石家庄节水农业研究实践、成果及方向,农业工程论文

石家庄节水农业研究实践、成果及方向,农业工程论文石家庄市位于河北省中南部，地处太行山东麓，华北平原西缘，东邻衡水，南接邢台，北连保定，西与山西接壤，是典型的内陆城市。辖24个县市区，华而不实，农业县市区18个。区域土质以沙壤土、黏土和亚黏土为主，西部的山区、丘陵以宜林区为主。种植农作物主要有小麦、玉米、林果、蔬菜和花卉等[1].石家庄市属于资源型缺水城市，多年平均水资源总量22.4亿m3,人均水资源量256m3,为全国平均水平的1/8,属极度缺水地区[2].近些年受水污染，城乡、工农业用水需求增加等多种因素影响，水资源紧缺程度日益加剧。据有关资料显示，石家庄市全市总用水量32.8亿m3,年缺水量10.4亿m3,仅全市农业用水量就有24.08亿m3,占到了总用水量的73%,而发达国家农业用水比例多在50%下面。当前，中国灌溉用水的利用系数只要0.4,与发达国家的0.7~0.9相比，相差0.3~0.5;农业用水的资源有效利用率只要40%左右，每立方米水生产粮食缺乏1kg,发达国家的有效利用率已到达80%,每立方米水生产粮食2kg左右，而以色列已到达2.32kg[3].从以上分析来看，提升农业节水能力，保障粮食安全，关系石家庄市农业健康可持续发展，大力发展节水农业势在必行。1发展节水农业的工作思路1.1立足田间，综合配套在我们国家，农业用水是大头。当前，我们国家农业用水占总用水量的70%,灌溉用水占农用水的92%,用水形势日趋严峻[4].节水农业的关键环节在田间，捉住农田节水就捉住了节水农业的根本。应当加强节水品种的繁育与推广，加快节水工程、设备和农艺等技术的施行，加强对农作物生物、化学等田间管理措施的集成研究与应用，建立起综合节水技术研究体系，对相关的技术研究加大科技投入，争取早出成果，并迅速在全市范围内推广应用。1.2突出重点，分类引导突出节水农业发展的区域性，分类引导、推广示范区域的种植形式、主导作物和关键技术。在大水漫灌、地下水开采超标和缺水与浪费并存的小麦主产区，重点改善灌溉制度、灌水方式等；施行保卫性耕作，采取深松镇压、划锄、覆盖等保墒措施，提高土壤蓄水保墒能力；调整优化品种构造，培育、推广高产耐旱节水小麦品种，积极解决春季抗旱保苗、入夏病虫害等问题。在有灌溉条件但水量不富足的地区，加大对水果、设施蔬菜和园艺作物等的扶持力度，大力发展膜下滴灌、微灌、喷灌、集雨补灌、水肥一体化、旱作节水和高度机械化等高效节水技术的推广。在降水量少，蒸发量大，农作物产量因干旱波动较大的资源型缺水严重的丘陵、沙地，主要通过推广应用节水农业技术，积极推广种植玉米、马铃薯、棉花和花生等大宗作物。1.3因地制宜，统筹发展根据全市水资源状况、耕作制度、土壤类型、气候特点、作物生长规律、需水情况以及农作物在经济发展中的比重等，利用强化集成研究、分类指导农民生产、突出重点和示范辐射等手段，因地制宜、科学统筹，各相关部门联动构成大力发展节水农业的新思路，科学有效地制订整体规划和施行进程，实现节水增产和节水增效的目的，推动石家庄市当代农业的科学发展。2节水农业研究方面的实践和成果石家庄市农林科学研究院围绕解决水资源短缺造成的发展瓶颈，在节水农业研究方面进行了不懈的努力与实践，在很多方面获得了阶段性的成果。2.1研究构成小麦节水高产品种选育理论及方式方法农业是用水大户，小麦又是农业用水大户，大力发展小麦农艺和生物节水是农业节水的关键[5].石家庄市农林科学研究院小麦研究团队经过长期的潜心研究和探寻求索，创造性地利用水分调控技术，不断创新和完善，构成了前水后旱、同一世代水旱复合选择节水高产品种选育的理论和方式方法，构建了节水高产品种选育的形态特征和遗传生理指标体系。2018年，经中国科学院院士李振声、中国工程院院士程顺和等国内著名专家鉴定以为：创新提出的小麦节水高产新品种选育方式方法和选择的形态、生理指标体系，对我们国家小麦节水育种研究具有重要的理论和应用价值，总体研究达同类研究的国际领先水平.该育种理论及方式方法被国内多家科研单位借鉴和应用，育成了4个品种通过省级审定，28个新品系参加国家或省级区域试验。2018年，冬小麦节水高产新品种选育方式方法及育成品种获国家科技进步二等奖。小麦高产节水品种选育理论及方式方法，实现了高产与节水的高度结合，推动了我们国家小麦节水理论与育种技术的发展。