渗:
    将土料、水泥和水按一定比例配合拌匀后,铺设在渠床表面,经碾压形成一层紧密的水泥土防渗层,以减少渠道在输水过程中的渗漏损失。
    混凝土防渗
    将混凝土铺设在渠床表面,形成一层不易透水的混凝土防渗层,以减少渠道在输水过程中的渗漏损失。
    4.2.2微灌技术
    微灌技术是一种新型的最节水的灌溉工程技术,包括滴灌、微喷灌、涌泉灌和地下渗灌。微灌可根据作物需水要求,通过低压管道系统与安装在末级管道上的灌水器,将水和作物生长所需的养分以很小的流量均匀、准确、适时、适量地直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中进行灌溉,从而使灌溉水的深层渗漏和地表蒸发减少到最低限度。微灌常以少量的水湿润作物根区附近的部分土壤,因此主要用于局部灌溉。
    其主要形式有:
    滴灌:是通过安装在毛管上的滴头、孔口或滴灌带等灌水器,将水一滴一滴、均匀而又缓慢地滴入作物根区土壤中的灌水方式。灌水时仅滴头下的土壤得到水分,灌后沿作物种植行形成一个一个的湿润圆,其余部分是干燥的。由于滴水流量小,水滴缓慢入渗,仅滴头下的土壤水分处于饱和状态外,其他部位的土壤水分处于非饱和状态。土壤水分主要借助毛管张力作用湿润土壤。
    微喷灌:采用低压管道将水送到作物根部附近,通过流量为50~200升/时、工作压力为100~150kp的微喷头将水喷洒在土壤表面进行灌溉。微喷灌一般只湿润作物周围的土地,一般也用于局部灌溉。微喷灌不仅可以湿润土壤,而且可以调节田间小气候。此外,由于微喷头的出水孔径较大,因而比滴灌抗堵塞能力强。
    涌泉灌:也称小管出流灌。是通过安装在毛管上的涌水器或微管形成的小股水流,以涌泉方式涌出地面进行灌溉。其灌溉流量比滴灌和微喷灌大,一般都超过土壤渗吸速度。为了防止产生地面径流,需要在涌水器附近的地表挖小穴坑或绕树环沟暂时储水。由于出水孔径较大,不易堵塞。
    地下渗灌:是通过埋在地表下的全部管网和灌水器进行灌水,水在土壤中缓慢地浸润和扩散湿润部分土体,故仍属于局部灌溉。

    图表 1滴灌技术

    图表 2地下滴灌
    适用条件:
    微灌适用于所有的地形和土壤,特别适用于干旱缺水地区,我国北方和西北地区是微灌最有发展前途的地区,南方丘陵区的经济作物因常受季节性干旱影响也很适宜采用微灌。微灌系统可分为固定式和半固定式两种,固定式常用于宽行作物,半固定式可用于密植的大田作物及宽行瓜类等。
    推广应用前景:
    微灌特别适合灌溉干旱缺水地区的经济作物,如新疆地区的棉花滴灌。微灌也很适宜经济林果灌溉,如北方和西北地区的葡萄、瓜果等适用滴灌;南方的柑桔、茶叶、胡椒等适用微喷灌;食用菌、苗木、花卉、蔬菜等适用微喷灌。因此,在我国有着广阔的应用前景。
    4.2.3地面节水灌溉技术
    该技术能较好地保证将灌溉水按拟定的灌水定额输送到作物根层,使全部灌溉面积上的土壤湿润比较均匀,作物的需水要求容易得到满足。也能有效防止田面跑水、串灌、流失和避免或减少深层渗漏损失。因此,灌溉水利用率较高。同时,能防止或减少破坏土壤团粒结构,使灌水后土壤保持疏松,减少地面蒸发,有利于作物生长发育。
    在我国旱作物田间节水地面灌溉方式主要有小畦灌溉、长畦短灌、水平畦灌(小块灌)、间歇灌溉等。在水稻田间节水地面灌溉技术主要有改进格田灌。
    小畦灌溉技术:在自流灌区运用小畦灌溉技术的时候,畦田宽度应该控制在2-3米,畦田长度不要超过75米。
    长畦短灌技术:长畦短灌又称长畦分段灌水技术,是将长畦划分成一个一个的小段,采用地面纵向输水沟或软管分别对这些小段进行灌溉。
    水平畦灌技术:水平畦灌是将田块整理成方形(或长方形),以较大的流量入畦,使水流迅速灌满全部田面(田块)块的一种灌水技术。该技术要求田面比较平整,田面各个方向无坡度,在我国现阶段的水平畦田一般多为0.3亩左右。如果与激光控制平地技术结合进行高精度的土地平整,还可以增大灌溉田块的面积。
    节水型沟灌:节水型沟灌有短沟灌、细流沟灌、隔沟灌等形式。短沟灌的沟长要求,自流灌区一般不超过100米,提水灌区和井灌区一般不超过50米。细流沟灌的灌水沟规格与一般的沟灌相同,只是用小管控制入沟流量,一般流量不大于0.3升/秒,水深不超过沟深的一半。隔沟灌是头一次灌水时,相邻的沟不同时灌水,而是间隔一条沟通水,下一次灌水时再间隔灌上一次没有灌水的沟。
    间歇灌溉技术:间歇灌溉是通过间歇向田块供水,逐段湿润土壤,直到水流推进到灌水末端为止的一种节水型地面灌溉新技术。间歇灌溉的设备,由波涌阀、控制器、田间输配水管道等组成。与传统的地面灌水不同,采用间歇灌溉技术向田面供水时,不是一次灌水就推进到末端;而是灌溉水在第一次供水输入田面,达一定距离后,暂停供水,当田面水自然落干后,再继续供水,如此分几次间歇反复地向田面供水直至供水到田面末端。这样降低了灌溉过程中灌溉水的渗漏损失,提高了地面灌水的质量。
    改进格田灌:格田的长度宜采取60~120米,宽度宜取20~40米;山区和丘陵区可根据地形、土地平整及耕作条件等适当调整。格田与格田之间不允许串灌。
    适用条件:不管北方还是南方,不论是旱作物或是水稻都可采用田间节水地面灌溉技术,但不宜在微地形变化很大和土壤渗透性很大的土地上应用。
    推广应用前景:目前我国有95%以上的灌溉面积在应用不同形式的地面灌溉方法,其中绝大部分仍是采用传统的地面灌溉技术,而且在今后很长一段时间内,地面灌溉方法在我国灌溉农业中仍将占绝对的主导地位,节水改造的任务很大。因此,田间节水地面灌溉技术有着极广阔的推广应用前景。
    4.3节水灌溉配套农业技术措施
    节水灌溉配套农业技术措施是提高农田水分利用效率的重要措施之一,它通过选择适当的作物种类、品种、种植方式,合理有效的灌溉管理、配方施肥、耕作、覆盖、化控调节等措施,来减少作物生长期的水分消耗,提高作物的水分利用效率,减少作物灌溉用水,最终达到节水、高产、高效的目标。农业节水技术措施大致上可划分为七大类:即种植结构优化技术、抗旱节水品种筛选应用技术、耕作保墒技术、覆盖保墒技术、蒸腾蒸发抑制技术、化学制剂保水技术和水肥耦合技术。
    种植结构优化技术是依据当地的水、土、光、热资源特征以及不同作物需水特性和耗水规律,以高效、节水为原则,以水定植,合理安排作物的种植结构及灌溉规模,限制和压缩高耗水、低产出作物的种植面积,从而建立与当地自然条件相适应的节水高效型作物种植结构,以缓解用水矛盾,提高降水和灌溉水的利用效率。该技术可在较大范围内产生节水效果。
    不同作物对水分亏缺的反应不同,这集中表现在抗旱节水特性和水分利用效率的差异。作物抗旱性是在缺水条件下作物能获得足够产量的能力。作物的节水性是指作物以较低的水分消耗,维持正常生长发育并获得一定经济产量的特性。水分利用效率是指单位耗水量生产的生物量、经济产量以及经济价值。许多研究结果表明,在相同干旱条件下,不同作物种间的水分利用效率存在很大差异,通常可达到2~5倍。由于不同作物种间的抗旱节水特性与水分利用效率差异以及雨水资源的时空分布不均,这就为作物选择与合理布局而建立节水型种植结构提供了理论依据。
    4.3.1种植结构优化技术
    选择需水与降水耦合性好、耐旱、水分利用率高的作物品种
