[科普中国]-水土保持耕作与高效节水技术

山西省山区、丘陵区耕地面积约占总耕地面积的60％以上，多以梯田或坡地形式出现，以种玉米、小麦、糜子、谷子、马铃薯等旱地作物为主。山区及丘陵区农业生产存在的主要问题是土壤干旱和水土流失严重。受侵蚀土壤其有机质含量一般在1％以下，作物产量偏低。在坡耕地上，土壤遭受侵蚀的原因虽然很多，但最普遍的因素主要是由于降雨径流所引起。为了防止径流的产生，兴修梯田仍是很有效的水保工程措施。但兴修梯田以后，土壤干旱问题仍没解决。因此还必须采取高效节水技术。实际上山区丘陵区节水最简单易行的办法是由土壤保蓄天上降下的雨水供作物缺水时使用，其基本措施是通过蓄、盖、拦、保、肥使土壤提高含水量。以下介绍几种水土保持耕作与节水技术。 （一）耕作保水1.深松耕深松耕是用深松耕犁只疏松耕层而不翻转耕层的一种土壤耕作方式。以往进行翻转耕层的深耕，固然有翻埋杂草、肥料、秸秆及减少病虫等良好的作用，但在土壤翻耕的过程中亦将散失大量的土壤水分，尤其是在半干旱地区，这是很不利的。同时，翻耕时所消耗的牵引力较大，工作效率亦低，也不利于抢墒播种。故目前世界许多国家都采用有只松土而不翻土的深松耕法。深松耕法目前有两种方式：①全面深松。应用深松犁全面松土，松后耕层呈比较均匀的疏松状态。此种方式所需动力较大，适于配合农田基本建设，打破耕层之下犁底层的硬土。松土层可达40公分，适合于土地休闲期采用，可大大增加土壤储水层的厚度，为播种时土壤保水促苗创造有利条件。②局部深松。应用杆齿、凿形铲、铧形铲等进行松与不松间隔的局部松土，松后地面呈疏松带与紧实带相间存在的状态。由于在耕层内并列存在着疏松与紧实相间排列的条带，有利于水分的迅速渗入，也有利于水分的上升，以供给作物根系的吸收利用。间隔深松在坡地上，更因其紧实带的存在，可以防止已渗入耕层的水分，沿犁底层在耕层内向坡下流动。同时，疏松带有利于土壤的通气与好气性微生物的活动，可增加耕层中的有效养分。而紧实带则有利于保持土壤水分满足作物对水分的需要，使土壤状况向有利于作物生长的方面转变，有明显的增产效果。2.沟垄耕作。这是在山区沿等高线进行的一种耕作措施,即在坡面上沿等高线开犁,形成沟和垅，在沟内种植农作物。沟垄耕作法可用机耕犁作业，从原地面算起，一般沟深约20公分，垄高约20公分，沟底到垄顶的高度可达30公分以上。沟垄相间形成小地形，起到蓄水拦泥，保水、保土、增产的作用。沟垄耕作法的作用：①蓄水保肥。沟垄耕作的优越性，主要表现在小地形改变，受雨面积比较大，单位面积上的受雨量相对减少，雨水容易向沟内汇聚后向下层渗透而使沟底土壤水分大大增加。即改变了小地形，显著增加了洼蓄量。每一条垅起到一个小坝的作用，把雨水分散拦蓄在各个沟垄内，使其就地下渗，因而有效地减少了径流量以及冲刷量。若以土壤含氮0.02％计，每年每亩可减少氮素流失2.5千克；若以土壤(20厘米表层内)含有机质0.5％计，可减少有机质流失22.5千克，相对的增加了作物需要的养料。由于减小了径流，土壤含水率较平作也有显著的提高，特别是在20厘米以上的土层内提高较多。秋作物以沟垄耕作法种植，在雨季拦蓄了足够的水分，还能供给作物后期需要的水分，促进作物正常生长发育，所以沟垄耕作具有抗旱作用．②加深耕作层。沟垄耕作比平作加深了耕作层，这样，就有利于根系发育和马铃薯块茎块根的形成，再加上集中施肥和保住了水土，因而可以改善土壤的理化性状，加速土壤熟化。培土还可防止作物倒伏。③适当调节地温。沟垄耕作对于提高土壤温度和减小温度日振幅的小气候效率方面，都比平作好。在春季，由于接受阳光的面积较大，土温升高很快，白天垅内地表温度一般高出平作2℃～3℃，故能提早出苗。夏季，沟垄耕作可以蓄积较多雨水，作物茎叶生长茂盛，地表被覆面积增加，能降低垅内温度。⑷可以实行密植。沟垄耕作土肥水保蓄的好，因此可以实行条播密植，增加单位面积株数，因此可以提高单位面积产量。（二）地面覆盖保水覆盖耕作法是将作物秸杆、草类或其他材料覆盖在作物株行间或裸露的地表上，以达到减少径流及土壤流失，增进土壤水分含量，抑制杂草，减少中耕除草；调节地温：增加土壤有机质：减少土壤水分蒸发的目的。这方面的耕作技术有很多种，根据覆盖材料的种类分为秸秆覆盖、青草覆盖、地膜覆盖等。1．秸秆覆盖。