域内雨水高效贮存发展高效农业

水的域内治理为主

域内雨水高效贮存发展高效农业
    是快速持久性根治耕地干旱水土流失捷径
    ---非灌溉化治理耕地干旱水土流失模式
    雷新周
    河南洛阳洛宁县国家税务局；
    471700
     
    摘要：水土保持生态建设突出的难点既是治理耕地干旱又是治理水土流失。而治理思路和设施一直沿袭着应急、防范性的“域外治理为主”之模式，在地域内滞后的用远远小于地域外雨水的最大变幅、变量的治水设施，减量的治理着雨水的最大变幅、变量和雨水再聚集集中后的变幅、变量所造成的水流失、水带土流失和干旱。
    地域内耕地的雨水因流失量太大、不能满足植物生态全过程直接需水量而恶化。实质是治理思路和设施没有找到快速、持久性根治之法。解决该难点问题的捷径，是用 “域内治理为主”专利技术模式，先根治耕地内雨水的最大变幅、变量造成的水流失、水土流失，将流失水量就地域内改变为抗干旱的水源、水量，满足耕地生态环境所需的水环境；后教农民学现代农业科技整体成果，会在改造水环境后的耕地内中能创出高额产量；再引导农民按市场经济需求规律调整产业结构，把耕地高产在适时机转化成高效益。
    在治理耕地水环境上以地域内建立体型、综合性的贮水容积大于地域内雨水最大变幅、变量的多贮存设施高效贮存雨水。用贮存雨水量大大于草本作物全生育过程、特别是生长需水关键期无水补充时的直接需水量使作物能有足够水量发展高效农业，实现非灌溉水利化治理耕地干旱、根治水土流失，保持生态不受、或少受雨水变化规律影响。
    “域内治理为主”是将雨水被蒸发、渗漏、径流流失的水量在流失前集中、增量，入渗到土壤含水率频变层下贮存。用容积大于200mm日降水量体积的贮存设施，拦堵强降水的径流就地域内贮存到草本作物根系直接需水地层间，减少雨水流失、雨水在贮存、利用时段的流失；将入渗水量先集中到作物根系直接需水地层；再将集中存留到的水存留到防渗溢流设施内，供草本作物在需水关键期无水补充时用；后将过量入渗水量分散贮存到土壤水库中补充地下水、防渍害。此项成果能快速、持久性根治300mm以上年降水的耕地水的宏观流失、水土流失，能在改造后耕地上创出高产量。年亩效益可提高5－10倍。已在河南西部、甘肃和陕西等省试验成功，已获得专利，专利号 zl02131717.8
    关键词：水土保持  域内雨水  高效贮存  耕地非灌溉化技术
    1引言
    雨水是地域内主要补给水源，是至关重要的命脉资源，与当地生态、生物生存和发展息息相关。研究高效调控、利用雨水的时空分布和存留时段，使之能将每寸土地上的每次降水中的每滴雨水贮存到每棵草本植物根系直接吸水地层间的思路、技术和设施，在治理黄土高原水流失、水土流失，减少流入黄河泥沙量时，雨水起着至关重要的关键作用。
    地域内水的补充水源、水量，主要靠天然降水。天然降水是个动态的无规律可循的人类及生态系统难以利用的脉冲式函数，只有经过地面、地下水量再分配系统后，才能转变成可以不断利用的连续性函数。人为现有治理不同步的思路、战略、策略和设施，只能在局部的小范围内起到丁点的改变不同步；治理、治理之结果又受多种自然的大尺度的环境因素变幻制约，改变不同步的力度、效果甚微；
    水土流失的“水”，主要是受制于‘天’的动态的变幅、变量硕大的无规律可循的不确定的雨水和雨水与地表土壤入渗率极不同步。人们对水、水治理、水土流失的治理、耕地水环境的治理等等问题，一直处在沿袭传统的“域外治理”的思路、设施和模式。致使地域内的水、雨水的存留、利用，成为古今中外长期得不到快速、持久性根治的大难题。
