Pohjois-Kiinan tasango on tärkeä viljan-tuotantoalue Kiinassa, ja syysvehnän-kaksoisviljelyjärjestelmä on tärkein istutusmalli. Tällä alueella vehnän ja maissin osuus on noin 75 % ja maissin 35 % kansallisesta tuotannosta. Vehnän ja maissin sadon jatkuvan lisäyksen edistäminen tällä alueella on erittäin tärkeää kansallisen elintarviketurvan varmistamisen ja viljelijöiden tulojen lisäämisen kannalta. Pohjois-Kiinan tasangolla on kuitenkin pulaa vesivaroista varsinkin viime vuosina, koska ilmastonmuutoksen vaikutukset ovat pahentaneet ristiriitaa veden niukkuuden ja elintarviketuotannon kasvavan kysynnän välillä, mikä tekee siitä ensisijaisen rajoittavan tekijän syysvehnän{7}}kesämaissin viljelyjärjestelmän kestävälle kehitykselle. Siksi vedenkäytön tehokkuuden (WUE) maksimointi ja korkean sadon varmistaminen on pitkään ollut yksi tärkeimmistä haasteista talvivehnän{9}}kesämaissin viljelyjärjestelmälle Pohjois-Kiinan tasangolla.
Viime vuosina tutkijat ovat tehneet laajoja tutkimuksia esimerkiksi vettä{0}}säästävästä kastelutekniikasta. Nämä pyrkimykset ovat johtaneet sarjaan saavutuksia, jotka ovat jossain määrin parantaneet syysvehnän{2}}kesämaissin viljelyjärjestelmän vedenkäyttöä Pohjois-Kiinan tasangolla.
1. Talvivehnä-kesämaissin viljelyjärjestelmän vedenkäyttötila
Pohjois-Kiinan tasango sijaitsee puoli{0}}kuivalla ja puoli{1}}kostealla ilmastovyöhykkeellä. Mannerisen monsuuni-ilmaston vaikutuksesta vesivarat ovat suhteellisen niukat, joten se on yksi Kiinan alueista, jolla on merkittävin paine veden tarjonnan ja kysynnän suhteen. Alueen keskimääräinen vuotuinen sademäärä on 554 mm ja keskimääräinen haihdunta noin 1550 mm. Sade jakautuu epätasaisesti ympäri vuoden ja vaihtelee merkittävästi. Erityisesti viime vuosina globaali ilmastonmuutos on johtanut lämpötilojen nousuun, kun taas sademäärät ovat vähentyneet vuosi vuodelta. Tiedot vuosilta 1983–2013 osoittavat, että alueen lämpötila on ollut nousussa (0,20 astetta vuosikymmenessä), kun taas sademäärät ovat yleisesti vähentyneet (–1,75 mm per vuosikymmen).
Lisäksi pohjavesivarat Pohjois-Kiinan tasangolla ovat myös riittämättömät. Selvitysten mukaan pohjaveden luonnollinen tilavuus alueella on 2,274 × 10^10 m³ vuodessa. Matalan ja syvän pohjaveden louhintamäärät ovat 1,683 × 10^10 m³ ja 2,42 × 10^9 m³ vuodessa. Syvän pohjaveden syvyys merenpinnan alapuolella ulottuu nyt yli 76 700 km², noin puoleen tasangon alueesta. 1970-luvulta lähtien laajamittaisten suolapitoisten-alkalisten maanparannusprojektien ja maatalouden vesiensuojeluhankkeiden myötä pohjaveden otto maatalouden kasteluun on lisääntynyt jyrkästi, ja sen osuus pohjaveden kokonaisotosta on 79 %.
