浙江農田節(jié)水與水肥一體化的分析探索──以杭嘉湖平原稻田為例

胡 偉，陸國軍，姜春月，馮根寶，馮培英

（浙江省海鹽縣農業(yè)技術推廣中心，浙江嘉興314300）

?

浙江農田節(jié)水與水肥一體化的分析探索──以杭嘉湖平原稻田為例

胡 偉，陸國軍，姜春月，馮根寶，馮培英

（浙江省海鹽縣農業(yè)技術推廣中心，浙江嘉興314300）

摘 要：為推動農田節(jié)水與水肥一體化技術在浙江農業(yè)中的應用與發(fā)展，筆者以杭嘉湖平原稻田為例，分析了浙江水資源狀況、農田節(jié)水與水肥一體化的意義，探索分析稻田節(jié)水的主要途徑與方法。研究結果得出：農田可采用價格低廉且對水質要求低的常壓軟管灌溉系統(tǒng)實現節(jié)水節(jié)肥，并提出了稻田的水肥技術方案。開展稻田節(jié)水與水肥一體化技術，即適應現代農業(yè)簡約、規(guī)模經營需求，又有助于實現農業(yè)的節(jié)水減排增效和防洪排澇，減少農業(yè)面源污染，將是“五水共治”工程在浙江農業(yè)領域中的具體應用和體現。

關鍵詞：農業(yè)節(jié)水；水肥一體化；稻田；杭嘉湖平原

0　引言

習總書記提出了“節(jié)水優(yōu)先”科學治水思路，浙江省先后開展了“五水共治”工程、千萬農民飲用水工程、千萬畝十億方節(jié)水工程和萬里清水河道等工程，以保障水資源的可持續(xù)利用。農業(yè)是用水量和節(jié)水潛力最大的領域，過多的灌溉用水與農藥、化肥融合在一起形成農業(yè)灌溉廢水，是引起水體氮、磷富營養(yǎng)化的因素之一，目前有效防治措施就是實行最佳的農田管理[1]，其中農業(yè)節(jié)水及水肥一體化技術是現代生態(tài)農業(yè)發(fā)展方向，有助于緩解水環(huán)境中的洪澇災害、干旱缺水、水污染等問題。杭嘉湖地區(qū)是浙江最大的平原地區(qū)，河網密布，但水資源尤其是清潔的優(yōu)質水資源特別緊缺，亟需加快建設節(jié)水型城市[2]，可見傳統(tǒng)觀念中的“魚米之鄉(xiāng)”也需要水環(huán)境治理，筆者以杭嘉湖平原稻田為例，分析其農田節(jié)水節(jié)肥意義，探討農田水、肥資源高效利用的技術與途徑，以期為農田節(jié)水與水肥一體化技術在浙江乃至南方農田中的發(fā)展應用提供思路。

1　浙江水資源特征

浙江屬江南水鄉(xiāng)，水資源總量大，但人均水資源量少[3]，逼近世界缺水警戒線[4]；水資源時空分布不均，浙西南山區(qū)向東北平原區(qū)遞減，5—9月降水量約占全年的65%，而2013年7月1日至8月18日，浙江省出現嚴重的高溫少雨天氣，全省平均降雨量僅69 mm；水資源量年際間變化大，豐水年是枯水年的近3倍[5]，隨著經濟的持續(xù)發(fā)展，浙江水資源品質退化嚴重。據2013年水資源公報，全省水質處于Ⅴ類和劣Ⅴ類的河流長度占18.8%，杭州河網、嘉興河網和運河水質普遍在Ⅴ類～劣Ⅴ類[6]，杭州灣海域常年也以劣Ⅵ類海水為主，主要超標污染物為無機氮和活性磷酸鹽[7]，化肥農藥不合理使用和農業(yè)廢棄物已造成嚴重的農業(yè)面源污染[8]，浙江省化肥施用強度遠高于中國全國，70%以上的農藥流失于環(huán)境中[9]，水質型脅迫已取代水量型脅迫，成為影響產業(yè)持續(xù)健康發(fā)展和人民群眾生活品質的首要因素[3]。杭州的人均擁有水資源量為2260 m3，湖州為1536 m3，嘉興僅為624 m3[10]，如果按照水利部水資源緊缺程度劃分標準，則三者分別屬于輕度缺水、中度缺水和重度缺水地區(qū)，杭嘉湖地區(qū)的人均水資源量與水體污染均不容樂觀。