    经典的治理水流失、水带土流失、减少流入道泥沙量的思路、战略、策略和设施，均是沿袭着用地域内的微观治水设施，滞后的应急、防范治理着地域外水的宏观变幅、变量的水多和水少。这种“域外治水为主”模式既不能快速、持久性根治地域内的水流失、雨水带土流失、减少流入黄河泥沙量，又无法根治耕地干旱，甚至还造成水的二次宏观流失，使水治理陷入越治理危机越严重的困境。
    地域内水的存留规律是个受诸多因素影响、制约的动态的滞后的减量的变量；耕地内作物根系直接需水地层间水的存留规律与作物全生育期根系的直接需水规律不同步；最终的治理结果仍是绝大多数耕地长时段大面积缺水干旱，短时段小面积多水水土流失。
    域外治水为主的治理模式投资大、水的利用率低、见效慢、效果差、几乎是得不偿失的没有办法的不得不为之的办法，没有能在治水和治理耕地水环境上找到快速、持久性根治的捷径，不是科学的良策！
    针对古今中外治理耕地雨水的水流失、水土流失现状和存在的问题，在总结前人治理的经验、教训基础上，遵循自然规律、顺应经济运行规律、驾驭市场经济需求规律，跳出经典的“域外治水为主、域内治水为付” 的治理思路、战略、策略、施设和模式，发明了“域内治水为主、域外治水为主” 的治理思路、战略、策略、施设和模式。从地域内雨水的高效贮存、利用上，研究出“用地域内的水治理地域内的水危机；用地域内的治水设施治理地域内的水流失、水土流失的水难题” 。该模式称之为“宏观节流”。
    2高效贮存域内雨水
    “域”的界定： “域”，宏观上指流域的空中、地表、地下；微观上指每棵草本植物根系、径杆、叶冠占据的地层深度和地表面积。各棵草本植物叶冠之间占据的地表面积与根系占据的地层垂直距离均小于2米。2米以内为“域”内， 2米以内的为“域”外。
    2.1域内雨水的流失和流失途径：
    2.1.1每次降水落到地表都会先在地表土壤含水率频变层间被蒸发流失5mm后，再入渗到地下草本植物根系直接需水地层间。蒸发流水量约是年降水量的1/3。据测量，600mm降水地域内蒸发流失量年均径流深达240mm。
    2.1.2各次、各类有效降水，都是先在地表或地下土壤含水率频变层间被蒸发、径流流失5---10mm后，才能向草本作物根系直接需水地层下渗补充水量。径流流失量约是年降水量的1/3---1/2。据测量，600mm年降水地域径流流失水量年均径深180---240mm㎜。
    2.1.3雨水能入渗到草本作物根系直接吸水地层间的水量，因重力作用会渗漏到草本植物根系直接吸水地层以下，使部分有效水渗漏变成无效水流失。下渗流失水量虽不占数量优势，却占时段优势，防治雨水渗漏对改变雨水存留规律，与作物根系直接需求规律相趋同步甚为关键。
    2.1.4治理得到的雨水，在贮存、利用过程也会被蒸发、径流、渗漏等流失40---70%以上。
    2.1.5“域外治理”治理雨水流失，只能局限于对耕地内的二、三十毫米以下日降水的弱降水量的径流流失水量拦堵治理，对三十至二百毫米的强降水、特强降水的日降水径流流失水量几乎无法治理。
    2.1.6各次、各类无效降水在地表或地下土壤含水率频变层间被蒸发95%以上。无效降水在水量上虽不占优势，在补充时段上确占绝对优势。能把无效降水增量、转化成有效水将是水治理的关健。
    2.2高效贮存雨水
    域内降水的时空、强度、水量等等，是无规律可循的变量，与土壤入渗率极不同步，几乎无法改变。
     “域外治理为主”对年降水量和各次、各类雨水被草本作物利用量的增大、利用时段的延长仅能局限在百分之几、十几、甚至几十范围；作物利用量的增大、利用时段的延长不能成倍、成几倍增加。对雨水的再分配存在着集蓄、贮存、利用的滞后性；利用与贮存的脱节性；治理设施小小于水的变幅、变量性；治理雨水流失的思路、战略、策略和设施存在着失当性等，对改变雨水的来量、流向、流失、贮存、利用等等的动态变幅、变量，与作物全生育期对水的需求规律不同步性的作用微乎其微。加之降水时空补充的无规律可循性、补充水量的多变性，使耕地内原本就有大于草本植物全生育期直接需求水量的雨水，因流失量达80%以上而显得十分缺乏，导致雨水能被草本植物全生育期直接利用率只能局限在5---20%左右，利用率甚低。
