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绿色环保栽培技术探索与实践

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1研究背景与意义

我国是水资源严重短缺的国家之一,水资源的不足已成为制约我国农业和经济发展的“瓶颈”。在全球气候变暖,我国北方长期干旱少雨,南方季节性缺水的大背景下,农业生产受到了严峻的挑战。发展以高效节水灌溉技术为平台的高产、优质、高效、生态和安全的现代化农业是保障我国粮食安全和可持续增长的一个重要途径。滴灌技术是最有效的节水技术之一。从“九五”到“十一五”,新疆在棉花、小麦、玉米、大豆和油葵等作物滴灌栽培技术上取得关键突破,各种作物节水灌溉推广面积也在与日俱增,唯独在水稻节水灌溉研究上处于空白。我国北方地区干旱少雨、淡水资源匮乏,限制了水稻的种植和发展。膜下滴灌水稻节水的突出技术优势使得在北方种植水稻成为可能。据统计,全国水稻种植面积约为2900万hm2,直播稻面积近200万hm2,每年受旱减产的水稻田约为670万hm2。如将全国670万hm2因水源不足而不能种稻或欠收的水旱田面积中的20%推广膜下滴灌种植,那全国可推广面积将超过130万hm2,每年可节省水资源100亿m3以上,社会效益、生态效益和战略意义都十分巨大!我国南方地区种植水稻大多以传统水田为主,甲烷等温室气体排放超标,过量施入化肥和农药造成江河水体以及地下水源的污染,还会导致水体的富营养化,造成赤潮和大量水生动物死亡。这给南方稻区的生态环境造成了较大破坏。膜下滴灌水稻技术的推广将有效地解决南方地区种植水稻对生态环境技术的破坏,实现绿色、环保和安全水稻生产。

2膜下滴灌水稻栽培思路的起源

2002年,时任国务院副总理李岚清在新疆天业集团视察节水器材生产车间时提出:“能否种植滴灌水稻”,这一大胆的提法,引起了新疆天业集团时任董事长的重视。随后,在天业农业研究所成立攻关团队,进行世界首创的膜下滴灌水稻技术栽培研究。

3膜下滴灌水稻发展进程

为了攻克膜下滴灌种植水稻的世界难题,从2004年开始,天业农业研究所成立专门课题组,连续进行了5年膜下滴灌水稻田间攻坚试验,2008年小面积试验成功后,2009年进行大田试验示范。2011年2月“膜下滴灌水稻机械化直播栽培方法”获得国家发明专利。随着2011年农村领域首批启动国家高新计划“863”课题的实施,集团在石河子市北工业园区天业化工生态园建设40hm2膜下滴灌水稻示范基地。该示范基地集成示范了与课题相关的多项研究成果,包括小流量高频灌溉技术、无线远程控制技术、土壤改良技术、穴直播一体作业技术等现代农业技术。2012年示范地高产地段经专家鉴定平均产量836.9kg/667m2。课题组围绕膜下滴灌水稻栽培方法开展了一系列研究,包括优良水稻品种筛选,膜下滴灌水稻的需水需肥规律、种植模式、密度试验和病虫害综合防治技术;开发了适宜粮食作物的小流量滴管带;研发了水稻除芒机和膜下滴灌播种机,使播种、铺膜、铺滴灌带一次完成,提高了膜下滴灌水稻机械化程度,降低了生产成本。2011至2013年,膜下滴灌水稻种植技术辐射推广到新疆昌吉州、石河子143团、精河、阿勒泰、伊宁县,疆外的江苏南通市、宁夏、黑龙江农垦等地区,累计技术示范330hm2。

