旱地農業土壤保墑技術綜述

蔡小麟

摘要：如何保證農作物穩產高產是農業發展的重要目標，而土壤保墑技術對作物生長非常關鍵。闡述幾種旱地農業土壤蓄水、保水、保墑技術以及水肥耦合技術 ，提出旱地農業保墑技術作為農業節水的重要環節，與農業工程節水技術相輔相成，可為旱地農作物高產穩產提供技術途徑。

關鍵詞：旱作農業；節水技術；保墑；水肥耦合

中圖分類號：S157.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）01-0046-03

在農作物種植過程中，土壤的作用不言而喻。如何提高土壤的利用率，已成為保證農作物穩產高產的關鍵。土壤保墑技術作為一項重要的基礎農技手段，受到了廣泛的重視和充分的利用。土壤保墑的目的，一是有效利用降水或流水，將水分儲存于土壤中，提高土壤蓄水能力，供作物生長時利用；二是提高土壤肥力，保證土壤活性；三是改良土壤，為農作物高產穩產提供可靠保障。

1 旱地土壤蓄水技術

各種耕作措施（如覆蓋、深耕、少耕、免耕、深松）及調整種植結構，實行合理輪作、間作、套作、等高種植等，均能有效改善土壤理化性質，加厚土壤耕層深度，建立良好的土壤庫容量，增加降水或灌溉水的入滲，抑制水分蒸發，達到蓄水保墑的目的，從而為干旱地區抗旱耕作及節水灌溉提供保障。

1.1 翻耕技術

翻耕法是我國北方土壤耕作的主要方法。翻耕對土壤的作用很大，主要表現在：一是翻轉耕層有助于消滅雜草和病蟲害；二是可以使比較緊實的土壤變得疏松，增加耕層厚度，增強土壤通透性，促進微生物活動和土壤養分有效利用；三是把作物殘渣和有機物翻到耕層內，可使地表清潔，便于耕種。傳統耕作因犁底層的存在而大大影響水分入滲，限制了土壤蓄水能力；四是采用機耕和畜力套耕法分期分層逐年加深耕層，或采用深松犁使深松深度達到25～40 cm，以打破犁底層，加深耕層疏松土壤厚度，增加土壤蓄水量；五是深耕地比淺耕地作物根量增加30%以上，深層土壤中水分及養分的利用率明顯提高。

1.2 水平等高耕作

水平等高耕作是在坡地上采用的一種集水蓄墑耕作技術，也稱為橫坡耕種或等高種植。它是在原面的緩坡地上將原來的順坡耕作改為橫坡耕作，所有坡地耕種措施如翻耕、播種、中耕等均沿水平等高線進行，這種耕作方式可以在地面上自然形成許多等高蓄水的小犁溝和作物行，有利于攔截徑流，增加降水入滲率。甘肅省西峰水土保持科學試驗站試驗表明：在2 °左右的坡地上，等高耕種比順坡耕種減少徑流量51.4%～57.37%；在0～70 cm的土層內，等高耕種的土壤水分含量比順坡耕種的高2.80%～9.59%。據天水水土保持試驗站觀測，等高耕作比順坡耕種一般增產10%～20%。在坡度小于5 °的情況下，實行等高耕種可達到集水、增滲、增產的目的，同時有利于坡地扁平，為實行等高帶狀間作或等高溝壟耕作打下基礎。

1.3 修建梯田

在丘陵溝壑地區修建梯田，田面坡度較大，但可以收到較好的集水增墑效果。我國黃土丘陵區坡耕地年徑流量約為225～450 m3/hm2，年土壤侵蝕量約為45～180 t/hm2（折合4～16mm厚的黃土層）。缺雨時農田干旱，形成“無雨苗不長”。雨季來后多暴雨，水土流失嚴重，又形成“下雨流黃湯”的景象。修建水平梯田后可攔蓄較大的暴雨，做到水不出田、土不下坡。根據修造方法和地面形式的不同，梯田一般分為水平梯田、坡式梯田、隔坡梯田、反坡梯田等類型。由于修建梯田地坎的材料不同，又可分為石坎梯田與土坎梯田。興修水平梯田工程最重要的是采取“里切外墊，生土搬家，死土深翻，活土還原”的辦法，嚴格保留活土層，這樣才能使土壤肥力受到最小的影響。

1.4 蓄水聚肥改土耕作法

該項技術把耕地優化組合成“種植溝”和“生土壟”兩大部分：“種植溝”內聚集了耕作層近2倍的表土和肥料，活土層深，為作物生長發育創造了良好條件；“生土壟”由耕作層以下底土筑成，用以改善地面環境，擋風積雪，攔蓄徑流。蓄水聚肥改土耕作法具有操作簡便、增產效果顯著的優點，在旱原、梯田、坡地均有廣泛應用。

