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1、旱地土壤管理dryland manage,一.旱地的概念及其资源概况,旱地的概念有两种解释：第一，人们将耕地划分为水田和旱地。 凡是农田经常保持一定水层，以种植水稻为主的土地称为水田； 凡经常不保持水层的农田，包括灌溉农田和旱作农田统称为旱地。第二，旱地是专指无灌溉条件，依靠天然降水的农田。也叫雨养农业。 依据旱地的第一种概念，我国的旱地主要分布于秦岭及昆仑山以北。包括黑龙江、吉林、辽宁三省的中西部，河北、山西、北京、天津、内蒙古、甘肃、宁夏、青海、新疆等省（市、自治区）全部，山东、河南、陕西等省的北半部及安徽省以小部分。旱地总面积约542万平方公里，约占国土面积的53%。其中东北平原和黄淮海
2、地区平原多呈连片分布，占全国旱地总面积60%左右；黄土高原和内蒙、甘肃、新疆等山前平原与绿洲，约占25%。其它15%零星的分布在江南丘陵红黄壤和水利条件较差的坡耕地上。,中国自古以来就是各种自然灾害比较频繁。据统计，中国自公元前1766年至公元1937年，共3703年中，发生各种自然灾害达5258次。统计如下：可见,中国历史上的自然灾害,旱灾占首位。另外从旱灾发生的频率上看，从汉立国以后计算，次公元前206年至公元1936年，这2142年间，共有旱灾1035次，平均2年一次旱灾。由此可见，中国的旱灾不仅在各种自然灾害中占首位，而且其发生频率也是较大的。,中国历史上自然灾害统计情况,中国关中有“
3、十年九旱”之说,干旱缺水是一个世界性的问题。20世纪60年代以来，世界范围内干旱、半干旱和亚湿润干旱地区人口迅速增长和对地区土地开发日趋扩大，出现了人们史料未及的全球性土地荒漠化问题涉及各大陆的100多个国家，全球1/6的人口受到危害。 截止目前，全球荒漠化土地面积为3600万平方公里，几乎等于俄罗斯、加拿大、美国和我国国土面积的总和，而且正以每年57万平方公里的速度扩大。,世界干旱情况,美国地球政策研究所曾发表的文章称，由于干旱，中国北部平原的地下水位每年递减13米，作为小麦和玉米主要产区的产量正在缩减，5年内谷物产量已减少了6600万吨，超过加拿大全年产量。 粮食生产非常耗水，1吨谷物需用
4、水近千吨，江河及地下水的70%都用于灌溉。缺水就意味着缺粮。菲律宾及美国农业部门的研究表明，在谷物生长季节，温度每升高1摄氏度，稻米、小麦和玉米的产量就下降10%.由于这几年温度偏高，世界粮食产量可能会缩减创记录的9200万吨，谷物库存将下降到30年来最低点。,缺水就意味着缺粮,世界上最潮湿的地方之一也因缺水而饱受干旱之苦。在印度东北部的哈西希尔斯，正常年份，一年内的降雨量可达25400毫米这绝对是世界纪录。但是现在部分专门用来运输石油的罐车已经改运淡水，因为当地居民却不得不从其他地方去运水以解缺水之苦。 近几十年来，森林开始大面积消失，结果使切尔拉蓬吉在2001年全年的降水量比1861年一个
5、月的降水量还要少，总共只有9220毫米。如果一直不下雨，这一地区的旅游观光者就会越来越少。这一状况引起当地政府的焦急不安，因为市政府从旅游观光者那里获得不少收入，许多旅游者都慕名来这里观光如画的风景。,最潮湿的地方也闹干旱,气候变暖造成全球干旱地区扩大 日前，美国国家大气研究中心的华人科学家戴爱国等研究发现，从20世纪70年代至今，地球上严重干旱地区的面积几乎扩大了一倍，而导致这一现象的罪魁祸首则是全球变暖。 戴爱国等人称，由于全球气温的升高，地表水分加速向空中蒸发，即使降雨量有所增加，多数地区也会形成干旱。他们根据这一思路编制了计算机模拟程序，并通过各种渠道收集世界各地气温和降雨量的资料，与
6、计算机模拟结果互相印证后得到了一致的结果。 研究者称，全球气候变化模型已经预言，当二氧化碳等温室气体排放增加导致气候变暖时，大多数陆地会出现干旱，他们的分析显示“这一干旱过程已经开始”。研究者认为，在人类活动导致全球变暖的前提下，他们的研究成果敲响了全球干旱的“警钟”。,中国多数地区出现了暖干化趋势,中国气象局专家丁一汇研究员说，中国许多地区出现了暖干化趋势，尤其是华北地区。 中国的气候与全球气候变化的总趋势是一致的。近百年中国气温上升了 0.4 至 0.5，略低于全球平均的 0.6。中国气候变暖最明显的地区在西北，华北，东北地区，特别是西北的陕、甘、宁、新地区变暖的强度高于全国平均值。长江以
