Đồng bằng phía Bắc Trung Quốc là một khu vực sản xuất ngũ cốc-quan trọng ở Trung Quốc, với hệ thống trồng trọt kép ngô-lúa mì mùa hè-ngô mùa hè là mô hình trồng trọt chính. Ở khu vực này, lúa mì và ngô chiếm lần lượt khoảng 75% và 35% sản lượng quốc gia. Thúc đẩy tăng trưởng liên tục năng suất lúa mì và ngô ở khu vực này có ý nghĩa to lớn trong việc đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và tăng thu nhập cho nông dân. Tuy nhiên, Đồng bằng Hoa Bắc phải đối mặt với tình trạng thiếu tài nguyên nước, đặc biệt là trong những năm gần đây, do tác động của biến đổi khí hậu đã làm trầm trọng thêm mâu thuẫn giữa khan hiếm nước và nhu cầu sản xuất lương thực ngày càng tăng, khiến đây trở thành yếu tố hạn chế chính cho sự phát triển bền vững của hệ thống trồng lúa mì mùa đông-ngô mùa hè. Do đó, tối đa hóa hiệu quả sử dụng nước (WUE) trong khi vẫn đảm bảo năng suất cao từ lâu đã là một trong những thách thức quan trọng nhất đối với hệ thống trồng ngô mùa hè-lúa mì mùa đông ở Đồng bằng phía Bắc Trung Quốc.
Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng từ các khía cạnh như công nghệ tưới tiết kiệm-nước. Những nỗ lực này đã dẫn đến một loạt thành tựu, ở một mức độ nào đó, đã cải thiện hiệu quả sử dụng nước của hệ thống trồng ngô mùa hè-lúa mì mùa đông ở Đồng bằng phía Bắc Trung Quốc.
1. Lúa mì mùa đông-Tình trạng sử dụng nước của hệ thống trồng ngô mùa hè
Đồng bằng Hoa Bắc nằm trong vùng khí hậu bán{0}}khô cằn và bán{1} ẩm. Do ảnh hưởng của khí hậu gió mùa lục địa, nguồn nước tương đối khan hiếm khiến nơi đây trở thành một trong những khu vực ở Trung Quốc phải đối mặt với áp lực lớn nhất về cung và cầu nước. Lượng mưa trung bình hàng năm trong khu vực là 554 mm, trong khi lượng bốc hơi trung bình hàng năm xấp xỉ 1550 mm. Lượng mưa phân bố không đều trong năm và thay đổi đáng kể. Đặc biệt, trong những năm gần đây, biến đổi khí hậu toàn cầu đã khiến nhiệt độ tăng cao, trong khi lượng mưa lại giảm dần qua các năm. Dữ liệu từ năm 1983 đến năm 2013 cho thấy nhiệt độ trong khu vực có xu hướng tăng lên (0,20 độ mỗi thập kỷ), trong khi lượng mưa nhìn chung giảm (–1,75 mm mỗi thập kỷ).
Ngoài ra, nguồn nước ngầm ở đồng bằng Bắc Trung Quốc cũng không đủ. Theo khảo sát, lượng nước ngầm tự nhiên trong vùng là 2,274×10^10 m³/năm. Khối lượng khai thác hiện có đối với nước ngầm nông và sâu lần lượt là 1,683 × 10^10 m³ và 2,42 × 10^9 m³ mỗi năm. Độ sâu của nước ngầm sâu dưới mực nước biển hiện nay trải rộng trên 76.700 km2, chiếm khoảng một nửa diện tích đồng bằng. Kể từ những năm 1970, với việc triển khai-quy mô lớn các dự án cải tạo đất nhiễm mặn{17}}kiềm và bảo tồn nước nông nghiệp, việc khai thác nước ngầm cho tưới tiêu nông nghiệp đã tăng mạnh, chiếm 79% tổng lượng khai thác nước ngầm.
