Северо-Китайская равнина — важный район-производства зерновых в Китае, где основной моделью посевов является система двойного сбора озимой пшеницы-яровой кукурузы. В этом регионе на пшеницу и кукурузу приходится примерно 75% и 35% национального производства соответственно. Содействие постоянному увеличению урожайности пшеницы и кукурузы в этой зоне имеет большое значение для обеспечения национальной продовольственной безопасности и увеличения доходов фермеров. Однако Северо-Китайская равнина сталкивается с нехваткой водных ресурсов, особенно в последние годы, поскольку воздействие изменения климата усугубило противоречие между нехваткой воды и растущим спросом на производство продуктов питания, что делает его основным ограничивающим фактором для устойчивого развития системы выращивания озимой пшеницы-яровой кукурузы. Таким образом, максимизация эффективности использования воды (ЭИЭ) при обеспечении высоких урожаев уже давно является одной из наиболее важных задач для системы выращивания озимой пшеницы-яровой кукурузы на Северо-Китайской равнине.
В последние годы исследователи провели обширные исследования с таких точек зрения, как водо-технологии ирригации. Эти усилия привели к ряду достижений, которые в некоторой степени повысили эффективность использования воды в системе выращивания озимой пшеницы-яровой кукурузы на Северо-Китайской равнине.
1. Состояние использования воды в системе выращивания озимой пшеницы-яровой кукурузы
Северо-Китайская равнина расположена в полу-засушливой и полу-влажной климатической зоне. Из-за влияния континентального муссонного климата водные ресурсы относительно скудны, что делает его одним из регионов Китая, испытывающих наиболее значительную нагрузку с точки зрения водоснабжения и спроса. Среднегодовое количество осадков в регионе составляет 554 мм, а среднегодовое испарение — около 1550 мм. Осадки распределяются в течение года неравномерно и существенно колеблются. В частности, в последние годы глобальное изменение климата привело к повышению температуры, а количество осадков с каждым годом сокращается. Данные за период с 1983 по 2013 год показывают, что температура в регионе имела тенденцию к повышению (0,20 градуса за десятилетие), тогда как количество осадков в целом уменьшилось (–1,75 мм за десятилетие).
Кроме того, ресурсы подземных вод на Северо-Китайской равнине также недостаточны. По данным исследований, естественный объем подземных вод в регионе составляет 2,274×10^10 м³ в год. Доступные объемы добычи неглубоких и глубоких подземных вод составляют 1,683 × 10^10 м³ и 2,42 × 10^9 м³ в год соответственно. Глубина глубоких грунтовых вод ниже уровня моря в настоящее время составляет более 76 700 км², что составляет около половины площади равнины. С 1970-х годов, в связи с крупномасштабной реализацией-засоленных-проектов по мелиорации земель и сохранению водных ресурсов в сельском хозяйстве, забор подземных вод для сельскохозяйственного орошения резко увеличился, составляя 79% от общего объема добычи подземных вод.
Из-за длительного-извлечения грунтовых вод для орошения уровень грунтовых вод быстро упал, причем ежегодное снижение составляет от 0,5 до 1,0 метра, что привело к сильному оседанию земли и растрескиванию поверхности. Площадь и объем воронки подземных вод постепенно расширялись и углублялись, представляя собой сложную и непрерывную тенденцию. Общая площадь воронки увеличилась с 9700 га в 2005 году до 14 000 га в 2019 году. Северо-Китайская равнина стала крупнейшей «воронкой подземных вод» в мире и одной из самых уязвимых водных сред.