7、南地区变暖趋势不显着。从 1985 年以来，中国已连续出现了16个全国大范围的暖冬，其中 1998 年冬季最暖。 中国降水从 50 年代起逐渐减少，尤其是华北地区，这些地区由于自然降水减少而导致的水资源缺乏已成为一个突出的问题。 根据国际上先进的气候模式和中国区域气候模式看，中国气候将继续变暖。中国西北地区气温可能上升1.9至2.3度，西南可能上升1.6至2，青藏高原则可能上升2.2至2.6。另外，华北和东北南部地区将出现继续变干的趋势。,旱区农业从古至今均占有重要的地位。当今，由于世界性水资源和能源的紧张，对如何有效地利用现有水资源发展旱区的农业生产，引起许多国家的高度重视，并在一些国家和地
8、区取得了成功的经验。如美国中西部旱区17个州，生产高梁占全国高梁总产量的90%、小麦和羊占全国的80%、棉花和牛占全国的45.2%。加拿大地处半干旱地区的三个省生产的小麦占全国粮食总产量的97%。这些均说明旱区的农业生产蕴藏着很大的增产潜力。我国干旱、半干旱地区的面积占全国土地面积半数以上。位于昆仑山-秦岭-淮河-线以北，大致包括北方15个省、市、自治区。是全国粮、棉、油总产量分别占各类全国总产量的37.5%、58%和40%，木材年产量占全国总产量的57%。并有名目繁多的土特产，驰名中外，此外野生动植物资源也相当可观。该区的石油、煤炭、水力、风力和太阳能等能源资源也十分丰富。目前该区大部分尚属
9、待开发的落后地区，工农业的生产潜力很大。重视该区的进一步开发，必将对我国社会主义现代化建设具有重要的战略意义。,旱地土壤管理的巨大意义,关于旱区的划分，至今尚无统一的标准。通常认为，年降水量在200-250毫米以下的地区为干旱地区，年降水量250-450毫米的地区为半干旱地区。450-650毫米的地区为半湿润易旱地区。由于半湿润的地区大多亦属旱区，所以，可用年降水量小于650毫米做为旱区划分指标。一般采用大范围划分法，将旱区分为干旱、半干旱以及半湿润易旱地区三个主要类型。1. 干旱区 干旱区包括内蒙西北大部、宁夏回族自治区北部、甘肃省西部、青海大部以及新疆维吾尔自治区除伊犁盆地外的全部。总面积
10、约占全国总土地面积的30%。年降水量小于200-250毫米，光资源丰富，气温日较差大。如有灌溉条件，即有可能获得较高的产量和优质的产品。所以从农业生产角度，视有无灌溉条件，该区又可分牧区和灌溉农业区（即绿洲农业）两大类型。牧区内高山、沙漠、戈壁分布较广。草地面积仅占本区总面积的21%，天然草场多属于旱草原、半荒漠和荒漠草原，生产力很低，亩产鲜草仅数十公斤。放牧的牲畜主要是山羊、绵羊、马、牛和骆驼等。经营管理粗放，抗灾能力弱。由于放牧过度，加速了草场的退化。,北方旱区干旱类型及农业生产现状,北方旱区干旱类型及农业生产现状,2.半旱地区 半干旱地区自东北向西南斜跨13个省和自治区，大致包括东北西部
11、、冀北、晋北、陕北、甘肃中西部、内蒙部分地区、河北平原中部、青海部分地区及新疆伊犁盆地等。总土地面积约占北方旱区的29%，其中耕地、林地和牧地分别约占本区土地面积的15%、10%和42%，年降水量平均为250-450毫米。由于地势和纬度等不同，气候差异很大，年平均气温从0 或0以下到8-10，0的积温从1500到近5000，无霜期100-200天，有的地区少于100天。自然灾害主要有干旱、风沙、低温、霜冻、干热风等，低平地还有夏涝的危胁。 本区在我国旱区农业中占有重要地位，具有悠久的旱地耕作栽培历史。栽培作物主要有小麦、玉米、高粱、谷子、大麦、莜麦、马铃薯、花生、向日葵、甜菜及豆类等。多为一年
12、一熟，少许地区二年三熟，产量低而不稳，有些地区甚至不能做到粮食自给。野生植物资源较丰富，如枸杞、黄芪、党参、当归等。水浇地面积约占本区耕地面积的1/4，分布不均。,北方旱区干旱类型及农业生产现状,3.半湿润易旱地区 本区包括黑龙江省中部偏西地区、吉林中部、辽宁西南-中北部、华中低平原、燕山、太行山、太岳山地部分地区、关中平原、山西省临运盆地及陇中黄土高原南部等地。面积只占北方旱区总面积的13.5%。地形地貌比较复杂，著名的松嫩平原、辽河平原、华北大平原、关中平原、临运盆地及长治盆地等成为本区重要的农业基地。多年平均降水量450-650毫米，为北方旱区降水较多的地区。唯年际变化较大，年内分配不均