2　農田節(jié)水的意義

浙江農業(yè)生產的主要自然災害有洪澇臺旱災害[11]，水則是污染和自然災害的載體和媒介，節(jié)約用水和科學用水是水資源可持續(xù)利用的核心[17]，農業(yè)用水管理是我國實施最嚴格水資源管理制度的重要內容[12]，“五水共治”即以節(jié)水為壓軸之作，因為節(jié)水是解決水資源問題的最直接舉措，也是控源之舉[13]。為了保證工業(yè)和城市用水安全，水資源量不變時，首先減少農業(yè)的用水量，全國農業(yè)用水占到用水總量的一半以上，農業(yè)灌溉用水更是占了農業(yè)用水的90%，農業(yè)用水浪費現象嚴重且普遍，浙江省農業(yè)節(jié)水仍具有潛力[14]。2013年浙江省水資源利用率達29.9%，年總用水量2.20×1010m3，其中農田灌溉用水7.58×109m3，占總用水量的33.7%，占總耗水量的49.6%[15]。農業(yè)灌溉廢水年排放總量大約為4.0×109m3，其中COD約2萬t，氨氮1萬t[16]，隨著農業(yè)用水比例的逐年降低，糧食生產和糧食安全面臨嚴峻挑戰(zhàn)，環(huán)境承載壓力加重[17]，通過發(fā)展節(jié)水灌溉，可緩解農業(yè)、工業(yè)、城市用水的矛盾，還可以有效保護水資源，實現農業(yè)可持續(xù)發(fā)展[18]。

浙江農田灌溉年均用水量自2000年7620 m3/hm2逐年降低至2009年的5475 m3/hm2，降幅明顯，但至2013年灌溉量仍高達5190 m3（水田6105 m3），即近5年的農田灌溉量在較高水平徘徊，說明農田特別是稻田的節(jié)水潛力很大，但當前灌溉模式下的節(jié)水空間已有限，有待創(chuàng)新農作制度和節(jié)水灌溉方式。杭嘉湖地區(qū)水資源量占全省的22.25%，農作物播種面積9.29× 105hm2，占全省播種面積的33.63%[16]，其中水稻播種面積占比近40%，故農業(yè)用水更為緊張。稻田在日本被作為蓄滯洪水的有效手段，如果采用節(jié)水灌溉，稻田相當長時間處于無水層狀態(tài)，對雨水蓄積能力則會更強，可減輕洪澇災害，且淺水勤灌曬田有利于減輕病蟲害的發(fā)生，綜合收益高[19]，因此，稻田節(jié)水將在治水行動中發(fā)揮重大作用。

