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我国北方半干旱半湿润气候区防旱减灾技术

【字体:   2010-04-12 14:34:21   来源: 中国天气网

摘要: 本文全面系统总结了我国北方半干旱半湿润气候区防旱减灾目前主要采用的几项关键适用技术。首先加强干旱灾害动态监测预报与风险评估。为决策部门和社会提供动态的准确的干旱灾害监测和干旱气候预报以及灾后风险评估等信息。第二,改进农业耕作技术,提高水资源利用率。积极采取开发土壤水库、实施集雨节灌农业、推广节水灌溉、推广旱作地膜覆盖、发展设施农业等5项适用技术。第三,优化资源配置,调整农业结构。根据不同气候类区调整农林牧业结构比重,调整夏粮、秋粮、经作、饲料作物种植比例;大力发展地方特色农业和特色作物;大力发展草地畜牧业等3项措施。第四,大力发展空中水资源,补充陆地水资源不足。

关键词:中国北方;半干旱半湿润气候区;防旱减灾技术

   我国北方半干旱半湿润气候区年降水量在300~600mm,地域分布范围广,涉及面积大,包括西北、华北和东北的大部分地区,面积约占全国的五分之一。近30年来,在我国北方,尤其在东北、华北和西北东部,持续干旱化已严重威胁这些地区的生存环境。降水减少和温度升高是形成当前我国北方大部分地区显著干旱化的主要原因[1]。为应对气候变化及其影响,应对极端气候事件趋强趋多,为此全面系统总结了干旱化严重的多发的半干旱半湿润气候区的适用防旱减灾技术,为实现人类与自然和谐相处,为粮食安全生产与农业可持续发展作出贡献。

1  加强干旱灾害生态监测预测与风险评估

1.1  加强干旱灾害生态环境动态监测预测

气候暖干化引发干旱化趋势非常明显,干旱化的发生发展与生态环境、社会发展、经济建设关系十分密切,其影响程度非常严重和深远。要重视和加强干旱灾害的监测预测和研究;建立干旱灾害监测预警基地,研究防御对策;建立具有较好的物理基础、较强的监测和预测能力、有效的服务功能的干旱灾害综合业务服务系统,并能及时就干旱灾害对区域内农业生产和水资源影响提供科学的技术评估和对策服务,为决策部门和社会用户提供优质服务。

对生态环境的动态监测,能及时了解生态环境对气候变化和人类活动的响应,是生态环境保护与建设的前提和基础性工作。要建立一套研究农业、森林、草原、土地资源和水资源

 


基金项目:国家科技部公益行业科研专项“西北地区旱作农业对气候变暖的响应特征及其预警和应对技术研究”(编号:GYHY200806021);国家自然基金重点项目“黄土高原陆面过程观测试验研究”(编号:40830957);干旱气象科学研究基金项目“气候变化对高原地区粮食安全生产的影响机理及对策研究”(编号:IAM200811)资助。

作者简介:徐金芳(1961—),女,宁夏银川人,工程师,1994年毕业于南京气象学院,主要从事应用气候研究。通讯作者:邓振镛 E-mail:dengzhy23@sohu.com

等的生态环境科学评估方法和技术;建立地面监测和卫星遥感监测相结合的生态环境立体监

测系统,为生态环境保护和建设提供连续、立体、动态的监测信息,结合干旱灾害监测预测综合业务服务系统,开展定期和不定期发布干旱生态环境监测预警公报,为决策部门合理开发、建设规划提供宏观决策科学依据。

1.2  加强干旱灾害风险评估

干旱灾害发生后,要加强对干旱灾害风险评估,以便得出危害程度及今后的防御措施办法。干旱灾害是一个复杂的自然变异大系统,从研究上说,除干旱灾害本身(孕灾环境、致灾因子、承灾体)外,还包括灾情评估、灾害监测与预警系统,以及减灾对策等。干旱灾害风险评估就是以探索灾害可能造成的损失为核心,其研究范围涉及到灾害系统的各个环节。它要回答“怎样才能安全”,即是评估已确定的风险因素(或称致灾因子)对可能受影响的承灾体的重要性,以提供决策者权衡风险的大小,提出建议或提供减灾决策的科学依据。风险评估内容应包括评估技术方法、评估模型、评估指标、风险水平等级分布及分区等。