13、，不同程度的旱涝灾害时有发生。光热资源较丰富（东北北部除外），但有低温、霜冻及干热风等自然灾害。无霜期南北差异很大，大致为90-220天。除东北偏北地区及一些丘陵山地一年一熟外，其余地区可两年三熟到一年两熟，是北方旱区粮棉重要生产基地。此外，经济作物中的大豆、烤烟、芝麻、向日葵、甜菜、油菜等是区内不同地区的重要产品。与北方旱区的干旱、半干旱区相比，本区地表水和地下水资源均比较丰富。灌溉面积约为本区耕地面积的40%，对本区主要粮食、经济作物的产量起到了一定保证作用。,二.旱地土壤基本特性,(一）旱地土壤的共同特点 我国旱地分布面积很广，所包含的土壤类型也非常复杂，大体上包括褐土、塿土、黑垆土、黄
14、绵土、黑钙土、栗钙土、棕钙土、灰钙土，荒漠土等，其中以褐土、黑垆土和栗钙土在农业生产中最为重要。这些土壤都有差异非常大的成土条件和成土过程，土壤的各项性状都有许多的不同之处。但它们之间仍有许多共同的特点，以区别于水田土壤。 归结起来旱地土壤的共同点主要有以下几个方面：,1土壤剖面均有石灰及石膏的聚集现象，有程度不同的石灰反应，属于石灰性土壤类。 由于受到水分条件限制，淋溶作用比较差缘故。因为碳酸钙和石膏的溶解度不同，旱地土壤中碳酸钙的聚集比石膏的聚集更为常见。但旱地土壤能否聚集碳酸钙，还要看土壤上部的石灰淋溶情况和成土母质的碳酸盐含量，后者决定着可淋溶的石灰数量。许多半干旱地区土壤可能整个剖面
15、都有很高的石灰含量，但却没有明显的石灰汇聚积层。,二.旱地土壤基本特性,2pH值偏高，属于中性到微碱性和碱性反应的土壤 旱地土壤的粘土矿物以蒙脱石和伊利石为主，阳离子代换量高，基本上属于盐基饱和度较高的土壤。水分条件影响，剖面上盐基离子淋溶程度弱，丰富的碳酸盐含量，决定了旱地土壤的pH比较高，大多在7.08.5左右，个别土壤达到8.510.0，成为碱化土或碱土。 降雨量大小往往是影响土壤pH值重要因素之一。在湿润地区石灰使用可以增加土壤pH已是生产上普遍采用的技术。,科罗拉多州东部某些土壤类型和降雨量的pH平均值,二.旱地土壤基本特性,3表土层有时有积盐现象，土壤含盐量相对偏高。 因为土壤水分
16、以蒸发上升型为主的缘故。我国盐渍土主要分布在干旱的西北地区就是特殊的气候特征所决定。土壤积盐程度也与成土母质和地下水情况有密切的关系。只是在旱地土壤中盐分表聚的几率非常高。特别是在一些地区土壤中，Na+的饱和度非常高，土壤的物理性质与化学性质发生着明显的变化。 4旱地土壤一系列物理特性中，最为重要的是土壤的水分特性。我国旱地除黑土分布区年降水量较高外，个别年份可出现土壤水分淋失，水分状况类型可归属周期性淋失型外，其余旱地土壤的水分状况均属非淋失型，亦即水分在土体内的迁移循环深度一般不超过23m。黄绵土和黑垆土土层深厚疏松，渗水力极强，土壤水分的循环深度可深达45米，但下移水分也远不能进入地下水
17、。因此，我国北方旱地农田土壤几乎不存在养分淋失进入地下水的条件。频繁的土壤缺水干旱(尤其是耕作层)也是本地区土壤十分突出的共同特征。,二.旱地土壤基本特性,5旱地土壤的发育过程各不相同，土壤剖面的分化程度和土体构型受降雨量的影响非常明显。 干旱地区的土壤也有它的发育过程，但不如较湿润地区的土壤发育好。尽管在许多情况下它们有明显的淋溶层和淀积层，但这些层次发育的深度不大。因此，确定干旱地区某一土壤的潜在用途时要更多地考虑土体的深度是很有必要的。下层的质地必须能穿过根系、透过水分，并有足够的持水能力，以保证作物生长具有良好的根际环境。 旱地土壤这些特点是制定旱地农田土壤管理原则的重要依据。在我国除
18、一少部分发育于残积或坡积风化母质的土壤外，多数土壤发育于黄土母质或经过再搬运的黄土性母质上。受黄土母质影响，这一类土壤大多具有较深厚而质地松软的土层，富含CaCO3，盐基饱和度高，土壤反应呈中性至微碱性，适于耕种和大多数作物生长。其次，大多数旱地农田土壤中含钾矿物(如云母)的含量较高，粘粒矿物组成中以水云母为主。因此，该地区土壤含钾丰富，且具有较强的供钾和固钾能力。但其它营养元素的基础肥力较差，有机质、氮、磷的含量普遍较低。土壤微碱性到碱性环境和富含CaCO3会增强土壤中肥料氮的氨挥发损失和降低某些微量元素(如锌、铁、锰)的有效性，虽对磷的固定作用明显，但未必对作物利用肥料磷不利，许多田间试验
19、证实，含CaCO3土壤对肥料磷的固定并不影响作物对土壤中残留肥料磷的吸收利用。,二.旱地土壤基本特性,（二）我国旱地土壤肥力状况 土壤的肥力状况既取决于原始土壤的特性和基础肥力，也受开垦耕种后土壤培肥管理制度影响。根据全国第二次土壤普查资料，目前我国旱地农田耕地土壤的肥力状况概括为以下几各方面。 1我国北方旱地农田耕层土壤有机质含量的变幅集中在6-20g/kg之间，平均值低于15g/kg；含氮量变幅集中在0.5-1.0g/kg之间，平均值低于0.8g/kg。如按耕层土壤有机质的年分解率2%计算，则每年释出的矿质氮量约为每公顷25.5-52.5公斤(N)，相当于生产80-160公斤谷物所需的氮量