    适当扩大水分利用效率较高的作物(如甘薯、春玉米、马铃薯等)种植面积,压缩水分利用较低的作物(如春小麦、亚麻等)种植面积,以充分利用当地水资源。在华北平原两熟制地区的深井灌区,压缩高耗水冬小麦、夏玉米等作物,增加传统的耐旱节水优质高效的作物种植,如春播或者夏播的谷子、高粱等小杂粮、豆类、以及优质饲草、甘薯、特种玉米和其他特色作物。在北方灌溉水源保证率不高的地区,严格控制稻田的规模,对稻田面积的扩大要进行认真的水资源供需平衡论证。1亩稻田的灌溉用水可以满足3亩充分灌溉的旱作用水,稻田只能在局部低洼易涝地上发展。对于士壤还没有彻底脱盐的盐渍化地区,每年需要大量淡水用于压碱、洗盐,平衡士壤盐分,更需要加大水稻改旱作的力度,推动稻田改制。在南方丘陵地区压缩一些灌溉保证率不高,冬春严重缺水的岗丘稻田,即俗称的“望天田”、“雷响田”,加强地面径流拦蓄,充分利用相对丰富的天然降水实行退水改旱,或水旱轮作,种植耗水较少但经济效益较高的旱地作物,如棉花、麻类、烟草、瓜菜、药材,果树或其他经济作物、经济林木。
    调整作物播期
    调整作物播期,使作物生育期耗水与降水相耦合,可以提高作物对降水的有效利用。对于灌区,要根据来水的季节变化特点,合理安排作物种植比例,缓解用水矛盾。
    发展立体、轮作种植
    我国各地因所在的纬度、海拔高度不同,气候条件有很大差异,应根据当地的自然条件、土壤条件和作物的生物学特性,采用不同的种植方式,合理搭配种植。一般无霜期较长、热量充足的地区,应积极发展间、套、复种等种植方式;无霜期较短、热量资源较差的地区,应采用以间作为主要形式的种植方式,或实行高秆作物与矮秆作物、深根作物与浅根作物的混作等,以充分利用有限的水、肥、光、热资源。
    立体种植应遵循的原则:
    a.不仅作物地上部分的茎、枝、叶应当分布合理,而且作物根系也应搭配合理,使地下部分深、浅根作物配合,达到既提高光热资源利用率,又提高不同深度的土壤水分利用率的目的。
    b.根据当地的降水特征,做到不同需水特征的作物合理搭配,并特别重视利用夏秋季节的雨热资源。
    c.充分注意不同作物的需水要求,采用不同的耕作方式。
    d.根据作物套种的需水特点,调整灌水时间和灌水方式,尽量做到套种作物和前茬作物或另一套种作物之间一水两用。
    轮作种植应遵循的原则:
    a.高耗水作物与低耗水作物搭配,有利于水分恢复和平衡;
    b.深根作物与浅根作物搭配,以充分利用土壤深层储水,并增强土壤蓄纳降水的能力,提高土壤水分的保蓄能力;
    c.根据当年降雨年型和播前土壤墒情合理安排种植。在干旱年,种植耐旱作物,丰水年种植丰水高产品种。
    4.3.2抗旱节水品种筛选应用技术
    由于同一作物不同品种之间在抗旱性和水分利用效率方面差异很大,这种差异除了环境条件的影响外,更主要的是植物本身遗传基础的差异。培育或引进适合当地条件的节水高产型品种可以降低作物耗水量、提高水分利用效率。这种抗旱性强、水分利用效率高、综合性状优良的作物品种既是抗旱节水品种,它对发展节水农业具有重要意义。其技术要点如下:
    严格遵照用种程序
    试验、示范、推广是一套不可逆的缺一不可的品种筛选应用程序。
    首先要进行严格的、规范的试验。试验中,对品种的特征、特性、抗逆性、产量性状和产量、品质性状和品质、生态适应性、利用价值和前景等方面进行全面考查。严格遵守种子法,在试验成功的基础上开展一定规模和范围的示范。通过特定程序,经专门机构审定或认定,合法地逐步推广。
    选用适宜的品种类型
    尽管不同作物的品种繁多,但都有一定的类型归属。种植中,品种类型适宜是前提,如果类型不当,就不能完成生长发育过程,失去了种植意义。掌握具体作物品种的特征和特性,结合每种作物的种植区划,计算用种地区的积温,综合其他生态条件,选用适宜的品种类型,是种植成功的保证。
    选用抗逆性强、高产优质作物品种
    冬小麦节水抗旱品种的主要筛选指标是:种子吸水力强、叶面积小、气孔对水分胁迫反应敏感,根系大入土深,株高80厘米左右,分蘖力中等,成穗率高,生长发育冬前壮、中期稳、后期不早衰,籽粒灌浆速度快、强度大,穗大粒多,千粒重40~45克,抗寒、抗旱、抗病、抗干热风。玉米节水抗旱品种的主要筛选指标是:出苗快而齐,苗期生长健壮;中后期光合势强,株型紧凑;籽粒灌浆速度快;耐旱、抗病、抗倒伏;产量高而稳,籽粒品质好;生育期适合于当地种植制度。
    4.3.3覆盖保墒技术
    作物田间通过利用作物秸秆或地膜覆盖,可以截留和保蓄雨水及灌溉水,保护土壤结构,降低土壤水分消耗速度,减少棵间蒸发量和养分损耗,从而提高水资源利用效率,同时该技术具有调节土温、抑制杂草生长等多方面的综合作用。覆盖保墒技术根据覆盖材料的不同分地膜覆盖和秸秆覆盖两种形式,这里主要介绍地膜覆盖形式。
    4.3.3.1地膜覆盖保墒技术
    a. 精细整地
    精细整地是地膜覆盖的基础。地膜覆盖的田块秋季收获后要进行秋、冬翻耕,耕后及时耙耱保墒。第二年春季只耙耱不翻耕,早春要及时顶凌耙耱保墒。雨后还要及时耙耱保墒。经过这些工序,达到地平、土碎、墒足,无大土块,无根茬,为保证覆膜质量创造良好条件。
    b. 科学施肥
    根据土壤养分亏缺状况科学配比施肥,是地膜覆盖增产的保证。一般来说,在土壤翻耕时要施足基肥。基肥以有机肥和磷肥为主,有机肥施用量较常规增施30%~50%,作物中后期应及时采用扎根追肥、灌水的方法补充肥水,以防止作物脱肥早衰。高肥地块氮素肥料应减少20%左右,增施磷、钾肥,以控制作物徒长。低肥地块增施氮肥,则有利于增产。
    c. 早起垄
    在冬前或早春整好地后随即起垄。垄应做成中间高、两侧呈缓坡状的圆头高垄。一般垄高10~15厘米,垄底宽50~60厘米。垄向以南北向为宜。垄做好后,再轻轻镇压垄面,使垄面光滑平整,覆膜时地膜容易绷紧,膜面能紧贴垄面,增温保墒效果好,而且还有利于土壤毛细管水分上升。在干旱少雨地区,大面积采用地膜覆盖时,应在垄沟中分段打埂,以便纳雨蓄墒。
    d. 喷洒除草剂
    地膜覆盖容易在膜下滋生杂草,特别在多雨低温年份,易形成草荒,与作物争水、争肥、争光照,影响盖膜效果。所以在覆膜前要适当使用除草剂,按照适宜的剂量和稀释浓度,均匀地喷洒地面,以防药害。为保证安全,可按常规用量减少20%。
    e. 覆膜
    覆膜质量直接关系到地膜覆盖的效果,是地膜覆盖栽培的关键。整地、起垄、喷洒除草剂后应立即覆膜。覆膜时,要将地膜拉展铺平,使地膜紧贴地面。地膜的两侧、两头都要开沟埋入土中,并要压紧、压严、压实,使膜面平整无坑洼,膜边紧实无孔洞。然后再在膜面上每隔1.5米压一土堆,每隔3米压一土带,以防风吹揭膜。应用地膜覆盖机覆膜功效高,质量好,均匀一致,并且节省地膜。
    f. 播种与定植
    播种与定植时间、方法、质量,关系到出苗早晚和缓苗快慢,是地膜覆盖的主要技术环节,因此,应根据不同作物、不同地区和地膜覆盖的特征,选择适宜的播期。地膜覆盖的春播作物,一般是晚霜前播种,晚霜后出苗或放苗,播种、定植过晚则失去地膜覆盖的意义。一些抗寒作物可以适当提早,但由于盖膜后播种至出苗的时间缩短,出苗期较早,所以播种也不能过早,以防早春霜冻危害。地膜覆盖的播种方式一般采用先盖膜后播种或定植,主要有条播和穴播或移栽等几种方式。播种时先按株、行距在膜面上开直径为4~5厘米的圆孔或十字形口,然后再播种或定植。随后要及时用湿土把播种或定植孔连同地膜一起封严压实,以防风吹揭膜,降低土温和蒸发失水,并可抑制杂草。
    g. 田间管理
    在播种、定植后,覆盖在田间的地膜常会因风吹、雨淋和田间作业遭到破坏,有的膜面出现裂口,有的膜侧出现漏洞,如不及时用土封堵严实,地膜会很快裂成大口,使地温下降,土壤水分损失,杂草丛生,失去盖膜的作用。因此,在田间管理时,应注意不要弄破地膜;要经常检查,发现破口及时封堵,以防大风揭膜,造成毁苗伤苗。