Pitkäaikaisen-pohjaveden kastelun vuoksi pohjaveden pinta on laskenut nopeasti, ja se on laskenut vuosittain 0,5–1,0 metriä, mikä on johtanut vakavaan maan vajoamiseen ja pinnan halkeilemiseen. Pohjavesisuppilon pinta-ala ja tilavuus ovat vähitellen laajentuneet ja syventyneet esittäen monimutkaisen ja yhtenäisen trendin. Suppilon kokonaispinta-ala kasvoi vuoden 2005 9 700 hehtaarista 14 000 hehtaariin vuonna 2019. Pohjois-Kiinan tasangosta on tullut maailman suurin "pohjavesisuppilo" ja yksi haavoittuvimmista vesiympäristöistä.
Tällä hetkellä tärkein viljelykierto Pohjois-Kiinan tasangolla on talvivehnän-kesämaissin kaksoisviljelyjärjestelmä, jossa viljelyala on yli 80 % kokonaispeltoalasta. Syysvehnän ja kesämaissin vesitarpeen ja luonnollisen sateen välinen suuri ero sekä sateiden epätasainen jakautuminen vuodenaikoina ovat ensisijaisia syitä sadeveden käytön tehokkuuteen ja pohjaveden ylikulutukseen tässä järjestelmässä. Vuotuinen sademäärä Pohjois-Kiinan tasangolla on noin 500–800 mm, kun taas syysvehnä-kesämaissijärjestelmän vedenkulutus on noin 870 mm vuodessa. Lisäksi suurin osa sateista tulee kesä-elokuun välisenä aikana (maissin kesäkaudella), ja vain 20–30 prosenttia sateista (174–261 mm) sataa talvivehnäkauden aikana. Vehnäkauden vedenkulutus kuitenkin ylittää 450 mm vuodessa, eikä luonnollinen sade yksin riitä kasvutarpeisiin. Syysvehnän kastelu perustuu pääasiassa pohjaveden talteenottoon, jonka osuus on noin 70 % Pohjois-Kiinan tasangon kokonaiskasteluvedestä. Viimeaikaiset raportit viittaavat siihen, että kastelu kahdesti vehnäkauden aikana (75 mm per kastelu) voi parantaa veden tuottavuutta, mikä saattaa lievittää kasteluveden puutetta.
Pohjavesivarojen niukkuuden lisäksi vanhentuneet kastelumenetelmät ja virheellinen vesihuolto ovat johtaneet vakavaan vesihukkaan, mikä heikentää vedenkäytön tehokkuutta. Vuonna 2021 kasteluveden tehollinen käyttökerroin Kiinan viljelysmailla oli 0,568, mikä tarkoittaa, että noin 2/5 vedestä ei ollut täysin hyödynnetty viljelyssä. Tämä on edelleen alle 0,7–0,8 vesitehokkaissa kehittyneissä maissa. Vehnän, maissin ja riisin vedenkäytön tehokkuus on 1,19, 2,04 ja 0,80 kg/m³, jotka ovat vain 96 %, 70 % ja 57 % Yhdysvaltojen vastaavasta. Samaan aikaan Kiinan maatalousveden osuus veden kokonaiskulutuksesta on 62,3 %, kun taas kehittyneissä maissa tämä osuus on tyypillisesti alle 50 %. Kaiken kaikkiaan nykytilanne Pohjois-Kiinan tasangolla, jossa vesivarat ovat riittämättömät, mutta veden kysyntä on korkea, pysyy ennallaan.
Vaikka etelä{0}}pohjoiseen-pohjoiseen vedenpoistoprojekti ja pohjaveden yli-ottamisen hallinta ovat jossain määrin hidastaneet pohjaveden tason laskua ja matalan pohjaveden kasvu alueella 3,24 miljardia kuutiometriä, syvä pohjavesi on silti laskenut 1,53 miljardilla kuutiometrillä. Siksi kohoavien lämpötilojen, vähentyvien sateiden, jatkuvan syvän pohjaveden puutteen ja lisääntyvien satovaatimusten yhteisvaikutuksena Pohjois-Kiinan tasangolla on edelleen vakavia vesivaroja ja maatalousveden käyttöä koskevia haasteita.