20、，而耕层以下的土壤由于得不到作物残茬和农家肥中有机物质归还，以及根量显著减少等原因，不大可能通过有限的有机质分解而向作物提供过多的氮量。因此认为，我国北方旱农地区耕地土壤的供氮力较低，在目前的施肥管理制度下，农田土壤依靠每年作物残茬、死亡根系和农家肥施用等而形成的供氮能力，超不过维持每年每公顷生产2250公斤谷物的需氮量。这一土壤供氮力约相当于华北肥沃农田土壤供氮力能的1/2。,二.旱地土壤基本特性,2北方旱地农田耕层土壤的速效磷(0.1mol/L NaHCO3浸出)含量(P)集中在3-10g/g范围内，其中低于5g/g的土壤面积约占一半。土壤速效磷含量低于10g/g可视为轻度缺磷，低于5g/
21、g为缺磷，低于3g/g为严重缺磷。根据这一分级和旱农区部分市县的土壤普查资料，可以粗略地估计我国北方旱农区耕地土壤缺磷的面积可能占80%以上，其中1/4属轻度缺磷，1/4属中度缺磷，1/4至1/3属严重缺磷。大约只有不足20%的耕地土壤其速效磷含量达到10g/g以上，可视为“基本不缺磷”。 3北方旱农区土壤速效钾(中性盐浸提)的含量(K)集中在100-200g/g范围内。土壤速效钾含量超过100g/g可视为“基本不缺钾”，超过150g/g为丰富，低于50g/g为缺钾或中度缺钾。少部分砂质土壤速效钾含量偏低，可属缺钾土壤。从全国范围内看，我国北方旱作农业土壤的供钾潜力可属“高”或“中高”区，是全
22、国农田土壤供钾潜力最大的区域之一。土壤速效钾含量和土壤的供钾潜力，既取决于土壤成土母质含钾矿物的种类和数量，也受土壤施肥的影响。这一地区土壤的平均含钾量几乎是含磷量的30倍，因此土壤的供钾潜力和速效钾含量水平在较大程度上取决于土壤中含钾矿物的种类和数量，而在较小的程度上受土壤施肥制度的影响。广泛发育于黄土类母质的黄绵土、塿土、褐土等，土壤质地较细，富含云母、水云母等含钾矿物，具有较强的和持续的供钾能力。,二.旱地土壤基本特性,4土壤微量元素的含量及其对植物的有效性与成土母质以及土壤环境条件如pH、Ca(HCO3)2、水分状况、氧化还原等条件有关。我国旱作农田主要土壤均为中性至偏碱性，多数含有游
23、离Ca(HCO3)2，因此，微量元素如Zn、Mn、Fe等有效含量均属偏低。旱地土壤有效锌(DTPA浸出)含量(Zn)集中在0.2-1g/g幅度内；有效硼(沸水浸出)含量(B)集中在0.25-1g/g范围内；有效锰(DTPA)浸出含量(Mn)变动在1-15g/g范围内；有效铁(DTPA浸出)含量(Fe)变动在2.5-20g/g范围内。根据中国土壤,有效锌、有效硼含量水平在全国范围内属中低区；土壤有效锰、有效铁含量水平属低水平区。如以有效锌含量浓度低 于1g/g为土壤少锌或轻度缺锌，低于0.5g/g为土壤缺锌，则我国北方旱农田约80%以上土壤少锌，约一半以上的农田土壤缺锌；若以低于0.5g/g为土
24、壤缺硼，则旱地土壤缺硼面积约可占耕地面积的50%以上。属于土壤轻度缺锰至缺锰。如以低于10g/g为土壤缺铁，则约一半的耕地土壤可能缺铁。 综上所述，我国北方旱地农田土壤的肥力状况表现为：土壤供氮力低下；广泛而严重贫磷；锌、硼、锰、铁的有效性普遍处于中低水平；有一定潜力的供钾能力。因此，我国北方旱农区农田土壤培肥的基本原则和对策是增加土壤供肥(特别是供氮)能力，尽快消除土壤贫磷障碍因素，提高肥料利用效率，减少氮素损失，重视微量元素肥料的施用，保护农田土壤的供钾能力。,二.旱地土壤基本特性,干旱是一个世界性的问题，干旱不仅限于在干旱和半干旱地区发生，在任何地方，包括湿润地区也有干旱的出现。我国旱地
25、耕地面积占全国耕地面积的51%，主要分布在北方地区，这些地区多年平均降水量约200mm左右，为全国平均降水量的1/3；年降水总量约6000亿立方米，约占全国降水总量的1/10，年降水量少，年际间变化大，年内分布不均，69月份雨季降水量占年降水量的6075%，冬春少雨，易发生春旱，夏秋雨季暴雨集中，水土流失严重，农田作物对降水的利用率低；多年平均径流量为3800亿立方米，占全国降水量的1/7。水资源匮乏对工农业生产和人民生活带来了极大威胁。自建国以来，年平均水旱灾害面积达4亿亩，其中旱灾面积超过3亿亩的有15年次以上。说明缺水干旱是影响农业均衡增产的主要因素，解决办法是因地制宜采取发展集水聚流、
