在干旱少雨的河西走廊，绿洲农业如同沙漠中的明珠，维系着区域生态安全与社会经济的可持续发展。然而，随着水资源日益紧张，如何在有限的水资源条件下实现农业的高效发展，成为摆在科研人员与政府面前的重大课题。
近日，中国科学院西北生态环境资源研究院赵文智研究员科研团队，基于长期实地研究与数据分析，提出了以提升土壤有机质和持水力为核心的新策略，旨在通过最小的水资源消耗获取最大的经济效益，为河西走廊乃至全国干旱地区的绿洲农业发展指明了新方向。相关论文发表于《中国沙漠》。
黑河中游张掖绿洲河岸农田。西北生态环境资源研究院供图。
水资源管理的挑战与出路
河西走廊，作为甘肃省重要的粮食和种业生产基地，其生态安全屏障作用不言而喻。然而，这片土地却面临着降水量极低（大部分地区年降水量不足100毫米）的严峻挑战。祁连山区有限的水资源，既要保障国家生态屏障的安全与稳定，又要支撑绿洲农业的持续发展，还要满足日益增长的城市生态用水需求，人水矛盾愈发尖锐。
面对这一挑战，科研团队指出，提高水资源效益是破解难题的关键。
“这不仅意味着要提高水资源利用效率，更要提升单方水的农业产值，实现‘以最小的水资源消耗获取最大的经济效益’的管理目标。”西北生态环境资源研究院研究员赵文智告诉《中国科学报》，绿洲农业发展的永恒主题就是如何提高绿洲农业水效益，包括提高水资源利用效率与提升单方水的农业产值。
在深入梳理河西走廊水土资源利用现状时，科研团队发现了几个关键问题。首先，尽管粮食作物单位面积产量有所提升，但玉米产量波动甚至下降，反映出化肥使用量减少等因素对产量的影响。其次，节水灌溉技术的应用有效降低了单位面积用水量，但耕地质量普遍不高，成为制约农业进一步发展的瓶颈。此外，绿洲耕地有机质含量和田间持水量普遍偏低，直接影响了农作物产量。
“这些发现让我们认识到干旱区绿洲的农业生产不仅能通过化肥等农资产品投入，以及提升节水效率的节水灌溉技术实现农业产值增加，还可以通过改善耕地质量、挖掘耕地潜力来提升干旱区绿洲单位水资源效率。”赵文智表示，特别是那些有机质含量和田间持水量处于中等水平的土地，是提升水土资源高效利用的新靶点。
收获后的河西走廊绿洲农地。西北生态环境资源研究院供图。
提升水生产力的新途径
针对上述问题，科研团队提出了提升绿洲水生产力的具体途径——提高土壤有机质含量和土壤持水力。通过长期试验数据，他们发现土壤有机质和田间持水量与玉米产量呈正相关。例如，试验表明，当土壤有机质含量从5.03g/kg增加到11.49g/kg时，玉米产量提高了46.10%。同样，田间持水量的增加也显著提升了作物产量。
为了实现这一目标，科研团队推荐了一系列有效措施，包括施用农家肥、秸秆还田、增施有机肥等，以增加土壤有机质的输入。同时，他们强调了在优先改良有机质含量低的土地时，应注重技术的可行性和经济性。通过这些措施，不仅可以提升土壤肥力，还能提高土壤持水力，从而在不增加水资源消耗的情况下提高作物产量。
“我们团队在研究过程中发现绿洲灌漠土是干旱区的重要资源。因为干旱区绿洲耕地土壤发育过程缓慢，尤其是绿洲垦殖初期的50—70年，土壤有机质和持水率增加均较慢。”赵文智说，尽管人为干涉可以在一定程度上改变绿洲土壤的形成速率，但能够显著促进灌漠土形成速率及提高灌漠土生产力的有效技术方法并不多。
科研团队发现灌漠土作为保障河西走廊粮食安全的重要农业生产要素之一，在土地利用方式的转变中应给予重视，尽量避免将有一定耕作历史的灌漠土耕地转化为非耕地。其次，尽可能在较高质量的灌漠土开展农业生产。最后，在改善土壤有机质、土壤田间持水量等技术研发的基础上，构建包含土壤生物、土壤微生物等在内的支撑土壤生产力可持续性发展和加快土壤发育速率的技术体系，加大灌漠土资源基数。
因此，在土地利用转变中应给予特别重视，避免将有生产力的灌漠土耕地转化为非耕地。为此，建议建立“优先保护、兼顾开发”的灌漠土耕地资源保护制度，严格限制建设用地和工业用地对灌漠土的侵占，确保绿洲农业的持续稳定发展。
河西走廊绿洲农业。西北生态环境资源研究院供图。
推动生态文明与可持续发展
从近年来河西走廊绿洲生态环境来看，各级政府和相关机构已为推动生态环境持续改善和根本好转做出巨大努力，生态环境质量持续好转，出现了稳中向好趋势已是当下不争的事实，尤其是在引进节水防渗灌溉技术、增大生态用水比例、注重水权交易和水资源市场等方面取得了巨大成效。
科研团队建议，下一步，政府和相关机构能在地表水配置、耕作、施肥到作物布局优化等方面采取综合措施。政府应合理调配水资源，将有机质含量丰富的河水优先配置给新开垦地段；在高标准农田建设中纳入土壤改良投入；设立专项经费支持土壤生产力可持续发展的技术研发；并引导农民合理布局作物类型，优化作物结构。
“在目前传统农业节水潜力不大的情况下，通过改善土壤条件提高水资源利用率，生产等量粮食过程中消耗较少的水资源，或者同样多的水资源生产更多的粮食，这种方式可能是实现以最小的水资源消耗获取最大的经济效益的绿洲管理目标的有效途径。”团队成员任珩说。
当前，河西走廊农业灌溉水生产力仍处在一个较低的水平，土壤有机质和持水能力普遍不高始终是制约绿洲作物产量和水生产力较低的主要原因。因此，对于增加河西走廊绿洲耕地保水能力和肥力，提高水土资源利用效率，支撑区域社会经济可持续发展具有重要意义。
赵文智表示，这项研究成果对于河西走廊乃至其他干旱地区的绿洲农业可持续发展具有广泛的应用前景。通过改善土壤条件提高水资源利用率，不仅可以在生产等量粮食时消耗更少的水资源，还能在同样多的水资源条件下生产更多的粮食。这对于缓解水资源压力、提升农业经济效益、实现农业与生态环境的协调发展和经济社会可持续发展具有重要意义。
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