目前,干旱灾害风险评估技术方法很多,邓国等人采用正态分布函数进行风险概率估算[2]。经过“正态化”处理的相对气象产量序列可视为“正态序列”,占总样本80%左右,未通过正态性检验的约占20%,这就是受灾害影响的部分。宫德吉等人提出以无气象灾害时农作物应当达到的期望产量为基础,来评估因灾害减产年的方法[2]。蒲金涌等人[3]。提出采用干旱灾害对粮食作物产量影响系数,并建立定量评估模式,对粮食作物种植风险程度进行定量评估。

在评估模型方面,杜鹏等人[2]提出用风险度建立评价模型,先对灾害风险进行原理分析,建立一个实用的灾害风险分析模型并经过三个层次逐级放大:(1)概念模型,包括灾害模型、价值模型和抗灾性能模型;(2)过渡模型;(3)实用模型。最终计算出风险体系的风险度。

评估指标是评估体系中的重要组成部分。邓国等人[2]采用偏离趋势产量的波动幅值百分率,提出减产率指标、减产率变异系数指标、风险指数指标和综合风险指数指标等。

灾害的风险区划是一个专项区划,将灾害的发生、频率及危害程度,以灾害风险指数确定为灾害风险区划指标进行分区划片。区划的目的是使每区内灾害风险程度尽量接近,而区域间的差异甚大,以便在减灾防灾工作中分类指导,按区域制定适宜的政策、决策和措施。王书裕等人[2]对吉林省农业气象灾害风险进行评价及区划工作,以灾年平均减产率与综合风险指数为指标,将吉林省划分为灾害风险高、中、低的5个区和2个亚区,并提出各区的防灾减灾对策。李世奎提出3种灾害综合区划方法[2]:(1)以季节为主导灾害的种类组合类型及其发生频率而分区;(2)以开展农业保险为目的,根据灾害类型的地域差异特征及灾种易灾的风险而分区;(3)按照主要灾种的多发区作出气象灾害种类综合区划。

改进农业耕作技术,提高水资源利用率

2.1 积极开发土壤水库

土壤可以看成是一个蓄水量相当大的水库,具有庞大的蓄水库容。如黄土高原旱作农业区,作物用水的主要来源是自然降水。该区土壤质地良好,土层深厚,结构疏松,对水分具有良好的渗透性、持水性、移动性及其相对稳定性的特征和吐纳调节功能,素有“土壤水库”之称。开发好土壤水库,是提高水资源利用率的关键。

经测算,黄土高原200cm土层内可容纳564~664mm的水分。但是在正常年份200cm土层土壤水库平均贮水量只有230~280mm,只占库容量的4~6成。在雨季可容纳600~650mm的降水量,全年可接纳800mm或以上的降水量,承载量很大。可以发挥土壤水库中季节间的调节作用,使“伏雨春用”、“春旱秋抗”。深层的土壤水分对旱地作物供水是十分重要的,因为降水入渗深度达2m,甚至更多,而且60~100cm以下的深层贮水,具有更高的稳定性和有效性。当降水补给得不到满足时,可以发挥土壤深层贮水的调节作用。因此,麦收后应采取增加蓄水能力的综合农业生产措施。土壤贮水量是旱作区小麦生产力的最重要因素。试验表明,在降水正常年份,冬、春小麦土壤水分的生产力分别为0.85kg/mm和0.75kg/mm[4]。由此可见,旱作小麦仍有很大的生产潜力。