    “域内治理为主”则是用先集中、后分散的治理思路、设施和方法，在就地域内“多贮存” 雨水上改变雨水的分布时空、强度、水量等等，则能在域内改变雨水在草本作物根系直接需水地层间的存留规律、延长存留时段。“多贮存”设施是从节省雨水被蒸发、径流、渗漏流失水量上为草本植物根系用水开辟了新水源，在年降水600 mm地域内新增加水量达400mm以上！
    2.2.1减少雨水被蒸发流失的水量，设置“抗蒸发”设施。
    若能抑制被蒸发流失水量80%，就相当于增大了2-3倍的年降水量在自然状态下被草本作物根系直接利用的水量。即200mm。
    2.2.2减少雨水被径流流失的水量，设置“集径流”设施。
    若能就地域内贮存径流流失的水量，就相当于增大了2倍以上的年降水量被植物根系直接利用的水量。即200mm。
    2.2.3减少雨水入渗到作物根系直接需水地层以下的重力水流失，设置“防渗漏”设施。
    在作物根系直接吸水地层间设置“防渗漏”设施，能将拦堵、贮存重力水的流失量，能改变雨水在作物根系直接吸水地层间的存留规律，延长雨水在各地层间的存留时段，就相当于增大了5倍以上的年降水量在自然状态下被草本植物根系直接利用的水量。
    2.2.4地域内设置的贮水设施容积，大于地域内雨水的最大变幅、变量。
    2.2.5地域内设置的“多贮存”设施，能增大雨水在地域内的存留量、延长存留时段。能减少雨水的流失量和雨水在贮存、利用过程的二次流失量。
    2.2.6将每次无效降水的流失水量就地域内增量后贮存，转化成有效降水，能改变雨水的自然存留规律与草本作物全生育期根系直接需水时空规律不同步。
    2.2.7将无效降水增量转变成有效降水。无效降水的次数占年降水次数的90%以上。将无效降水量增量后贮存到草本作物根系直接吸水地层间，就能改变雨水在各地层间的自然分布、存留规律，改变雨水与草本作物全生育期根系直接需水时空规律不同步现状。 设置“聚集”设施将平均降到耕地地表的每次雨水“聚集”增量贮存，使收集雨水的来量面积比自然状态下增大5倍以上，变无效降水为有效降水，变有效降水和有效降水中的强降水为更有效的降水；能将流失到地域外（蒸发流失到空中、地表径流流失到地域外）的水量，就地域内转化成有效降水量，贮存到作物根系直接需水层间，既减少各次、各类降水量的蒸发、径流流失量，又减少雨水在贮存、利用时段的流失。能使地域内作物根系直接吸水地层间的存留水量、时段，在降水无规律补充下，能有大于草本植物全生育期根系直接需水量3---5倍的存留量，满足作物全生育期的需水量。
    就地域的耕地内拦堵、转化、贮存每次强降水的径流流失水量，既能消除百年一遇强降水造成的径流水流失、水带土流失，又能就地域内将流失水量转化成抗干旱水量，贮存到作物根系直接吸水地层间利用，起到干旱、水流失、水带土流失一齐治理。
    2.2.8设置“溢流” 装置，将过量“聚集”集中、贮存到的雨水量分散贮存到地域外（下）土壤水库中防渍害。
    2.3高效贮存地域中耕地内雨水；
    在300㎜以上降水地域耕地内的每棵草本植物占据的地表和根系直接吸收水分地层间，设置个集“集水、贮水、用水、防水流失、防水渍害”为一体的立体型、综合性的雨水高效治理、利用设施，在自然降水时空、强度、水量无规律补充下为草本植物全生育期提供适时、足量、能获得高产的水环境。
    2.3.1在草本作物根系直接吸水地层间设置 “防渗漏、多贮存”装置，将集中到的各类降水聚集、集中后贮存，延时利用；将集中到的过量入渗水量，分散溢流、侧渗流入地下土壤水库，防渍害、补充地下墒、补充地下水。