Do việc khai thác nước ngầm-trong thời gian dài để tưới tiêu, mực nước ngầm đã giảm nhanh chóng, với mức giảm hàng năm từ 0,5 đến 1,0 mét, dẫn đến sụt lún đất nghiêm trọng và nứt bề mặt. Diện tích và thể tích phễu nước ngầm ngày càng mở rộng và ngày càng sâu, thể hiện xu hướng phức tạp, liền kề. Tổng diện tích của phễu tăng từ 9.700 ha năm 2005 lên 14.000 ha vào năm 2019. Đồng bằng Bắc Trung Quốc đã trở thành "phễu nước ngầm" lớn nhất thế giới và là một trong những môi trường nước dễ bị tổn thương nhất.
Hiện tại, phương pháp luân canh cây trồng chính ở Đồng bằng Bắc Trung Quốc là hệ thống canh tác kép lúa mì mùa đông-ngô mùa hè, với diện tích canh tác vượt quá 80% tổng diện tích đất canh tác. Sự khác biệt lớn giữa nhu cầu nước của lúa mì mùa đông, ngô mùa hè và lượng mưa tự nhiên, cùng với lượng mưa phân bố không đều trong các mùa, là những lý do chính dẫn đến hiệu quả sử dụng nước mưa thấp và tiêu thụ quá mức nước ngầm trong hệ thống này. Lượng mưa hàng năm ở Đồng bằng Bắc Trung Quốc là khoảng 500 đến 800 mm, trong khi lượng nước tiêu thụ của hệ thống ngô mùa hè-lúa mì mùa đông là khoảng 870 mm mỗi năm. Hơn nữa, phần lớn lượng mưa xảy ra trong khoảng thời gian từ tháng 6 đến tháng 8 (trong mùa ngô hè), chỉ có 20% đến 30% lượng mưa (174 đến 261 mm) rơi vào mùa lúa mì mùa đông. Tuy nhiên, lượng nước tiêu thụ trong mùa lúa mì vượt quá 450 mm mỗi năm và chỉ riêng lượng mưa tự nhiên không thể đáp ứng yêu cầu tăng trưởng. Việc tưới tiêu cho lúa mì mùa đông chủ yếu dựa vào khai thác nước ngầm, chiếm khoảng 70% tổng lượng nước tưới ở Đồng bằng Bắc Trung Quốc. Các báo cáo gần đây cho thấy rằng tưới hai lần trong mùa lúa mì (với 75 mm mỗi lần tưới) có thể đạt được hiệu suất sử dụng nước cao hơn, có khả năng giảm bớt tình trạng thiếu nước tưới.
Bên cạnh việc khan hiếm nguồn nước ngầm, phương pháp tưới tiêu lạc hậu và quản lý nước không đúng cách cũng dẫn đến tình trạng lãng phí nước nghiêm trọng, làm giảm hiệu quả sử dụng nước. Vào năm 2021, hệ số sử dụng hiệu quả nước tưới trên đất nông nghiệp của Trung Quốc là 0,568, nghĩa là khoảng 2/5 lượng nước không được cây trồng sử dụng hết. Con số này vẫn thấp hơn khoảng 0,7 đến 0,8 ở các quốc gia phát triển tiết kiệm nước. Hiệu suất sử dụng nước cho lúa mì, ngô và gạo lần lượt là 1,19, 2,04 và 0,80 kg/m³, chỉ bằng 96%, 70% và 57% so với ở Hoa Kỳ. Trong khi đó, lượng nước sử dụng trong nông nghiệp ở Trung Quốc chiếm 62,3% tổng lượng nước sử dụng, trong khi ở các nước phát triển, tỷ lệ này thường dưới 50%. Nhìn chung, tình hình hiện tại ở đồng bằng Hoa Bắc, nơi nguồn nước không đủ nhưng nhu cầu về nước lại cao, vẫn không thay đổi.