26、节水灌溉和旱作农业并举的方针，这是一项战略措施。,三、旱地土壤集水-节水技术,（一）旱地集水农业及土壤集水技术 针对旱地水资源严重匮乏的实际情况，发展雨养农业最有效的途径就是人工富集天然降水，将富集的降水用于农业生产，这就是集水农业天然降水资源化 富集集水技术主要有两类：第一类是工程富集。工程的基本原理是利用集水面集水，水窖存储； （径流农业）。第二类是直接存储于土壤水库的富集迭加技术，目前较好技术的主有沟垅均半富集迭加技术（如田间地膜覆盖微域集水技术，即在沟垅种植中，垅上用地膜覆盖，作为集水区，沟中种植作物）和穴窝富集迭加技术。,三、旱地土壤集水-节水技术,1工程集水技术 从岗坡地汇集降雨径
27、流并用于农业生产，这就是径流农业。其基本要求是集水区来供应种植区足够的水量。 约在4000年以前，雨水集成的径流农业就已产生。径流农业使平均年降雨量少到100毫米的田地，也能进行作物生产。古代中东的农民曾清理岗坡上的杂物以增加径流，又沿等高线堆置石坝来汇集径流，并引水到较低的农田。这些措施使农业在沙漠地区得以发展，使许多沙漠地区受益。以色列内盖夫沙漠的径流农业使牧草、大田作物和果园都取得极好的收成，产量比旱地农业高得多，而与灌溉农业的产量相当。麦类产量达每亩约80-300公斤，水果每亩约200-1000公斤，苜蓿草（鲜重）每亩约1000-2500公斤。 以色列内盖夫沙漠径流农业的集水区与耕地面
28、积比例为20：1。在年降雨量只有100毫米的地区，耕地得到的水量约等于300-500毫米的雨水。它将一些小流域分成1-3公顷的小集水区，使径流能畅通地流进岗坡上的水渠里，水渠把水引到修成梯田的耕地里。耕地修有石彻水簸箕，还可使集入农田多余的水流入比它更低的田块。,三、旱地土壤集水-节水技术,工程集水技术 干旱和半干旱地区相对地广人稀，尚有足够的非农用地可供集水利用，频率较高的大（暴）雨又可提高降水的富集效率。因此，在我国旱农地区，有充足的空间和水源供富集利用。要把这种潜在的降水资源变成可以灌溉利用的水资源，就必须通过一系列工程措施，把天然降水富集并存储起来，使自然降水变成时空可调的现实水资源。
29、富集一定要有集水面，集水面的大小涉及到以下4个问题； 第一，降水量的大小和集水效率；第二，需水量的多少；第三，集水材料的选择；第四，储水窖的大小。水窖是最我国常见的工程富集迭加技术，常见的水窖有井窖和窑窖两种。井窖又可分为瓮窖和缸窖等。 资料：在400mm降水量的地区，以混凝土为材料的集水面，在集水面坡度5-15o时，集水效率在55%-86%之间，平均达70；原土夯实的集水面集水效率在19-32之间，平均26；塑料薄膜覆砂集水面，集水效率在36-47之间，平均41左右。全年的集水效率与年降水量大小有关，年降雨量越小，小雨量和小强度的降雨过程越多，集水效率越低。集水面的坡度是影响集水效率的又一因
30、素，较大的坡度可以增加径流速度，减少降雨过后地面滞留水，提高集流效率。 除利用集水面外，还可利用公路进行集水。在我国旱农地区修筑了大量的柏油公路，公路大多沿着峁、梁绕行。路边的坡地就是耕地，利用路面集水，修筑水窖存储，可灌溉山坡梯田中的果树和庄稼。公路一般路面宽约5m，在400mm降水量的地区，若以80的集水效率计算，则每千米路面每年蓄雨水160m，能装满容积为40m的水窖4个。,三、旱地土壤集水-节水技术,三、旱地土壤集水-节水技术,峁顶光头式窑窖配置模式 Cellar arrangement model on a barren hill top,路旁葡萄串式水窖配置模式The grape
31、bunchpattern of cellar arrangement model along road,三、旱地土壤集水-节水技术,集水面处理技术（1）田面修整：坡降平缓的小集水区（坡降为1-5%为适宜），集存雨水的效果最好，通过清除坡面上岩石和草木，并把土壤表面压实，一般就可以增加降雨径流量。沿岗坡等高线修筑渠道，可以汇集径流水，并把径流水输入在洼地的坑塘里或引入较低的农田。这些简单的田间工程，主要问题是应避免和防止冲刷。所以只有当土壤冲刷不严重，又有廉价的坡地可利用时，这样的田地修整，才可以成为很经济的集存雨水的方法。,（2）集雨面的化学处理：雨水集存使用化学药品处理土壤，是一种有前景的措