    2.3.2在地表设置 “聚集、集流”装置，将治理得到的雨水贮存到土壤含水率频变层下，减少贮水过程的蒸发流失。改变各次、各类降水量在地表、地下各地层间的存在、存留规律，将降水先聚集、后集中、再贮存到“防渗漏、多贮存”装置内延时利用。在地表起垅、垅上覆盖地膜，将雨水先聚集集中、增量后入渗到土壤含水率频变层下贮存，减少各次、各类雨水蒸发、径流流失水量，向植物根系直接吸水地层间增量供水；
    2.3.3用 "多贮存"设施，将降水被蒸发、渗漏、径流流失水量，在地表、地下流失前聚集增量、集中入渗、就近贮存到土壤含水率频变层下先集中、后分散贮存，使雨水能被草本植物全生育期根系直接利用的水量，比自然状态下增大5倍以上。
    2.3.4在草本植物根系直接吸水地层间设置“溢流、侧渗” 装置，减少贮水过程中重力水渗漏流失量，延长雨水存留时段。
    2.3.5启用土壤水库为贮水容器和调节贮存水量的容积，减少域内雨水最大变幅变量的径流流失。
    2.3.6用立体型、综合性 的"抗蒸发、防渗漏、集径流”治水设施，在雨水流失前聚集集中、增量后实现“多贮存”
    2.3.7增大雨水在地域内的存留量，延长存留时段，保障作物在全生育期的直接需水量。在耕地内设置集“抗蒸发、防渗漏、集径流、多贮存”等多种治水功能为一体的立体型、综合性治理工程设施，将地表雨水聚集集中、引流入渗、超越土壤含水率频变层下贮存、集中到草本作物根系直接需水地层间贮存；在土壤含水率频变层下草本作物根系直接需水地层间集中贮存足够直接需水关键期无降水补充时用的水量后，再将集中到的过量水溢流侧渗、分散贮存到土壤水库中补充地下墒、地下水。
    3高效利用贮存的雨水
    先由政府投入启动资金,为农户在耕地内建设“非灌溉化治理耕地干旱水土流失” 设施，蓄住、保住天降水；
    后与教农户应用现代农业科技成果结合，学会在改造水环境后的耕地上能创高产“用好地下墒”；
    再和引导农户按照市场经济需求规律调整产业结构结合将高产的农副产品在适当时机卖上好价格转化成高效益发展高效农业，使耕地水环境治理走上低投入、 快产出、持久性获高效的良性循环。
    3.1向农户提供维系耕地作物全生育期最大直接需水量和生长需水关健期无水补充时，也能满足作物最大直接需水量的、能创出高产量的水环境治理技术、设施；
    3.1.1用贮存水量大于草本作物全生育期根系的最大直接需水量的治理模式，使作物有获得高产量的最佳水环境。
    3.1.2就近成倍增大雨水贮存到作物根系直接需水地层间的量，使作物有充足、适时的水环境能获高产量。
    3.1.3在耕地作物根系直接吸水地层间设置防渗漏溢流设施，将雨水治理后的水量中的部分水量，以大于草本植物生长需水关健期的存留量，集中贮存到作物根系直接需水地层间，保障作物生长需水关健期无雨水、灌水补充水量时用；再将集中贮存到该地层间的过量水量从防渗漏溢流设施溢流侧渗，既能保持有大于草本植物生长需水关健期的存留水量用，又能调节该地层间土壤含水率消除渍害，还能为地下水补充水量，为作物获高产创造良好的水环境；
    3.2教农户学会应用现代农业科技成果在改造水环境后能创出高产量的种植技能；应用多项现代农业科技成果；选择高产量的作物品种；选择高产值的植物品种等；
    3.3引导农户按市场经济运行规律调整产业结构，能将高产量在适当的时间内转成高效益的经营管理模式。如选择最佳种植结构；最佳的经营模式；最佳的管理模式等；
    4域内雨水高效贮存设施设计实验
    4.1域内雨水高效贮存设施设计
    4.1.1改变耕地地表物理状态，贮存下地域内降水量的最大变幅、变量。