3　農田節(jié)水途徑與方法

杭嘉湖平原農業(yè)灌溉基本依靠泵站提水，渠系和泵站等工程節(jié)水設施完善，農田內部節(jié)水成為當前亟待解決的問題，該地區(qū)水稻的種植規(guī)模和需水量最大，對農田節(jié)水成效起關鍵作用。當前水稻節(jié)水灌溉模式主要有5種[20]，其中：（1）“薄、淺、濕、曬”模式為薄水插秧、淺水返青、分蘗期前濕后曬；拔節(jié)孕穗、抽穗揚花期薄水、乳熟期濕潤、黃熟期先濕后干[21-21]，類似于“四淺三控”[23]；（2）“控制灌溉”指除在返青期或分蘗前期建立水層外，其余時間都不建立水層；（3）“間歇灌溉”是中國很多南方省份采用的方式，返青期保持2～6 cm水層，分蘗后期曬田，黃熟落干，其余時間采取淺水—干露相間的灌溉方式；（4）“蓄雨型節(jié)水灌溉”是按上述各種節(jié)水灌溉模式進行灌溉，但當降雨時可超出灌水標準，盡可能多蓄雨水[24]；（5）“滴灌水稻”是近年的一種全新嘗試，通過滴灌設施少量多次供水，水稻全生育期田間無水層。新疆膜下滴灌水稻比傳統(tǒng)水稻節(jié)水60.7%、節(jié)肥10.4%，土地利用率提高10%，產量最高達到了1.26×104kg/hm2[25]，具有明顯的節(jié)水效果和推廣應用潛力。初次之外，還有將水稻節(jié)水與其它栽培技術相結合的模式，包括通氣稻栽培[35-36]、水稻強化栽培[37-38]、覆蓋栽培[39-40]、飽和土壤灌溉[41]、干濕交替灌溉[42]，幾種模式之間的內容有相同也有不同。

農田節(jié)水的重要途徑是提高農業(yè)灌溉用水效率，研究認為節(jié)水灌溉可顯著減少灌排水量和灌排次數，仍保持了較高水稻產量并增產[26-27]。滴灌是目前使用最廣泛的節(jié)水高效灌溉技術，主要有加壓、常壓和自壓滴灌3種，其中常壓滴灌也稱常壓軟管滴灌，其利用原有渠系，進水口水位高于地塊300 mm即可，高度差所產生的自然壓力將水通過支管均勻輸送到毛管，支、毛管直徑為200 mm和32 mm的PE軟管，雙孔毛管出水量為4 L/h，孔距為400 mm，如果灌水定額每次按40mm，灌水周期7天，250m3/h的渠水流量可灌溉67hm2農田[28]，每公頃造價僅約500元[29]，且支管可使用3～5年，毛管壽命1～2年，安裝簡便。河、塘水質無需處理，水以細流狀到達根部土壤，便于水肥精細調控和管理，減少用工，杭嘉湖平原的平坦地形非常適合該項技術的推廣，滴灌系統(tǒng)在稻后麥季仍可繼續(xù)使用。

4　水肥一體化技術意義

水肥一體化技術狹義上指根據作物水肥需求規(guī)律在灌溉的同時進行施肥，以肥調水、以水促肥，最大限度地提高水、肥利用率和生產效率，滴灌水肥一體化與傳統(tǒng)地面灌溉相比，具有以下優(yōu)點：提高水的利用率（滴灌水的利用率可達95%，比地面澆灌省水30%～ 50%，比噴灌省水10%～20%）、節(jié)省肥料和勞力、灌溉均勻度高（可達80%～90%）、便于農作管理、減少病蟲害、提高作物產量、提早成熟和延長市場供應期。該技術不僅適用于灌溉區(qū)，也適于旱作區(qū)和水田。在以色列，幾乎所有的果園都用滴灌施肥系統(tǒng)，滴灌水肥一體化技術遍及各個角落，不論是農田、果園、公園乃至林蔭道和庭院[34]，在中國也有廣闊的發(fā)展空間，新疆最為典型，據報道，2015年中國新增高效節(jié)水灌溉面積1.33×106hm2以上[30]。杭嘉湖平原推廣潛力巨大，2013年杭嘉湖地區(qū)氮磷鉀農用化肥施用量（折純）分別為16.1萬、2.87萬、1.65萬t，復合肥為5.5萬t[16]，分別占全省施肥量的22.2%、16.3%、14.5%和15.6%，如果復合肥養(yǎng)分含量按40%計算，則三地區(qū)單位播種面積施肥量為245.1 kg/hm2，遠高于全國平均水平，開展水肥一體化技術是降低本區(qū)域農田施肥量的有效途徑。研究表明，水稻基蘗肥用量越大，總體氮肥利用率越低[31]，節(jié)水栽培可實現稻田全生育期無深水層，通過隨水施肥，水肥耦合機理同步提升肥料和水分利用率，有效防止地表水徑流和降低地下水污染，可從源頭上降低農業(yè)面源污染[25]，此外，節(jié)水灌溉有助于控制洪澇災害[32]，在水稻稻瘟病防治方面具有很好的效果，水稻抗倒伏能力大大提高[33]。

