农田蓄水保墒新技术

下垫面是与大气进行辐射、能量、动量、水汽和其他物理量交换的表面，是土壤—植物—大气连续系统中的一个重要组成部分，对整个生态环境起着举足轻重的作用，是采用合理农业技术与生态对策的作用面和着眼点。改变下垫面的状况，以影响能量平衡收支状况。不同下垫面的能量平衡状况不一，人类可以通过一系列的农业措施来改造下垫面，使近地气层的能量分配和农田水分状况发生变化，创造出干旱气候下有利于作物生长发育的微气候环境。

(一)微孔膜覆盖技术

自20世纪70年代以来，我国地膜覆盖技术发展非常迅速，由于其显著的增温保墒作用，已成为我北方半干旱、干旱地区农业生产的一项重要增产措施，应用面积每年可达数千万公顷。在应用面积不断扩大的同时，地膜材料及覆盖技术也不断地改进与创新，地膜种类向多样化发展，具有各种特殊功能的地膜纷纷出现，如强化膜、有色膜、填充膜、降解膜、除草膜和有孔膜等，分别兼有防虫治病、防雹防风、灭草、反光转光、渗水透气等多种功能，以满足生产的不同需要，使覆盖技术日臻完善。有孔膜分大孔膜和微孔膜两大类，大孔膜是为了种植与出苗的需要，根据株行配置预先在膜上打孔，孔径4～8 cm，在孔上播种或定植。微孔膜是针对地膜覆盖后有一定的负效应，一是不透气，土壤中CO2大量累积，根系不能深扎而集中于土壤表层，引起作物早衰而影响产量;二是不透水，影响降水的入渗速率，还导致坡地水土流失。微孔膜上布有不同孔径和密度的微孔，起到一定的透气、渗水和调温作用，防止覆盖后作物早衰，并且通过入渗与保存，可使部分小雨量的无效降水转化为有效降水，提高了水分利用率，使覆盖的增产效果更加明显。

微孔膜自20世纪80年代以来，在日本、美国、英国、埃及、波兰、加拿大、捷克、比利时、意大利和巴基斯坦等国家研究与应用，主要用于蔬菜等经济作物的栽培。在我国，山西农业大学等首先于1985年进行微孔膜的研制，并在晋中、太原和内蒙古等地进行了试验示范推广应用，其研究成果获1995年山西省科技进步三等奖。近年来，微孔膜的研究不断深入，应用日趋广泛，有可能成为普通地膜的更新换代产品，得到大规模的推广应用。

微孔膜的吹塑生产与普通膜方法相同，其幅宽、厚度、强度、透明度等基本特征按普通膜的质量规格检验。目前，微孔地膜常用厚度0.005～0.01mm。在生产应用中，与普通地膜相比较，微孔膜覆盖有如下优点:①增温且减小波动。微孔膜覆盖下土壤增温效果与普通膜大致相同。如山西省太原3月下旬覆盖，普通膜较裸土平均增温4.5℃，微孔膜增温4.0℃，较普通膜略低。但昼夜之间温度波动微孔膜覆盖下较普通地膜小，10 cm深度，微孔膜昼夜温差3～6℃，与普通膜相差4.0℃。白天吸收的热量夜间通过微孔辐射到地面，可减少早春霜冻危害。②保墒。微孔膜覆盖下，雨水接纳是以重力水形态入渗，而蒸发损失是以气态分子扩散，入渗易而蒸发难。试验表明:微孔膜与普通膜覆盖条件下，13 d内，土壤水分含量分别降低1.6%和1.0%，而裸土损失3.0%。③具有透气性，防止土壤中CO2积聚。据试验，普通膜覆盖情况下，20 m深处土壤空气中CO2浓度可高达3.0%～5.0%，抑制作物根系发育，80%的根系集中于0～20 cm的耕层。微孔膜覆盖下，20 cm深处土壤CO2浓度低于1.5%，对根系发育影响较小。④接纳雨水入渗。多数微孔膜的渗水速率达5～10 mm/h，小雨和中雨可完全入渗。春季降雨多为一次降水小于10mm的无效降水，入渗后得以保存，即变为有效降水。如一次15mm的降水，微孔膜覆盖膜内土壤水分由25%提高到35%，普通膜通过侧渗只提高到19%。这种降水的利用对中国北方半干旱区春季播种出苗意义重大。但在田间，随作物生长，叶面积系数不断扩大，这种作用就随之减小。