    在先播种后盖膜的农田,出苗后应及时打孔放苗。孔的大小以4厘米为宜,按照密度确定适宜的株距。幼苗放出后,及时用土把孔口密封严实,防止透气和灌风揭膜。先盖膜后播种的田块,如播种后遇雨,易形成板结,应及时破除播种孔的硬结,以利幼苗出土。幼苗出土后,应根据不同作物,在适宜的时期进行间苗、定苗,保证全苗,达到适宜的密度。其他的田间管理,如中耕除草、追肥、防治病虫害等,应根据不同地区、不同作物、不同生育阶段,采取相应的措施。此外,地膜覆盖的作物,往往前期容易徒长,后期容易早衰。因此,在前期要注意控水蹲苗,促进根系生长。在中、后期要注意灌水、追肥,防止脱肥早衰,促使作物早发、稳长、不早衰。
    在地膜覆盖下,作物生育期普遍提前,成熟期较早,应及时收获,达到增产增收的目的。作物收获后,要及时拣净、收回田间的破旧地膜,以免污染土壤,影响下茬作物的生长发育。
    4.3.3.2新疆地区应用棉花膜下滴灌技术
    膜下滴灌技术产生于兵团农八师石河子垦区。这里位于天山北麓、准噶尔盆地南缘,年降雨量只有100到200毫米,年蒸发量高达2000到2400毫米,是典型的干旱地区,农业生产完全依赖于灌溉,用水矛盾十分突出。
    从上个世纪八十年代起,农八师的水利工作者开始尝试在大田滴灌节水技术的可行性,自1996年到1998年,对不同土壤条件下的不同作物进行试验,获得成功,1999年开始,兵团以农八师为中心在全兵团大面积推广,第一年即推广0.25万公顷,目前的推广面积较1999年增长了近46倍。
    2002年,石河子垦区11万公顷棉田有8万公顷采用了膜下滴灌技术,棉花平均单产达4500千克,创历史新高。全师棉花增产了20%,平均单产提高了整整750千克,就以每千克籽棉3.5元的市场价计算,每公顷地可增加收入2625元,如此,仅增产因素就为农八师增加收入近两亿元,若按一个农业职工3.3 公顷的平均承包定额,则农工平均增收达8750元。
    4.3.4蒸腾蒸发抑制技术
    4.3.4.1水面蒸发抑制剂
    能够在水面形成单分子膜并能抑制水面蒸发的制剂称之为水面蒸发抑制剂,在化学上属于表面活性剂的范畴。这类物质为直链的高级脂肪族化合物,碳原子数目在11个以上,具有抑制水分蒸发的能力。其分子具有不对称结构,一端含有极性的亲水基团,另一端具有非极性疏水基团,将这种乳液喷于水面后,分子中的疏水基团由于与水排斥而转向空间,亲水基团转向水中,与水分子发生缔合。这样水与单分子膜物质间牢牢吸引,在水面就会形成肉眼看不见的单分子膜层,膜层厚度为0.00000025米,对水面产生较高的表面压力,阻挡水分子向大气中扩散。同时单分膜层分子间的空隙可让氧气和二氧化碳透过,而水分子却通不过,因而能有效抑制水分蒸发。当然,由于抑制了水分蒸发,使蒸发潜热积累于水中,从而可提高水温。主要功能如下:
     抑蒸性:这是水面蒸发抑制剂的主要功能。在水面形成单分子膜层,阻挡水分子向外逸出,其抑制蒸发率室内为70%~90%,野外为22%~45%。
     增温性:由于抑制蒸发在水中累积蒸发耗热,从而提高水温,一般增温幅度为4.0~8.2摄氏度。
     扩散性:这类制剂喷施水面后能迅速形成连续均匀的单分子膜层。由于膜内加有扩散剂,当膜层破裂后能自动扩散恢复合拢。扩散性与温度有关,温度高扩散快,温度低则扩散慢。
     抗风性:单分子膜层对风敏感,当风速为0.8米/秒时,膜层就会随风移动,风速为3米/秒时有助于膜层的扩散和提高抑制蒸发率,当风速超过3米/秒时,单分子膜被风吹成褶皱破裂而失效。
     有效性:喷施一次有效性可维持3~7天。由于氧气和二氧化碳均能透过,对植物、鱼类无害。
    4.3.4.2黄腐酸抗旱剂
    黄腐酸,简称FA,是腐殖酸(HA)中分子量较小的水可溶组分。FA除具有HA的一般特征外,还具有自身的特点,即分子量较小,醌基、酚羟基、羧基等活性基团含量较高,生理活性强,易溶于水,易被植物吸收利用,水溶液成酸性等。因而FA对植物起着以调控水分为中心的多种生理功能,是一种调节植物生长型的抗蒸腾剂。具有如下功能:
     缩小气孔开张度,抑制水分蒸腾;
     增加叶绿素含量,促进光合作用;
     提高根系活力,防止早衰;
     减慢土壤水分消耗,改善植株水分状况。
    4.3.4.3土壤保墒剂
    裸露土壤中的水分主要是通过蒸发散失。散失途径有两条:一是毛管水通过毛细管上升作用不断输送到地表损失;二是以气态水的方式扩散到空气中损失。将成膜制剂喷于土表,干燥后即可形成多分子层的化学保护膜固结表土,阻隔土壤水分以气态水方式进入大气。同样以土壤结构改良剂混合土壤,可显著增加土壤水稳性团粒结构,从而阻断土壤毛管水的连续性,降低毛管水上升高度,达到抑制水分蒸发的目的。主要功能如下:
     抑制土壤水分蒸发;
     提高土壤温度;
     改善土壤结构。
    4.3.4.3新疆巴楚县棉花施用“旱地龙”技术
    新疆巴楚县农技推广中心的试验表明,棉花生产使用“旱地龙”,单产可增110~3728千克/公顷,增产率达到7.38%~24.1%。而且可以改善棉花品质,如纤维长度、衣分都有提高。不同施用时期与施用量增收在2535~4200元/公顷之间。
    4.3.5化学制剂保水技术
    保水剂又称土壤保水剂、保湿剂、高吸水性树脂、高分子吸水剂,是利用强吸水性树脂制成的一种超高吸水保水能力的高分子化合物。它与水分接触时,能够迅速吸收和保持相当于自身重量几百倍至几千倍的去离子水、数十倍至近百倍的含盐水分,而且具有反复吸水功能,吸水后膨胀为水凝胶,可缓慢释放水分供作物吸收利用,从而增强土壤保水性,改良土壤结构,减少深层渗漏和土壤养分流失,提高水分利用率。大量试验研究表明,保水剂能提高农田保水保肥能力,节约农田用水量,改良土壤结构,提高种子出苗率、幼苗移栽成活率,促进作物幼苗生长发育等功效。
    新疆新型多功能保水剂应用技术
    广东仲恺农业技术学院的专家经过多年研究,开发出适合新疆土壤和气候特点的新型多功能保水剂。该保水剂利用新疆本地丰富的天然及废弃物资源,例如动物羽毛蛋白、角蛋白、棉籽蛋白、毛皮加工废弃物等,价格低廉、具有突出的耐老化和耐候性能、可完全降解,并采用新的配方和制备技术,使保水剂具有多种功能性。通过在新疆干旱地区不同作物上的应用技术研究与示范,建立了新型多功能保水剂在不同作物上的标准化应用技术规范,节水率达到15%—30%,并具有增产、提高成活率、刺激作物根系发育、促进植物生长以及改善农产品品质等多种作用。多功能保水剂应用于荒漠造林可节水20%—30%,成活率还提高30%以上,苗木生长迅速,甚至当年即可成林。以葡萄示范基地为例,使用了保水剂后肥料利用率提高了30%;生长期平均灌水12次减少为8次;商品果产量提高30%,每公顷产值为33750元,利润为25620元,每年每公顷增加利润6120元,两年约为12000多元。目前已在哈密、吐鲁番、乌鲁木齐等地的40多个示范点累计推广应用0.67万公顷以上,累计节水达到1000多万立方米,取得了良好的生态效益、社会效益以及经济效益。
    4.3.6节水灌溉综合技术模式
    本节主要介绍北方干旱内陆河区节水灌溉综合技术集成模式。由于北方干旱内陆河灌区深居欧亚大陆腹地,平原降水量仅25~200毫米,年蒸发量高达2000~3000毫米,没有灌溉就没有农业,并且水资源总量不足,水资源开发利用程度较高,个别地方已出现面积较大的地下水降落漏斗,生态用水量亟待增加,因此在这些地方实施节水灌溉具有重要的现实意义。根据不同经营者及其效益的不同以及不同作物的耗水特性,总结提出了以下节水灌溉综合技术模式。
    4.3.6.1大田低收益作物低成本降耗简化节水灌溉综合技术模式