Mặc dù dự án Chuyển nước từ Nam-sang-Bắc và quản lý khai thác nước ngầm-ở một mức độ nào đó đã làm chậm sự suy giảm mực nước ngầm, với lượng nước ngầm nông tăng thêm 3,24 tỷ mét khối trong khu vực, nước ngầm sâu vẫn giảm 1,53 tỷ mét khối. Do đó, dưới tác động tổng hợp của nhiệt độ tăng, lượng mưa giảm, tình trạng thiếu nước ngầm sâu liên tục và nhu cầu năng suất ngày càng tăng, Đồng bằng Bắc Trung Quốc tiếp tục phải đối mặt với những thách thức nghiêm trọng về tài nguyên nước và sử dụng nước nông nghiệp.
gần Thạch Gia Trang, tỉnh Hà Bắc
2. Kết quả nghiên cứu về sử dụng nước hiệu quả trong lúa mì mùa đông-Hệ thống trồng ngô mùa hè
Bắt đầu từ giữa-đến-cuối thế kỷ 20, nhiều học giả trong nước đã khám phá các phương pháp sử dụng nước hiệu quả quanh năm-trong hệ thống trồng ngô mùa đông-lúa mì mùa đông-, tập trung vào công nghệ tưới-tiết kiệm nước, đổi mới trong hệ thống tưới tiêu, xây dựng các hệ thống trồng trọt tiết kiệm nước-thay thế và nhân giống các giống cây trồng tiết kiệm nước-kháng hạn-. Những nỗ lực này đã mang lại một loạt kết quả điển hình, ở một mức độ nào đó, đã cải thiện hiệu quả sử dụng nước trong khu vực.
2.1 Nước-Công nghệ tưới tiết kiệm cho lúa mì vụ đông-Ngô mùa hè
Trong điều kiện nguồn nước hạn chế, quản lý hiệu quả nước tưới là một trong những chiến lược chính để giải quyết tình trạng thiếu nước. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, đối với một diện tích đất được tưới nhất định, việc sử dụng nước chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công nghệ tưới tiêu, cơ cấu tiêu thụ nước và quy mô trồng trọt ở khu vực phía Bắc Trung Quốc. Nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng các kỹ thuật tưới tiết kiệm nước đang phát triển nhanh chóng, chẳng hạn như tưới khô và ướt xen kẽ, tưới thiếu hụt, tưới hạn chế và tưới nhỏ giọt, có thể làm giảm lượng tưới trong khi cải thiện hiệu quả sử dụng nước (Bảng 1). Nghiên cứu chỉ ra rằng tưới vừa phải có thể giúp giảm lượng nước tiêu thụ trong toàn bộ thời kỳ sinh trưởng của lúa mì, từ đó tăng hiệu quả sử dụng nước.
■ Tưới tối ưu để có năng suất cao và tiết kiệm nước trong lúa mì mùa đông:
Lượng tưới tối ưu để đạt năng suất cao và hiệu quả sử dụng nước cao trong suốt thời kỳ sinh trưởng đầy đủ của lúa mì vụ đông là 101,8 mm. Việc áp dụng-phương pháp tưới theo yêu cầu không chỉ duy trì lợi thế năng suất cao mà còn tiết kiệm 20%–32% lượng nước tưới.
■ Tưới nước dựa trên các giai đoạn sinh trưởng khác nhau của lúa mì:
Trong giai đoạn ghép và ra hoa, việc tưới dựa trên độ ẩm tương đối của đất trong lớp đất 0–40 cm, hướng tới độ ẩm tương đối của đất là 65%, là một biện pháp hiệu quả để đạt được năng suất cao và tiết kiệm nước.
■ Vai trò của tưới nhỏ giọt trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng nước
Các kỹ thuật tưới-tiết kiệm nước mới, chẳng hạn như tưới nhỏ giọt và-tưới phun mưa vi mô, đã dần được áp dụng trong sản xuất lúa mì vụ đông ở Đồng bằng Bắc Trung Quốc trong những năm gần đây. Tưới nhỏ giọt cho phép kiểm soát chính xác lượng tưới, cung cấp nước kịp thời và định lượng, theo yêu cầu của sự phát triển của cây trồng và cung cấp nước gần hệ thống rễ cây. Điều này cho phép rễ hấp thụ nước liên tục, cải thiện đáng kể năng suất cây trồng và hiệu quả sử dụng nước đồng thời giảm lượng nước tiêu thụ không hiệu quả, chẳng hạn như dòng chảy mặt.