    200㎜日降水量24h 在667㎡耕地内的水量有130 m3。24h土壤入渗量小于50㎜，还有150㎜以上的水量（100 m3／667㎡）须用贮水设施贮存。在667㎡的耕地面积上建成不减少种植面积、能一次性集中贮存100 m3以上的贮水设施很困难；建成分散贮存100 m3以上水量则相当简单、容易。在地表起垅，沟内贮水，当垅高、宽，沟深、长按一定尺寸设置，667㎡就能24h一次贮水50--70 m3。再与引流入渗设施和防渗贮水设施结合，667㎡耕地24h贮水量大于100 m3。
    4.1.2改变耕地各地层间贮水结构，增大、延长雨水存留到草本植物根系直接吸水分地层间的水量、时段。若在植物根系直接吸水地层间设置防渗贮水设施，将渗漏流失水量的部分水量拦堵贮存，延长水量在该地层间存留的时段，就能改变草本植物在生长需水关键期无水补充（降水和灌溉）时的直接需水量，为植物获高产创造最佳水环境。在该地层间设置防渗漏、集径流溢流贮水设施，将聚集到的水量中的一部分（足够植物在生长需水关键期无水补充时的用量）贮存、延时利用。
    4.1.3地域内的贮存水量大于作物全生育期的直接需水量。
    地域内治水设施存留的水量，做到能大于植物全生育期的直接需水量。用地表聚集集中、增量入渗、就近贮存、集中贮存雨水到作物根系直接需水地层、分散贮存到土壤水库中等多项贮水设施，667㎡24h能贮存130 m3   。
    4.1.4将平均降落到地表的水量聚集集中把无效降水量转变为有效降水量。
    4.1.5把在蒸发、渗漏、径流流失前的流失水量转变为有效水量，贮存到作物根系直接需水的地层间供植物全生育期根系直接利用。按1㎜降水量能形成5---10㎜的墒深计算，200㎜日降水量能形成1400---2000㎜的墒深。地域内的治理雨水设施，完全可以做到将200㎜以下日降水量，全部贮存到作物根系直接需水地层间化害为利。
    4.1.6用多贮存方法能将地域内降水在规律的脉冲性函数改变为连续性函数，抑制蒸发、根治径流、防治渗漏，实现让每寸耕地上的每滴水，最大限度的被每棵草本植物利用。
    4.1.7用分散贮存水的治水设施，能把地域内贮水设施做得大于地域内各类降水的最大变幅变量，能改变降水量在各地层间的存留规律，从改变降水的存留规律上治理地域内的水难题；
    4.2域内雨水高效贮存设施实验
    在反复论证多年的情况下，1999年6月资助5000元材料费、误工费，河南省洛宁县城关镇东关村1农民在承包的7.5亩耕地搞了二亩试验田。在年降水量只有300.7㎜，遭到伏旱玉米绝收、当年建的治理设施还不能发挥应有的存留、贮存、调节雨水存留规律与作物全生育期需水规律时，当年获得亩产值1800多元。2000年该农民又扩大2.5亩。经河南、甘肃、陕西三省的洛宁、永登、榆中、静宁、杨陵五县（区）多处连续多年实验验证：治理耕地水环境均能当即达到节水效果（贮水量比自然状态下增量5倍以上），能持久性治理耕地水环境。与应用现代农业科技成果和按市场经济运行规律调整产业结构结合好的实验农户，均能增加收入5-10倍。2001年3月兰州大学干旱农业生态国家重点实验室和王静教授在甘肃省的永登、榆中、静宁三个县布点试验、测试，作定量分析， 2001年在大旱之年效果良好。2000年种植的菜椒年亩产值达到4500元，是对照田的14倍；2001年种植的小麦亩产量达1244斤，是对照田384斤的3.3倍；2002年国家节水灌溉工程技术杨陵研究中心节水技术展示园内的300平方米实验田种植的玉米产量，比浇灌二次水的还高13%。2002年在王村乡、马店乡扩大10亩。2003年王村村2亩实验田种植的西红柿遭到春旱，年亩产值也超过了3000元，是对照田500元/亩的6倍。
    5结论