要采取增加土壤水库库容的各种措施[5]。(1)深耕:能起到提高土壤孔隙度和降水入渗速度,达到多蓄降水的目的。(2)早秋耕:在北方旱地农业区秋季作物收获后,应早秋耕蓄纳秋雨。(3)耙耱保墒:在黄土高原旱作区推广“三耙三耱”达到抑制土壤水分蒸散,提高持水能力。

2.2   实施集雨节灌农业

据测算,半干旱半湿润地区降雨在地面的分配比例大致是:20%~35%形成初级生产力,60~70%为无效蒸发,10~15%形成径流流失。采用集雨节灌技术,可以把降雨径流的1/2~1/3收集起来供灌溉利用。一般情况下,100m2面积的硬化集流场或道路、场院、屋面等场地,在日降水量为10~25mm(中雨)时,每10mm降水可分别集水3~5m3或6~8m3。从不同年降水量的集水深度以及集水深度供给人畜饮水和补灌的综合研究得出,半干旱半湿润气候区在年降水量300~800mm地域推广集雨节灌技术具有普遍意义,在年降水量400~700mm地域推广该项技术的有效性最为显著[6-7]

在半干旱半湿润地区每户确保1个面积为100~200m2的雨水集流场,配套修建2个蓄水窖,富集雨水50~100m3,在解决人畜饮水困难的同时,发展666.7m2(1亩地)节灌面积的庭院经济或保收田,即甘肃省委、省政府倡导的“121”集雨节灌工程,效果非常好。这一工程被国际雨水集流系统协会认为,是人类社会在水利建设领域的一项创举,并荣获世界水论坛特等奖[8]。甘肃省从1997年开始实施“121”集雨节灌工程,截至2002年底,已建成集雨节灌水窖194.36万眼,发展集雨补灌面积30.49万hm2。该项技术具有强大的生命力和显著的生态、社会和经济效益。它不仅适用于我国半干旱半湿润地区,同时对全世界面临同样缺水问题的国家和地区具有重要的借鉴意义。

2.3   推广节水灌溉技术[9-10]

农业节水措施分为工程节水、农艺节水和科学用水管理等方面。在节水灌溉技术方面采用:(1)喷灌技术:可省水30~50%,粮食作物和经济作物采用喷灌比一般沟灌增产20~30%,蔬菜可增产1~2倍。(2)滴灌技术:比喷灌省水15~25%,为地面灌溉用水的1/4到1/5。与地面灌溉相比,粮食作物可增产30%左右。(3)渗灌技术:具有灌水质量高,能很好保持土壤结构,避免地表板结;蒸发损失少,较能稳定地保持土壤水分,节约灌溉水量;少占耕地,便于机耕,灌水效率高等优势。

地面节水灌溉技术主要确定合理的灌溉定额、灌溉时间及次数,以便把有限的水资源用在关键时期。(1)小畦“三改”灌水技术:在灌溉时,把长畦改短畦,宽畦改窄畦,大畦改小畦的灌溉方式。可节水30%以上,增产10~15%。(2)长畦分段畦灌技术:省水40~60%,灌溉效率提高1倍以上。(3)宽窄式畦沟结合浸润灌技术:适宜间作套种作物“二密一稀”种植的畦、沟相结合式的灌水方法,使畦田和灌水沟相间交替更换。优点是灌水定额小,次数少1~2次。(4)封闭式直形沟沟灌技术:沟灌技术不但能节水,还能防止土壤表层板结等优点。

掌握作物需水规律浇好关键水。禾谷类作物,自穗分化至抽穗期是需水的临界期,这一时段缺水对产量影响最大,其次是开花至灌浆期,这两个时段进行灌水就能提高水的利用效率。选用优化灌溉技术,通过多次试验,适当压缩灌溉次数和灌溉量,减少水分的无效消耗,达到用水少、产量高的效果。建立节水灌溉制度,制订适时适量灌水的具体方案,充分发挥水对作物生长环境的调节作用,收到增产、节水、节能的综合经济效益。采用精准农业中的精准灌溉管理系统,以便提高农业用水的有效性和单位面积产量。