Các thí nghiệm so sánh các chế độ tưới khác nhau cho lúa mì cho thấy so với tưới theo rãnh, tưới nhỏ giọt giúp giảm 29% lượng nước sử dụng, đồng thời tăng năng suất lên 37% và cải thiện hiệu quả sử dụng nước lên 92,2%, cho thấy lợi ích kinh tế rõ ràng. Một thí nghiệm tưới nhỏ giọt dưới lòng đất kéo dài 15 năm do Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quản lý Nước Hoa Kỳ thực hiện cho thấy rằng dưới hệ thống tưới nhỏ giọt dưới bề mặt (SDI), năng suất và hiệu quả sử dụng nước của các loại cây trồng như ngô ngọt đã được cải thiện đáng kể.
Nghiên cứu của Yang Mingda cho thấy so với tưới nhỏ giọt trên bề mặt, sử dụng tưới nhỏ giọt dưới bề mặt trong điều kiện thiếu nước đã làm tăng năng suất lúa mì mùa đông khoảng 5,8%–12,5% và năng suất ngô mùa hè khoảng 3,4%–19,9%. Lượng nước tưới giảm 7,0%–13,9% đối với lúa mì và 1,6%–11,4% đối với ngô, trong khi hiệu quả sử dụng nước được cải thiện 4,9%–8,6%. Tưới nhỏ giọt dưới bề mặt cũng làm giảm sự bốc hơi bề mặt một cách hiệu quả và cải thiện tính đồng nhất của việc tưới, mang lại tiềm năng-tiết kiệm nước và tăng năng suất{13}}. Công nghệ tưới nhỏ giọt đã nhanh chóng phát triển và áp dụng rộng rãi ở các nước và khu vực như Israel và các nước Trung Đông khác. Nó cũng đã được sử dụng trong nhiều năm ở khu vực tây bắc và đông bắc Trung Quốc, mang lại lợi ích kinh tế và sinh thái tốt, đặc biệt là đối với các loại cây trồng như bông. Điều này cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị để khám phá các mô hình tưới tiêu trong tương lai ở Đồng bằng Bắc Trung Quốc.
Băng tưới nhỏ giọt-chất lượng cao đánh bại các lựa chọn rẻ hơn ở một số lĩnh vực chính. Những khác biệt này ảnh hưởng trực tiếp đến lợi nhuận của bạn. Hãy xem xét sự khác biệt chính:
☆ Tính toàn vẹn của vật chất
☆ Công nghệ phát
☆ Tưới nước đồng đều
☆ Độ chính xác sản xuất tổng thể
1. Nền tảng: Chất liệu và Độ bền
Cấu tạo vật lý của băng nhỏ giọt xác định hiệu quả hoạt động của nó và thời gian tồn tại trên cánh đồng của bạn.
2. Nhựa nguyên chất và nhựa tái chế
-Băng nhỏ giọt chất lượng hàng đầu sử dụng 100% polyetylen nguyên chất. Điều này mang lại cho bạn sức mạnh tối đa để xử lý áp lực. Nó cũng mang lại sự linh hoạt để dễ dàng thiết lập và có khả năng chống lại tác hại của tia cực tím và hóa chất nông nghiệp tốt hơn.
Băng giá rẻ thường chứa vật liệu tái chế hoặc chất độn. Điều này tạo ra một sản phẩm giòn và nứt dưới ánh nắng mặt trời. Nó cũng có những điểm yếu gây rò rỉ.
3. Độ dày tường đồng đều
Quá trình sản xuất chính xác tạo ra độ dày thành ổn định trong toàn bộ chiều dài băng. Cho dù đó là 6, 8 hay 15 triệu, tính đồng nhất này sẽ ngăn ngừa các điểm yếu.
Băng-chất lượng thấp có độ dày khác nhau. Những vùng mỏng này vỡ ra dưới áp suất bình thường hoặc bị xoắn trong quá trình lắp đặt và tháo dỡ. Theo kinh nghiệm của chúng tôi, những cánh đồng sử dụng băng có chất lượng-kém với các bức tường không bằng phẳng sẽ bị ngắt dòng nhiều hơn 30-40% trong mùa.
4. Bộ phát và tính đồng nhất
Bộ phát là phần quan trọng nhất. Nó kiểm soát hiệu quả của toàn bộ hệ thống tưới tiêu của bạn.