    本模式以粮食作物为主,将节水品种、农艺措施,免耕秸杆覆盖与机械化畦植沟灌技术融为一体,进行集成。适用于农户分散经营的大田粮食作物。适宜作物为小麦、小麦玉米带田和啤酒大麦;其主体技术为减免冬灌机械化免耕秸杆覆盖技术和机械化畦植沟灌技术;配套的农艺技术为节水品种,精量播种,节水灌溉制度,配方施肥与化学保水剂等。

    4.3.6.2大田高收益作物增投增效节水灌溉综合技术模式
    该模式将垄膜沟灌技术、膜下滴灌技术、喷灌技术、渗灌技术和节水品种、地膜覆盖、平衡施肥和节水灌溉制度等有机集成。适用于加工企业、订单农业或农场或者规模经营的农户。适宜作物为制种玉米、加工甜椒、加工番茄、啤酒花、酿酒葡萄和苜蓿;其主体技术为膜垄沟灌技术、膜下滴灌技术、喷灌技术、渗灌技术,配套技术为节水品种、地膜覆盖技术、全降解地膜、平衡施肥与育苗技术,节水灌溉制度、田间闸管灌与分根交替灌溉。
    4.3.6.3 以膜下滴灌为主的棉花节水综合技术模式
    将地膜覆盖技术与滴灌技术有机结合,在降低滴灌技术成本的基础上,达到了节水增产的双重目标。它将有压水源通过滴灌管道系统变成细小的水滴在作物根系范围内进行局部节水灌溉;同时,由于覆膜可大大减少作物的棵间蒸发,使得作物根系在滴头附近集中发育,使水、肥作用更直接,效率更高。膜下滴灌还可在根系范围内形成一个低盐区,加之地膜覆盖使棵间蒸发甚微,盐分不易返回地面,在盐碱地上也可获得较高产量。
    采用膜下滴灌技术需要对水源进行加压和净化处理,需要配置相应的机械、设备、管材等。内镶式滴灌带和管上补偿式滴灌管为目前国内研制和生产出的产品,可广泛应用于膜下滴灌,产品质量及使用效果与国外同类产品基本相似。大田作物膜下滴灌系统的结构为:水源—水泵—离心式砂石过滤器—施肥罐—网式过滤器—主干管—分干管—支管—毛管—灌水器。膜下滴灌系统在田间的铺设过程是:使用改装后的播种机,在拖拉机牵引下,将系统的末级毛管与铺膜、种子三者同时一次作业铺设完成,然后将末级毛管再与相应的支、干(分干)管及设备相连接,组成膜下滴灌网络。水通过毛管上的灌水器在膜下均匀地为作物供水。膜下滴灌系统的设计应按照部颁标准S升103—95《微灌工程技术规范》执行。
    节水、增产、增效综合效果:膜下滴灌节水50%,减少深层渗漏,能较好地防止土壤次生盐碱化。膜下滴灌棉花增产20%以上,按籽棉价3.5元/千克,每公顷增收2850元。节省水、肥、农药、人力、机力,每公顷平均节支1425元,除去工程投资年折旧费和年运行费每公顷3225元,则每公顷净增收1050元。滴灌随水施肥、施药,既节约了化肥和农药,又减少了对土壤和环境的污染。
    适用条件:大田膜下滴灌技术适用于经济价值较高的蔬菜、花卉、果树和其他大田经济作物。目前,在新疆生产建设兵团的大田中,主要使用在棉花、甜菜、加工用番茄及蔬菜等作物上。该项技术已经在新疆地区得到广泛应用,据统计,我国目前大田膜下滴灌技术应用面积已经达到133万公顷,成为世界大田应用滴灌技术面积最大的国家。
    4.4干旱缺水趋势下高效的农业灌溉
    4.4.1充分利用灌区内的降水资源
    灌溉水资源一般包括降水、地表水(库水或河水)和地下水。以前,灌区一般注重通过修建灌溉工程尽量利用地表水和地下水,而对本地降水的充分利用重视不够。实际上,对一个灌区来说,直接利用降水供给作物用水,是投资省见效快的最好途径。我国多年平均降水总量为6.19万亿立方米,但目前直接为作物利用的效率很低。为了充分利用降水,灌区应在雨季前多用井灌,以便腾空地下水库容,有利于雨季补充地下水;同时,应在田间采取耕作保墒措施,增加土壤蓄水能力;另外还可以采取优化作物种植结构等农业措施,尽可能做到作物生长与雨热同步,提高降水利用率。
    4.4.2调整灌区的作物种植结构
    调整农作物种植结构来适应灌区的水源状况,可以发挥灌溉用水的最大效益。因此,对灌区水资源进行高效利用,首先要优化灌区内作物种植结构。在容易受旱的北方灌区,春旱缺水,但却是小麦需水的关键时期,所以北方应在满足粮食生产需求的情况下,尽可能压缩小麦的种植面积,增加杂粮和经济作物的种植面积;水稻为需水量最大的粮食作物,目前,在各引河灌区内占有相当的种植比例。因此,在灌溉水源日益短缺的情况下,这些地方应下大力气压缩水稻的种植面积。随着我国农业生产水平的大幅度提高,在满足粮食生产的基本要求下,压缩粮食种植面积并提高其品质,增加饲料作物、经济作物、林果、蔬菜和名优特产作物的种植比例,错开用水高峰,增加产值,是灌溉农业高效用水的发展方向。在我国西部,目前一些流域的上游地区盲目开垦,大规模发展灌溉面积,造成下游断流并大面积荒漠化,引发了严重的生态问题,因此,这类地区要在留足生态用水的前提下,以水定灌溉面积,超出水源承载能力的灌溉面积,要实施退耕还林还草。
    4.4.3采用非充分灌溉制度
    按照满足作物需水要求和程度,我们可将灌溉分为充分灌溉和非充分灌溉两种。充分灌溉是指水源供水充足,能够全部满足作物的需水要求,此时的最优灌溉制度应是根据作物需水规律及气象、作物生长发育状况以及土壤墒情等,对农作物进行适时、适量的灌溉,使其生长条件能得到最大限度的满足,并且不产生地面径流和深层渗漏,这样既确保获得最高产量,又具有较高的水分生产率。而非充分灌溉的优化灌溉制度是在水源不足或水量有限的条件下,把有限的水量在作物间或作物生育期内进行最优分配,确保各种作物水分敏感期的用水,减少对作物水分非敏感期的供水,此时所寻求的不是单产最高,而是全灌区总产量最高或产值最大。
    当前,由于灌溉水源日趋紧张,因此在大多数北方灌区,应该推广应用非充分灌溉制度。对于小麦、玉米连作区,可以减少小麦苗期的灌水量,一般每亩可减少50立方米。玉米灌水次数少,不宜采用非充分灌溉。棉花可在苗期或絮期减少灌水量,一般每亩可减少50立方米。水稻可以在分蘖期减少灌溉水量或不灌。采用非充分灌溉后,一般单产会有所降低。因此,在水资源紧缺地区应该经过充分论证比较后,通过采取非充分灌溉,在适当降低单产水平下扩大灌溉面积,使灌区总产得到提高。
    4.4.4因地制宜地选用节水灌溉技术
    目前,适用于我国大规模推广应用的节水灌溉技术有渠道防渗、低压管道输水、喷灌、微灌、田间节水地面灌溉等。当前,我国传统的以沟灌、畦灌为主的地面灌溉面积占到总灌溉面积的97%,从我国的经济和技术发展来看,在一个相当长的时期内仍会以地面灌溉为主,因此田间节水地面灌溉技术应重点推广应用。田间节水地面灌溉技术主要有大畦改小畦、长沟改小短沟、平整土地、坐水种等,是投入少、见效快、农民易掌握的节水技术,应大规模推广应用。对于其他节水灌溉技术,各地应严格按照因地制宜的原则进行选择。
    4.4.5节水灌溉与农业综合技术相结合
    过去发展农业高效用水,往往只注意单项的工程技术,而没能很好地将农业增产措施予以配套,因此经常出现虽然节水但增产增效并不明显的现象。与工程节水技术配套的农业技术主要有水肥同步供给技术、利用耕作措施调控农田水分技术、覆盖保墒技术、选育耐旱高产品种等。各地应根据不同灌区类型的特点,在大力推广节水工程技术的同时,选用适宜的农业综合技术措施,提高水分生产率,提高节水增产效益。
    4.4.6改革灌区的用水管理
