Az észak-kínai síkság fontos gabonatermő-terület Kínában, ahol a fő ültetési modell az őszi búza-nyári kukorica kettős bevetési rendszere. Ebben a régióban a búza az országos termelés hozzávetőlegesen 75%-át, kukorica 35%-át adja. A búza- és kukoricatermés folyamatos növelésének elősegítése ezen a területen nagy jelentőséggel bír a nemzeti élelmezésbiztonság és a gazdálkodók jövedelmének növelése szempontjából. Az Észak-Kínai-síkság azonban – különösen az elmúlt években – vízhiánnyal néz szembe, mivel az éghajlatváltozás hatása súlyosbította a vízhiány és az élelmiszertermelés iránti növekvő kereslet közötti ellentmondást, így ez az őszi búza{7}}nyári kukoricatermesztési rendszer fenntartható fejlődésének elsődleges korlátozó tényezője. Ezért a vízfelhasználás hatékonyságának maximalizálása (WUE) a magas hozam biztosítása mellett régóta az egyik legfontosabb kihívás az őszi búza-nyári kukorica termesztési rendszere számára az Észak-Kínai-síkságon.
Az elmúlt években a kutatók kiterjedt tanulmányokat végeztek olyan szempontokból, mint a víztakarékos öntözési technológia{0}}. Ezek az erőfeszítések egy sor olyan eredményhez vezettek, amelyek bizonyos mértékig javították az őszi búza{2}}nyári kukorica termesztési rendszerének vízhasználati hatékonyságát az észak-kínai síkságon.
1. Őszi búza-A nyári kukorica termesztési rendszerének vízhasználati állapota
Az Észak-Kínai-síkság félig{0}}száraz és félig{1}}nedves éghajlati övezetben található. A kontinentális monszun éghajlat hatására a vízkészletek viszonylag szűkösek, így Kína azon régiói közé tartozik, ahol a vízellátás és -kereslet tekintetében a legnagyobb nyomás nehezedik. Az átlagos évi csapadékmennyiség a régióban 554 mm, míg az átlagos éves párolgás körülbelül 1550 mm. A csapadék egyenetlenül oszlik el az év során, és jelentősen változik. Különösen az elmúlt években a globális éghajlatváltozás a hőmérséklet emelkedéséhez vezetett, miközben a csapadék évről évre csökkent. Az 1983 és 2013 közötti adatok azt mutatják, hogy a régió hőmérséklete emelkedő tendenciát mutat (0,20 fok évtizedenként), míg a csapadék általában csökkent (-1,75 mm évtizedenként).
Emellett az észak-kínai síkság felszín alatti vízkészlete sem elegendő. A felmérések szerint a régió természetes talajvízmennyisége évi 2,274 × 10^10 m³. A rendelkezésre álló kitermelési mennyiség a sekély és mély talajvíz esetében 1,683 × 10^10 m³, illetve 2,42 × 10^9 m³ évente. A mély talajvíz tengerszint alatti mélysége jelenleg több mint 76 700 km², a síkság körülbelül felén. Az 1970-es évek óta, a szikes-lúgos talajjavítási és mezőgazdasági vízgazdálkodási projektek nagyszabású megvalósításával, a mezőgazdasági öntözés céljára szolgáló talajvíz-kitermelés meredeken megnövekedett, és a teljes talajvízkitermelés 79%-át teszi ki.
A talajvíz öntözési célú-hosszú távú kitermelése miatt a talajvízszint gyorsan, évente 0,5–1,0 méteres csökkenéssel, súlyos talajsüllyedéshez és felszíni repedésekhez vezet. A talajvíz tölcsér területe és térfogata fokozatosan bővült és mélyült, összetett és összefüggő tendenciát mutatva. A tölcsér teljes területe a 2005-ös 9700 hektárról 2019-re 14000 hektárra nőtt. Az észak-kínai síkság a világ legnagyobb "talajvíz-tölcsére" és az egyik legsebezhetőbb vízi környezet lett.