5　稻田水肥技術方案

基于晚稻水肥需求規(guī)律及前人研究報告，提出杭嘉湖平原稻麥輪作制度下稻季水肥一體化推薦方案。

冬小麥收割后，每公頃施用基肥(P2O535 kg，K2O 45 kg)后淺水耕翻整平，確保首部的水源水位高于地面30 cm以上，鋪設常壓軟管滴灌支管和毛管，毛管長度40～60 m，毛管間距1～1.5 m，淺水插秧（不能拋秧，毛管需通直放置），5～7天后讓水自然落干，淺灌1～2 cm再次落干，5葉期和分蘗期施肥2～3次(N 110 kg，P2O530 kg，K2O 15 kg)，分蘗期保持2～3 cm淺水，當總莖蘗數達標后曬田后輕灌水1 cm，反復進行。拔節(jié)孕穗保持2 cm薄水，施肥2～3次(N 120 kg，P2O515 kg，K2O 15 kg)，抽穗揚花期2 cm左右薄水，施肥量1～2次(N 30 kg，P2O55 kg，K2O 30 kg)、乳熟期濕潤1～2次(N 20 kg，K2O 45 kg)、黃熟期先濕后干，澆水次數視降水量而定，盡可能多的蓄積利用雨水，隨水施肥遵從少量多次的原則，通常為7～10次，上述推薦施肥總量為N-P2O5-K2O=280-85-150 kg/hm2，氮磷鉀比例為1:0.30:0.54。

6　農業(yè)節(jié)水與水肥一體化技術展望

中國灌溉用水特別是有效灌溉面積與糧食總產量呈顯著正相關，農業(yè)用水的近九成是農田灌溉用水，面對農業(yè)用水比例不斷下降和總量不斷減少的現狀，實現農業(yè)水資源可持續(xù)利用的根本途徑就是要走農業(yè)節(jié)水的道路，確保灌溉用水量和提高水分生產效率，這對保障糧食安全具有重要意義。通過農業(yè)節(jié)水與水肥一體化技術的綜合應用，一是可減少渠系輸水滲漏損失，二是降低田間水分深層滲漏和地表流失，改善灌水質量，三是減少農田土壤的水分蒸發(fā)損失，有效地利用自然降水，四是提高作物水分和肥料的生產效率，減少水分奢侈性蒸騰消耗，獲得較高的作物質量、產量和水肥效益，五是有助于水環(huán)境污染物的控制與治理。2013年浙江省政府出臺了《關于實行最嚴格水資源管理制度全面推進節(jié)水型社會建設的意見》，制度框架目前已基本建立，“三條紅線”控制指標體系覆蓋了省市縣三級。科學技術廳2015年繼續(xù)扶持“五水共治”科技專項行動計劃，各項政策將深入推動農田節(jié)水和水肥一體化技術的應用與發(fā)展。

參考文獻

[1]李秀芬,朱金兆,顧曉君.農業(yè)面源污染現狀與防治進展[J].中國人口·資源與環(huán)境,2010,20(04):81-84.

[2]方子杰.浙江踐行治水新思路的再認識再實踐[J].中國水利,2014, 12:13-16.

[3]濟時彥.淺議浙江水資源保障[J].今日浙江,2013(13):52.

[4]李金珊,沈楠.浙江省污水治理現狀、問題及對策研究[J].中共浙江省委黨校學報,2014(6):59-65.

[5]夏麗珍,朱永泉,鄭日紅.浙江省近10年水資源及利用狀況分析[J].浙江水利科技,2014,4:5-8.

[6]章宏偉,李曉燕,黃昉.改善杭嘉湖河網水環(huán)境水利工程總體布局及效果分析[J].科技視界,2014,3(3):308-309.