lähellä Shijiazhuangia, Hebein maakunnassa
2. Tutkimustulokset tehokkaasta vedenkäytöstä talvivehnän-kesämaissin viljelyjärjestelmässä
Lukuisat kotimaiset tutkijat ovat 1900-luvun puolivälistä alkaen -loppuun tutkineet lähestymistapoja tehokkaaseen vuoden-ympärivuotiseen vedenkäyttöön syysvehnän-kesämaissijärjestelmässä keskittyen vettä-säästävään kasteluteknologiaan, kastelujärjestelmien innovaatioihin, vaihtoehtoisten vedenjalostusjärjestelmien rakentamiseen{6}}. kuivuuden-kestäviä,-vettä säästäviä viljelykasvilajikkeita. Nämä ponnistelut ovat tuottaneet joukon edustavia tuloksia, jotka ovat jossain määrin parantaneet vedenkäytön tehokkuutta alueella.
2.1 Vettä-Talvivehnän kasteluteknologian säästäminen-Kesämaissi
Rajallisten vesivarojen olosuhteissa kasteluveden tehokas hallinta on yksi tärkeimmistä strategioista vesipulaan puuttumiseksi. Tutkimukset ovat osoittaneet, että tietyllä kastelualueella veden käyttöön vaikuttavat ensisijaisesti kastelutekniikat, vedenkulutuksen rakenne ja istutusaste Pohjois-Kiinan alueella. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että nopeasti kehittyvät vettä säästävät kastelutekniikat, kuten vuorotellen märkä- ja kuivakastelu, puutteellinen kastelu, rajoittava kastelu ja tippakastelu, voivat vähentää kastelumääriä ja parantaa vedenkäytön tehokkuutta (taulukko 1). Tutkimukset osoittavat, että kohtuullinen kastelu voi auttaa vähentämään vedenkulutusta vehnän koko kasvukauden ajan ja siten tehostamaan veden käyttöä.
■ Optimaalinen kastelu talvivehnän korkeaan satoon ja vesitehokkuuteen:
Optimaalinen kastelumäärä korkeaan satoon ja korkeaan vedenkäytön tehokkuuteen talvivehnän koko kasvukauden ajan on 101,8 mm. Tarvittaessa kastelumenetelmän -käyttö ei ainoastaan ylläpitä korkeaa satoa, vaan myös säästää 20–32 % kasteluvedestä.
■ Vehnän eri kasvuvaiheisiin perustuva kastelu:
Sauma- ja kukintavaiheessa maaperän suhteelliseen kosteuspitoisuuteen perustuva 0–40 cm:n maakerroksen kastelu, jonka tavoitteena on 65 % suhteellinen maaperän kosteus, on tehokas keino sekä korkean sadon että veden säästämisen saavuttamiseksi.
■ Tippakastelun rooli veden tehokkuuden parantamisessa
Uusia vettä{0}}säästäviä kastelutekniikoita, kuten tippakastelua ja mikro-sprinklerikastelua, on vähitellen käytetty talvivehnän tuotannossa Pohjois-Kiinan tasangolla viime vuosina. Tippakastelu mahdollistaa kastelumäärän tarkan hallinnan, veden toimittamisen oikea-aikaisesti ja määrällisesti sadon kasvun edellyttämällä tavalla ja veden toimittamisen lähelle sadon juurijärjestelmää. Tämä mahdollistaa jatkuvan veden imeytymisen juurille, mikä parantaa merkittävästi satoa ja veden käytön tehokkuutta ja vähentää tehotonta vedenkulutusta, kuten valumista.