Jelenleg az Észak-Kínai-síkságon a fő vetésforgó módszer az őszi búza-nyári kukorica kettős vetési rendszere, ahol a megművelt terület meghaladja a teljes szántóterület 80%-át. Az őszi búza és a nyári kukorica vízigénye és a természetes csapadék mennyisége közötti nagy eltérés, valamint a csapadék évszakonkénti egyenlőtlen eloszlása az elsődleges oka a csapadékvíz hasznosítás alacsony hatékonyságának és a talajvíz túlfogyasztásának ebben a rendszerben. Az Észak-Kínai-síkság éves csapadékmennyisége 500-800 mm, míg az őszi búza-nyári kukorica rendszer vízfogyasztása körülbelül 870 mm évente. Ezenkívül a legtöbb csapadék június és augusztus között esik (a nyári kukoricaszezonban), és a csapadéknak csak 20-30%-a (174-261 mm) esik az őszi búza szezonban. A búzaidőszak vízfogyasztása azonban évente meghaladja a 450 mm-t, és a természetes csapadék önmagában nem tudja kielégíteni a növekedési igényeket. Az őszi búza öntözése főként a talajvíz kitermelésén alapul, amely az Észak-Kínai-síkság teljes öntözővízének mintegy 70%-át teszi ki. A legújabb jelentések azt sugallják, hogy a búzaszezonban kétszeri öntözéssel (öntözésenként 75 mm-rel) nagyobb víztermelékenység érhető el, ami potenciálisan enyhítheti az öntözővízhiányt.
A felszín alatti vízkészletek szűkössége mellett az elavult öntözési módszerek és a nem megfelelő vízgazdálkodás is komoly vízpazarláshoz vezetett, csökkentve a vízfelhasználás hatékonyságát. 2021-ben a kínai mezőgazdasági területeken az öntözővíz effektív hasznosítási együtthatója 0,568 volt, ami azt jelenti, hogy a víz körülbelül 2/5-ét nem hasznosították teljesen a növények. Ez még mindig elmarad a 0,7-0,8-as tartománytól a víz-hatékony fejlett országokban. A búza, a kukorica és a rizs vízfelhasználásának hatékonysága 1,19, 2,04 és 0,80 kg/m³, ami csak 96%-a, 70%-a és 57%-a az Egyesült Államokban tapasztalhatónak. Mindeközben Kínában a mezőgazdasági vízfelhasználás a teljes vízfelhasználás 62,3%-át teszi ki, míg a fejlett országokban ez az arány jellemzően 50% alatti. Összességében az Észak-Kínai-síkság jelenlegi helyzete, ahol a vízkészletek nem elegendőek, de a víz iránti igény nagy, változatlan marad.
Bár a Dél-É-Észak vízelterelés projekt és a felszín alatti víz-kitermelés kezelése bizonyos mértékig lelassította a talajvízszint csökkenését, a sekély talajvíz 3,24 milliárd köbméterrel nőtt a régióban, a mély talajvíz még így is 1,53 milliárd köbméterrel csökkent. Ezért az emelkedő hőmérséklet, a csökkenő csapadék, a mély talajvíz folyamatos hiánya és a növekvő termésigény együttes hatására az észak-kínai síkság továbbra is komoly kihívásokkal néz szembe a vízkészletek és a mezőgazdasági vízhasználat terén.
Shijiazhuang közelében, Hebei tartományban
2. Kutatási eredmények a hatékony vízfelhasználásról az őszi búza-nyári kukorica termesztési rendszerében
A 20. század közepétől --végéig számos hazai tudós foglalkozott az őszi búza -egész éven át tartó vízfelhasználás módszereivel az őszi búza-nyári kukorica rendszerben, különös tekintettel a víztakarékos-öntözési technológiákra, az öntözőrendszerek innovációira, az alternatív víz nemesítésére, a növénynemesítésre{6} szárazság-álló, víz-kímélő növényfajták. Ezek az erőfeszítések egy sor reprezentatív eredményt hoztak, amelyek bizonyos mértékig javították a vízhasználat hatékonyságát a régióban.
2.1 Víz-Az őszi búza öntözőtechnológiája
A korlátozott vízkészletek körülményei között az öntözővíz hatékony kezelése a vízhiány kezelésének egyik fő stratégiája. Tanulmányok kimutatták, hogy egy adott öntözött terület vízhasználatát elsősorban az öntözési technológiák, a vízfogyasztás szerkezete és az észak-kínai régióban az ültetés mértéke befolyásolja. A legújabb kutatások kimutatták, hogy a gyorsan fejlődő víztakarékos öntözési technikák, mint például a váltakozó nedves és száraz öntözés, a hiányos öntözés, a korlátozó öntözés és a csepegtető öntözés, csökkenthetik az öntözés mennyiségét, miközben javítják a vízfelhasználás hatékonyságát (1. táblázat). A kutatások azt mutatják, hogy a mérsékelt öntözés csökkentheti a vízfogyasztást a búza teljes növekedési periódusa alatt, ezáltal növelve a vízfelhasználás hatékonyságát.