[7]顧驊珊.杭州灣海域水污染演變及污染源分析[J].嘉興學院學報,2015,27(1):68-75.

[8]鄭榮偉,程靜,張晨辰,等.杭嘉湖地區(qū)農業(yè)面源污染現狀及治理措施[J].Silicon Valley,2014(18):211-212.

[9]浙江省“十一五”農業(yè)面源污染治理和農村清潔能源開發(fā)利用規(guī)劃-百度文庫[EB/OL].Http://wenku.baidu.com/view/ a0c50517f18583d0496459fc.html.

[10]王士武,鄭世宗,溫進化.浙江省部分缺水地區(qū)缺水程度分析[J].節(jié)水灌溉,2006(2):43-45.

[11]夏旦丹.自然災害對浙江農業(yè)的影響及防災減災對策建議[J].浙江水利科技,2013(4):21-24.

[12]胡榮祥,盧成,鄭世宗,等.杭嘉湖平原河網地區(qū)農業(yè)用水計量方法研究[J].節(jié)水灌溉,2014,(4):61-63.

[13]陳喜靖,沈阿林,奚輝.浙江省“五水共治”之“抓節(jié)水”的重要性及途徑[J].浙江農業(yè)科學,2015,56(1):5-9.

[14]許連君.基于農業(yè)GDP用水量的浙江農業(yè)節(jié)水分析[J].浙江農業(yè)學報,2012,24(1):158-161.

[15]浙江省水資源公報[N].2013:14-15.

[16]浙江省統(tǒng)計局:浙江省統(tǒng)計年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計出版社,2013: 08.

[17]張明生.浙江省水資源可持續(xù)利用與優(yōu)化研究[D].杭州:浙江大學, 2005.

[18]強宏斌,錢加緒,趙含棟,等.美國發(fā)展節(jié)水農業(yè)的經驗與啟示[J].甘肅農業(yè)科技,2006(3):38-40.

[19]陳小山,張舒,丁寒卉,等.不同水分管理模式對水稻病蟲發(fā)生及產量的影響[J].湖北農業(yè)科學,2009,48(7):1571-1573.

[20]姚林,鄭華斌,劉建霞,等.中國水稻節(jié)水灌溉技術的現狀及發(fā)展趨勢[J].生態(tài)學雜志,2014,33(5):1381-1387.

[21]余青.不同節(jié)水灌溉方式對水稻生長的影響[J].安徽農業(yè)科學, 2012,40(36):17904-17906.

[22]徐紅,張學齡.水稻節(jié)水灌溉技術的應用與推廣[J].內蒙古水利, 2003(3):38-40.

[23]鄧志高.水稻“淺控結合”節(jié)水灌溉技術推廣的實踐與探索[J].湖南農業(yè)科學,2014(2):16-18.

[24]朱偉文,周文新,易鎮(zhèn)邪.水稻節(jié)水栽培研究進展[J].作物研究,2014, 28(6):761-767.

[25]陳林,陳伊鋒,銀永安,等.膜下滴灌水稻綠色環(huán)保栽培技術探索與實踐[J].石河子科技,2014(6):3-5.

[26]陳朱葉,郭相平,姚俊琪,等.水稻蓄水控灌的節(jié)水水效應[J].河海大學學報:自然科學版,2011,39(4):1-5.

[27]蔡曉東,遲長生,陳玉濤,等.水稻節(jié)水灌溉技術經濟效益分析[J].農業(yè)與技術,2014,34(6):3-4.

[28]馬艷君,張永平.旱田常壓軟管節(jié)水灌溉技術研究[J].廣西輕工業(yè), 2010(1):54-56.

[29]嚴以綏.常壓軟管滴灌系統(tǒng)經濟效益分析[J].新疆農墾經濟,2003: 57-61.

[30]林晶晶,李剛華,薛利紅,等.15N示蹤的水稻氮肥利用率細分[J].作物學報,2014,40(8):1424-1434.