Kokeet, joissa verrattiin vehnän erilaisia kastelumuotoja, ovat osoittaneet, että vaokastukseen verrattuna tiputuskastelu vähensi veden käyttöä 29 %, samalla lisäsi satoa 37 % ja paransi veden käytön tehokkuutta 92,2 %, mikä osoittaa selkeitä taloudellisia etuja. US Water Management Research Laboratoryn suorittama 15 vuotta kestänyt maanalainen tippakastelukoe osoitti, että maanalaisen tiputuskastelun (SDI) avulla viljelykasvien, kuten sokerimaissin, sato ja vedenkäyttötehokkuus paranivat merkittävästi.
Yang Mingdan tutkimuksessa havaittiin, että pinta-alakastelun käyttö vesivajeolosuhteissa lisäsi talvivehnän satoa noin 5,8–12,5 % ja kesämaissin satoa noin 3,4–19,9 %. Vehnän kastelumäärä väheni 7,0–13,9 % ja maissin 1,6–11,4 %, kun taas vedenkäytön tehokkuus parani 4,9–8,6 %. Pinnalla tapahtuva tippakastelu vähensi myös tehokkaasti pinnan haihtumista ja paransi kastelun tasaisuutta, mikä tarjoaa sekä veden-säästön että sadon{13}}lisäyksen. Tippakastelutekniikkaa on kehitetty nopeasti ja käytetty laajalti sellaisissa maissa ja alueilla kuin Israel ja muut Lähi-idän maat. Sitä on myös käytetty useiden vuosien ajan Kiinan luoteis- ja koillisalueilla, ja se on saavuttanut hyviä taloudellisia ja ekologisia etuja erityisesti puuvillan kaltaisissa viljelykasveissa. Tämä tarjoaa arvokasta viittausta tulevaisuuden kastelumallien tutkimiseen Pohjois-Kiinan tasangolla.
Laadukas-tippukastelunauha voittaa halvemmat vaihtoehdot useilla avainalueilla. Nämä erot vaikuttavat suoraan voittoosi. Tarkastellaanpa tärkeimpiä eroja:
☆ Materiaalin eheys
☆ Emitter-tekniikka
☆ Kastelun tasaisuus
☆ Kokonaisvalmistuksen tarkkuus
1. Perustus: materiaali ja kestävyys
Tiputusteipin fyysinen koostumus määrittää, kuinka hyvin se toimii ja kuinka kauan se kestää pelloillasi.
2. Neitsyt vs. Kierrätetty hartsi
Laadukkaassa-tipputeipissä on käytetty 100 % neitseellistä polyeteeniä. Tämä antaa sinulle maksimaalisen voiman käsitellä painetta. Se tarjoaa myös joustavuutta helppoon asennukseen ja paremman kestävyyden UV-vaurioita ja maatalouskemikaaleja vastaan.
Halpa teippi sisältää usein kierrätysmateriaaleja tai täyteaineita. Tämä luo hauraan tuotteen, joka halkeilee auringossa. Siinä on myös heikkoja kohtia, jotka aiheuttavat vuotoja.
3. Tasainen seinän paksuus
Tarkkuusvalmistus luo tasaisen seinämän paksuuden koko nauhan pituudelta. Olipa kyseessä 6, 8 tai 15 mil, tämä tasaisuus estää heikkoja kohtia.
Huonolaatuisessa{0}}teipissä on paksuusvaihteluita. Nämä ohuet alueet halkeavat normaalipaineessa tai taittuvat asennuksen ja poiston aikana. Kokemuksemme mukaan pelloilla, joissa käytetään huonolaatuista-teippiä, joiden seinät ovat epätasaiset, rivikatkoja on 30–40 % enemmän kauden aikana.
4. Lähettäjä ja yhtenäisyys
Säteilijä on tärkein osa. Se ohjaa koko kastelujärjestelmän tehokkuutta.
Tukkeutumiskestävyys:Laadukkaat säteilijät estävät tukkeutumista älykkään suunnittelun ansiosta. Niissä on suunniteltu turbulenttinen virtausreitti-pitkä, monimutkainen kanava, joka on sisäänrakennettu emitteriin. Tämä muotoilu luo veden turbulenssia, joka hankaa pois sedimentin, levät ja muut pienet hiukkaset.
