膜下滴灌水稻綠色環(huán)保栽培技術(shù)探索與實(shí)踐

銀永安 陳林 陳伊鋒

膜下滴灌水稻綠色環(huán)保栽培技術(shù)探索與實(shí)踐

銀永安 陳林*陳伊鋒

(新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司，新疆石河子832000)

膜下滴灌水稻是新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司首創(chuàng)的一種“節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、綠色和安全”的水稻種植技術(shù)。該技術(shù)把工程節(jié)水和農(nóng)藝措施進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，不但減少了育秧、插秧、人工施肥等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了水稻旱作鋪管、鋪膜、精量播種作業(yè)一次完成，而且解決了傳統(tǒng)水稻種植化肥、農(nóng)藥和溫室氣體污染的難題，開創(chuàng)了省時(shí)、省力、省錢、產(chǎn)量高、效益好的綠色環(huán)保種稻的新路子，發(fā)展前景廣闊。

水稻;膜下滴灌;綠色環(huán)保;栽培技術(shù)

我國既是世界最大的水稻生產(chǎn)國和消費(fèi)國，又是世界上水資源嚴(yán)重短缺的13個(gè)國家之一，同時(shí)也是世界上化肥農(nóng)藥第一消費(fèi)大國［1－3］。傳統(tǒng)水稻采用淹灌種植方式，耗水量很大。據(jù)估測，水稻的灌溉用水量占我國農(nóng)業(yè)總用水量的70%～80%。因降雨量在地區(qū)間，季節(jié)間，年際間分配不均，加之受水源多少、引水灌溉難易等的影響，不少水稻田由于水資源短缺以及水分供需的矛盾等原因，往往產(chǎn)量低而不穩(wěn)定，甚至顆粒無收。因此，水資源的短缺限制了水稻的大面積種植。國際水稻研究所王明星等報(bào)道，傳統(tǒng)水稻種植向空氣中釋放大量甲烷，雖然甲烷在大氣中的濃度遠(yuǎn)小于二氧化碳，但是其致暖效應(yīng)比二氧化碳大30倍，每年它向大氣的釋放量為5億t，其中20%來自稻田［4，5］。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，2010年我國化肥和農(nóng)藥的消費(fèi)已占世界總量的31%，遠(yuǎn)高于谷物生產(chǎn)量占世界谷物總產(chǎn)量的份額(19.1%)［6］。目前，我國水稻生產(chǎn)中存在肥水用量大、施肥方法不合理、施肥技術(shù)落后，農(nóng)藥施用量大、高殘留比例大的問題，大量化肥及農(nóng)藥在稻田施用造成了肥料徑流污染、地下水源污染和甲烷等溫室氣體排放［4－7］。世界各國對在水稻種植中如何減少化肥、農(nóng)藥污染方面做了大量工作，通過研究認(rèn)為水稻旱作能有效地減少肥料徑流污染和地下水源污染，但產(chǎn)量較低是限制其推廣的一個(gè)瓶頸［8－11］。因此，探索和開發(fā)一種高效節(jié)水，化肥、農(nóng)藥、除草劑等利用率高，甲烷等溫室氣體排放極少的綠色環(huán)保水稻栽培方法是符合我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的總體要求的。

新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司經(jīng)過8年試驗(yàn)，研究出膜下滴灌水稻栽培的新方法，已獲國家發(fā)明專利，改變了“水稻水作”的傳統(tǒng)種植方式，實(shí)現(xiàn)了水稻全生育期田間無水層。膜下滴灌水稻種植比新疆傳統(tǒng)水稻種植節(jié)水60.7%、節(jié)肥10.4%，土地利用率提高10%，有利于減少甲烷溫室氣體的排放，減少化肥和農(nóng)藥對環(huán)境的污染，是一種高產(chǎn)兼生態(tài)環(huán)境友好型的全程機(jī)械化栽培方法。