秸秆覆盖材料主要是麦秆、玉米秆等对农田进行覆盖。农田覆盖秸秆后，一方面可以使土壤免受风吹日晒和雨淋的直接冲击，保护表层土壤结构，提高降水的入渗率，另一方面，可以隔断蒸发表面与下层土壤的毛管联系，减弱土壤空气与大气之间的交换强度，有效地抑制土壤蒸发。因此，以秸秆为材料进行地面覆盖，干旱季节可以保墒，多雨季节可以蓄水，是农田蓄水保墒的好办法。秸秆覆盖材料主要是麦秆、麦糖和玉米秆等。据中国农业科学院农业气象研究所的田间试验资料，0～100厘米土层的储水量，休闲期秸秆覆盖可增加18～23毫米，生育期覆盖地，越冬期可增加13～l9毫米，返青期可增加10～l7毫米。虽然一定时期内，覆盖农田的土壤含水量有明显增加，但与对照农田相比，总耗水量却十分接近，主要因覆盖减少的蒸发耗水可及时地被作物所利用，因而产量和水分利用效率都有明显的提高．据山西农业科学院试验，覆盖农田小麦、玉米等作物水分利用效率一般提高了2.25～4.65千克(毫米·平方千米)。利用秸秆覆盖有下列益处：①减少土面蒸发，增加土壤水分含量，促进水分渗透量，减少地表径流，增加土壤水分供给量；②保护土壤温度，不致急剧升降，使作物免受霜害；③抑制杂草生长，减少除草中耕工作；④增进土壤有效养分含量，改良土壤物理性和可耕性；⑤促进土壤微生物旺盛活动，同时，又可以减少病害。2.地膜覆盖这是旱地农作物节水保土提温的一项革新，是行之有效的好方法。现在全国不少省份，广泛采用地膜覆盖平面栽培玉米、花生等作物，均获得明显的增产效果。（1）塑料地膜覆盖根据覆膜栽培能保土、保水的这一特点，把它应用到坡耕地耕作当中，曾在坡地上搞了芝麻地膜覆盖栽培试验，全年降雨量为298.15毫米，一次最大降雨量35.5毫米，经过测试表明没发生水土流失。水分没流失可能是一次最大降雨量没达到流失程度，不过降雨量再大，只能有水的部分流失，表土不易冲走。地膜覆盖栽培能防止水土流失的原理，是整个栽培地块的地面全用塑料膜覆盖上了，降雨时雨滴不能直接击溅在地表面，只是落到塑料膜上，雨水落后顺垅沟膜隙渗入土里，所以不易产生水土流失，达到了保持水土的目的。地膜覆盖的经济效益也是显著的，曾在同一块地，在同等条件下，进行了对比试验，覆盖的芝麻的亩产96千克，未覆膜的芝麻亩产55．5千克，覆膜的是未覆膜的1.7倍。每亩塑料膜成本是40元钱，每亩覆盖用工两个，种地用工四个，覆膜栽培不用中耕，减少了铲地和趟地的人工和犁工，未覆种的一亩地平均种地用一个人工，铲地用两个人工，犁地用一个犁工。通过计算(每斤芝麻按八角钱，犁工按八元钱计算)覆盖的比未覆膜的平均每亩增加收入31．23元。一般采用的是先覆膜后种的方法。播种后根据地形在垅沟里堆上了不等距的土档，避免水向低处流，造成集中后流失和大风掀膜的现象。注意事项：①要选择15°坡以下，而且土壤疏松，渗透性好的地块。②在坡耕地上覆膜一定要配合修一些土挡和地埂等工程。土挡一定低于垄台，防止降雨多，水向低处集中越垄台流失。（2）液态地膜覆盖塑料地膜覆盖的缺点之一是长期大量使用会产生残留导致“白色污染”，对农田土壤产生破坏。解决的办法是采用多功能可降解液态地膜。它是以腐植酸与植物秸秆和其他有机化合物为原料生产的环保产品。具体方法是秋耕后喷一遍黑色液态地膜；或者春天播种后耙平地面，先喷一遍除草剂，再喷一遍黑色液态地膜。喷后40天内应避免践踏。其优点是：（1）可现场喷施造膜，省工省时，操作简单，对地形地貌适应能力强；（2）农作物出苗时，不用人工放苗，可自然出苗，节省了大量的人力和物力。（3）经过对作物的试验过程进行调查，反映出喷施腐植酸可降解液态地膜有明显的增温、保墒、保苗、增产以及改善土壤环境的效果。地面喷洒液态地膜可以使土壤提高温度，抑制蒸发，土壤含水量提高幅度大，土壤容重降低，土壤中水稳性团粒数量增加，作物生育期提前8～10天。（4）施用后没有塑料地膜的“白色污染”，属环保型产品。（5）春播时使用本液态地膜，节水抗旱效果明显，可提早出苗，提高出苗率。（6）液态地膜具有明显的抗寒、增温、节水作用和增产效果，可使作物增产15%～20%以上。（7）降解性能好，成本低，在土壤中可降解为肥料。还有较强的粘附能力，分解后成为土壤改良剂，可将土粒连结成团聚体。编辑：石慧芳审核专家：山西农业大学教授   王曰鑫