2.4   推广旱作地膜覆盖技术

旱作地膜带田是集增温保墒、集水调水、边行优势等农田小气候效应和作物高低空间层带性、生长时间演替性、不同品种性状差异互补性等生态效应于一体的高效综合丰产栽培技术[11]

地膜带田具有节水调水效应。越冬期覆膜麦田100cm土层内含水量比单作麦田多28~3

2mm,土壤湿度高1.1~3.0%。玉米带覆膜田,100cm土层内含水量比单作田多30~40mm,土壤湿度高1.5~3.5%。当过程降水量在15mm以上时,覆膜地带给相邻地带增水75%左右,而且降水量越大,其调水量越多,基本上实现两带降水一带用。

邓振镛等人研究[12],旱作小麦—玉米地膜带田,比对照单作小麦和单作地膜玉米增产41~163%。水分利用率为1.02kg/mm,比单作小麦水分利用率0.58kg/mm和单作玉米0.99kg/mm高76%和3%。在年降水量450~600mm半湿润区,≥10℃积温2200~3000℃的温和区,采用地膜覆盖在保墒增温方面作用更大,效益显著。近年,在甘肃陇东地区推广全膜双垄集雨沟播为主的旱作农业综合新技术,从根本上解决了在春旱严重的情况下保墒保苗和增产增收的难题。

甘肃省黄土高原区年降水量在300~600mm,大多属半干旱半湿润气候区。该地区以旱作农业为主,经过10年的试验示范,在全省大力推广全膜双垄沟播玉米或马铃薯的旱作农业新技术。在覆盖方式上由半膜改为全膜,在种植方式上由平铺穴播改为沟垄种植,在覆盖时间上由播种时覆膜改为秋覆膜或顶凌覆膜,即先在田间起大小双垄,用地膜进行全覆盖。不但起到大面积保墒作用,还能形成自然的集流面,使有限的降水被沟内种植的作物有效吸收,从而形成了地膜集雨、覆盖抑蒸、垄沟种植为一体的多种抗旱保墒新技术。试验示范表明,年降水量在250~550mm、海拔在2300m以下的地区,为农作物生长创造一个良好的 小环境。采用这种新技术种植玉米比相同条件下的半膜平覆增产35%以上,种植马铃薯比露地栽培增产30%以上,增产效果非常显著。目前全省推广面积达500万亩,它将大大提高旱作农业的集约化水平和土地产出率[13]

覆盖抗旱技术方面除地膜覆盖以外,还有秸秆覆盖、有机物覆盖以及甘肃中部地区的砂砾覆盖等栽培技术。达到减少农田蒸散,保住土壤水分,提高产量的目的。

2.5   发展设施农业

用塑料大棚抗干旱最早成功的例子出现在波斯湾的阿拉伯联合酋长国。在我国温室、塑料大棚、小拱棚在北方不但有增加热量的功能,在抗旱中也发挥了明显的作用。特别是它为高产的庭院经济发展提供了技术条件。

温室和塑料大棚在节约用水效益方面非常显著。一般情况下用水可以节省一半,但产量提高1倍多。尤其小拱棚在北方春季多风季节不但起到保护土表,还能减少土壤水分蒸发,防御干旱产生显得尤其重要。

优化资源配置,调整农业结构

农业对干旱最为敏感,最为脆弱,受其影响也最大。减轻干旱对农业的影响,实现农业跨越式发展、经济效益与生态效益双赢的出路是推进农业结构的调整。

研究认为[14-16],年降水量350~400mm为农牧分界线。在年降水量400mm以下地域,因地制宜,荒山荒坡荒沟实行退耕还林草,以牧为主,农林业为辅。种植业以耐旱作物和品种为主,如谷子、糜子、荞麦、莜麦、豆类、胡麻、马铃薯等作物。种地与养地相结合,重视发展沙草产业。在年降水量400~550mm地域,要实施农林牧比例协调综合发展,种植业可多种耐旱作物和品种,秋收作物的比例大于夏收作物。年降水量在550mm以上的地域,以农为主,林牧为辅,秋粮作物与夏粮作物比例要协调。