32、施。一些化学药品能封闭土壤孔隙和裂隙使土壤具有斥水性。 钠盐能使土壤粘粒分散成小粒，部分的封闭土壤孔隙，这种盐可是许多含有粘粒土壤增加径流。 其它较常用斥水化学药品有硅酮、胶乳、沥青和石蜡。 沥青廉价、不透水，用喷洒形式进行应用。在美国修集水区时，先在坡面上清除草木、整平地面，洒用消毒剂、除莠剂，再喷上两层沥青，一层用来封住土壤毛孔，另一层用来防止风化。在适当的斜坡上，沥青集水区可维持四、五年。近来采用塑料和玻璃纤维加固沥青，并采用砂石覆盖集水区，效果更佳。 石蜡作为土壤孔隙封闭剂，把颗粒状的石蜡洒在地面上，在阳光下融化，渗入土壤孔隙，形成斥水表面。也可将溶化的石蜡喷洒在地面上。经验证明，用石
33、蜡处理的小区，产生的径流为雨量的90%，未处理小区只产生30%的径流。石蜡处理区的径流含盐量少（每升少于50毫克），有机物含量少到几乎测不出来。 （3）土壤覆盖物：用防水薄膜将土壤覆盖,三、旱地土壤集水-节水技术,2直接存储于土壤水库的富集迭加技术 直接存储于土壤水库的富集迭加技术主要包括以下几种：起垄覆膜沟播：播种时起垅，垅上覆膜，沟内播种。微型聚水两元覆盖：在休闲期起垅后，在垅上覆盖地膜，沟内覆盖作物秸秆，作物在地膜两侧采用沟播或者在地膜上采用穴播，全程微型聚水两元覆盖模式。由于在休闲期有着突出的蓄水作用，因此，在增加休闲效率和播种时底墒的效果比起垅覆膜沟播技术更好。沟种法：沟种法亦称丰产
34、沟法，沟垄种植法，类似古代的“代田”，源渊于公元前89年在关中地区试验与推广的“代田法。其方法是“一亩三吠，岁代处”，就是在单位面积上开两条沟三条垅，沟宽及垄面各30cm，沟内湿土用以播种，垅背干土用以培土，直至平垅。每年垅沟、垅背互换位置。定西、延安采用沟种法，沟内0 - 45cm处的含水量比一般种植法增加10，产量增加20 - 50以上。坑种法：又叫丰产坑法，类似于古代的区田方法，就是把农田做成若干带状低畦或方形深穴小区，在区内精耕细作，如深翻、点播、密植、施肥、中耕等，这种方法可在山头、陡坡、平地应用，区田曾被认为“御早济时”的耕作方法，现在的坑种法与区田无大异，仍是在田内每隔一定距离掘
35、一深形方坑，堀坑时要求不乱土层，肥料与土层混合或施于下层，坑种的最大好处是坑内深翻，蓄水量大，可接纳全部降水，土壤疏松，作物根系深，杆粗，抗风力强；水肥集中，产量高，延安试验坑田水分高于平田；河南试验表明坑田产量比平田高出41以上。,三、旱地土壤集水-节水技术,坑田与非坑田的剖面水分含量,延安试验资料,保水剂按其原料和合成途径可以分为三种类型；第一类为淀粉类合成物，即淀粉聚丙烯酸型、淀粉聚丙烯酰胺型等；第二类为纤维素类合成物，即羧甲基纤维素型，如改性羧甲基纤维素（CMC）、纤维素接枝共聚体等；第三类为聚合物类本身，即聚丙烯酸型、聚丙烯腈型、聚乙烯醇型等；以上三类共同组成了保水剂的庞大家族，现在
36、美国，加拿大等国生产和经营的保水剂产品已有150多种。,（二）化学保水技术 -保水剂、蒸腾抑制剂、结构改良剂在旱地的应用,1保水剂 在农林业上应用的高吸水性树脂（Super-absorbent Hydrogel）在我国统称保水剂，是一种新型的有机高分子聚合物，早在本世纪年代未，美国科学家Edward Bargad首先用玉米淀粉与丙烯腈研制出一种淀粉接枝聚丙烯腈水解共聚体。70年代中期，美国农业部北部研究中心将之开发应用于农业，对玉米、大豆进行种子涂层。在大田试验中取得良好的效果，在美国西部干旱地区进行推广。20世纪70年代末在美国开始推广的新产品“土壤保湿剂”“TAB”（TERRASORB）最
37、多能吸持超过自身重量1000倍的水分，在实际应用中即使受土壤酸碱及化肥等成分的影响，也可吸持相当于自身重量300倍的水分。现已广泛应用于美国和西欧、东欧等许多国家的农业、林业和园艺业等方面；法国、英国、日本等国家在保水剂研制和应用方面成效突出，并广泛应用于农作物种植、造林、种草、花卉和沙漠改造等方面，特别是对干旱缺水地区的农业发展具有十分重要的意义。,（二）保水剂、蒸腾抑制剂、结构改良剂在旱地的应用,保水剂具有下列一些特性（1）溶胀比大，能强力吸水。保水剂是具有一定交联度的高分子化合物，含有羧基、羟基以及酰胺基、磺酸基一类的强亲水性官能团，通过其三维网状结构及分子内、外侧电解质离子浓度的差所产