1.5 少耕免耕技術

少耕免耕技術是近40 a來發展起來的新型耕作方法。傳統耕作方法雖然在世界各地被廣泛采用，且有促進土壤熟化、抑制田間雜草和病蟲等特點，但隨著耕作次數的積累，形成穩定堅實的耕作層（犁底層），影響了土壤的蓄水能力和作物根系的生長，尤其在干旱半干旱地區易失水跑墑，而多雨濕潤地區易蓄水成漬而導致土壤鹽堿化。傳統耕作表層土壤疏松，破壞了團類結構，加速了有機質分解，加劇了水土流失和風蝕，不適合干旱地區采用。此外，耕作次數增多既耗能也耗工，增加了生產成本。

目前，少耕免耕法主要有壟作少耕法、輪翻少耕法、深土少耕法、耙茬少耕法、免中耕少耕法、鐵茬播種、秸稈覆蓋免耕法、沙田免耕法等，其技術原理基本相近，關鍵是盡可能地保持土壤的原有層次結構。傳統耕法是用機械物理的方法改變土壤的構造狀況，而免耕法則是依靠生物的作用來達到這個目的。采用免耕法能保存作物的老根，遺留在根下土壤中的根孔有利于蚯蚓的活動，且這些地下孔道不會被深翻或深耕所截斷或破壞，因而在接近地表區域形成一個結構良好、孔隙度高的土層。隨著免耕的連續施行，每次種植都會有新的渠系穿插在土層之中，并不斷累積有機物質。這些有機物質借助微生物的作用，可形成水穩定性團粒結構。在植物殘體的覆蓋下，潮濕土壤里蚯蚓的活動量會進一步增加，并把部分覆蓋物翻入土中。蚯蚓本身發揮著“生物犁”的作用，它們的排泄物就是很好的團粒，因此，免耕法是用生物進行耕作的方法。

2 旱地土壤保水技術

2.1 耙耱保墑

耙耱保墑技術的核心是碎土、平地，以減少表土層大空隙，防止土壤水分蒸發，進而達到保墑的目的。干旱半干旱地區春季多風少雨，土壤水分增發強度大，可在土地剛剛解凍3～4 cm、晝消夜凍時開始耙地，反復縱橫交錯作業2～3次，使地表形成疏松的干土層，有利于切斷毛管并保持土壤水分。

2.2 鎮壓保墑和提墑技術

鎮壓是指碎土后壓緊土壤表層，用以保墑和提墑。冬季地凍時作業效果最好，這是因為冬天土壤顆粒大而多，容易失墑。鎮壓可以壓碎土塊，減少地表大空隙，阻斷土壤氣體與大氣的交流，抑制土壤氣態水損失。但應注意的是，鎮壓需要在表層土壤干燥時進行，以避免土壤板結。

2.3 中耕保墑技術

中耕保墑技術是在作物生長期內采用的保墑技術，其主要作用是通過松土、除草，切斷土壤毛管，防止土壤板結，從而減少水分蒸發量，增加降雨入滲能力。雨后2～3 d及時中耕有利于保墑。

2.4 覆蓋保墑

2.4.1 秸稈覆蓋保墑技術 秸稈覆蓋就是將作物秸稈或干草等覆蓋于土壤表面，以減少地表蒸發和降雨徑流，增強降雨入滲，提高耕層供水量。秸稈覆蓋的抑蒸保墑效應可波及土層1 m深處。在降雨或灌溉后將秸稈覆蓋于壟間，可以調節地溫，保持土壤濕度，改良土壤培肥地力，改善土壤物理性狀，利于作物增產。我國北方旱作農業和補充灌溉農業區多采用麥秸、麥糠、玉米秸等覆蓋地表，厚度一般在15～25 cm，覆蓋時間為春夏兩季。秸稈可隨腐爛隨添加，無需取出，起到培肥地力的作用。為防止秸稈、雜草發生蟲害，可適當噴灑農藥。秋后倒茬時用玉米收割機粉碎還田，避免土壤裸露晾曬，利于保墑。

2.4.2 砂石覆蓋保墑技術 砂石覆蓋保墑技術是將卵石、礫石、粗砂和細沙的混合體覆蓋于土壤表層，再鋪設一層厚度約為5～15 cm的覆蓋層，稱為砂田或石田。這項技術是由甘肅干旱地區創造出來的蓄水保墑、防旱抗旱、提高地溫、保持土壤的一項有效措施，已有300 a的歷史。我國砂田主要分布在甘肅省蘭州市附近的縣市之內，面積約有9萬多km2。此外，在青海、山西等省也有少量分布。長期實踐證明，在西北地區年降雨量200～400 mm的條件下，覆蓋砂石的砂田比無覆蓋的土田具有突出的抗旱、保墑、壓減、增產作用，并能使作物早熟、高產、優質。