В настоящее время основным методом севооборота на Северо-Китайской равнине является система двойного посева озимой пшеницы-яровой кукурузы, при этом посевная площадь превышает 80% от общей площади пахотных земель. Большое несоответствие потребности озимой пшеницы и яровой кукурузы в воде с естественным количеством осадков, а также неравномерное распределение осадков по сезонам являются основными причинами низкой эффективности использования дождевой воды и чрезмерного потребления подземных вод в этой системе. Годовое количество осадков на Северо-Китайской равнине составляет от 500 до 800 мм, а потребление воды системой выращивания озимой пшеницы-яровой кукурузы составляет примерно 870 мм в год. Более того, большая часть осадков выпадает в период с июня по август (во время летнего сезона кукурузы), и только 20–30% осадков (174–261 мм) выпадает в сезон озимой пшеницы. Однако потребление воды в сезон пшеницы превышает 450 мм в год, и одни только естественные осадки не могут удовлетворить потребности роста. Орошение озимой пшеницы в основном осуществляется за счет добычи грунтовых вод, на которые приходится около 70% общего объема оросительной воды на Северо-Китайской равнине. Недавние отчеты показывают, что орошение дважды в течение сезона пшеницы (по 75 мм за полив) может обеспечить более высокую продуктивность воды, потенциально уменьшая нехватку оросительной воды.
Помимо нехватки ресурсов подземных вод, устаревшие методы орошения и неправильное управление водными ресурсами также привели к серьезным потерям воды, снижая эффективность использования воды. В 2021 году эффективный коэффициент использования оросительной воды на сельскохозяйственных угодьях Китая составил 0,568, что означает, что около 2/5 воды не было полностью использовано сельскохозяйственными культурами. Это все еще отстает от диапазона от 0,7 до 0,8 в развитых странах с эффективным использованием водных ресурсов. Эффективность использования воды для пшеницы, кукурузы и риса составляет 1,19, 2,04 и 0,80 кг/м³ соответственно, что составляет лишь 96%, 70% и 57% от показателя в США. Между тем, использование воды в сельском хозяйстве в Китае составляет 62,3% от общего потребления воды, тогда как в развитых странах эта доля обычно ниже 50%. В целом текущая ситуация на Северо-Китайской равнине, где водных ресурсов недостаточно, но спрос на воду высок, остается неизменной.
Несмотря на то, что проект по переброске воды с юга-на-север и управление отводом-подземных вод в некоторой степени замедлили снижение уровня грунтовых вод: при этом объем грунтовых вод на мелководье в регионе увеличился на 3,24 миллиарда кубических метров, объем грунтовых вод на глубине все же уменьшился на 1,53 миллиарда кубических метров. Таким образом, под совокупным воздействием повышения температуры, уменьшения количества осадков, продолжающейся нехватки глубоких грунтовых вод и увеличения требований к урожайности, Северо-Китайская равнина продолжает сталкиваться с серьезными проблемами, связанными с водными ресурсами и использованием воды в сельском хозяйстве.
недалеко от Шицзячжуана, провинция Хэбэй
2. Результаты исследований по эффективному использованию воды в системе выращивания озимой пшеницы-яровой кукурузы
Начиная с середины-до-конца 20-го века, многочисленные отечественные ученые изучали подходы к эффективному-круглогодовому использованию воды в системе озимой пшеницы-яровой кукурузы, уделяя особое внимание водо-технологиям орошения, инновациям в ирригационных системах, созданию альтернативных водо-сберегающих систем посадки и выведению засухоустойчивых-водосберегающих культур. сорта. Эти усилия дали ряд показательных результатов, которые в некоторой степени повысили эффективность использования воды в регионе.
2.1 Водо-Технология орошения озимой пшеницы-яровой кукурузы
В условиях ограниченности водных ресурсов эффективное управление оросительной водой является одной из основных стратегий решения проблемы нехватки воды. Исследования показали, что для данной площади орошаемых земель на водопользование в Северо-Китайском регионе в первую очередь влияют технологии орошения, структура водопотребления и масштабы посевов. Недавние исследования показали, что быстро развивающиеся водосберегающие методы орошения, такие как попеременное влажное и сухое орошение, дефицитное орошение, ограничительное орошение и капельное орошение, могут сократить объемы орошения, одновременно повышая эффективность использования воды (Таблица 1). Исследования показывают, что умеренное орошение может помочь снизить потребление воды в течение всего периода роста пшеницы, тем самым повышая эффективность использования воды.