    实现灌溉农业高效用水,需要有一整套用水管理政策、法规、制度来做保证。因此需要对现行的灌区用水管理进行改革。首先是明晰产权,实行企业化管理,强调用水户参与。对于大、中型灌区,可将工程管理单位改造为国家控股公司,用企业化方式管理和经营水利资产,确保其保值和增值。对于小型灌区,可通过股份合作制、拍卖、承包和租赁等不同方式进行产权制度改革,达到搞活经营和管好灌区的目的。大、中型灌区要积极推广用水户参与管理的经验,在支渠以下建立农民用水户协会,负责支渠以下灌溉工程的运行管理。其次要结合灌区实际情况建立科学的农业水价体系,促进节水。当前,灌区的农田灌溉水价不到实际成本的三分之一。水价太低使农民不爱惜水,不舍得购买节水灌溉设备;使灌溉管理单位收取的水费入不敷出,反而鼓励农民多用水;导致水利工程难以维修更新,工程老化失修,效益日趋下降。为此,应尽快制定合理的水价政策,建立科学的水价体系,分阶段、分管理范围提高水价,达到按成本计价;全面实行计量收费,对超标准用水,加倍收取水资源占用费,将灌溉用水纳入市场经济管理和法制管理轨道;要加快研究和制定可操作的水权交换机制,通过市场交换,实现水资源的最优分配。
    4.5滴灌施肥
    4.5.1滴灌施肥概念
    4.5.1.1滴灌施肥的意义
    在缺水地区,我们必然会想到如何高效地利用好当地有限水资源,创造出更多财富,来增加农民收入。这就要求在提高水的利用率的前提下,同时还要追求每1立方米水所能创出的价值,以此来提高农民的种植收益。
    从开展农村种植结构调整以来,各地都在发展当地的优势种植业。在市场经济条件下,农产品的商品竞争属性体现的越来越充分。名优特产品、绿色食品具有明显的市场竞争优势,尤其是出口农产品还需要具备在国际市场上的竞争优势。好产品不愁销,好产品才能卖出好价钱。
    上边提到是生产优质产品,提高市场竞争力,增加农民收益。除此之外还要努力降低农民的生产投入,包括劳力、化肥、农药、能耗等等生产资料的投入。最后是保护生产环境,防止化肥、农药对环境的污染,并实现农业的可持续发展。采用滴灌施肥就可以俱上述三方面效果。
    4.5.1.2滴灌施肥的好处
    简化田间施肥作业,减少施肥用工
    (1)施肥时人不进入田间操作,避免人为施肥活动或机具进入田间而压实土壤。
    (2)避免作物生长期内采用常规方法施肥容易造成根茎叶的损伤,特别是对于大棚内栽培的作物其好处尤为明显。
    (3)滴灌施肥仅需增添一些必要设备,就可以做到自动化施肥,可溶性肥料随水滴入土壤,所需操作用工极少。
    节约用肥,提高施肥效果
    (1)水肥同步输到根系发达的部位,有利于作物吸收,且肥料供应集中在根系发达区域内,养分在根系层内的土壤剖面上分布均匀,防止肥料深层扩散而造成肥料的浪费。有资料报导,一般可节约用肥25%。
    (2)随着作物生长发育,按其发育阶段的具体需求,及时补充营养,可以做到准确配置肥料,实现灵活、方便地递增供应。
    (3)有资料报导 ,滴灌施肥供给作物营养的水平非常规施肥所能达到,效果体现在农产品的增产和优质二个方面,保守的估计一般可增加产出10%。
    滴灌施肥可用于多种作物栽培条件
    (1)在砂质土壤地区或沙漠地区,由于土壤保持水肥能力很差,作物很难生长。国外已有利用滴灌施肥开发沙漠,进行商品化作物栽培的成功经验。
    (2)在温室大棚条件下,作物种植在栽培基上,国外采用滴灌和滴灌施肥比较普遍。
    防止土壤和环境的污染
    严格控制灌溉用水量及施用化肥剂量,可避免将化肥淋洗到深层土壤,造成土壤和地下水的污染。
    4.5.1.3通过滴灌还可以实现灌溉施用化学剂
    灌溉施用化学剂(Chemigation)是指通过灌溉水施用的各种化学剂,包括杀虫剂、消毒杀虫的薰蒸剂、杀线虫剂,肥料、土壤改良剂以及其它的合成物。到目前为止,灌溉施用化学剂中最普通的是灌溉施肥(Fertigation)。
    灌溉施肥又有多种方法,如地面灌溉施肥,喷灌施肥和微灌施肥,而滴灌施肥只是灌溉施肥的一种。
    在一些采用大型喷灌机较多的国家里,如美国等采用喷灌机喷施化肥和农药已得到推广普及。为实现植物叶面下面喷洒农药,对大型喷灌机进行改进后,就可以实现快速行走,施用小剂量喷洒杀虫剂。
    伴随滴灌的发展,有的国家和地区把化肥,杀真菌剂、除草剂、杂虫剂注入到滴灌系统,实现了滴灌施用农药。但对灌溉系统的安全要求极为严格,所以至今更多的是有关灌溉施肥的报导。
    4.5.2滴灌施肥的安全保障
    4.5.2.1防污染的安全装置
    滴灌施肥是在一定的压力下,将肥料溶液或其它化学制剂(酸类或农药)注入灌溉管道,随灌溉水被带到田间而实现的。当灌水结束后,或因突然事故停泵后,管路中的肥液(或其它化学制剂)有可能返流回到水源处,造成水源污染。特别是当灌溉与人饮工程共用一水源时,对人身健康会造成危害。
    为保障安全,在滴灌施肥系统中需安装必要的保证安全装置。各地的滴灌系统特点不同,注肥方式也不相同,这里列出的是以机泵为动力的注肥系统中安装的一种比较常用的配置。
    表格 1滴灌施肥的保障安全装置
    装置名称 安装位置 目的说明
    1.灌溉止回阀 水源与施肥注入点之间 防止肥料或其它化学剂回流进入水源
    2.注肥管的止回阀 装在施肥点上的单向阀 防止回流水进入化肥罐,致使化学剂溢出
    3.真空破坏阀 逆止阀与水源之间 关泵后,进入空气,破坏真空,防止回流
    4.低压保护装置 灌溉管道上 当灌溉水压降到一定限度时,切断注肥装置的动力源
    5.低压排水阀 水源与灌溉管道的逆止阀之间 关泵后排干逆止阀可能渗出的水
    6.常闭止回阀 注肥泵与化肥罐之间 关泵后防止化肥罐还继续排出肥液
    7.互锁设施 注肥泵与灌溉泵互锁 水泵关掉后,防止注肥泵仍继续注入的事故发生
    4.5.2.2施肥操作安全
    (1)人身安全
    施用液态肥料时不需要搅动或混合,而固态肥料则需要与水混合搅拌成液肥。大多数氨肥在施用中不存在人身安全问题,但当注入酸或农药时需要特别小心。例如使用酸时总是把酸加入水中,而不能把水倒入酸中。使用农药时要严格按农药说明施用,注意保护人身安全。
    (2)剂时控制
    根据有关文献报导,注入肥液的适宜强度大约为灌溉流量的0.1%,例如灌溉流量为50m3/h,则注入肥液大约为50l/h。除草剂、杂虫剂及杀线虫剂要以非常低的速度注入,一般是小于注入肥料强度的10%。每次施用肥料要掌握好用量。由于设备和操作人员失误,造成过量施用,可能使作物致死,以及环境污染。
    (3)安全施用
    注肥的过程最好经历三个时段,符合1/4-1/2-1/4规则。即灌水开始后经过1/4时段后,整个系统达到正常工作压力,滴头出水均匀;在灌水的中间时段进行滴灌施肥。灌水的最后1/4时段不注入肥料,以便能使所有保留在系统内的肥料(化学制剂)都能被冲洗掉。当然,以上三个时段的规则也要视具体条件予以调整,如1/4时间不够冲洗掉化学制剂,可以提前进入冲洗。
    对于远距离输水管道,有时需要计算清洗时间。化学制剂从注入点到系统的最远的出流点的运输时间,可以通过分段计算每一管段的运输时间累加的方法计算出来。对某一管段而言: 。另外,还可以在系统的最远端取水样,监测浓度变化。
    4.5.2.3过滤水肥防止滴头堵塞
    滴灌的灌水器—滴头,其出水口很小,一般直径仅有1mm左右,滴水滴肥时容易出现堵塞现象。为保障系统安全,对灌溉水和肥液进行过滤处理极为重要。一般滴灌系统常用的过滤器的筛网为150目。
    往管道注入肥液的地点放在过滤器的上游,灌溉水和肥液都会被过滤器拦住,从而使灌溉系统能够安全运行。但这也会带来另外的问题。当注入酸时,这种方式会损坏过滤器,且冲洗过滤器的水含有化学制剂。为解决这一矛盾,可以采用以下原则:在过滤器下游注入酸;在过滤器前投放化学制剂,但在过滤器冲洗过程的前一段时间停止投放化学制剂。
    4.5.3肥液注入装置
    将肥液注入到滴灌管道有多种方法可供选用,可根据以下的考虑因素来决定:动力条件(电源、柴油等);滴灌装置是否需要流动使用;施肥面积规模的大小;投资的合理性等等。