2.4.3 地膜覆蓋保墑技術 農田地膜覆蓋可以阻斷土壤水分垂直蒸發，使水分橫向遷移，增大水分蒸發的阻力，有效抑制土壤水分的無效蒸發，抑制蒸發能力可達80%以上。覆膜的抑蒸保墑效應促進了“土壤—作物—大氣”體系中水分的有效循環，增加了耕層土壤儲水量，有利于作物利用深層水分，改善作物吸收水分條件、水熱條件以及作物生長狀況，有利于土壤礦物質養分的吸收利用。當早晚氣溫較低時，在膜下形成水滴并不斷滴在膜下的土壤中，再滲入下層土壤。當白天氣溫升高時，土壤水分再次蒸發，溫度降低時又凝結成水。這樣周而復始，會形成一個水汽小循環，使土壤含水量增加。另外，地膜覆蓋后地表溫度會升高，在無重力水的情況下，由于土壤熱梯度的差異，可促進深層土壤水分向上轉移，提高上層土壤含水率。

2.4.4 化學覆蓋保墑技術 化學覆蓋劑是將高分子化學物質加工成乳劑并噴灑到土壤表面，形成一層覆蓋層，阻止水分子通過，從而抑制土壤水分的蒸發。其主要作用是保墑、增墑、改良土壤結構、促進作物生長發育，從而提高作物產量。

2.5 保水劑技術

保水劑是一種高效吸水性樹脂，也是一種高分子材料，能吸收自身重量數百倍甚至上千倍的水分且吸水快速，同時，在干旱條件下還可以再釋放水分供作物利用。其主要作用體現在：一是提高土壤吸水能力，增加土壤含水量；二是增強土壤保水能力，降低土壤水分蒸發量和水分滲透速度；三是改善土壤結構，提高土壤保肥能力。

3 增施有機肥與秸稈還田

增施有機肥料可以增加土壤有機質含量。有機質經微生物分解后形成腐殖質胡敏酸，它可以把單粒分散的土壤膠結成團粒結構的土壤，使土壤容重變小，空隙率增大，這樣可以使雨水和地表徑流滲入土層。這些團粒結構的土壤能把入滲土壤中的水變成毛管水保存起來，以減少蒸發。因此，增施有機肥既能提高土壤肥力，又可改善土壤結構，提高土壤涵蓄水分的能力，增強根系吸收水分的能力，達到以肥調水、提高水分利用率的效果。

4 水肥耦合技術

作物生長需要一定的水分和肥料供應，因此，根據作物生長特點及需肥需水規律，研究水肥耦合技術十分關鍵。通過測定土壤肥力，建立以肥、水、作物產量為核心的耦合技術模型，可實現合理施肥、培肥地力、以肥調水、以水促肥，充分發揮水肥協同效應和激勵機制，提高抗旱能力和水分利用效率，這對提高作物產量和品質起著非常關鍵的作用。

4.1 水分對提高肥效的作用

水分是作物正常生長發育所必需的生存條件之一，土壤水分狀況決定著作物的需肥量和從土壤中吸收養分的能力。一般來說，施肥效果隨土壤含水量的提高而增加。當土壤含水量不足時，由于水分直接抑制作物正常生長和發育，光合作用減弱，干物質生產較少，肥料利用率會有所降低，因此，此時施肥難以發揮應用的增產效果。隨著土壤水分的提高，作物長勢會增強，吸收養分能力也會提高，從而有助于實現施肥增產的效果。尤其在施肥量大的情況下，更應重視土壤含水量的調節，以發揮肥料的增產潛力。在干旱年份，如果沒有良好的灌溉條件而盲目施用化肥，勢必會降低肥效并造成浪費；相反，在多雨年份適當增施肥料，則有利于提高肥料的使用效果，但要防止因土壤水分過多或氮肥過量而造成作物貪青晚熟和減產減收。

4.2 施肥與水分利用效率的關系

施肥可促進作物根系發育，擴大作物覓取水分和養分的空間。根系除了具有固定和支撐植物體的作用外，還有助于吸收水分、養分以及合成植物激素。作物對水分和養分的吸收有賴于根系的擴展，因為水分具有高水勢向低水勢移動和擴散的能力。根系對土壤水分的消耗必然會造成根系周圍土壤水分的虧缺，從而加速水分向根系區域的遷移，因此，發育良好的根系系統對作物增產至關重要。

施肥還可提高作物蒸騰量，減少水分蒸發量，使水分得到有效利用。蒸騰作用的強弱是植物水分代謝的重要指標。干物質的形成以及作物產量的高低，均與蒸騰量和蒸騰效率有關。與蒸騰相反，蒸發卻是水分的無效消耗，因此，提高作物蒸騰量和蒸騰效率，盡量減少蒸發，在農業生產中具有重要意義。

施肥有利于提高水分利用效率。水分利用效率是用來描述植物生長量（尤其是籽粒產量）與水分利用量關系的一個術語。施肥的增產作用并不以消耗較多土壤水分為代價，而是以提高水分利用率為基礎。

5 結語

旱地農業保墑技術作為農業節水的重要環節和方法，與農業工程節水技術相輔相成。旱地農業保墑技術在現實需求下，技術革新日新月異。當然，還有很多旱地農業保墑技術如調整作物布局、選用節水型品種、推廣化學調控節水技術等。只有充分利用并大力推廣土壤綜合保墑技術，改良并改善耕作和覆蓋機具，建立健全旱地農業高效用水技術體系，才能有效服務農業生產，實現作物穩產增產和農民增收目標。