    5.1耕地内雨水高效贮存设施，能把各次、各类降水的流失水量动态聚集，比自然状态增量5倍以上后，贮存到作物根系直接吸水地层间，供作物全生育期和生长需水关健期无降水、域外水补充时用；已达到在300㎜以上降水地域耕地内能为发展高效农业提供适时、足量的创高产的水环境，实现用地域内的水治理地域内的水危机。
    5.1雨水高效贮存设施，用大于百年一遇的雨水贮存容器将强降水的最大变幅径流流失水量就地域内贮存，消除径流流失和水带土流失, 将其转化成能被作物直接利用的水源、水量，贮存在作物根系直接需水地层间供作物全生育期直接利用，达到干旱、水流失、水带土流失、水患一齐治理，为消除地域内洪灾水患、减小地域内洪灾危害程度找到了快速、持久性根治的设施。实现用地域内的治水设施治理地域内的水难题。
    5.3雨水高效贮存设施，将土壤含水率频变层间蒸发流失的水量中的大部分水量抑制后就域内转化为能被作物根系直接利用的水，贮存到作物根系直接利用地层间，用多贮存的方法改变降水量在地表和各地层间的自然分布规律“留住天降水，保住地下墒”，为农作物全生育期、特别是生长需水关健期无水补充时，提供足够作物用的环境水量，实现非灌溉化动态治理耕地水环境。
    5.4雨水高效贮存设施用贮存水量大于草本作物全生育期直接需求3-5倍的水量，和在根系直接需水地层间贮存大于生长需水关键期直接需求的水量，确保雨水能被草本作物全生育期、生长需水关键期无水补充时能有适时的、足够直接利用的水量，为作物高产提供最佳水环境使作物获得高产量；实现每寸耕地上的每棵草本植物最大限度的用好每次降水中的每滴雨水。
    5.5雨水高效贮存设施通过在耕地地表和地下两个治水层面建设立体型、综合性治理设施，将雨水蒸发、渗漏、径流流失水量在流失前集中、增量入渗到含水率频变层下贮存；达到雨水存留到草本作物根系直接吸收水分地层间的水量和延长存留时段，比自然状态下增大5倍以上，并减少水在贮存时段的流失量，实现雨水高效贮存。
    5.6雨水高效贮存设施在草本作物根系直接利用地层间设置防渗溢流设施，将集中到的过量水量中的一部分水量，贮存到作物根系直接需水地层间的防渗贮水设施内，供作物生长需水关健期无降水、域外水补充时利用，将集中到的过量水量中的一部分水量“溢流”入渗到土壤水库中贮存供木本植物根系利用及补充地下水，。改变水存留规律与
    作物需水规律由极不同步到相趋一致, “按需定供” 的实现为农作物能获高产提供最佳的水环境。
    5.7在土层厚1米以上的耕地内能建成大于200mm日降水量的贮存设施，就地贮存200㎜以下特强降水所造成的域内、外的水流失，水带土流失，实现将雨水宏观流失的水量就地域内快速转化成抗干旱水源、水量。
    5.8实施雨水高效贮存技术能达到一次治理后当即见效，20年内有效，从技术，制度，技术和制度结合上找到了快速治理300㎜以上降水地域内水危机，防治200㎜以下日降水量水流失的捷径。
    5.9实施雨水高效贮存技术模式，能在改造后耕地上创出高产量，能引导农户按市场经济需求规律调整产业结构，把高产变成高效，年亩效益可提高5－10倍促进农民增收和农村经济的发展。
    5.10雨水高效贮存设施，将衡量耕地内雨水的治理与草本植物根系直接需水地层间水的存留和需求的各种、各类、各项定量的测量改变，由用静态的定量测量衡量动态的变量，改变为衡量的数据范围大大于各种、各类、各项定量测量指标而无须再测量衡量。
   

水的域内治理为主

小水窖，鱼鳞坑，小水库。六七十年代的大中型水库，跨流域调水设施等等，在治水史上发挥了巨大作用，但仍是微小的，并且也有板桥水库、石漫滩水库垮坝引发更大洪水的败北。……。

水的域内治理为主

实施雨水高效贮存技术能达到一次治理后当即见效，20年内有效，从技术，制度，技术和制度结合上找到了快速治理300㎜以上降水地域内水危机，防治200㎜以下日降水量水流失的捷径。