由于有良好的透气、渗水和调温功能，微孔膜覆盖条件下，可防止普通膜覆盖时产生的根浅和早衰现象，增产5%～15%。

微孔膜覆盖在田间应用主要有如下几种形式:

(1)地膜覆盖

目前为止，国外微孔膜的应用主要集中于蔬菜、瓜类和果树等经济作物的地面覆盖，起到增温、除草、防虫、反光和集雨等效果，达到增产和改善品质的目的。地膜的增温作用，可使甜玉米或蔬菜的移栽提前2－3周，从而使产量提高。黑色或透明孔膜覆盖可防治杂草，约旦一项研究用黑色和透明膜覆盖，日照6周后，除去大部分杂草，提高了产量，其中以黑色聚乙烯孔膜覆盖的小区生长状况最好，马铃薯产量可提高31%和29%，花椰菜提高48%。波兰用黑色孔膜在果园对3－4年树龄的果树进行连续7年的覆盖，结果有效地抑制了果园杂草，减少地温波动，提高了土壤水分含量，产量提高18%－34%。黑色孔膜用于樱桃园，可有效防治杂草，产量高于除草剂处理。白色和敷铝聚乙烯微孔膜覆盖橘园可产生反光，改善果园的辐射环境，有助于果实着色，并提高了树冠里部果实的含糖量，效果优于普通聚乙烯膜和PVC膜的覆盖。

地膜覆盖率影响到土壤水分和养分的含量及肥料利用率。埃及用可吸收紫外线的透明聚乙烯孔膜覆盖橘园，在滴灌条件下，土壤含水量随地膜覆盖率的增加而增加，0～20 cm土层的土壤容重随覆盖比例提高而降低，土壤速效N和速效P的含量随覆盖率提高而增加。另外，覆盖率提高还提高坐果率，减少落果，使果实增大，降低果皮厚度和果实总酸度，在75%覆盖情况下，肥料利用率最高，产量也最高。对于不同孔密度的覆盖效果，俄罗斯于1992年进行了比较试验。用每平方米50、100、200、500个10mm圆形孔膜或行距为20mm切口长35mm的切口膜覆盖马铃薯。结果表明，切口膜和每平方米100个直径10mm圆孔膜的产量最高，同时作物出苗最早，株最高，株最重及叶面积也最大。

(2)悬浮覆盖

悬浮覆盖是在无支撑条件下把微孔膜直接覆盖在作物上，与温室保护性栽培相似，悬浮覆盖属于半保护性覆盖栽培，对作物生长的作用与拱棚相接近，悬浮膜揭盖灵活、收藏方便，可多年反复使用，没有污染问题。悬浮覆盖可提高地温0.5～1.6℃，增加土壤含水量，空气中CO2浓度比周围增加1倍，覆盖层下形成一个小气候，从而有利于作物生长。悬浮覆盖对地温的影响与覆盖宽度有密切关系。英国用裂口膜(37000缝/m2)、聚乙烯孔膜(200×1.0 cm孔/m2)和无纺聚酯膜悬浮覆盖生产胡萝卜和芜菁，可提早2～4周成熟，产量分别提高38%～56%和30%～60%。德国用孔膜悬浮覆盖生产黄瓜，提前结果12～21 d，延长了实际收获期，每公顷增产15 000 kg。矮生番茄移栽后，用聚乙烯孔膜覆盖3周，有利于形成粗茎和增大叶面积，提高产量。甘薯早期育秧用孔膜或裂口膜悬浮覆盖，有利于苗壮，合格率提高。1995年，法国在蘑菇接种1周后用30μm厚的孔膜悬浮覆盖，提高了CO2浓度，有效保存了水分，覆盖6周产量提高到28.1 kg/m2。悬浮覆盖可抵御不良气候条件对作物生长的影响，较传统地膜覆盖提供更好的保护。捷克在春寒气候条件下生产西瓜，用孔膜覆盖至6月底，获得较好收成。若遇夏季低温，还可再次覆盖。西班牙在半保护栽培下生产西瓜，悬浮覆盖增产1.7 kg/m2。马铃薯催芽加悬浮覆盖生产技术在波兰取得成功，从播种到上市，生长期仅70 d，块茎产量达32.98 t/hm2，并提高了薯块中淀粉、糖分及维生素C的含量。悬浮覆盖用于作物早期生长阶段，要掌握适时揭膜，揭膜太晚影响覆盖效果。英国1990年用200×10mm孔/m2孔膜悬浮覆盖马铃薯，在50%出苗后2周揭膜产量最高。晚于出苗后3周揭膜，会影响早期收获的干物质比率，原因是延期揭膜影响光照。