    4.5.3.1自压注入方法
    此种注入到管道的方法比较简单,不需要额外的加压设备。而只依靠水的重力作用,自压进入管道。如我国农村的日光温室大棚内的简易滴灌施肥方法。位于大棚的进水一侧,在高出地面1米的高度上修建容积为2m3左右的蓄水池,滴灌用水先存贮在蓄水池内以利提高水温,蓄水池与没灌的管道连通,进行自压滴灌。施肥时,将化肥倒入蓄水池进行搅拌,待充分溶解后,即中进行滴灌施肥。此种简易方法的缺点是水位波动幅度较大,滴水滴肥不均匀。又例如在丘陵坡地滴灌系统的高处,选择适宜高度修建化肥池用来制备肥液,化肥池与滴灌系统用管道相连接,肥液可自压进入滴灌管道。
    但在多数情况下,需要通过加压设备把肥液注入到滴灌管道中。在这里介绍以下四种最为常见的注肥设备。
    4.5.3.2文丘里管吸肥装置
    文丘里管的工作原理是液体流经缩小过流断面的喉部时流速加大,利用在喉部出的负压吸入肥液。
    利用文丘里管吸肥的优点:器件简单,没有运动部件,不需要额外动力,成本低廉。肥料溶液存放在开敝容器中,通过软管与文丘里喉部连接,即可将肥液吸入到滴灌管,操作简单易行。缺点:在吸肥过程中压力水头损失较大,只有当文丘里管的进、出口压差(P进—P出)的差值达到一定值时才吸肥,一般要损失1/3的进口压力。工作时对压力和流量的变化较为敏感,其运行工况波动会造成水肥混合比的波动。
    因此,这种吸肥方式适用于管道中的水压力较充足,经过文丘里管后,余压能足以维持滴灌系统正常运行,且压力和流量能保持衡定的场合。
    文丘里管与滴灌管的连接方式有串联和并联两种:串联即把文丘里管连接到滴灌主管道中,主管压力损失大;关联是把文丘里管与滴灌主管平行连接,并联好处是主管压力损失小,在调节主管流量时,吸肥的稳定性较好等。因此,并联文丘里管是种比较理想的应用方式。
    4.5.3.3压差施肥罐
    压差施肥罐是由装肥料液的施肥罐,连通主管道和施肥罐的二根进水和排肥液用的细管及主管道上两细管接点之间设置的节制阀所组成。适度关闭节制阀使施肥罐进水点与排液点之间形成一压差(1~2m水头差),使节制阀前的一部分水流通过进水管进入施肥罐,进水管道直达罐底,掺混肥液,再由排液管注入节制阀后的主管道。
    压差施肥罐的优点:结构比较简单,操作较方便,不需外加动力,投入较低。体积较小,移动方便。对系统流量和压力变化不敏感。
    压差施肥罐的点:施肥过程中肥液逐渐稀释,浓度不能保持衡定。当灌溉周期短时,操作频繁且不能实现自支控制。施肥罐装入肥液后是密封压力罐,必须能承受滴灌系统的工作压力。罐体涂料有防肥料腐蚀的要求。
    施肥操作步骤:
    (1)若使用液肥可直接倒入施肥罐。注满肥料溶解使肥液达到罐口边缘,扣紧罐盖。在罐上必须装配进气阀,当停止供水后打开以防肥水回流。若使用固体肥料,最好是先单独溶解再通过滤网倒入施肥罐。为直接将固态肥料投入施肥罐,则需要施用足够的水量以确保所投肥料用完。
    (2)检查进水、排液管的阀调节是否都关闭,节制阀是否打开。然后打开主管的供水阀开始供水。
    (3)打开进水、排液管的控制阀,然后缓慢地关闭节制阀,并注意观察压力表,直到得到所需的压力差。
    4.5.3.4注肥泵
    注肥泵是由动力驱动从开敝的肥料罐中把肥液注进滴灌管道中去。注肥泵应是由耐腐蚀材料制成,或是与肥液接触部件应敷以防腐层。肥料罐一般采用塑料桶,根据需要可采用不同容积的桶(罐)。
    采用注肥泵的优点:可准确地控制施肥剂量和施肥时间;滴灌系统在施肥过程中无水头损失;节省施肥操作用工,运行费用较低。
    缺点:与其它注肥方法相比,设备投入相对较高;肥料必须先溶解才能使用;有时需要外部动力驱动。
    4.5.4注入装置应用举例
    4.5.4.1文丘里管应用方法
    文丘里管是利用进出口处的压差原理,将肥料吸入滴灌管道,所以必须人为制造压差。利用关小阀门流道或经过砂质滤料,制造水头损失,以维持固定的压差值。当压差值恒定时,注入的肥料(或农药)流量稳定。可在其上安装流量计,以便率定和监控注入流量。由于文丘里管简单价廉是较为普及的一种注入装置。
    (1)管道直联文丘里管
    图表 3管道直联文丘里管
    (2)管道并联文丘里管
    上述直联方式一般需要人为制造至少7-14m水头损失,才能把肥料吸入到滴灌管道中。由于滴灌系统工作压力偏低,难以承担这一水头损失。单单为了吸入肥料损失这么多水头,在经济上是不合算的。为了克服这一缺点,可采取并联方式,以减小管道水头损失。
    为了制造压差,在实践中常用的做法是临时调整阀门过流量来形成喉口前后的压差。但这种作法的缺点是通过阀门后的水流紊乱不均匀,虽可将肥液吸入,但肥料的分布不均匀。因此有一种用砂过滤料形成水阻来替代阀门的办法。将装好砂的管道连接在主管道上下游间,位于并联文丘里管的进口与出口中间。水流经过过滤料就能造成下游的水头损失,这种方法形成的压力差是极为稳定的。
    (3)管道与二级文丘里管并联
    滴灌系统运行压力较低,不允许以牺牲大的压差为代价来吸入肥料,只能允许使用少量压差来吸入肥料。在这种情况下可采用二级文丘里管并联的办法。管道与二级文丘里管并联的原理是在上述并联文丘里管上再装上第二级文丘里管,方法是二级文丘里管的进口联接在一级文丘里进水管上,其出口联接到上一级文丘里的喉口段上,经过二次喉口的加强吸力作用,在第二级的喉口处吸入肥料。
    (4)输水管道中装上加压泵
    在输水管道中安装加压泵,泵前泵后形成压力差,泵后压力高,泵前压力低。 跨越泵前和泵后并联文丘里管,此时文丘里管水流方向是由泵后流向泵前,将肥料注入到泵前,经过加压泵流入泵后管道。当输水管道通过流量恒定时,其并联的文丘里管的流量是稳定的,这就意味着注入肥料的流量是恒定的。
    这种方法的缺点是水泵受化学腐蚀,由此可能吸进空气,对滴灌系统安全不利。
    (5)串联加压泵
    串联加压泵的好处是:通过文丘里管注肥器增添足够的能量吸入肥料泵不与化学制剂接触,不存在锈蚀问题,可使用常规廉价的水泵。其产品下图所示。

    图表 4串联加压泵

    4.5.4.2利用压并差罐施肥罐
    如图文丘里注肥器一样,都是利用压差原理将肥液吸入到管道中,都是需要人为制造压力差。
    压力差罐注肥国内应用比较普遍,整体移动性好,特别是用于小面积的温室大棚,有系列产品可供选用。压差罐要求是压力容器罐,所以价格较贵,且施肥的浓度随时间而变稀是其主要缺点。
    4.5.4.3注肥泵
    (1)水动泵
    下图即为一个完整的水动泵的产品图。 该产品为Amied公司的产品,其技术指标为:注入流量250L/h,最小工作压力1.5巴,最大工作压力7 巴,弃水量为注入量的三倍。

    图表 5水动泵的产品图
    ( 2)隔膜泵
    隔膜泵通常用电动机驱动,与活塞泵相比其明显优点为在运行中容易调节,当出流压力显著变化时,不能保持恒定出流量。选择隔膜泵材料要注意与欲注入的化学制剂兼容。使用后要仔细冲洗,每季度要进行大修(塑圈、形卷等)。
    电力驱动的隔膜泵可以利用反馈系统自动控制,以达到期望的水肥比。这些反馈系统通常是依据管道流量调节注入流量,以实现比例控制。
    隔膜泵的一种工作原理示意图如下图。

    图表 6隔膜泵
    5.新疆石河子垦区节水生态农业示范案例研究
    七十年代后期,新疆石河子垦区(以下简称垦区)逐渐出现以盐化为主导的土