2.2育成系列小麦高产节水品种20世纪80年代，针对抗旱品种丰产性差的问题，利用矮化育种、辐射育种和远缘杂交技术成果，育成抗旱性与丰产性结合的冀麦26,先后通过河北省和国家审定，成为河北省小麦第六次更新的主体品种，审定当年即推广47万多hm,创造了河北省小麦推广速度最快、应用面积最大和社会效益最高三项第一。同时，该品种在河北省半干旱的黑龙港流域大面积推广应用，该区域由于水、人口与耕地资源的极不协调发展，成为我们国家最缺水的地区之一[6],冀麦26的推广应用不但缓解了该区域水资源的短缺，而且使小麦单产迈上了新台阶，更重要的是引领了河北省小麦节水高产育种和生产的发展方向，使单一抗旱育种向节水高产方向发展。该成果于1990~1992年先后获河北省科技进步一等奖、国家科技进步三等奖和河北省科技兴冀省长十分奖。90年代育成的石4185,实现了节水、抗倒、高产和广适等优异性状的高度结合，先后通过河北省、新疆维吾尔自治区和国家审定，被列入九五国家重点推广计划，在全国6省〔区〕大面积推广应用。同时，作为国家区试对照品种长达12年、省区试对照和节水高产对照至今，为培育和挑选新品种发挥了重要作用。于2003~2005年先后获河北省科技进步一等奖、国家科技进步二等奖和河北省科技突出奉献奖。21世纪以来，小麦节水研究确定了以提高水分利用效率为主攻方向，在育种方式方法上强化环境胁迫选择，选育经过中注重根系发达、穗容量大和叶片功能期长的挑选。育成的石家庄8号和石麦15属节水高产型小麦新品种，根据试验结果，其水分利用效率比一般生产应用上的品种提高20%~30%,且表现出高产、稳产[7],属一级节水抗旱品种，居国内领先水平，生产示范实现了一水过千斤的目的，自2020年至今被列为河北省和国家小麦主导品种。两品种均被列为国家科技成果转化项目、河北省节水小麦主推品种，是2018年获国家科技进步二等奖的主体品种。育成的石麦系列节水品种在我们国家河北、河南、山东、山西、陕西、安徽、新疆和天津等省、区、市大面积推广应用，累计应用面积1666.7万hm,增产小麦125亿kg,节约水资源100多亿m3,不但实现了小麦大面积平衡增产，而且节约了大量地下水资源，有效缓解了产量不断提高和水资源持续短缺的压力。2.3构建了农业节水研究的平台构建科研硬件平台，为节水农业研究打下坚实基础。当前，该院已经成为我们国家北方半干旱麦区育种研究的重要基地，是国家小麦产业技术体系北方抗旱育种岗位专家技术依托单位，建设了农业部华北地区小麦抗旱节水生物学科学观测实验站、河北省节水小麦育种工程实验室和石家庄市小麦遗传改进工程技术研究中心等科研平台。通过加强科技人才团队建设，为节水农业研究夯实人才基础。该院小麦研究团队被河北省授予巨人计划首批创新创业团队称号。现共有博士15名，华而不实，引进了2名博士后、在职培养2名博士进行专项抗旱节水分子机理、生理机制研究工作。通过加强合作与沟通，对接农业节水研究的前沿技术。当前，该院与澳大利亚、荷兰和比利时等国家的科研机构以及中国科学院、中国农业科学院、中国农业大学和河北省农业科学院等国内外科研机构建立了严密的合作关系，在节水抗旱研究方面获得了新的进展。2006年，与中科院遗传所、河北省农业科学院联合成立的中科院遗传与发育生物学研究所--石家庄植物分子育种中心,在小麦节水高产品种种质资源创新领域已经初见成效。与中国农业大学、新疆农垦科学院和国家半干旱研究中心等合作开展了抗旱节水综合技术研究、抗旱减灾技术研究和微灌、水肥一体化研究等。澳大利亚谷物育种技术研究所林赛奥布莱恩博士、悉尼大学理查德特雷索恩博士曾专程考察学习石麦15旱地示范情况；国际玉米小麦改进中心小麦项目部主任汉森布朗先生于2020年5月考察了节水小麦的研究进展情况，并给予高度评价；李振声院士、程顺和院士、刘旭院士和国内著名小麦育种专家肖世和、赵广才、张爱民等都屡次考察指导节水育种工作。2.4逐步拓宽节水农业研究领域为了顺应石家庄市当代农业生产的需求，近年来，石家庄市农林科学研究院加大了节水农业高产配套技术、农业信息化应用等的研究，逐步拓宽了节水农业研究领域，获得了显著成效。1〕节水高产配套技术研究方面。在多年不同气候条件下，对石麦15小麦品种进行的播期播量、施肥制度和灌水次数等单因子栽培试验的基础上，研究出石麦15,每公顷产量达6000~9000kg,水分利用效率16kg/hm.mm的基础条件和关键栽培技术，构成了冬小麦品种石麦15节水高产栽培技术规程,于2018年公布为河北省地方标准，用于指导生产、示范推广，增产节水效果显著。