38、生的渗透压，对水有强烈的缔合能力，其吸持水分的溶胀比在纯水中一般为4001000倍，最高达5000倍，在雨水和自来水中的溶胀比低于纯水，随着水中盐分含量的增加，溶胀比迅速减小。 （2）吸水速度快。据对我国WT1型号保水剂测定，完成吸水相当自身重量580倍的时间仅为13分钟，其中2/3是在第一分钟内完成的，另外，在土壤及其周围空气湿润时保水剂也能很快吸收水分。 （3）保水能力强。保水剂对所吸收的水分具有高度的保持作用，不易失去，由于保水剂内部昼夜温差小，具有保湿性能，水分蒸发速度比纯水蒸发速度要慢得多。（4）释水性能好。供水时期长，保水剂的吸水和释水过程在一定时期内是互为可逆的，水分可反复被吸收
39、利用。当环境水分充足时保水剂从环境中吸水；当环境干燥时，即环境的水势低于其网状结构水势时，保水剂则向环境缓慢地释放水分。保水剂所吸持的水分85 - 90是自由水，能被植物吸收利用。,（二）保水剂、蒸腾抑制剂、结构改良剂在旱地的应用,土壤保水剂,高吸水性树脂（简称持水剂）是70年代中期以后新开发的一类高分子材料。由于经能吸收并保持相当于自身重量几百至几千倍的水分，因此，在工业、医辽及农林业中得到了日益广泛的应用。高吸水性树脂目前已有十多个品种，以最早开发的淀粉接枝聚丙烯腈水解共聚体为例，首先是将聚丙烯烯腈接枝到淀粉上去，形成淀粉-聚丙烯共聚体，然后在一定条件下将它们水解，这样的水解共聚体，依靠其
40、羟基、羧基钠盐和酰胺基的氢键及渗透压的复合作用，就能吸收并保持比自身重量大得多的水分。据报导，目前最高的可达1：5000，而纤维素只能吸收15倍的水分，淀粉亦不超过50倍。水剂在农林业中的应方法，一种是造成种子涂层或种子造粒；第二种是根部涂层；第三种是与耕作土混合作为栽培床，这些方法都能明显地提高作物的抗旱能力。 种子涂层是将持水剂与水在搅拌下开成一定浓度的水分散体（浓度0.75-1%），再把种子与该分散体混合均匀，摊开晾干，使这在种子表面形成一个薄层，而后进行播种。河南农学院棉花栽种组（1982）按上述方法处理棉籽后，在含水率为816的不同土壤水分低于10的不同土壤中进行盆栽试验，对照在土壤
41、水分低于10以下时出苗率极低，而用持水剂处理后，在土壤水分为8时亦能达到60以上。对小麦种子所做试验亦观察到类似的结果。,持水剂提高棉籽出苗率的效果,土壤保水剂,美国研究报导的材料证实，将持水剂用于玉米、大豆的涂层试验已在大田试验中取得了良好的效果，并已在美国西部干旱地区进行推广。河南陕县1982年在飞播造林中进行了持水剂造粒效果的试验，其效果是很明显的。,保水剂造粒对飞播效果的影响,2蒸腾抑制剂 植物吸收水分的99以上通过植株表面蒸腾消耗，通过光合作用直接用于生长发育的大约不到1，因而抑制蒸腾也是防旱抗旱的重要内容。 本世纪初以来，人们就开始进行利用化学药剂降低蒸腾作用的试验。60年代初，Z
42、elitch等在病因科学院通报上连续发表了几篇很有影响的论文，介绍了用“烟草叶小圆片法”检验气孔开张度的方法及PMA（苯汞乙酸）的抗蒸腾效果。这些工作引起了各国的普遍关注。据Zelitch介绍，PMA在104摩尔时即可使烟草叶的蒸腾降低一半左右,它的药效很长，喷一次可维持二周，而且它仅仅影响被喷区域中的气孔而不会被输送到其它细胞，对植物没有毒害。在Zelitch、Gale、Stodard等人的带动下，60年代初在国际上出现了一个研究抗蒸腾剂的热潮。到60年代末期，气孔开闭的内源激素的研究出现了新的突破。ABA（脱落酸）的工作使抗蒸腾剂的研究又出现了第二次高潮。大量工作证明，ABA是植物叶片气孔
43、运动所必不可缺的内源激素，它对植物没有毒害，就其有效浓度及反应的灵敏度而言，它远远地超过了以往研究过的药物。但是ABA的结构较复杂，合成很困难，价格昂贵，没有生产应用价值。因此，人们对ABA衍生物的研究就寄于很大的希望，期望能从中筛选出结构较简单、易于制取而活性更高的衍生物作为气孔抑制剂。目前这类工作尚在积极进行之中。,（二）保水剂、蒸腾抑制剂、结构改良剂在旱地的应用,蒸腾抑制剂,目前根据蒸腾抑制剂的性质及作用方式，可将其分为3类，（1）薄膜型 薄膜型是应用单分子膜覆盖叶面，阻止水分子向大气中散失，如十六醇等；在薄膜型抗蒸腾剂的研究中,Devenport与Hagan（1972、1975、197
44、7）等人的工作是一个成功的例证。在美国加利福尼亚州，橄榄在收获前及收获时的天气常常是又干又热，橄榄的产量及质量常因之而下降。这时节下的雨，果农们称之为“价值百万”（Million dollar rain），这种现象不是由于土壤水分的作用，而是“雨”本身。因此人们推测，很可能是下雨时果实能吸收水分，或者是高湿减少了水分的丢失。这样就有可能利用抗蒸腾剂来增加产量和改善品质。他们在收获前12周对橄榄树喷以薄型抗蒸腾剂（CS6432、mobileaf），使果实体积增加了515，效果明显。薄膜型抗蒸腾剂的另一个用处是用于树苗移栽。用丁二烯丙烯酸对欧洲白桦、小叶椴、挪威槭、钻天杨等树苗进行处理，叶片上形成