    壤有机质减少和肥力退化,人工绿洲风灾、沙化日益严重,简称人工绿洲“三化”(盐化、退化、沙化)。1998年石河子垦区成立节水生态农业领导小组,召开不同形式的会议,利用广播、电视,自上而下广泛宣传水资源的紧缺性和节水灌溉的优越性,使广大干部职工充分认识到节水灌溉的紧迫性和重要性,认识到节水灌溉是农业高产、高效益的必由之路,是解决水资源紧张,发挥水利效益的有效措施。规划l万公顷节水生态农业示范区,包括:121团、133团、136团、142团、144团、145团、150团、148团等八个示范点。建设实现示范区项目的主要措施是以企业为主体产学研三结合,加强科技创新并实行产业化.建设不同规模(实验室、小试、中试、大田试验)不同土地类型(熟地、撩荒地、盐碱荒地、沙漠)的科技示范试验基地,并把诸多科技创新配套集成为生产力的示范村和示范农场,为全班干早地区实现农业现代化提供强有力的科技支撑。绿洲节水生态农业工程系统分八个部分:
    5.1小流域水利工程
    包括地面径流水库工程,输水管道网工程(水库到斗口的干渠、支渠全部管道化)。田间水利工程,包括井、泵站,配水灌溉管网(干管、支管、软管及其终端滴灌带、控制器)。灌溉井1600口,单井流量平均80m/h,平均每口井灌溉500亩左右。膜下滴灌体系网的建设,几年来,垦区共投入资金近6000余万元用于高效节水技术—膜下滴灌技术的试验、推广和应用,其规模已从1996年的1.67hm2发展到目前的4万hm2,从而大大激发广大职工发展节水灌溉的积极性,保证了节水灌溉的健康发展。垦区是新班生产建设兵团最大的一个农业师,主要种植作物为棉花。水利设施中的引水枢纽、水库、输水渠系、地下水提水工程等配套较为健全,基本上构成了引、蓄、输、配比较完整的灌溉体系网。
    几年来,通过深化改革,加强管理,采取工程措施和非工程措施相结合的方法,因地制宜地发展多种形式的节水灌溉技术,在灌区全面实行“计划用水,节约用水、限额供水、均衡供水”的用水管理办法,并积极修建防渗渠:井灌区大搞机井测试和泵站节能节水技术改造,普遍提高装置效率,与此同时,大面积发展了以渠道防渗和高效节水为主的节水灌溉技术:山区丘陵区推广自压喷灌技术.平原区大力推广膜下滴灌技术和自压微孔灌技术。不但在输配水环节上采取节水措施,而且在水资源配置和田间灌溉管理上也下了功夫。在各灌区普遍采用了优化配水、合理调度的运行方案,并结合微机进行水资源统一调配,统一管理。水到田间,借助已取得的农作物需水量,灌溉制度等成果。并与一些先进的农技措施如选育耐早品种,平整土地,深松耕,地膜援盖等相结合,一方面推行高效节能的节水灌溉制度,一方面最大限度地提高土壤的保蓄水能力。水利节水工程的建设,大大提高了水的利用率。
    5.2高效节水生态特色农业工程
    垦区这几年利用节余下来的水资源进行特色农业的开发,在膜下滴灌条件下种植加工番茄、葡萄、线椒,其经济效益是显著的。与常规灌溉相比,加工番茄和线椒的亩纯收入分别提高298.50元和773.90元,分别增长548.41%和130.97%,葡萄年均纯收入可达1285.%元。
    5.3玛纳斯小流域防护林建设
    建设一条防护林:农八师148团-150团-121团-136团-133团-141团-42团,沿团场周边300公里,建设乔灌草立体防护林带,宽200米,共9万亩,每亩2000元,包括沙漠开荒、灌溉工程、道路、居民点等全部费用,投资1.8亿元。
    5.4农田生态工程
    5.4.1减少土堆污染,提高农业生产资料利用率
    由于新疆经济发展的需求,化肥及农药还不能完全摒弃。示范农田生态工程主要减少农药、化肥对土壤的污染,不超过土壤生态阈值为限。采用膜下滴灌技术,将其灌溉和施肥、农药及其他微量元素配置成混合溶液通过封闭管网和灌水器将水、肥、农药直接输送到作物根部附近土壤中,而且是水、肥同步,不会产生任何土、肥流失。水、肥、农药随滴灌水与植株对应释放,并可根据不同作物在不同生态环节对养分的不同需要而灵活调控,作物通过扩散、离子交换等形式直接快速地吸收,避免了沟灌开沟追肥因挥发、深层渗漏造成的肥料损失,和农药大面积污染土壤.从而提高水、肥、农药利用率。
    5.4.2防止水土流失
    据兵团农垦科学院测定,在沟灌情况下,其地面坡度为8%的中壤土上,灌水沟长度为100m时,沟尾流出的每升水中的泥沙含量为12.49,灌水沟上游冲深可达8~15cm,冲宽15~30cm,不仅增大了输水断面,也破坏了土壤团粒结构,影响了作物根系的正常生长。膜下滴灌防止水土流失。
    5.4.3改良盐碱地
    膜下滴灌可使棉花根系周围形成盐分淡化区,在湿润峰外围及膜间形成盐分积累区,有利于幼苗成活和生长。垦区121团场家庭农场采用常规灌溉种植棉花,在土壤含盐总量0.8%~2.5%的情况下,几乎无法种植或种植后产量很低,采用膜下滴灌后打破了这一“禁区”,而且单产很可观。1999年在含盐量为2.5%的荒地(1997年喷灌没苗)上种植13.3hm2(200亩)棉花,采用滴灌技术,单产皮棉1050kg/hm2 (70kg/亩)。
    5.4.4盆城地的生物改良
    5.4.4.1植树造林
    盐碱地植树造林除了起通常造林所起的作用外,还能起生物排水、降低地下水位、改变农田小气候、控制返盐、促进脱盐等作用。新班气候干旱,风沙多,盐碱危害普遍,植树造林尤为重要,是改良盐碱土的一项重要措施。
    5.4.4.2种植苜蓿
    广种苜蓿,逐步实现草田轮作,是降低地下水位、改良盐碱土、建立饲料基地、实行农牧结合、巩固和提高土壤肥力、增加农作物产量、搞好多种经营的重要途径。121团场在重盐碱地上,按照“水稻(1-2年)一小麦+苜蓿~苜蓿~苜蓿一棉花或玉米(2年)”的轮作方案种植后,盐碱地面积由原来的19%下降到5%,棉花增产43%-155.7%,小麦增产34%-136%。
    5.4.4.3种碱茅草
    碱茅草抗逆性强,具有很强的耐盐性,适应性广,有较强的耐盐能力.在自然条件下,它喜欢地下水位高的低平洼地或季节性临时积水的环境,生长期110-130d。碱茅草茎叶柔软,适应性好,牛、羊、马、驴、兔、鹅和鱼均喜食,是改良盐碱土的先锋植物。
    碱茅草地改种小麦、棉花后,增产效果显著。121团场原有一弃耕地,因土壤盐分过重,农作物不能生长,2000年9月开垦种植碱茅草后,2002年春改种棉花,获亩产72.13kg的产量。
    5.5林、果业生态工程
    棉花是兵团种植面积最大、经济效益最好的喜温作物,但经常遭受春季的晚霜和秋季的早霜危害。防护林能减缓夜间温度的降低,可减轻或防止霜冻的危害。同时,防护林使大风次数减少,使风沙对农作物的危害减轻。因此,通过农田防护林体系建设,可提高农作物的单产水平。
    实践证明,林木覆被率高低与作物单产水平成正相关。如121团滴灌面积己达0.93万hm2(14万亩),每年可节水2902.2万m3。在保障原有种植面积正常灌溉的同时,节约下来的水又可为“三北”防护林、农田防护林、公路绿色通道等公益生态建设提供了水源。保障了绿色走廊的建设。
    垦区121团王智的家庭农场,由于采用了先进的滴灌技术,便利用节余的水种植1.33hm2葡萄、30万株树苗和防护林带。2001年4月迁插的葡萄苗,2002年就已开始结果,每枝产量达6kg左右,而在一般灌溉方式下,葡萄嫁接后要到两年后才进入盛果期(丰产期)。王智农场的实际情况表明,由于采用了新的节水技术,不但使葡萄提前一年进入盛果期,而且由于随水施肥、施药还减少了病虫害,减少了雇工投入等,经济效益极为显著。
    5.6草业生态工程
    单一的大农业结构给垦区经济带来的潜在危机,促使石河子垦区果断地全力发展膜下滴灌,启动“节水生态工程”,在滴灌获得成效的基础上,果断、科学地做出“抓住机遇,以畜牧业为突破口,进行大农业结构的合理调整”的决策,提出了畜牧业“双百工程”(既存栏牲畜100万头,人工饲草基地100万亩)建设目标。