悬浮膜覆盖的另一方法是双层覆盖，可更有效地提高温度。比利时在莴苣生产中应用双层覆盖取得较好效果，上层为500×1 cm孔/m2聚乙烯孔膜，下层为无纺聚丙二醇酯。他们在大白菜生产中也应用了双层覆盖，到20片外叶形成后揭去上层孔膜，双层覆盖用于马铃薯生产，产量高于单层覆盖，而且50mm以上的大块薯增加了6倍。

(3)地膜加悬浮膜双覆盖

地膜加悬浮膜双覆盖可防霜冻。巴基斯坦1983～1984年用微孔膜作地膜覆盖，并加盖悬浮，结合合理施肥技术(氮∶磷∶钾=10∶20∶20)生产烟叶，增加了叶片数量、叶面积和叶片的尼古丁含量。美国1986年用黑色地膜覆盖，结合裂口膜或孔膜悬浮覆盖，使甜瓜提早成熟并高产。用透明聚乙烯膜作地膜时，无纺聚酯作悬浮覆盖效果较好。美国佛罗里达州冬季气温低达0℃，用地膜结合悬浮膜覆盖防霜冻生产草莓，取得成功，悬浮覆盖下的气温和花期温度明显高于无覆盖。

温室属保护性栽培，常见的问题是温度和湿度波动大，水汽饱和，生产番茄时果实上经常凝结水珠，造成果实膨胀裂口，形成疮痂，且表皮粗糙泛黄，降低了品质。比利时采用透明聚乙烯孔膜悬浮覆盖可解决这一问题。或者用透明聚乙烯膜或黑膜作地膜覆盖，有效地减少了番茄皮部疮痂，增加蜡质层厚度，提高了光泽度。

(4)拱棚加地膜。拱棚内不加温、属半保护地栽培，可防风、防冻，提早成熟，提高产量。微孔膜既可用作拱棚材料，也可在拱棚内加盖微孔地膜或悬浮膜。埃及在硬皮甜瓜生产中用有孔和无孔聚乙烯膜搭建拱棚进行比较，棚内配合黑色聚乙烯地膜覆盖。结果表明:孔膜拱棚内作物株高、果重，较无孔膜拱棚都有所提高。另外，拱棚内结合地膜覆盖后，株高、产量、果肉厚度均高于无地膜覆盖。其中以聚乙烯孔膜拱棚加地膜覆盖的组合效果最佳。加拿大魁北克黄瓜生产中采用孔膜拱棚加透明地膜覆盖技术，提早了播期。日本比较了有孔膜拱棚、无孔膜拱棚结合地膜覆盖效果，孔膜拱棚内温度、湿度的波动小于无孔拱棚，孔膜拱棚加地膜覆盖情况下日积温高于无地膜覆盖。

(5)拱棚加悬浮覆盖。拱棚加悬浮覆盖技术中，悬浮膜只能采用低密度聚乙烯、EVA或PVC孔膜或裂口膜，主要用于甜瓜、草莓、莴苣、胡萝卜、青椒等生产。拱棚加悬浮覆盖技术可比温室同类作物获得较高产量。发现作物生长过旺时，应揭掉悬浮膜，以免温度过高作物变硬莴苣生产中悬浮膜覆盖不超过21 d。意大利1994年棉花生产中采用透明PVC拱棚加PVC孔膜悬浮覆盖，缩短了棉花生长期。