1 研究背景與意義

我國是水資源嚴(yán)重短缺的國家之一，水資源的不足已成為制約我國農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。在全球氣候變暖，我國北方長期干旱少雨，南方季節(jié)性缺水的大背景下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。發(fā)展以高效節(jié)水灌溉技術(shù)為平臺的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)和安全的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)是保障我國糧食安全和可持續(xù)增長的一個(gè)重要途徑。滴灌技術(shù)是最有效的節(jié)水技術(shù)之一。從“九五”到“十一五”，新疆在棉花、小麥、玉米、大豆和油葵等作物滴灌栽培技術(shù)上取得關(guān)鍵突破，各種作物節(jié)水灌溉推廣面積也在與日俱增，唯獨(dú)在水稻節(jié)水灌溉研究上處于空白。

我國北方地區(qū)干旱少雨、淡水資源匱乏，限制了水稻的種植和發(fā)展。膜下滴灌水稻節(jié)水的突出技術(shù)優(yōu)勢使得在北方種植水稻成為可能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國水稻種植面積約為2 900萬hm2，直播稻面積近200萬hm2，每年受旱減產(chǎn)的水稻田約為670萬hm2。如將全國670萬hm2因水源不足而不能種稻或欠收的水旱田面積中的20%推廣膜下滴灌種植，那全國可推廣面積將超過130萬hm2，每年可節(jié)省水資源100億m3以上，社會效益、生態(tài)效益和戰(zhàn)略意義都十分巨大!

我國南方地區(qū)種植水稻大多以傳統(tǒng)水田為主，甲烷等溫室氣體排放超標(biāo)，過量施入化肥和農(nóng)藥造成江河水體以及地下水源的污染，還會導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化，造成赤潮和大量水生動物死亡。這給南方稻區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成了較大破壞。膜下滴灌水稻技術(shù)的推廣將有效地解決南方地區(qū)種植水稻對生態(tài)環(huán)境技術(shù)的破壞，實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保和安全水稻生產(chǎn)。

2 膜下滴灌水稻栽培思路的起源

2002年，時(shí)任國務(wù)院副總理李嵐清在新疆天業(yè)集團(tuán)視察節(jié)水器材生產(chǎn)車間時(shí)提出:“能否種植滴灌水稻”，這一大膽的提法，引起了新疆天業(yè)集團(tuán)時(shí)任董事長的重視。隨后，在天業(yè)農(nóng)業(yè)研究所成立攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行世界首創(chuàng)的膜下滴灌水稻技術(shù)栽培研究。

3 膜下滴灌水稻發(fā)展進(jìn)程

為了攻克膜下滴灌種植水稻的世界難題，從2004年開始，天業(yè)農(nóng)業(yè)研究所成立專門課題組，連續(xù)進(jìn)行了5年膜下滴灌水稻田間攻堅(jiān)試驗(yàn)，2008年小面積試驗(yàn)成功后，2009年進(jìn)行大田試驗(yàn)示范。2011年2月“膜下滴灌水稻機(jī)械化直播栽培方法”獲得國家發(fā)明專利。隨著2011年農(nóng)村領(lǐng)域首批啟動國家高新計(jì)劃“863”課題的實(shí)施，集團(tuán)在石河子市北工業(yè)園區(qū)天業(yè)化工生態(tài)園建設(shè)40 hm2膜下滴灌水稻示范基地。該示范基地集成示范了與課題相關(guān)的多項(xiàng)研究成果，包括小流量高頻灌溉技術(shù)、無線遠(yuǎn)程控制技術(shù)、土壤改良技術(shù)、穴直播一體作業(yè)技術(shù)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)。2012年示范地高產(chǎn)地段經(jīng)專家鑒定平均產(chǎn)量836.9 kg/667 m2。

課題組圍繞膜下滴灌水稻栽培方法開展了一系列研究，包括優(yōu)良水稻品種篩選，膜下滴灌水稻的需水需肥規(guī)律、種植模式、密度試驗(yàn)和病蟲害綜合防治技術(shù);開發(fā)了適宜糧食作物的小流量滴管帶;研發(fā)了水稻除芒機(jī)和膜下滴灌播種機(jī)，使播種、鋪膜、鋪滴灌帶一次完成，提高了膜下滴灌水稻機(jī)械化程度，降低了生產(chǎn)成本。2011至2013年，膜下滴灌水稻種植技術(shù)輻射推廣到新疆昌吉州、石河子143團(tuán)、精河、阿勒泰、伊寧縣，疆外的江蘇南通市、寧夏、黑龍江農(nóng)墾等地區(qū)，累計(jì)技術(shù)示范330 hm2。