■ Оптимальное орошение для высокой урожайности и эффективности использования воды при выращивании озимой пшеницы:
Оптимальный объем полива для получения высокой урожайности и высокой эффективности использования воды за весь период роста озимой пшеницы составляет 101,8 мм. Принятие подхода к ирригации по-требованию не только сохраняет преимущества высокой урожайности, но и экономит 20–32 % оросительной воды.
■ Орошение в зависимости от стадии роста пшеницы:
На стадиях завязывания и цветения орошение, основанное на относительной влажности почвы в слое почвы 0–40 см с целью достижения относительной влажности почвы 65%, является эффективной мерой для достижения как высокой урожайности, так и сохранения воды.
■ Роль капельного орошения в повышении эффективности использования воды
В последние годы при выращивании озимой пшеницы на Северо-Китайской равнине постепенно стали применяться новые водосберегающие методы орошения, такие как капельное орошение и микро--орошение дождеванием. Капельное орошение позволяет точно контролировать количество полива, обеспечивая своевременную и количественную подачу воды в соответствии с ростом сельскохозяйственных культур и доставляя воду рядом с корневой системой сельскохозяйственных культур. Это обеспечивает непрерывное поглощение воды корнями, значительно повышая урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность использования воды, одновременно сокращая неэффективное потребление воды, например, сток.
Эксперименты, сравнивающие различные режимы орошения пшеницы, показали, что по сравнению с орошением по бороздам капельное орошение снижает потребление воды на 29%, одновременно увеличивая урожайность на 37% и повышая эффективность использования воды на 92,2%, демонстрируя явные экономические выгоды. 15-летний эксперимент по подземному капельному орошению, проведенный Исследовательской лабораторией управления водными ресурсами США, показал, что при подземном капельном орошении (SDI) урожайность и эффективность использования воды таких культур, как сахарная кукуруза, значительно улучшаются.
Исследования Ян Минда показали, что по сравнению с поверхностным капельным орошением использование подземного капельного орошения в условиях дефицита воды увеличивает урожайность озимой пшеницы примерно на 5,8–12,5%, а урожайность яровой кукурузы примерно на 3,4–19,9%. Объем орошения снизился на 7,0–13,9% для пшеницы и на 1,6–11,4% для кукурузы, а эффективность использования воды повысилась на 4,9–8,6%. Подпочвенное капельное орошение также эффективно снижает поверхностное испарение и повышает равномерность орошения, предлагая как возможность-экономии воды, так и-увеличения урожайности. Технология капельного орошения быстро развивается и широко применяется в таких странах и регионах, как Израиль и другие страны Ближнего Востока. Он также уже много лет используется в северо-западных и северо-восточных регионах Китая, обеспечивая хорошие экономические и экологические преимущества, особенно при выращивании таких культур, как хлопок. Это дает ценную информацию для изучения будущих моделей орошения на Северо-Китайской равнине.
Высококачественная-лента для капельного орошения превосходит более дешевые варианты в нескольких ключевых областях. Эти различия напрямую влияют на вашу прибыль. Разберем основные различия:
☆ Целостность материала
☆ Технология излучателей
☆ Равномерность полива
☆ Общая точность изготовления
1. Фундамент: материал и долговечность.
Физический состав капельной ленты определяет, насколько хорошо она работает и как долго прослужит на ваших полях.
2. Натуральная смола против переработанной смолы
Капельная лента высочайшего-качества изготовлена из 100 % чистого полиэтилена. Это дает вам максимальную силу, чтобы справиться с давлением. Он также обеспечивает гибкость для легкой настройки и лучшую устойчивость к ультрафиолетовому излучению и сельскохозяйственным химикатам.
Дешевая лента часто содержит переработанные материалы или наполнители. В результате получается хрупкий продукт, который трескается на солнце. У него также есть слабые места, которые вызывают протечки.