(二)渗水地膜覆盖技术

姚建民等提出了渗水地膜一词和单向渗水原理，经过PE膜的配料与加工研究，设计并研制发明了“渗水地膜”。渗水地膜克服了常规地膜覆盖存在小雨不能入渗、膜下过于密闭和盛夏季节膜下温度过高以及秸秆覆盖存在低温季节降温负效应等问题的缺陷，使水分正效应与温度正效应叠加在一起。渗水地膜技术已获得了国家发明专利。

渗水地膜的研制应用了“黑洞原理”，提出了“微孔自调节原理”和“变形小孔(不)扩散原理”等新理论，这三个原理统称为渗水地膜的“单向渗水原理”。①将黑洞原理引入膜的结构设计，使水分借助重力作用穿过地膜进入膜下，当这个穿过地膜的通道面积与非通道面积的比值足够小时，水分的入渗与蒸发具有明显的瞬时不平衡性，即d v入＞d v出;②利用高分子材料固有的弹力特性，使膜具有了自调节活性，即对膜两侧的物质和能量的“流”进行有条件的自动反馈控制;③将小孔扩散原理进行了修正，提出了变形小孔(不)扩散原理，当小孔的孔形发生线性改变，边缘线性收缩到闭合状态的多孔膜置于自由水表面时，会明显抑制自由水面的蒸发速度，即变形小孔(不))原理或称线性小孔不扩散原理。

渗水地膜的重要特性是:①渗水性:可将天然降水以每10 min 2～7mm的速度渗入膜下，对不同强度的小雨的截获非常有效。②保水性:可将入渗到膜下的水分保住，控制逆渗蒸发。据测定，一年期间的膜下水面蒸发且小于20mm。③调温性:在春季或气温较低的季节，渗水地膜与常规地膜有相同的保温增温效应。但在盛夏和高温季节(气温＞35℃)，渗水地膜下的地温低于常规地膜下的地温。④微通气性:渗水地膜具有使水分下渗的通道，故有一定的微通气性，利于作物根系及土壤微生物呼吸。⑤长效性:由于渗水地膜的微通气和自动调温特性，使其具有了抗老化的功效。经试验，在玉米等作物收获期，渗水地膜仍具有较大的弹性，很容易从地面取走，土壤污染很小。⑥易用性:渗水地膜的纵向抗拉强度与常规地膜的纵向抗拉强度基本相同，不影响正常的人工程膜或机械覆膜过程。⑦经济性:渗水地膜批量生产后将会与常规地膜造价相同，而渗水池膜的增产幅度明显比常规地膜大，因此，渗水地膜的经济前景好。

在晋北风沙区的阳高旱地试验点，1～9月份共降水297.5mm，渗水地膜覆盖的2 hm2示范田平均单产7 500 kg，而常规地膜覆盖的大田玉米平均为5 625 kg/hm2，无覆盖的大田玉米平均仅1 875 kg/hm2。

渗水地膜是一种新开发的产品，其生产工艺正在进一步完善研究。同时也需要进行多年多点的重复试验，以进一步证实渗水地膜的增产效果、适用范围和研究渗水地膜覆盖下的土壤微生态资源的运行机理。单向渗水理论的提出及渗水地膜的研制成功，不但在旱农地区具有显著的经济效益、生态效益及社会效益，而且还具有重要的理论价值，对进一步探讨旱地水分的生产潜力，研究SPAC的界面控制原理，研究土壤微生态环境改变对作物的增产机理，研究生态系统中以水资源带动光、热资源利用率提高的协同利用原理与潜力具有科学意义。

(三)秋覆膜技术

秋覆膜技术是秋季覆膜春季播种技术的简称。即在当年秋季或冬前雨后土壤含水量最高时，抢墒覆膜，第二年春季再种植作物的一项抗旱节水技术。此项技术是传统地膜覆盖技术的创新和延伸，其核心是充分考虑旱作农业区春旱严重、夏季降水集中的气候特点，在秋收后，霜冻之前进行灭茬、覆膜处理，通过减少秋、冬、春三季农田土壤水分的无效损失，有效保蓄夏秋季降水，实现对旱地土壤水分跨季节调节，从而达到“秋雨春用、夏墒秋保”的效果。秋覆膜就是旱作节水农业，可以变两年降雨为一季使用，是干旱山区群众转变传统思维方式和种植模式，调整结构、实现脱贫致富的一条有效途径。秋覆膜技术适合宁夏地区常年降水量在350 mm以下，200mm以上的中部干旱带和南部山区旱作农业区推广应用。宁夏盐池县全县范围内均可采用。秋覆膜技术适合种植的作物有西甜瓜、玉米、马铃薯、向日葵、中药材等作物。其技术规范如下。