■ Optimális öntözés az őszi búza magas hozamához és vízhatékonyságához:
Az optimális öntözési mennyiség a magas terméshozam és a magas vízhasználati hatékonyság érdekében az őszi búza teljes növekedési időszakában 101,8 mm. Az igény szerinti öntözési módszer alkalmazása nemcsak a magas hozamelőnyök megtartását, hanem az öntözővíz 20–32%-át is megtakarítja.
■ Öntözés a búza különböző növekedési szakaszai alapján:
Az illesztési és virágzási szakaszban a 0-40 cm-es talajrétegben a talaj relatív nedvességtartalmára támaszkodó, 65%-os relatív talajnedvességre törekvő öntözés mind a magas termés, mind a víztakarékosság érdekében hatékony intézkedés.
■ A csepegtető öntözés szerepe a vízhatékonyság javításában
Az elmúlt években az észak-kínai síkság őszi búzatermesztésében fokozatosan új, víztakarékos öntözési technikákat- alkalmaztak, mint például a csepegtető öntözést és a mikro-permetezős öntözést. A csepegtető öntözés lehetővé teszi az öntözés mennyiségének pontos szabályozását, időben és mennyiségileg biztosítva a vizet, ahogy azt a növény növekedése megköveteli, és a vizet a növény gyökérrendszeréhez közel szállítja. Ez lehetővé teszi a folyamatos vízfelvételt a gyökerek által, jelentősen javítva a terméshozamot és a vízfelhasználás hatékonyságát, miközben csökkenti a nem hatékony vízfogyasztást, például a lefolyást.
A búza különböző öntözési módjait összehasonlító kísérletek kimutatták, hogy a barázdás öntözéshez képest a csepegtető öntözés 29%-kal csökkentette a vízfelhasználást, miközben 37%-kal növelte a termést és 92,2%-kal javította a vízfelhasználás hatékonyságát, ami egyértelmű gazdasági előnyöket mutat. Az Egyesült Államok Vízgazdálkodási Kutatólaboratóriuma által végzett 15 éves földalatti csepegtető öntözési kísérlet kimutatta, hogy a felszín alatti csepegtető öntözés (SDI) hatására a növények, például a csemegekukorica terméshozama és vízhasználati hatékonysága jelentősen javult.
Yang Mingda kutatása szerint a felszíni csepegtető öntözéshez képest a felszín alatti csepegtető öntözés alkalmazása vízhiányos körülmények között körülbelül 5,8–12,5%-kal növelte az őszi búza termését, a nyári kukorica hozamát pedig körülbelül 3,4–19,9%-kal. Búzánál 7,0–13,9%-kal, kukoricánál 1,6–11,4%-kal csökkent az öntözési mennyiség, miközben a vízfelhasználás hatékonysága 4,9–8,6%-kal javult. A felszín alatti csepegtető öntözés emellett hatékonyan csökkentette a felületi párolgást, és javította az öntözés egyenletességét, így vízmegtakarítást és hozamnövelést is kínál. A csepegtető öntözési technológiát gyorsan fejlesztették és széles körben alkalmazzák olyan országokban és régiókban, mint Izrael és más közel-keleti országok. Sok éve használják Kína északnyugati és északkeleti régióiban is, jó gazdasági és ökológiai előnyökkel járva, különösen az olyan növények esetében, mint a gyapot. Ez értékes referenciaként szolgál az észak-kínai síkság jövőbeni öntözési modelljeinek feltárásához.
A jó{0}}minőségű csepegtető öntözőszalag számos kulcsfontosságú területen felülmúlja az olcsóbb lehetőségeket. Ezek a különbségek közvetlenül befolyásolják a nyereséget. Vizsgáljuk meg a főbb különbségeket:
☆ Az anyag integritása
☆ Emitter technológia
☆ Egységes öntözés
☆ Teljes gyártási pontosság
1. Az alapozás: Anyag és tartósság
A csepegtetőszalag fizikai felépítése határozza meg, hogy milyen jól teljesít és mennyi ideig tart a szántóföldeken.
2. Szűz és újrahasznosított gyanta
A legjobb-minőségű csepegtetőszalag 100%-ban szűz polietilént használ. Ez maximális erőt biztosít a nyomás kezelésére. Rugalmasságot biztosít az egyszerű beállításhoz, valamint jobb ellenállást biztosít az UV-károsodással és a mezőgazdasági vegyszerekkel szemben.
Az olcsó szalagok gyakran újrahasznosított anyagokat vagy töltőanyagokat tartalmaznak. Ez törékeny terméket hoz létre, amely megreped a napon. Vannak gyenge pontjai is, amelyek szivárgást okoznak.