4 膜下滴灌水稻技術(shù)優(yōu)勢

4.1 提高水稻節(jié)水能力，增加農(nóng)民收益

膜下滴灌水稻種植技術(shù)比常規(guī)水田種植水稻節(jié)水60%以上(以石河子墾區(qū)為例，傳統(tǒng)水田全生育期耗水2 000～2 500 m3/667 m2，膜下滴灌水稻全生育期耗水700～750 m3/667 m2)。節(jié)省的水費(fèi)、勞力費(fèi)等減去滴灌器材的投入，可增加經(jīng)濟(jì)效益200元/667 m2。既降低灌溉成本，也減輕農(nóng)民水費(fèi)負(fù)擔(dān)，不僅增產(chǎn)，還增收。

4.2 提高土地利用率

膜下滴灌水稻種植技術(shù)其土地利用率提高7%～10%(節(jié)省田埂、水渠等占地面積)。

4.3 提高機(jī)械化程度和人均管理定額

實(shí)現(xiàn)了水稻旱作鋪管、鋪膜、精量播種一體機(jī)械作業(yè)有機(jī)結(jié)合，有效地減少育秧、插秧、撒肥、藥物防治等多個(gè)重要的栽培管理環(huán)節(jié)。田間人均管理能力提高4～5倍，節(jié)省了勞力投入，降低了投入成本。

4.4 有利于提高稻米品質(zhì)

膜下滴灌稻米的外觀品質(zhì)、籽粒飽滿度、養(yǎng)分結(jié)構(gòu)等方面都比常規(guī)水田栽培有較明顯優(yōu)勢和提高，籽粒大小及粒形方面可通過適宜的水肥調(diào)控得以改善，具有較好的加工品質(zhì)，增加了農(nóng)民收益。

4.5 改變了傳統(tǒng)水稻種植的弊端

長期以來，人們?yōu)榱双@取作物高產(chǎn)習(xí)慣于大量施用氮、磷、鉀等化學(xué)肥料以及大量噴施農(nóng)藥，在水稻上的施用尤為顯著。由于淹灌水田化肥利用率較低，未被水稻吸收利用的大量化肥沉積在土壤中，給環(huán)境造成很大污染。

膜下滴灌水稻栽培徹底改變了稻田土壤長期淹水狀態(tài)，土壤的氧化還原電位和通透性顯著提高，不僅有利于水稻根系生長發(fā)育，還有利于提高好氧微生物的活性，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等化學(xué)肥料的分解和養(yǎng)分供給的有效性。膜下滴灌水稻栽培降低化肥污染主要表現(xiàn)在3個(gè)方面。(1)通過滴灌隨水施肥，水肥耦合機(jī)理提高了肥料利用率10.4%，又可根據(jù)水稻不同生育期的需肥規(guī)律調(diào)整施肥量，從而降低了化肥施用量，這將有利于從源頭上降低化肥污染。(2)膜下滴灌水稻全生育期不建立水層，化肥施入土壤耕作層后被水稻根系吸收，因水層不存在，將不易造成地下水污染。(3)地膜覆蓋使土壤溫濕度適宜，通透性好，土壤微生物增加，活性增強(qiáng)，可加速對有機(jī)質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化，從而提高肥料利用率，降低化肥對土壤的污染。

此外，膜下滴灌水稻栽培技術(shù)，不僅能較強(qiáng)地控制雜草和水稻病害的發(fā)生，還有降低農(nóng)藥污染的作用。因?yàn)榈啬じ采w后，水稻地上部分失去了高濕這種利于細(xì)菌和真菌生長和傳播的環(huán)境;再加上新疆氣候干燥少雨，抑制了病害的發(fā)生與傳播，農(nóng)藥用量降低。