3. Равномерная толщина стенок
Точное производство обеспечивает постоянную толщину стенок по всей длине ленты. Будь то 6, 8 или 15 мил, эта однородность предотвращает появление слабых мест.
Лента низкого-качества имеет разную толщину. Эти тонкие участки лопаются при нормальном давлении или перегибаются во время установки и снятия. По нашему опыту, на полях, где используется лента плохого-качества с неровными стенками, в течение сезона наблюдается на 30–40 % больше разрывов строп.
4. Эмиттер и однородность
Эмиттер – самая важная часть. Он контролирует эффективность всей вашей ирригационной системы.
Сопротивление засорению:Качественные излучатели предотвращают засорение благодаря продуманному дизайну. У них есть специальный турбулентный путь потока-длинный, сложный канал, встроенный в эмиттер. Такая конструкция создает турбулентность воды, которая смывает осадок, водоросли и другие мелкие частицы.
В дешевых эмиттерах используются простые, короткие пути потока с небольшой защитой. Они легко засоряются. Это приводит к появлению сухих участков на поле и потере времени на устранение засоров.
Равномерность выбросов (ЕС): Равномерность выбросов (ЕС) измеряет, насколько равномерно вода течет из каждого эмиттера вдоль линии. Высококачественные-капельные ленты соответствуют требованиям ЕС более чем на 95 %.
При правильном уходе высококачественная-толстостенная лента надежно прослужит 2-5 сезонов. Дешевая лента почти всегда требует замены после одного сезона. Эта многосезонная надежность достигается за счет превосходных материалов и точного проектирования. Например, производители, которые делают упор на высококачественные материалы, такие какКитайская капельная лента с плоским эмиттером Производители Поставщики Фабрика -- SINOAH, разрабатывают свою продукцию с учетом многосезонной-надежности и стабильной производительности.
■ Микро-орошение спринклерами:
Микро-орошение разбрызгиванием, разработанное на основе технологий спринклерного и капельного орошения, – это новый метод орошения, в котором используются ленточные микро-разбрызгиватели для равномерного распыления воды по полю. Это просто, экономически-эффективно и эффективно. Исследования Чжан Инхуа и др. показали, что микро-орошение во время стадии завязывания и цветения пшеницы при точном орошении по-требованию повышает урожайность на 5,3–18,9 % и эффективность использования воды на 5,3–27,8 %, при этом коэффициенты равномерного распределения воды варьируются от 87,9 % до 97,0 %. Использование оросительной воды сократилось на 21,0–54,2%.
Исследования Мана и др. также обнаружили, что использование микро-разбрызгивателей для орошения может изменить распределение влаги в почве в слое 0–40 см, помогая повысить эффективность использования воды пшеницей (ЭИВ) и урожайность сухого вещества. Эксперименты Дун Чжицяна и др. по микро-орошению дождеванием показало, что при том же уровне урожайности микро-орошение дождеванием имело ежегодный потенциал экономии воды-20–50 мм в нормальные годы и 70–110 мм в засушливые годы, что делает его пригодным для продвижения в-дефицитных водой районах Северного Китая.
Заключение
В заключение отметим, что система выращивания озимой пшеницы-яровой кукурузы на Северо-Китайской равнине сталкивается с серьезными проблемами с водой из-за ограниченности ресурсов и неравномерности выпадения осадков. Однако достижения в области водосберегающих технологий орошения, таких как капельное орошение и микро-разбрызгивающие системы, показали многообещающие результаты в повышении эффективности использования воды и поддержании урожайности сельскохозяйственных культур. Эти инновации, наряду с оптимизированными методами орошения, обеспечивают устойчивый путь вперед, помогая сбалансировать экономию воды с необходимостью увеличения производства продуктов питания в регионе. Дальнейшее внедрение этих технологий имеет важное значение для решения проблемы нехватки воды и обеспечения долгосрочной-устойчивости сельского хозяйства.