Halvat emitterit käyttävät yksinkertaisia, lyhyitä virtausreittejä vähäisellä suojauksella. Ne tukkeutuvat helposti. Tämä johtaa kuiviin kohtiin pellollasi ja hukkaan tukosten poistamiseen.
Päästöjen yhtenäisyys (EU): Emission Uniformity (EU) mittaa, kuinka tasaisesti vesi virtaa jokaisesta päästölähteestä linjaa pitkin. Laadukkaat-tiputusnauhat saavuttavat yli 95 % EU:n.
Laadukas-laadukas, paksuseinämäinen-teippi kestää asianmukaisesti 2-5 vuodenaikaa luotettavasti. Halpa teippi vaatii melkein aina vaihdon yhden kauden jälkeen. Tämä usean vuodenajan luotettavuus perustuu ylivertaisiin materiaaleihin ja tarkaan suunnitteluun. Esimerkiksi valmistajat, jotka keskittyvät korkealaatuisiin materiaaleihin, kutenKiina Flat Emitter -tipputeippi Valmistajien toimittajien tehdas -- SINOAH, suunnittelevat tuotteensa tällaiseen usean vuodenajan{0}}luotettavuuteen ja tasaiseen suorituskykyyn.
■ Mikro{0}}sadetinkastelu:
Sprinkleri- ja tiputuskastelutekniikoista kehitetty mikro-sprinklerikastelu on uusi kastelumenetelmä, jossa käytetään mikro-sprinklerihihnoja veden tasaiseen suihkuttamiseen pellolle. Se on yksinkertainen, kustannus-tehokas ja tehokas. Zhang Yinghuan et ai. osoitti, että mikro-sprinklerikastelu vehnän sauma- ja kukintavaiheessa tarkalla on-demand-kastelulla paransi satoa 5,3–18,9 % ja vedenkäytön tehokkuutta 5,3–27,8 % tasaisten vedenjakokertoimien ollessa 87,9–97 %. Kasteluveden käyttö väheni 21,0–54,2 %.
Man et ai. havaitsi myös, että mikro-sadettimien käyttö kasteluun voi muuttaa maaperän kosteuden jakautumista 0–40 cm:n kerroksessa, mikä auttaa parantamaan vehnän vedenkäyttötehokkuutta (WUE) ja kuiva-ainesatoa. Kokeet Dong Zhiqiang et al. mikro-sprinklerikastelu osoitti, että samalla tuottotasolla mikro-sprinklerikastelulla oli 20–50 mm vuotuinen vedensäästöpotentiaali tavallisina vuosina ja 70–110 mm kuivina vuosina, joten se soveltuu käytettäväksi Pohjois-Kiinan vesipula-alueilla.
Johtopäätös
Yhteenvetona voidaan todeta, että syysvehnän{0}}kesämaissin viljelyjärjestelmä Pohjois-Kiinan tasangolla kohtaa merkittäviä vesihaasteita rajallisten resurssien ja epätasaisten sateiden vuoksi. Vettä säästävien kastelutekniikoiden, kuten tiputuskastelu- ja mikro-sprinklerijärjestelmien, kehitys on kuitenkin osoittanut lupaavia tuloksia vedenkäytön tehokkuuden parantamisessa ja sadon säilyttämisessä. Nämä innovaatiot yhdessä optimoitujen kastelukäytäntöjen kanssa tarjoavat kestävän tien eteenpäin, mikä auttaa tasapainottamaan veden säästämisen ja lisäämään ruuantuotantoa alueella. Näiden teknologioiden jatkuva käyttöönotto on välttämätöntä vesipulan korjaamiseksi ja maatalouden pitkän aikavälin kestävyyden takaamiseksi-.