Khả năng chống tắc nghẽn:Bộ phát chất lượng chống tắc nghẽn nhờ thiết kế thông minh. Chúng có đường dẫn dòng chảy hỗn loạn được thiết kế-một kênh dài và phức tạp được tích hợp trong bộ phát. Thiết kế này tạo ra sự hỗn loạn của nước để loại bỏ trầm tích, tảo và các hạt nhỏ khác.
Các máy phát giá rẻ sử dụng đường dẫn dòng chảy ngắn, đơn giản và ít được bảo vệ. Chúng dễ bị tắc nghẽn. Điều này dẫn đến những điểm khô trên cánh đồng của bạn và lãng phí thời gian để giải quyết tắc nghẽn.
Tính đồng nhất phát thải (EU): Tính đồng nhất phát thải (EU) đo lường mức độ đồng đều của nước chảy từ mỗi nguồn phát dọc theo một đường ống. Băng nhỏ giọt-chất lượng cao đạt trên 95% EU.
Nếu được bảo quản đúng cách, băng dán tường dày-chất lượng cao-có thể sử dụng ổn định trong 2-5 mùa. Băng giá rẻ hầu như luôn cần thay thế sau một mùa. Độ tin cậy trong nhiều mùa-này đến từ vật liệu cao cấp và kỹ thuật chính xác. Ví dụ: các nhà sản xuất tập trung vào vật liệu cao cấp, nhưNhà máy cung cấp băng nhỏ giọt Emitter phẳng Trung Quốc - SINOAH, hãy thiết kế sản phẩm của họ để có được độ tin cậy-nhiều mùa và hiệu suất ổn định như thế này.
■ Tưới phun mưa-vi mô:
Tưới phun mưa-vi mô, được phát triển từ công nghệ tưới phun mưa và tưới nhỏ giọt, là một phương pháp tưới mới sử dụng đai tưới-vi mô để phun nước đều khắp cánh đồng. Cách này đơn giản,-tiết kiệm chi phí và hiệu quả. Nghiên cứu của Zhang Yinghua et al. cho thấy rằng việc tưới phun-vi mô trong giai đoạn kết nối và ra hoa của lúa mì, với khả năng tưới chính xác theo-nhu cầu, đã cải thiện năng suất từ 5,3%–18,9% và hiệu quả sử dụng nước lên 5,3%–27,8%, với hệ số phân phối nước đồng đều từ 87,9% đến 97,0%. Việc sử dụng nước tưới đã giảm 21,0%–54,2%.
Nghiên cứu của Man et al. cũng phát hiện ra rằng việc sử dụng vòi phun-vi mô để tưới có thể thay đổi sự phân bố độ ẩm của đất trong lớp 0–40 cm, giúp cải thiện hiệu quả sử dụng nước (WUE) và năng suất chất khô của lúa mì. Thí nghiệm của Dong Zhiqiang et al. về tưới phun-vi mô cho thấy rằng, ở cùng mức năng suất, tưới-vi phun có khả năng tiết kiệm nước-hàng năm là 20–50 mm trong những năm bình thường và 70–110 mm trong những năm hạn hán, khiến phương pháp này phù hợp để quảng bá ở các khu vực khan hiếm nước{13}}ở Bắc Trung Quốc.
Phần kết luận
Tóm lại, hệ thống trồng ngô mùa hè-lúa mì mùa đông ở Đồng bằng Bắc Trung Quốc phải đối mặt với những thách thức đáng kể về nước do nguồn tài nguyên hạn chế và lượng mưa không đồng đều. Tuy nhiên, những tiến bộ trong công nghệ tưới tiết kiệm nước, chẳng hạn như hệ thống tưới nhỏ giọt và hệ thống phun nước-vi mô, đã cho thấy những kết quả đầy hứa hẹn trong việc cải thiện hiệu quả sử dụng nước và duy trì năng suất cây trồng. Những đổi mới này, cùng với các biện pháp tưới tiêu tối ưu, mang đến một lộ trình bền vững phía trước, giúp cân bằng việc bảo tồn nước với nhu cầu tăng sản lượng lương thực trong khu vực. Việc tiếp tục áp dụng những công nghệ này là điều cần thiết để giải quyết tình trạng khan hiếm nước và đảm bảo-nền nông nghiệp bền vững lâu dài.