全 文 ：第 7卷 第 3期
l 9 9 9年 9月
生 态 农 业 研 究
ECo—AGRICULTU RE RESEARCH
No 3
1999
太行山前平原农田高效用水模式研究
张喜英 裴 冬 由懋正
、 — — — — — ～
— — — — — 一
(中国科学院石家庄农业现代化研究所 石家庄 050021)
， !
摘 要 宴现地 下水栗褂平衡是维持^行山前平原区发业持续发展的重要基础。撮据 多年 神
田间试验结果研究撮讨 了减少表 曰非生 性耗水、 肥辐告提高水舟利用燕率、节水高赫灌溉
制度 、根 系调控与提高土壤水利用宰宴现地下 水采 平l衙昀建径和措施。实施走面承秸秆覆盖
可减 农田耗水量约 40mm；忧化灌溉制度 减4-"冬小麦生育期 1次灌水 60ram。
关键词查里 重!里旦 苎 荽式
W ays for increasing water ULSe efficiency in farml~md of Taihang edmont．Zhang Xiying，Pc{
Dong，You Maozheng(Shljiazhuang Institute of Agrieuhural Modernization tCAS，Sbijiazhuang
050021)，EAR ，l99g，7(3)：22～ 26
Abstract For sustainable agrJcuhura]development in Taihang piedm ont，rleasllres m ust be
applied to reduce irrigation water use Based Oil field experiraenta]results for many years，ways
for increasing f~rm[and ter use efficiency 8re discussed and the n1easu s include reducing
soil evaporation，coupling water and fertilizer，fully utilization of soil water，high efficient ir～
rigation schedule and managing root systen}for eficient water use Straw m ulching can reduce
farmland evaporation about 40ram annually．and one or two irrigations can be omitted by opti～
n-wd irrigation schedule to winter wheat．
Key words Talhang piedmont，Farmland，Efficient water uy,e
我国北方水资源不足已成为农业持续发展的首要限制因素，因干旱缺水每年粮食减
产 700～800亿 kg．600多座城市中有 l／2缺水．农村和牧区 4600万人饮水困难 。我国耕
地面积仅占世界总耕地面积的 7 ，其中灌溉面积占 21 ，人均灌溉面积与世界平均水平
相当，粮食生产安全与水资源利用密切相关 美国科学家布朗博士指出危机中国粮食 自给
能力的水资源短缺“可能拉动世界粮价上涨，从而引发第三世界国家的社会和政治动荡”。
为了保障下世纪我国 16亿人口的粮食生产安全 ，必须发展节水农业 ，改变传统的灌溉方
式，变灌溉土地为灌溉作物，根据作物需水规律制定高效节水灌溉制度，通过实施工程、管
理和农艺措施大幅度提高水分利用效率。
太行山前平原土壤深厚 ，有机质含量高 ，地下水较丰富，水质好 ，灌溉发展早 ，农业生
产水平较高 ，目前粮食平均产量已达 15t／hm ，但这种高产是靠过量开采地下水来维持