要大力发展地方特色农业和特色作物。利用当地特有的土壤、气候条件,调整作物结构,发展特色农业,生产特色农产品。如甘肃的油橄榄、黄花菜、百合、蕨菜、木耳、黑瓜子、啤酒大麦、啤酒花、酿酒葡萄、药材等;新疆的棉花、甜菜、瓜果等。特色农业要走专业化、规模化、产业化的路子,建立有地方特色的农产品品牌,提高农产品的知名度,扩大产品的外销量。

要大力发展草地畜牧业。我国的主要牧区几乎全部集中在西部地区,大多在干旱半干旱区,畜牧业有很大的发展潜力和空间。这些地区要加强草原建设,增加人工牧草和改良草场面积;引进优质牧草,发展草业;采用畜产品的先进加工技术,创办现代化的畜牧产业。在农区也要建设人工牧草基地,大力发展畜牧业。甘肃省酒泉、定西等地发展牧草基地,已成为当地支柱产业之一,就是成功的范例。

4  大力开发空中水资源[17]

据计算,空中云水资源有28万亿t(仅占全球总水量的0.002%),虽然总量少,但循环快,周期仅8.7d。一年之内空中水可以循环42次,空中水量就是1176万亿t,这远超出地表水的总量,为它的8.4倍。在西北地区,有85%左右的水汽直接穿过该地区上空出境,只有约15%形成降水;在西南地区有20%左右形成降水,约80%流出境外。

气象卫星探测资料分析得出,西北地区平均中云量最大区出现在天山、昆仑山和祁连山北坡,祁连山的空中水汽主要来自西风环流携带的大西洋及欧亚大陆蒸散的水汽,是我国西北的3个主要水汽来源之一。据测算,祁连山区空中水汽特别是较高层的水汽资源比较丰富,基本具备形成降水的空中水汽条件,并通过祁连山脉地形的动力作用有利于形成降水。应该充分利用有利条件,抓住有利时机,及时开展大规模祁连山区人工增雨(雪)作业,取得最佳的作业效果。

人工增雨(雪)是开发利用空中云水资源的主要途径。大量试验结果表明,在一定条件下对冷云催化可增加降水量10%~25%。据统计测算,飞机人工增雨的投入和效益比在1:30以上。因此开发空中水资源可缓解陆地水资源的不足。

人工增雨雪的手段,主要运用飞机、火箭、高炮和焰弹为作业工具,对0℃以下云层施放人工冰核如碘化银等或者制冷剂,进行人工催化,以提高降水云系的降水率。

目前我国大部分地区都已经开展人工增雨雪的工作。1995至2003年,全国有23个省共组织实施人工增雨作业4231次,累计飞行9881h,增雨面积达到300多万hm2,增加降水约2100亿m3,在减轻和缓解干旱对国民经济带来的不利影响方面,发挥了显著的作用。

小结

目前我国北方半干旱半湿润气候区防旱减灾主要采用的几项关键适用技术:首先加强干旱灾害动态监测预测与风险评估。为决策部门和社会提供动态的干旱灾害监测信息,准确的干旱气候预测和灾后风险评估。第二,改进农业耕作技术,提高水资源利用率。积极采取开发土壤水库、实施集雨节灌农业、推广节水灌溉、推广旱作地膜覆盖、发展设施农业等5项适用技术。第三,优化资源配置,调整农业结构。根据不同气候类区调整农林牧业结构比重,调整夏粮、秋粮、经作、饲料作物种植比例;大力发展地方特色农业和特色作物;大力发展草地畜牧业等3项措施。第四,大力发展空中水资源,补充陆地水资源不足。

作者:徐金芳1邓振镛2

(1.中国气象局兰州干旱气象研究所, 甘肃省(中国气象局)干旱气候变化与减灾重点(开放)实验室, 甘肃 兰州 730020;2.甘肃省气象信息中心, 甘肃 兰州 730020)

 

参考文献

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[2] 李世奎主编.中国农业灾害风险评价与对策[M].北京:气象出版社,1999,109~281.

