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1雨水是中國黃土高原地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要水源

目前,一般認(rèn)為地球上水資源包括三方面:地表水、地下水和天然雨水。中國西北黃土高原地區(qū)地表水和地下水貧缺,雨水資源是其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要水源。區(qū)域土地面積62.60萬km2,多年平均徑流量人均541m3,每公頃平均水量2625m3,分別為全國平均量的22%和10%,僅為世界平均量的4.2%和8.8%。區(qū)域年用水量300億m3,其中85%為農(nóng)業(yè)用水,但農(nóng)業(yè)有效灌溉面積僅386.7萬hm2,集中分布于黃河及其支流沿岸的沖積平原和階地,80%以上的廣大中部丘陵山地和殘塬區(qū),地表水和地下水極為貧缺,地形起伏多變,發(fā)展大型水利工程的前景不大,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水源主要依賴于200～600mm的天然降雨。據(jù)資料,黃土高原地區(qū)多年平均降雨量443mm,全區(qū)折算雨水總量為2757億m3,相當(dāng)于每年地表水和地下水用量的9.2倍。

2雨水資源的特征與干旱和水土流失

黃土高原地區(qū)降雨總量看起來不小,在實際中,由于降雨的時空分布不均,“易失多變”,干旱和水土流失嚴(yán)重。區(qū)域降雨利用率只有40%左右,作物水分利用效率僅3.0～4.5kg/hm2•mm,大部分旱耕地糧食單產(chǎn)在1050kg/hm2左右,遇旱減產(chǎn)明顯。黃土高原地區(qū)降雨在時空分布上的特征為:(1)降水地理分布不均。從西北向東南呈扇形帶狀遞增,依次呈現(xiàn)為半干旱偏旱區(qū)(年降雨250～350mm),半干旱區(qū)(350～450mm)和半濕潤易旱區(qū)(450～600mm)。(2)降雨變率大,季節(jié)分配不均,干旱頻繁。區(qū)域年際降水變率為15%～40%,多雨年為平均降雨年的1.4～1.7倍,是少水年的2～6倍。在季節(jié)分配上,春季雨量一般占降雨總量的12%～25%,夏季占40%～60%,秋季占20%～35%,冬季占1%～3%。春季多為夏收作物生長旺盛期,也是一年一熟區(qū)秋作物成苗期,春旱在區(qū)域的頻率最大,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響也最嚴(yán)重。據(jù)1985年資料,1949～1985年黃土高原地區(qū)每年旱災(zāi)面積733萬hm2,最大成災(zāi)面積233.33萬hm2。1994年陜西省春夏連旱,減產(chǎn)糧食27億kg,為歷史罕見。(3)降雨集中強(qiáng)度大,水土流失嚴(yán)重。降水強(qiáng)度有小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨之分。黃土高原夏季多大雨和暴雨,暴雨期降雨強(qiáng)度大,水分入滲土壤慢而產(chǎn)生地表徑流,加之區(qū)域坡地面積大,地面覆蓋度低,水力侵蝕不可避免。據(jù)資料,黃土高原6月至8月暴雨頻率83.8%～95%,不同地點平均暴雨次數(shù)1.3～6.1次。暴雨是造成水土流失的主要原因,全地區(qū)水土流失面積43萬km2,嚴(yán)重區(qū)28萬km2,分別占區(qū)域總土地面積的69%和45%。年土壤侵蝕量4000～10000t/km2,坡耕地隨水力年損失土層0.2～2cm,嚴(yán)重地區(qū)在2～3cm,“三跑田”比比皆是。

3雨水集流農(nóng)業(yè)——水土保持和農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的緊密結(jié)合

3.1雨水集流農(nóng)業(yè)的原理與可行性

降雨是西北黃土高原地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要水源,又是發(fā)生土壤侵蝕的主要動力。對此,采取基本農(nóng)田建設(shè),強(qiáng)化就地入滲,配合耕作保墑和施肥栽培等綜合措施,使降水通過“土壤水庫”就地調(diào)配,提高作物對降水的利用效率,這便是傳統(tǒng)的旱作農(nóng)業(yè)(DrylandFarming),這在區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有非常重要的地位,但這些措施還是難以擺脫干旱缺水威脅的被動局面。采取人工收集與高效利用降雨,即雨水集流農(nóng)業(yè)(RainwaterCollectingAgriculture)是一條強(qiáng)化人工控制調(diào)節(jié)雨水,提高降雨利用率和利用效率的一種積極主動做法。其基本原理是通過把一定面積的降雨,通過集流場聚集到貯水設(shè)施內(nèi),再采取滲和防蒸發(fā)措施防止貯水丟失,在作物缺水季內(nèi)補充限量灌溉,滿足作物需要,以達(dá)到抗旱增產(chǎn)目的。其過程主要包括集流收集——雨水貯存——高效利用三個環(huán)節(jié)。黃土高原土區(qū)發(fā)展雨水集流農(nóng)業(yè),可發(fā)揮區(qū)域優(yōu)勢,減輕水土流失和干旱威脅,使農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展和水土保持得以統(tǒng)一。