[32]李玲.水稻節(jié)水灌溉與雨水利用思路[J].中國農業(yè)信息,2014(3): 163-165.

[33]申惠明.淺談雞東縣水稻節(jié)水控灌技術[J].農業(yè)開發(fā)與裝備,2014 (12):101.

[34]溫標堂.以色列耐特菲姆(NETAFIM)公司灌溉產品在廣西的營銷策略研究[D].南寧:廣西大學,2012.

[35]Saito K,Linguist B,Atlin U N.Response oI traditional and improved rice cultivars to N and P fertilizer in northern Laos[J]. Feeld Crnvs Res,2006,96:216-223.

[36]Nie L X,Peng S B,C'hen M X,et al.Aerobic rice for water-saving agriculture[J].Agron Sustain Dev,2012,32:411-418.

[37]Uphoff N,Kassam A.A critical assessment of a desk study comparing crop production systems:The example of the‘system of rice intensification‘versus’best management practice[J].Field Crops Res,2008,108:109-114.

[38]Stoop W A,Uphoff N,Kassam A.A review of agricultural research raised by the system of rice intensification(SRI)from Madagascar: Opportunities for improving farming systems for resource-poor farmers[J].Agric Syst,2002,71:249-274.

[39]Fan M S,Liu X J,Jiang R F,et al.Trient efficiency,Crop yields, internal nutrient efficiency,and changes in soil properties in ricewheat rotations under non-flooded mulching xultivation[J].Plant Soil,2005,277:265-276.

[40]Lu X,Wu L,Pang L,et al.Effects of plastic film mulching cultivation under non-flooded condition on rice quality[J].J Sci FoodAgric.,2007,87:334-339.

[41]Yang J C,Zhang J H.Crop management techniques to enhance harvest index in rice[J].J Exp Bot,2010,61(12):3177-3189.

[42]Zhang H,Zhang S,Zhang J,et al.Postanthesis moderate wetting drying improves both quality and quantity of rice yield[J].Agron J., 2008,100:726-734.

Farmland Water-saving and Integrated Management of Water and Fertilizer: Taking Hangjiahu Plain Paddy Field as an Example

Hu Wei,Lu Guojun,Jiang Chunyue,Feng Genbao,Feng Peiying
(Agricultural Technology Extension Center of Haiyan County,Jiaxing 314300,Zhejiang,China)

Abstract:In order to promote the application and development of farmland water-saving and the integration of water and fertilizer in Zhejiang,Hangjiahu plain paddy field was used as an example,the situation of water resources in Zhejiang Province,the significance of farmland water-saving and the integration of water and fertilizer were analyzed,and the main ways and methods of paddy field water-saving were explored.The results showed that water-saving could be realized by the use of atmospheric pressure tube irrigation system,which was cheap and had low water quality requirement,and the water-fertilizer technical proposal was also put forward.To carry out farmland water-saving and water-fertilizer integration technology could be in accordance with the simple and scale management of modern agriculture,and contribute to water-saving,emission reduction,efficiency increase and flood control and drainage in agricultural production,and reduce agricultural non-point source pollution.The technology would be the specific application and embodiment of the ‘comprehensive water treatment’project in agricultural fields of Zhejiang Province.

Key words:Agricultural Water-saving;Integration of Water and Fertilizer;Paddy Field;Hangjiahu Plain

中圖分類號：S275.2

文獻標志碼：A論文編號：cjas15120004

基金項目：浙江海鹽縣重點科研項目“紅地球葡萄水肥一體化技術應用與推廣”(2015Y1B1014)。

第一作者簡介：胡偉，男，1978年出生，湖南邵陽人，副研究員，主要從事土壤與植物營養(yǎng)研究。

通信地址：314300浙江省海鹽縣三角子路17號農業(yè)經濟局農業(yè)技術推廣中心，Tel：0573-86124264，E-mail：huwei334570@163.com。

收稿日期：2015-12-07，修回日期：2016-02-10。