    在绿洲农业与荒漠之间的过渡地带建立起600hm2苜蓿。芨芨草规模种植的荒漠高效生态草业建设示范区,每年可产优质牧畜草粉(蛋白含量16%~18%)160~240万kg,优质苜蓿干草80~120万地,生产优质芨芨茎杆造纸原料360~400万kg,芨芨草叶片制作牛羊颗粒饲料240~270万kg。可直接获得产值617-968.0万元,获间接产值702~86.4万元,两者之和可达687.4-1054.4万元,示范区每公顷土地就能获得产值762.0~1170.0元。142团的结构调整在广度上铺开,产生了极好的调整效应,为生态建设打开了渠道.该团将节约的水用于种植牧草533.33hm2(8000亩),退耕还林346.67hm2(5200亩),生态防护林166.67hm2,庄园林146.67hm2,在棉花面积高达近80%的情况下进行了农业结构调整,既为畜牧业发展莫定了扎实的基础,又改善了生态环境,这在往年由于受水制约的条件下,要发展草、林业是绝对不可能的。
    5.7畜牧生态工程
    利用草业生态工程的成果,开发研制出的芨芨草叶牛羊颗粒饲料新产品,可提高饲草的利用效果,并为动物饲养业提供可观的优质高蛋白饲料,缓解人畜争粮的压力,促进畜牧业的发展。按万亩耕地载畜量6000只标羊计,畜群提供厩肥每年可供200hm2的耕地使用,即每3-4年就可在每块耕地上轮流施厩肥一次。有机、无机肥的结合使用,不仅能提高地力,增产增益,更重要的是还能提高作物的光能利用率。
    150团场近年采用膜下滴灌技术大面积种植作物,从而缓解了长期水资源短缺、草业与种植业争水的矛盾,也为发展畜牧业提供了难得的机遇,该团场从长期实践中深深地体会到,有水就有草,有草就有畜牧业,该团场今年实施以畜牧业为突破口的农业结构调整,他们首先启动了万只羔羊育肥基地,其次,建设了500头澳大利亚优质奶牛基地,第三利用节余水种植了333.33hm2(5000亩)苜蓿,0.07万hm2(1万亩)芨芨草和133.33hm2(2000亩)青贮玉米,为畜牧业发展提供优质饲料。该团目前已引进加拿大良种奶牛200头用于发展奶业。
    5.7节水生态型家盛农场示范工程
    此工程建设思路是充分利用农户所经营的各种资源,以节水生态模式进行资源组装生产,使之生态、生产、生活环境得到改善,促进家庭农场经济持续发展。
    新疆石河子垦区121团是垦区发展滴灌时间最早、现有滴灌规模最大的团场,该团场在滴灌种植棉花的前提下,已建成节水生态型家庭农场71个,家庭小牧场255个和家庭小林场30个,这“三小场”的面积已占全团总面积的10%以上,“三小场”己成为团场自营经济的旗舰,今年该团王氏家庭农场滴灌面积133.33hm2(2000亩),棉花大丰收,经估算今年纯收入至少在50万元左右。
    121团场从滴灌设备安装、使用到灌水、施肥次数、数量的技术指导,从“一膜两管四行”改进为“一膜一管四行”的技术创新,使滴灌投资从每公顷5535元(369元/亩)降到4050元(270元/亩)左右,膜下滴灌技术与机械化栽培技术相结合,实现了一台拖拉机铺滴灌带、铺膜、打洞、点播覆土一次性完成,以其节肥、省工、省力、省机耕费、增产等优点,首先得到了家庭小农场的青睐。
    家庭农场在团场指导下,自主对其生产过程进行统筹安排,自主管理,自主选购生产资料和聘用劳务工。过去一个家庭农场,一口井只能种植棉花18hm2(270亩)左右,作物还受早,每公顷籽棉不超过3450kg(230kg/亩)。安装节水滴灌设施后,单井种植棉花面积扩大到40hm2(600亩),每公顷籽棉产量可提高到4500kg(300kg/亩),年收入60万元左右,纯收入20多万元。
    6.沼气技术在新疆绿洲生态农业中的应用
    新疆人工制取沼气始于)20世纪70 年代,先后成功地推广了农村户用水压式沼气池、大中型沼气工程和畜禽场废物处理沼气池。1990年以前,由于推广沼气只单纯追求能源效益,而忽略了其高效的生态环境效益,沼气发展相对缓慢。进入)20世纪90年代后,将沼气技术的发展与农业生产紧密结合,突出生态效益和综合效益,重点在农村推广普及以沼气技术为核心内容的能源生态庭院致富模式,取得了显著的经济效益、生态效益和社会效益。通过沼气技术推动了新疆绿洲生态农业建设的全面发展。近几年,新疆农村能源工作站紧密结合种植、养
    殖业生产,在农村积极推广能源生态庭院致富模式,先后在沙湾、乌苏、尉犁、吉木萨尔、木垒等县农村开展试点示范工作,得到广大农牧民的欢迎。
    以沼气为中心的生态庭院模式有以下几种:
    6.1养殖型五位一体沼气生态模式
    1998年,吉木萨尔县二工乡十八户村乌兹别克族农民亚合甫,在自家庭院1980年修建的15m3的沼气池上面兴建了一座占地225m2的砖木混合结构的“五位一体”生态模式,总造价6060元( 不含沼气池费用),当年10月启用,到第二年春季,获纯收入7042元。
    此模式依据庭院布局设计,东西长25m,南北宽9m。栽培床与羊舍前后置,栽培床(6*20)m2,羊舍(2*20) m2,上方悬挂式饲养鸡、鸽。栽培床与羊舍间留有1m宽的人行通道,由玻璃窗和铁栅栏隔开,玻璃窗将温室与暖圈完全隔开,上下留有换气小窗( 调节氧气和二氧化碳互换量+ 。沼气池位于东侧地下,进料口上建1.5m2的卫生厕所,上方空地为(5*9)m2的牛圈。整体是砖包土坯墙,温室内钢架,无立柱,塑料棚膜,稻草保温帘。庭院西南角建一青贮池,复播玉米6666.7m2。
    6.2绿洲畜沼果(棉)沼气生态模式
    2002年,配合国家农村小型公益设施建设农村能源项目的实施,在泽普县阿依库勒乡库台村和乌萌村,墨玉县卡尔赛乡喀尔墩村、托乎拉乡塔什砍克村、墨玉镇19村兴建8m3的沼气池500 多户,将沼气池建在农户庭院暖圈内,厕所与沼气池连通,人、畜粪便进入沼气池发酵,生产的沼气供农民炊事,沼渣沼液促进棉田、果园的增产增收。据对72户畜沼果(棉)沼气生态模式示范户的调查,沼气生产具有显著的综合效益,如下。
    (1)提供优质的有机肥,促进农业增效。一个8m3混凝土沼气池一次性投资" 1200-1500元,使用寿命15年以上,年可生产优质、高效、灭虫菌的有机肥料18-20m3,可用于作基肥、追肥、叶面肥和浸种,起到提高作物产量、品质和抗病能力的作用。据测定,沼肥是迟、速效肥兼备的肥料,氮素回收率比露天堆沤高45%以上,沼气户年均化肥农药用量比非沼气户少19%左右。沼渣、沼液配水10倍是保护地栽培的最好肥料,也是生产无公害农产品的有效手段;
    (2)增加农民收人。一个8-10m3沼气池年可生产沼气300-400m3,供四口之家一日三餐炊事用燃料,每天用沼气照明2h,节约能源开支)456元以上,相当于人均增收114元;沼气户年人均消费煤比非沼气户减少66%,薪柴用量减少58%,烧秸秆少87%。户年人均能量耗费比非沼气户少50%以上;
    (3) 保护和改善生态环境。农户建一口沼气池可以解决80%以上的生活燃料,每年节约柴草2500-3000kg,相当于封育了0.23hm2薪炭林或0.4hm2 林地。使农民不需要到戈壁沙漠砍伐灌木植被,退耕还林还草成果得以长期巩固;
    (4)促进畜牧业的发展。牲畜粪便是沼气生产的主要原料,为保证沼气池供应足够的燃气,确保沼气池正常运行,沼气户将积极增加养畜量,发展养殖业。

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    作者: 来源: 发布时间:2010年12月14日