2007~2018年，应用此项技术建立的石麦15、石麦18高产示范田连续5年刷新河北省小麦旱地高产纪录。2018年石麦18示范田平均产量达10627.5kg/hm,创造了河北省单产历史最高纪录。2〕微灌水肥一体化技术研究方面。2018年以来，与新疆农垦科学院、国家半干旱研究中心合作开展了微灌水肥一体化试验与示范，总结出该技术的核心内容。在一般降雨年份，运用该项技术在高产节水前提下，每公顷增产小麦900~10500kg,节水增产效果显著。2020年5月，国家小麦产业技术体系首席专家肖世和研究员对微灌水肥一体化万亩示范方石麦18实地测产，最高平均产量到达10772.1kg/hm.专家指出，该项技术在华北地区具有极大的推广价值。3〕农业信息化应用技术研究方面。为应对做好科学抗旱减灾，提早有效地科学统筹农业抗旱，与国家农业信息化工程技术研究中心合作，进行了农业物联网和以精准装备为重点的农业全程信息化技术研究，优化监测方式方法，提高墒情监测时效性、针对性和科学性。此项目的推广应用将及时为农业生产和抗旱减灾工作提供科学根据。3节水农业研究方向及发展建议石家庄市农林科学研究院在节水农业研究方面获得了一定的成绩，为缓解水资源紧缺和粮食安全的矛盾打下了坚实的基础。今后，该院将继续拓宽节水农业的研究领域，加强节水农业技术体系建设，充分利用农业用水资源，提高利用率和利用效率，使农作物到达高产、高效[2].同时，加大旱作农业研究的力度，组织科研气力对石家庄市的浅山区、丘陵区和半干旱区等展开调研，支持立项。鼓励支持各个科研所〔室〕联合攻关，培育或引进适宜的节水、旱作农业品种，构成配套技术集成，强化服务推广应用，进一步推动石家庄市节水农业的发展。3.1根据区域布局，开展相关研究多样化杂粮种植是旱区农业的传统特色，利用作物的多样性来抗御自然灾祸，到达稳产的目的，该院开展了适宜旱区种植的优质高产大豆、优质小杂粮及薯类作物的研究。2020年，新成立了林下经济研究小组，针对宜林区，分类开展林木及林下经济的研究，即在条件恶劣的山丘地，种植生态林；在光照、土质好的地域种植优质干果、水果经济林；在滹沱河、沙河等河流故道，种植防风固沙林、速生丰产用材林和经济林；在幼林、经济林等林地发展林下花生、中药、家畜和食用菌等林下经济研究。3.2强化农技农艺配套研究在农业用水方面，我们国家主要灌区的渠系水利用系数只要0.45〔发达国家为0.7左右〕，每年经水利工程蓄引的水量约500亿m3,有60%的水量在田间灌溉经过中被浪费[8].因而，强化农技农艺配套研究，加强农业节水体系建设，减少水资源的浪费势在必行。农业节水技术体系主要包括蓄水保墒耕作技术、适雨种植提高作物抗旱能力的栽培技术、秸秆覆盖或地膜覆盖保墒技术、化学药剂抗旱保墒与保水剂应用技术、限额灌溉及节水抗旱作物品种选育技术等[2].拓宽节水农业研究领域，要从加强农业节水技术体系建设的各方面入手，拓宽节水抗旱作物品种选育的范围，强化耕作、土壤、施肥及配套农业机械设备等关键技术的研究，构成技术配套集成。因地制宜地推广应用和发展合适我们国家国情农情的用水效率高、效益好和影响面大的高科技节水灌溉技术和新产品，促进水资源和国民经济的可持续发展[4].3.3开展旱作农业综合性研究旱作农业的内容包括了种植制度的选择，抗旱或耐旱作物品种的选育，蓄水保墒、培肥地力、旱作栽培耕作技术、化学剂调控技术及创造条件进行有限的节水灌溉技术等[9].各地的生产实践表示清楚，我们国家北方尤其是石家庄市的旱作农业有宏大增产潜力。旱作地块大部分分布在丘陵坡、塬地区，这些地区兴建灌溉工程投资高、难度大，因而，旱区农业建设必须注重农、林、牧、副、渔全面发展，制订区域发展规划，开展综合性研究。只要通过建立合理的旱作农业构造和采取一系列旱作农业技术措施，如工程、农艺和生物措施等，才能实现农业稳产高产，进而促进农、林、牧的全面发展[10].4以下为参考文献[1]刘淑英，赵娜。石家庄市节水灌溉现在状况调查与分析[J].河北水利，2008〔11〕：34,36[2]梁立安。石家庄市当代节水农业灌溉体系构筑探析[J].河北水利，2006〔1〕：10-11[3]陈兆波。生物节水研究进展及发展