的 该区年均降水量 450-~500mm，主要作物冬小麦和夏玉米总需水量>800turn，冬小麦
t ACIAR资勘中{奥合作研究项 目‘1 WRI 9 5，07)和“九五”国家科技攻关项目(96—006 02 03—3)都分研究内容
收稿 日期：1 999—04】8
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第 3期 张喜英等：太行山前平原农田高教用水模式研究
生长期间一般需灌 3～4水，夏玉米需灌 1～2水，年灌溉需水量 3O0～350mm 而地下水
的侧向补给量和降水补给量远小于需水量．导致该区大量开采地下水．浅层地下水位大幅
度下降，地下水埋深从 70年代的 tom左右降至现在的 20～30m，近年连续干旱使地下水
位下降速度>1_5m／o，如此发展则使有些地区浅层地下水将面临枯竭，高产农业难以为
继。一方面水资源短缺，另 一方面又严重浪费水资源，山前平原井灌区水的有效利用率为
6O ；水的生产效率约 lkg／m ，远低于世界发达国家 2kg／m 以上的水平。因此，该区节
水农业发展潜力巨大 。
从水源引水、降水利用到作物耗水形成产量要经过一系列物理和生物过程，节水农业
充分有效地利用 自然降水和灌溉水资源 ，通过实施水利、农业、管理等措施，最大限度减少
输水、配水、灌水直至作物耗水过程中的水资源损失，最大限度地提高单位耗水量的作物
产量和产值，而提高农田水分利用效率是节水农业的重要方面和节水农业发展的潜力所
在，本文探 了提高太行山前平原高产区农田水分利用效率的途径和措施。
1 提高根系吸水能力，减少农田水分蒸发
一 般 上层土壤作物根量占总根量的绝大部分 ，根系的这种分布有利于作物尽快吸收
土壤上层水分，与蒸发失水竞争 有些条播作物和穴播作物行上和行间根长密度差异很
大 ，如玉米行间表层土壤基本无根系存在，小麦行间和行上根长密度差异很显著，行间表
层土壤水损失基本是蒸发耗水，通过耕作、旌肥、灌水、疏松土壤等可显著增加行间根系生
长。田间作物播种时分布均匀也可使表层根长密度分布合理 ，促进根系多利用表层土壤水
分，减少蒸发失水
作物生长期间可利用水分包括播种时土壤剖面贮存水、生长期降水和灌水，部分降水
或灌水通过地表径流和根层渗漏而损失。此外 ，棵间蒸发量在作物生育期耗水中约有 1／3
为无效棵 间蒸发失水 ，因此减少棵间蒸发失水是提高土壤水分利用效率的重要途径之一。
棵间蒸发失水速率除受大气条件影响外．主要受表层土壤含水量和叶面积指数的影响，棵
间蒸发占农 田蒸散之比随表层土壤含水量的降低和叶面积指数的增大而减少，特别是当
叶面积指数小、灌水或降水后土壤表层很湿 ，农田土壤水分散失主要是棵 间蒸发耗水．因
此提高根系对这部分土壤水分的吸收速率可减少棵间蒸发损失。
减少土壤蒸发失水的方法很多，如中耕锄划、留茬播种、秸秆覆盖、沙覆盖、喷洒化学
药剂等 ．其中作物秸秆覆盖是减少土壤蒸发、增加降水入渗、改良土壤的有效途径之一。中
国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称栾城站)用 2台水力蒸发器同步观测秸秆覆
盖和不覆盖夏玉米蒸散速率变化表明，秸秆覆盖显著减 少玉米耗水量，总耗水量减少
12．9 ～1 3．5 ，农田水分利用效率显著提高 。栾城站 5年夏玉米秸秆覆盖对农田水分利
用效率影响试验结果表明．秸秆覆盖使农田水分利用效率平均增加 6．o ～l0．9 ，如按
夏玉米耗水量 400mm计算 ，水分利用效率提高 lo ，相当于减少 40mm用水量。秸秆覆
盖对宽行作物或经济作物效果更明显。太行山前平原秸秆资源十分丰富 ．但浪费严重 ，大
面积焚烧秸秆造成环境污染，围此充分利用秸秆覆盖保墒 ，提高农 田水分利用效率是华北
平原节水农业措旌的重要组成部分
土壤水蒸发可分为 3个阶段 ：稳高 阶段，出现在田间持水量到毛管断裂水量之间，蒸