1.选择地块

秋覆膜应选择土地平整，地力较好的平地或缓坡地。前茬以歇地、小麦、豆类茬为好。注意轮作倒茬，西瓜实行3年以上轮作，马铃薯避免重茬。

2.整地

一般以在9月下旬至10月上旬雨后整地、施肥、覆膜最为适宜。伏季深耕地20～30 cm，充分晒田和接纳雨水，秋季9～10月降雨后浅中耕1次，及时耙耕，做到土壤上虚下实，地面平整，无坷垃，无根茬。

3.施肥

秋覆膜前必须施足施好底肥，以满足第2年种植作物的养分需求。一般每亩地施优质农家肥3000.0～5000.0 kg，磷酸二铵5.0～10.0 kg。碳铵20.0～30.0 kg。施肥方法有穴施和条施2种。穴施为挖窝施肥播种，适合来年种植西甜瓜、玉米的田块，一般穴间距100～110 cm，穴行距100 cm，穴口径30～40 cm，深10～15 cm。条施结合整体进行，适合来年种植马铃薯、向日葵等作物的田块，条施肥地块完成施肥后，田间要挖出穴窝，同瓜田施肥穴，马铃薯穴间距60～70 cm，穴行距100 cm，向日葵穴间距80～90 cm，穴行距100 cm，以备覆膜后按穴压土，形态集水坑。在400～450mm降雨量的地区种植玉米、马铃薯应按保苗3 500～4 000株的要求，增加施肥量和确定穴间距。马铃薯目标产量1 000.0 kg，亩施纯氮9.0 kg，五氧化二磷4.6 kg，氧化钾2.0 kg;目标产量1 500.0 kg，亩施纯氮11.0 kg，五氧化二磷5.4 kg，氧化钾4.0 kg，目标产量为2 000.0 kg，亩施纯氧13.0 kg，五氧化二磷6.2 kg，氧化钾4.0 kg。化肥氮肥70%～80%基施，20%～30%追肥，磷肥和钾肥全部基施。

4.选膜

秋季覆膜在地面上滞留时间近8个月，比春覆膜长出约1个季度，而且干旱地区冬春风多沙大，很容易造成地膜机械损伤。因此，选择好地膜，把好质量关十分关键。根据近年试验研究表明，要选择高密度、高强度、长寿、耐老化的优质地膜，厚度达到0.010mm即可。2005年宁夏盐池县示范推广秋覆膜技术选择的地膜厚度为0.014 mm，一亩地投资成本为95元，0.010 mm厚度地膜可比0.014mm的地膜降低投膜成本约30元/亩。

覆膜应结合整地或在雨后进行地膜采用幅宽75 cm的窄膜。覆膜应顺风向，地膜要紧贴地面，并将膜边压紧、踏实，膜上撒适量细土，每隔1 m压一条土腰带，以防雀类或大风损坏地膜。冬季和早春加强田间管护，防止畜禽践踏。

5.田间管理

田间管理过程中，早播西甜瓜出苗后可以用一次性透明塑料碗、口杯或搭建微型拱棚(细竹子搭架，地膜覆盖，拱顶高10 cm)，可有效防晚霜冻、防虫鼠危害，保苗提前上市;马铃薯要防止雨后集水穴土壤板结、出苗时应及时破板结放苗，在7月马铃薯薯块膨大期，要在膜面盖土防高温抑制薯块生长，提高产量;玉米、向日葵要及时放苗，在4～5叶片时，开始间苗定苗，去小留大，每孔留1株，每穴3株，拔节现蕾期结合降雨，在集雨穴中心每亩追施尿素10.0～15.0 kg穴施;在作物生长期间受旱时，有水源条件的地方要及时补水。