45、的薄膜使蒸腾在812天内下降3070。他们认为该项技术可使春季造林的季节延长两个星期。,蒸腾抑制剂,（2）代谢型（气孔抑制剂）： 能控制叶片微小气孔的开张度，减少水分节腾损失，如苯汞乙酸（PMA）等。 印度的Das及其同事发现，环光合磷酸化抑制剂（二氯汞-4，6-二硝基酚、2，4-二硝基酚）、整形素（Morphactin）、甲草胺（alachlor，即拉索）是几个很有效的代谢型气孔抑制剂。喷施一次二硝基酚（）能使蒸腾减少作用维持12天。施用很低浓度的甲草胺可使蒸腾的减少维持2022天，而且再次喷药又能使气孔重新关闭，蒸腾再次降低。在施用这些药剂之后，由于减少了水分的损失，因此，玉米等植物体内的
46、水分亏缺得到改善，水势明显提高，水分利用效率明显提高，产量有所增加。,蒸腾抑制剂,（3）反光型：利用反光物质反射部分光能，达到降低叶面温度减少蒸腾的目的，如高岭土（即白垩土）等。 反射型抗蒸腾剂目前研究及使用得较多的是成本低廉的高岭土（即白垩土）。De及Patil （1978）对印度的旱地冬小麦叶面喷施高岭土后，取得良好的效果。冬小麦是印度最主要的冬作物，播种面积为1800万公顷，但其中几乎一半是没有灌溉条件的干旱地区。De等人在19761978年间的工作表明，在播各种后45天喷施浓度为6的高岭土，能使叶温下降1-2.5，蒸腾明显降低。在不同的降水年份，产量增加16.5-27.7%。,蒸腾抑制
47、剂,经过四分之一个世纪的研究，抗蒸腾剂虽已取得一些实际应用，但总的来说，由于价格、毒性及其效果等问题，至今并未在农业生产实践中大面积推广。在气孔开放抑制剂的研究中，近来出现的很有苗头的一类药物是螯合剂。由于的移动在保卫细胞的膨压运动及气孔开闭中超着十分重要的作用，因此，将一些能与螯合的离子载体进行叶面喷施或从叶面基部喂入，看来确能有效地引起气孔关闭及蒸腾降低。如双环已基18-冠-6、monensin，地衣酸、藻酸、水杨嗪酸，它们使蒸腾降低的效果相当明显，有的在极低浓度下（1015摩尔）使大麦叶片蒸腾下降50，18-冠-6及monensin在低浓度下的效果甚至比ABA还高出12个数量级。从最近C
48、arbonnier（1986）的报导看，他们已对地衣酸进行了相当广泛的研究，并已在非洲撒哈拉南部国家中进行了试验，取得了良好的效果，这是值得重视的。,离子载体对蒸腾的抑制作用（与ABA相比较）,蒸腾抑制剂,生长抑制剂CCC（矮壮素）、B9、Phosphon-D等在60年代就已由Helavy（1963）、Plaut(1966)等作过很成功的试验。近年来，Zemanck（1975）、王保民（1980）、秦枨栋（1986）及我们均曾进行过受旱小麦叶面喷施CCC的研究，并取得相当明显的增产效果。CCC抗旱增产的主要原因之一，是抑制了地上部并促进了根系的生长，看来对这些药物也还有一步研究的价值。根据抗蒸
49、腾剂及生长抑制剂这二类药物的特点，可以认为，对能提高植物抗旱能力的药物的筛选，应要求既能促进根系发育，又能在一定程度上关闭气孔降低蒸腾。换言之，它们能同时装备“开源”与“节流”的功效。 黄腐酸是具备这样优点的，70年代中后期，我国河南省科学院化学研究所研制出从该省巩县风化煤中提取黄腐酸的生产工艺。1979 - 1982年河南省科学院生物所、化学所在其农业方面应用的研究中发现，黄腐酸能有效地缩小小麦叶片气孔开张度，减少水分蒸腾，提高作物抗旱能力，被命名为“抗旱剂一号”，此后，又经化学所的中试，于1987年投入商品化批量生产（商品名称代号为HCF1）。黄腐酸的资源丰富、制备方便、成本低廉、又没有毒
50、性，因此，它将很可能成为一个有实用价值的抗旱药物。,3土壤结构改良剂 土壤结构改良剂是用来促进土壤形成团粒，改良土壤结构，固定表土，保护耕层，抑制土壤蒸发，防止水土流失的高分子化合物的总称，包括矿物制剂，腐殖质制剂和人工合成制剂，也属于农田化学覆盖物之列。 土壤结构改良剂的研究始于19世纪末，经过天然有机物质的提取和人工合成高分子有机化合物两个应用研究阶段。20世纪30年代，前苏联曾研究用石蜡油皂覆盖土壤抑制蒸发，40年代英国曾研究用阳离子沥青乳剂覆土种草，1951年英国的J.H.Quastel、R.M.Hedrick以及D.F.Mowry等研制出一种在当时认为比较理想的人工合成土壤结构改良剂