[3] 蒲金涌,张存杰,姚小英等.干旱气候对陇东南主要农作物产量影响的评估[J].干旱地区农业研究,2007,25(1)167~171.

[4] 邓振镛.高原干旱气候作物生态适应性研究[M].北京:气象出版社,2005,25~89.

[5] 程纯枢主编.中国的气候与农业[M].北京:气象出版社,1991,488~500.

[6] 邓振镛,董安祥,郝志毅等.干旱与可持续发展及防旱减灾技术的研究[J].气象科技,2004,32(3):187~190.

[7] 邓振镛,张毅,郝志毅.半干旱半湿润气候区实施集雨节灌农业技术的研究[J].中国农业气象,2003,24(4):16~18.

[8] 当惊世界殊—写在我省“雨水利用行动”荣获世界水论坛特等奖之际.甘肃日报,2003.4.10,第1版.

[9] 宋连春,邓振镛,董安祥.干旱[M].北京:气象出版社,2003,32~33.

[10] 李玉中,程延年,安顺清.北方地区干旱规律及抗旱综合技术[M].北京:中国农业科学技术出版社,2003,317~333.

[11] 董宏儒,邓振镛.带田农业气候资源的利用[M].北京:气象出版社,1988.

[12] 邓振镛,仇化民.旱作小麦—玉米垄种沟盖地膜带田集水调水与增产效应研究[J].自然资源学报,1999,14(3):253~257.

[13] 陆浩.旱作农业的一场革命—关于总结推广全膜双垄沟播技术的思考.甘肃日报,2008.8.6,第1版.

[14] 张书余,等.干旱气象学[M].北京:气象出版社,2008,262~292.

[15] 裘国旺,赵艳霞,王石立.气候变化对我国北方农牧交错带及其气候生产力的影响[J].干旱区研究,2001,18(1):23~28.

[16] 樊江文,梁飚,霍桂林.北方农牧过渡带典型地区农牧业生产系统分析[J].农业系统科学与综合研究,2002,18(1):77~80.

[17] 尹宪志,邓振镛,徐启运等.甘肃省近50年干旱灾情研究[J].干旱区研究,2005,22(1):120~124.

 

Technology of Protecting Drought and Reducing Disaster in Semiarid and Subhumid Region North China

 

XU Jinfang1,2, DENG Zhenyong1

 

1.Lanzhou Institute of Arid Meteorology, Key open Laboratory of Arid climate Change and Reducing Disaster, China Meteorological Administration, Key Laboratory of Arid climate Change and Reducing Disaster of Gansu Province, Lanzhou, 730020, Gansu , China ;2.Gansu Meteorological Bureau Center of Information, Lanzhou, 730020, Gansu, China)

 

Abstract: This paper summarized several key applicable technologies for drought prevention and disaster reduction in semiarid and subhumid regions in Northern China. First of all, we should strengthen the ability of dynamic monitoring, forecasting and risk assessment of drought calamities to ensure that we can provide the executive departments and the society with accurate, dynamic and current information. Second, we should improve agricultural farming technique and increase water utilization efficiency. Techniques to maximize the utilization of soil water, to implement the collecting rain for irrigation practices, to expand water-saving irrigation and the use of plastic covering in preserving water, and to develop agricultural facilities should be actively implemented. Third, we should adjust the agricultural structure to optimize resource distribution. The relative weight of agriculture, forestry and animal husbandry should be adjusted according to the climate conditions and regional differences. And this should also be applied to decide the weight of summer crops, autumn crops, economic crops and animal feeding crops. We should also facilitate the development of regional specific agriculture and crops, and strengthen the development of pasture husbandry. Fourth, we should develop the water resource in the sky to supplement the land water resource.

Keywords: North China, semiarid and subhumid region; technology of drought prevention and disaster reduction.

 

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