4膜下滴灌水稻技术优势

4.1提高水稻节水能力,增加农民收益膜下滴灌水稻种植技术比常规水田种植水稻节水60%以上(以石河子垦区为例,传统水田全生育期耗水2000~2500m3/667m2,膜下滴灌水稻全生育期耗水700~750m3/667m2)。节省的水费、劳力费等减去滴灌器材的投入,可增加经济效益200元/667m2。既降低灌溉成本,也减轻农民水费负担,不仅增产,还增收。4.2提高土地利用率膜下滴灌水稻种植技术其土地利用率提高7%~10%(节省田埂、水渠等占地面积)。4.3提高机械化程度和人均管理定额实现了水稻旱作铺管、铺膜、精量播种一体机械作业有机结合,有效地减少育秧、插秧、撒肥、药物防治等多个重要的栽培管理环节。田间人均管理能力提高4~5倍,节省了劳力投入,降低了投入成本。4.4有利于提高稻米品质膜下滴灌稻米的外观品质、籽粒饱满度、养分结构等方面都比常规水田栽培有较明显优势和提高,籽粒大小及粒形方面可通过适宜的水肥调控得以改善,具有较好的加工品质,增加了农民收益。4.5改变了传统水稻种植的弊端长期以来,人们为了获取作物高产习惯于大量施用氮、磷、钾等化学肥料以及大量喷施农药,在水稻上的施用尤为显著。由于淹灌水田化肥利用率较低,未被水稻吸收利用的大量化肥沉积在土壤中,给环境造成很大污染。膜下滴灌水稻栽培彻底改变了稻田土壤长期淹水状态,土壤的氧化还原电位和通透性显著提高,不仅有利于水稻根系生长发育,还有利于提高好氧微生物的活性,促进土壤有机质和氮、磷、钾等化学肥料的分解和养分供给的有效性。膜下滴灌水稻栽培降低化肥污染主要表现在3个方面。(1)通过滴灌随水施肥,水肥耦合机理提高了肥料利用率10.4%,又可根据水稻不同生育期的需肥规律调整施肥量,从而降低了化肥施用量,这将有利于从源头上降低化肥污染。(2)膜下滴灌水稻全生育期不建立水层,化肥施入土壤耕作层后被水稻根系吸收,因水层不存在,将不易造成地下水污染。(3)地膜覆盖使土壤温湿度适宜,通透性好,土壤微生物增加,活性增强,可加速对有机质分解和转化,从而提高肥料利用率,降低化肥对土壤的污染。此外,膜下滴灌水稻栽培技术,不仅能较强地控制杂草和水稻病害的发生,还有降低农药污染的作用。因为地膜覆盖后,水稻地上部分失去了高湿这种利于细菌和真菌生长和传播的环境;再加上新疆气候干燥少雨,抑制了病害的发生与传播,农药用量降低。4.6改变稻区环境,减少温室气体排放膜下滴灌水稻栽培技术全生育期无水层,通过滴灌这种方式对水、肥等进行精确调控,使水稻处于最适宜的土壤环境和生长环境。膜下滴灌水稻栽培减少甲烷气体排放主要在3个方面。(1)膜下滴灌水稻栽培无水层存在,将不会形成厌氧环境,使甲烷细菌没有滋生的环境,减少了水稻植株从土壤中吸收甲烷,同时也减少了水层冒泡和水体液体排放甲烷气体。长期测定表明,膜下滴灌水稻与常规水稻栽培相比可减少甲烷气体排放70.6%。(2)膜下滴灌水稻栽培改变了土壤的质地,通气性好,其氧化还原电位(EH值)长期处于高位水平,很难产生甲烷气体。(3)膜下滴灌水稻栽培生育期需水、需肥量可控可调,能有效地在甲烷排放高峰期进行水肥调控,减少水肥投入20.5%左右,进而有效地减少甲烷排放量。4.7促进农业产业结构调整和保证粮食安全滴灌技术的应用,减少了灾害性天气对水稻生产的影响并降低了水稻生产对水资源的要求;滴灌水稻通过调整产量构成因素,比常规水田增产约10%;滴灌水稻还有利于我国农业产业结构的调整,促进粮食生产持续健康发展,为保障国家的粮食安全提供了一条新的解决途径。

5膜下滴灌水稻绿色栽培的发展展望

滴灌是当前世界上最先进的微灌技术之一,把工程节水和农艺措施进行有机结合,是缺水地区一种有效利用水资源的灌水方式,它不同于传统的地面灌溉湿润全部土壤,而是一种精确控制水量的局部灌溉,使水均匀地分配给田间作物,减少地面径流,有效地杜绝水向土壤深层渗漏,进而达到节水的目的,其人工操作简便,可控性强,有利于作物高产稳产和提高经济效益。改变以淹水为主的水稻栽培技术已成为我国农业持续发展的重大战略任务之一,水稻膜下滴灌栽培技术充分展示了滴灌技术的优势,改变了水稻传统的生产方式,大大提高水稻的水分利用率,减少了化肥、农药、温室气体等对环境的污染,有利于实现水稻“节水、高产、优质、绿色和安全”生产。水稻膜下滴灌栽培技术有利于扩大水稻种植区域,减少水稻遇旱减产减收的可能性,增强抗御自然灾害的能力;有利于轮作倒茬,调整农业产业结构,保障农民收入,促进粮食生产持续健康发展,确保我国粮食安全,对节约淡水资源、保护生态环境和保障国家粮食安全都具有极大现实和战略意义。

作者:银永安陈林陈伊锋单位:新疆天业(集团)有限公司

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