其可行性可概括如下:(1)人均土地面積大。中部丘陵和殘塬區(qū)農(nóng)業(yè)人均土地1hm2,寧南山區(qū)人均1.4hm2,建立雨水集流場有余地;(2)坡地面積大,具有天然收集雨水的條件。全地區(qū)55%的土地為大于7°的坡地,地表經(jīng)用石蠟、鈉鹽等化學(xué)物質(zhì)封閉土壤孔隙處理,或者用塑料、瀝清或混凝土抹蓋,可有效防止雨水侵蝕。另一方面,在坡地中上部修建水窯或水池,可對下部農(nóng)田產(chǎn)生自壓,不須提引,即可灌溉下部農(nóng)田;(3)降雨較地表水和地下水分布廣泛,處處可收集利用,受地形和地貌限制因素小。(4)雨水集流不須附加動力,節(jié)能省力。集流雨水,可利用雨水沖力和地心引力使水分匯集,不需附加動力,適宜丘陵山區(qū)和能源缺乏區(qū);(5)投資小,見效快,戶戶可引,適宜范圍大。修建水窯每眼500元左右(50m3)外,灌溉土地0.2hm2,每公頃可增產(chǎn)750～1500kg。(6)雨水補充灌溉增產(chǎn)節(jié)水效益明顯。據(jù)我們1991～1992年在固原試驗,春小麥拔節(jié)期補灌60mm限量水,單產(chǎn)達(dá)3795～3960kg/hm2,較對照增產(chǎn)42%～48.8%。相當(dāng)于1m3水增產(chǎn)糧食1.5kg左右。

3.2雨水匯集農(nóng)業(yè)的發(fā)展、效益與前景

雨水集流農(nóng)業(yè)是一項古老而潛力巨大的農(nóng)業(yè)措施。雨水集流農(nóng)業(yè)最初有人稱之為徑流農(nóng)業(yè)(RunoffAgriculture),也有人稱之為微集水農(nóng)業(yè)(MicrowaterCollelctingAgriculture)。國外以色列、印度、美國、澳大利亞等國也有報道和實踐。美國有人通過對耕地周圍地表用鈉鹽處理,防止徑流侵蝕,并修建蓄水池,使500hm2的匯流區(qū)供50hm2耕地用水,產(chǎn)量增加1～2倍;在美國西南部降水量300mm地區(qū),集流場造價為0.05美元/m3。以色列在南部200mm降水干旱區(qū),修建微徑流場發(fā)展造林,頗具特色。澳大利亞在起伏不平的坡地上,修集流槽和軟埝,地坡比1∶3.5,間距90mm,以攔蓄地表徑流,攔蓄不了的雨水再流入草皮排水道。印度在3%～6%的天然坡地下方,徑流匯合處或攔水土埂出口處建一個2000m3水池,作為補充灌溉水源,其次是在降水很少地區(qū),把耕地分為種植區(qū)和非種植區(qū)兩條帶相間排列,在坡地上條帶按等高線排列。采取這種集水法,豐水年種植區(qū)可獲117～328mm直接降水,還可由集水區(qū)獲得23～100mm徑流水。雨水集流在中國黃土高原地區(qū)歷史悠久。區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有的小型水庫、引洪漫地、水窯和塘池都屬此列。據(jù)考證,春秋戰(zhàn)國時期已有引洪漫地和塘壩,明代出現(xiàn)水窯。

據(jù)1985年統(tǒng)計,黃土高原地區(qū)現(xiàn)有水窯150.83萬眼,總?cè)萘?866.5m2,大多每窯40m3,集中與分布在兩條線:一是山西右玉——陜西定邊——寧夏同心——甘肅定西——蘭州一線為干旱苦水地區(qū);二是山西寧鄉(xiāng)——陜西洛川——甘肅西峰—平?jīng)鲆痪€,地下水較深的黃土殘塬階地區(qū)。現(xiàn)有澇池19.84萬座,總?cè)萘?341.5萬m3,主要分布在黃土階地和殘塬區(qū)。水窯、澇池塘壩在黃土高原大多用于人畜飲水、防洪護(hù)溝,部分地區(qū)用于補充灌溉。寧夏固原地區(qū)至1986年底有水窯7萬多眼,配有少量水井、塘壩,解決了1.21萬人、33萬頭大牲畜和16.19萬只羊的飲用水;陜西干旱區(qū)1972～1987年以修窯為主,結(jié)合打井、開渠,解決了554.48萬人、83.18萬頭大牲畜飲水,年節(jié)約用水勞動力66.54萬人,折合經(jīng)濟(jì)效益2億元。陜西省米脂縣對岔村在溝中用塘壩蓄水,1968年灌地4.13hm2,每公頃產(chǎn)量6600kg,為坡地產(chǎn)量的12倍。目前,隨著持續(xù)干旱威脅與山區(qū)經(jīng)濟(jì)市場需要,黃土高原地區(qū)雨水集流農(nóng)業(yè)區(qū)發(fā)展到了一個新的階段。

甘肅和寧夏已形成大規(guī)模的窯窖熱潮,有人因此稱之為“窯窯農(nóng)業(yè)”(CellorWaterHarvestAgrculture)。除解決人畜飲水外,在農(nóng)業(yè)上開始逐步用于灌溉。為了把雨水集流農(nóng)業(yè)發(fā)展為大規(guī)模的區(qū)域行為,還有許多問題需要研究。如在集流場和貯水設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計與施工技術(shù)上,防滲挖渠材料應(yīng)用上有待進(jìn)一步研究;在高效節(jié)水用水技術(shù)上,如區(qū)域降雨與作物需水規(guī)律的耦合,作物關(guān)鍵期和適宜的補水量,小型灌水機(jī)具的研制及相應(yīng)的農(nóng)技措施等。