4.6 改變稻區(qū)環(huán)境，減少溫室氣體排放

膜下滴灌水稻栽培技術(shù)全生育期無水層，通過滴灌這種方式對水、肥等進(jìn)行精確調(diào)控，使水稻處于最適宜的土壤環(huán)境和生長環(huán)境。膜下滴灌水稻栽培減少甲烷氣體排放主要在3個(gè)方面。(1)膜下滴灌水稻栽培無水層存在，將不會形成厭氧環(huán)境，使甲烷細(xì)菌沒有滋生的環(huán)境，減少了水稻植株從土壤中吸收甲烷，同時(shí)也減少了水層冒泡和水體液體排放甲烷氣體。長期測定表明，膜下滴灌水稻與常規(guī)水稻栽培相比可減少甲烷氣體排放70.6%。(2)膜下滴灌水稻栽培改變了土壤的質(zhì)地，通氣性好，其氧化還原電位(EH值)長期處于高位水平，很難產(chǎn)生甲烷氣體。(3)膜下滴灌水稻栽培生育期需水、需肥量可控可調(diào)，能有效地在甲烷排放高峰期進(jìn)行水肥調(diào)控，減少水肥投入20.5%左右，進(jìn)而有效地減少甲烷排放量。

4.7 促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和保證糧食安全

滴灌技術(shù)的應(yīng)用，減少了災(zāi)害性天氣對水稻生產(chǎn)的影響并降低了水稻生產(chǎn)對水資源的要求;滴灌水稻通過調(diào)整產(chǎn)量構(gòu)成因素，比常規(guī)水田增產(chǎn)約10%;滴灌水稻還有利于我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，促進(jìn)糧食生產(chǎn)持續(xù)健康發(fā)展，為保障國家的糧食安全提供了一條新的解決途徑。

5 膜下滴灌水稻綠色栽培的發(fā)展展望

滴灌是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的微灌技術(shù)之一，把工程節(jié)水和農(nóng)藝措施進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，是缺水地區(qū)一種有效利用水資源的灌水方式，它不同于傳統(tǒng)的地面灌溉濕潤全部土壤，而是一種精確控制水量的局部灌溉，使水均勻地分配給田間作物，減少地面徑流，有效地杜絕水向土壤深層滲漏，進(jìn)而達(dá)到節(jié)水的目的，其人工操作簡便，可控性強(qiáng)，有利于作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)效益。改變以淹水為主的水稻栽培技術(shù)已成為我國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略任務(wù)之一，水稻膜下滴灌栽培技術(shù)充分展示了滴灌技術(shù)的優(yōu)勢，改變了水稻傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，大大提高水稻的水分利用率，減少了化肥、農(nóng)藥、溫室氣體等對環(huán)境的污染，有利于實(shí)現(xiàn)水稻“節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、綠色和安全”生產(chǎn)。水稻膜下滴灌栽培技術(shù)有利于擴(kuò)大水稻種植區(qū)域，減少水稻遇旱減產(chǎn)減收的可能性，增強(qiáng)抗御自然災(zāi)害的能力;有利于輪作倒茬，調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，保障農(nóng)民收入，促進(jìn)糧食生產(chǎn)持續(xù)健康發(fā)展，確保我國糧食安全，對節(jié)約淡水資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和保障國家糧食安全都具有極大現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義。

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Exploration and Practice of Environmental－friendly Cultivation Techniques in Rice w ith Drip Irrigation under M ulch Film

YIN Yong－an，CHEN Lin，CHEN Yi－feng
(Xinjiang Tianye(Group)Co.，Ltd，Shihezi 832000，China)

The technique of rice with drip irrigation undermulch film was invented by Xinjiang Tianye(Group)Co.，Ltd，which was a novel cultivation technique with multi－advantages of water－saving，high yield，high quality，environmental friendly and security. The technique combined the characteristics of water－saving and agronomic measures，which not only reduce the links of seedling，transplanting，artificialmanure spreader and so on，making the realization of the rice dry pipe laying，laying of themembrane，the precision sowing work to be completed in one step，but also solved the problem of fertilizer，pesticide and greenhouse gas pollution of traditional rice planting，initiating a new environmental friendly way of time－saving labor－saving，money－saving，high yield and good benefits.It has a broad prospect for development.

Rice;Drip irrigation undermulch film;Environmental friendly;Cultivation technique

2013－10－30

國家863項(xiàng)目(2011AA100508);新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)博士資金(2013BB007);新疆農(nóng)八市石河子市科技基礎(chǔ)條件平臺建設(shè)計(jì)劃。

銀永安(1983－)，男，博士，副研究員，從事膜下滴灌水稻高產(chǎn)生理研究。

*通訊作者:陳林(1976－)，男，高級農(nóng)藝師，主要從事節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)研究與推廣。