发速率完全受气象条件影响 ；速降阶段 ，土壤含水量维持在毛管断裂水量至萎蔫系数之
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间，控制这一阶段失水快慢的主要因素是土壤水分向蒸发面移动速率，主要取决于土壤水
分传导速率；稳低阶段，这一阶段土壤蒸发面含水量 已降至萎蔫系数以下，土壤水的液态
流动基本停止，蒸发速率很低。缩短稳高阶段和速降阶段，使土壤表面的蒸发速率减小，可
显著降低蒸发耗水强度，使作物根系更多吸收土壤上层水分。蒸发稳高阶段通过松土割断
表层土壤与下层土壤的毛管联系．阻止毛管水上升至土壤表面，可减少蒸发；速降阶段通
过耱地或镇压使表土细碎，以减少大孔隙向外散失土壤水分 ，耱地后土壤表层形成较薄的
疏松层，且很快干燥后覆盖在湿润土层上而起到保墒作用。栾城站冬小麦返青期进行顶凌
耙耱 ，0～10cm土壤含水量明显高于对照，土壤湿度约增加 14 ，2月下旬至 4月初总蒸
散量减少 20ram。夏玉米苗期中耕可显著割断毛管水上升，减少土壤失水速率 ，0～30cm
土壤重量含水量比不中耕处理高 8 以上，同时中耕能够改善土壤通气状况，增加降水入
渗，消灭杂草，最终减少水分和养分的非生产性消耗。
2 提高单位耗水生产效率
选用节水品种 ，提高作物收获指数 不同作物蒸腾效率各异 ，同一作物不同品种之间
水分利用效率也不同，选择高产、优质、高水分利用效率的品种是农艺节水技术的重要组
成部分。栾城站 2年冬小麦品种试验结果表明，不同小麦品种产量相差 1o ～15 ，水分
利用效率相差 10 ～20 ， 4185”品种产量和水分利用效率较高。收获谷物的粮食作物
其地上部分经济产量占生物产量的比例(收获指数)影响其经济产量，一般随收获指数的
提高，产量和水分利用效率也高 。收获指数的大小与作物生育期间水分供给密切相关 ，通
过合理供水，使整个生育期间作物水分消耗的分配趋于合理 ，控制作物早期根系过多地吸
收利用土壤储水，保留部分土壤水分用于作物生殖生长更有利于经济产量的形成。供水时
间、供水量及供水频度等均影响灌溉作物地上部分干物质的形成和光合产物向经济产量
的转化，制定高效、经济的供水制度 ，是提高收获指数及农 田水分利用效率的重要措施。
改善土壤肥力，提高水分利用效率 。土壤肥力通过影响作物生长发育和产量而影响作
物水分利用效率，同时土壤水分的运动和有效性也影响土壤养分对作物的有效性。土壤养
分一般集中于耕层土壤中，影响根系分布如根量、根密度和根深等，供肥充足的作物根系
深、根量大，提高了土壤水分和养分对作物的有效性 。肥力供应合理充足的作物产量及水
分利用效率较高 ，但并不是产量最高时水分利用效率最高；土壤肥力低时，随施肥量的增
加而作物产量提高，水分利用效率也随之增加 中国科学院水土保持研究所的试验结果表
明，单 产 1500～2250kg／hm 的农 田每 trim 降水小麦 生产效率 为 0，4kg；单 产 3000
kg／hm 的农田每 trim降水小麦生产效率为 0，55～0．6Okg；单产 3750~4500kg／hm。的农
田每 mm降水小麦生产效率为 0．65～0．8Okg；单产 6000kg／hm 的农田每 mm降水小麦
生产效率可达 0．9kg。因此作物水分利用效率随生产水平的提高而增加。
3 建立高效节水灌溉制度
作物不同生育期对水分亏缺敏感程度不同，灌水时间对作物产量、水分利用效率和收
获指数等有显著影响，如冬小麦在返青～起身期和灌浆后期控制水分供应 ，其产量反而比
无水分亏缺处理增加 8．5 和 1．1 ，拔节、孕穗和开花灌浆前期控制水分供应 ，产量分别
降低 4．7 、4．1 和 1．9 。根据水与作物生长发育及产量形成间的关系，通过有限水量
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