3. Egységes falvastagság
A precíziós gyártás egyenletes falvastagságot hoz létre a szalag teljes hosszában. Legyen szó 6, 8 vagy 15 milről, ez az egységesség megakadályozza a gyenge pontokat.
Az alacsony-minőségű szalag vastagsága változó. Ezek a vékony területek normál nyomás alatt szétrepednek, vagy megtörnek a beszerelés és eltávolítás során. Tapasztalataink szerint a rossz minőségű, egyenetlen falú szalagot{3}}használó mezőkön 30-40%-kal több sortörés tapasztalható a szezon során.
4. Emitter és egységesség
Az emitter a legfontosabb rész. Ez szabályozza, hogy mennyire hatékony a teljes öntözőrendszer.
Dugulásállóság:A minőségi kibocsátók az intelligens tervezésnek köszönhetően ellenállnak az eltömődéseknek. Van egy turbulens áramlási útvonaluk,{1}}egy hosszú, összetett csatorna van beépítve az emitterbe. Ez a kialakítás vízturbulenciát hoz létre, amely eltávolítja az üledéket, algákat és egyéb apró részecskéket.
Az olcsó sugárzók egyszerű, rövid áramlási utakat használnak csekély védelemmel. Könnyen eltömődnek. Ez száraz foltokhoz vezet a területen, és elvesztegetett időt az eltömődések megszüntetésére.
Kibocsátási egységesség (EU): Az Emission Uniformity (EU) azt méri, hogy a víz mennyire egyenletesen áramlik minden kibocsátóból egy vonal mentén. A kiváló-minőségű csepegtetőszalagok több mint 95%-ot érnek el az EU-ban.
Megfelelő gondozás mellett a jó{0}}minőségű, vastag falú{1}}szalag 2-5 szezont megbízhatóan kibír. Az olcsó szalagot szinte mindig cserélni kell egy szezon után. Ez a több-szezonos megbízhatóság a kiváló anyagoknak és a precíz tervezésnek köszönhető. Például a kiváló minőségű anyagokra összpontosító gyártók, mint aKínai lapos kibocsátó csepegtető szalag Gyártók beszállítói gyár -- SINOAH, termékeiket az ilyen típusú többszezonos{0}}megbízhatóságra és egyenletes teljesítményre tervezik.
■ Mikro{0}}locsoló öntözés:
A sprinkleres és csepegtetős öntözési technológiákból kifejlesztett mikro-locsolós öntözés egy új öntözési módszer, amely mikro-locsolószalagokat használ a víz egyenletes permetezésére a területen. Egyszerű, költséghatékony-és hatékony. Zhang Yinghua és munkatársai kutatása. kimutatta, hogy a mikro-locsolós öntözés a búza kötési és virágzási szakaszában, pontos igény szerinti öntözés mellett 5,3–18,9%-kal javította a termést és 5,3–27,8%-kal a vízfelhasználás hatékonyságát, az egyenletes vízeloszlási együttható 87,9% és 97% között változott. Az öntözővíz felhasználás 21,0–54,2%-kal csökkent.
Man és munkatársai kutatása. azt is megállapította, hogy a mikro-permetezők öntözéshez való használata megváltoztathatja a talajnedvesség eloszlását a 0–40 cm-es rétegben, ami hozzájárulhat a búza vízhasználati hatékonyságának (WUE) és szárazanyag-hozamának javításához. Dong Zhiqiang és munkatársai kísérletei. A mikro-locsolós öntözés kimutatta, hogy azonos termésszint mellett a mikro-locsolós öntözés éves víz-vízmegtakarítási potenciálja normál években 20–50 mm, aszályos években pedig 70–110 mm, így alkalmassá vált Észak-Kína vízhiányos területein való népszerűsítésre.
Következtetés
Összefoglalva, az észak-kínai síkság őszi búza{0}}nyári kukorica termesztési rendszere jelentős vízügyi kihívásokkal néz szembe a korlátozott erőforrások és az egyenetlen csapadék miatt. A víztakarékos öntözési technológiák, például a csepegtető öntözés és a mikro-permetezőrendszerek fejlődése azonban ígéretes eredményeket mutatott a vízfelhasználás hatékonyságának javítása és a terméshozam megőrzése terén. Ezek az újítások az optimalizált öntözési gyakorlatok mellett fenntartható utat biztosítanak előre, segítve egyensúlyba hozni a víz megőrzését a régióban a fokozott élelmiszertermelés iránti igénysel. Ezeknek a technológiáknak a folyamatos alkalmazása elengedhetetlen a vízhiány kezeléséhez és a hosszú távú mezőgazdasági-fenntarthatóság biztosításához.