节水型农业现状与发展方向

一、节水型农业发展现状
    自60年代末70年代初，华北地区水资源紧缺问题初露端倪，从那时起，有关科研单位和高校就开始进行各种单项农业节水技术的研究。到80年代，随着对节水型农业内涵认识的不断加深，其研究工作也逐渐深入。

    在理论研究方面，水利部、中国农业科学院农田灌溉研究所、原北京农业大学、清华大学以及华北地区各省市的有关水利科研单位对华北地区的节水灌溉制度、土壤水调节利用、节水灌溉技术和节水潜力进行了研究，依据华北地区的区域条件、自然规律及社会经济发展，提出了农业节水框架和边效比概念；建立了农作物产量与水分关系的递推模型，并与优化技术相结合；完成了华北各分区不同频率年主要农作物的节水灌溉制度，提出了不同分区多种作物的经济需水量数值。对土壤水的调节利用研究表明，充分利用土壤的调节能力，浇关健水，减少灌溉次数，结合松士、覆盖、增肥等措施，可减少冬小麦生长期灌水量10％一15％。在试验基础上运用土壤水动力学及水眼盐运动规律，建立了冬小麦生长期土壤水调节模型及田间土壤墒情检测预报方法。这些研究成果为合理开发利用华北地区水资源和农业节水提供了重要依据。“七五”期间中国科学院在山东禹城采用较先进的技术手段和仪器设备进行农田蒸发观测试验，取得了大量的资料和成果，为深入评价各种测定农田蒸发的技术和方法，为研究各种农田蒸发耗水规律和作物需水量提供了依据，使我国的农田蒸发研究有了新的进展。
    在节水灌溉技术研究方面，有关科研单位对喷灌、微灌、管道输水灌溉、渠道防渗以及地面灌水技术改进方面作了较为深入的研究，并取得了一批重要成果，且已在较大面积上推广应用，目前，华北地区低压管道灌溉面积已达3000多万亩，喷灌、微灌，约450万亩。为了尽可能提高农业用水的利用率，有的科研单位已注意到向综合节水技术方面发展，根据不同类型区的自然特点，将行之有效的节水型农业技术组装配套形成综合节水技术体系用于农业生产，并获得显著的节水增产效益。“七五”期间中国农业科学院组织了9个专业所，在河南省商丘试区开展了节水型农业综合技术体系研究，从水资源开发利用、输水配水、田间灌水技术、灌溉制度、农业栽培等各个环节探讨节水潜力，通过研究，初步形成了采用中骨料机井、低压管道输水、膜上灌、节水灌溉制度、选育抗旱品种、培肥改土、施用保水剂等成套综合节水技术，实施结果，可节水25％，增产10％。在用水管理方面，利用系统分析技术管理用水等研究也取得了初步成果，农田灌溉研究所等科研单位在人民胜利渠灌区尝试，将最优化技术和微机手段应用于制定灌水方案和配水方案。在山西省利民灌区探讨了多种灌溉水源联合利用的优化调度管理模式，实施结果，灌溉水的渠系有效系数由0．64提高到0．74。
    在与节水型农业有密切关系的旱地农业研究方面，由中国农业科学院士肥所、农业气象所主持的“七五”研究课题“以提高水分利用效率为中心的作物增产技术体系”和“旱农区农田水分状况及其调控技术的研究”，在旱农区自然降水生产潜力、农田水分动态、水分平衡技术、化学制剂在旱农中的应用等方面也取得了重要进展。研究表明，华北地区的旱农区域有着巨大的生产潜力，水分利用效率一般可达 o．6—0．7kg／mm.亩，而潜力值不同，最高可达1．0一1．6kg／mm.亩，但目前平均生产潜力开发程度只有37．6％。
     1990年6月，李鹏总理到农田灌溉研究所视察并亲笔题词“开展科学研究，为节水型农业做出更大的贡献。”并下达了总理基金项目“华北地区节水型农业技术体系研究与示范”，进一步推动了节水型农业向深层次、综合性、体系化方向发展。经13个单位80余名科技人员历时三年的协同攻关，研究开发出黄土丘陵区管灌成套技术、引黄补源提灌与井灌联合运 用技术、平原贫水区低压管灌成套技术引黄补源提灌与井灌联合运用技术、坡地多种节水灌溉联合运用技术、平原贫水区低压管灌成套技术和浅井的井型结构及前浅层水开发利用技术及实验推广间歇灌水技术；研制成XXY-2型给水拉板式多孔闸管、移动式带阀软管和由双壁波纹管、三通、弯头蝶型闸门、输水消能软管等组成的多孔闸管和滤料塞式滤水井管；实施综合节水灌溉模式与灌溉预报、选用耐旱品种、采用合理施肥、培肥土壤、合理密植，建立高效低耗群体结构、冬小麦—夏玉米节水高产的水肥合理运筹和水、高产、高效模式化栽培等农业节水技术和管理节水技术，形成了适合于不同类型区应用的节水型农业技术体系。建成的河南清丰、山西夏县、河北廊坊三个示范区采用综合节水农业技术后，各示范区比建成前三年平均粮食亩产分别增长39．7％、71．5％和104％；节水30．4％、45．5％和55％;l水分生产率提高686％、30％和96％。目前已推广的节水工程面积近50万亩，取得了1．8亿元经济效益，为华北地区大面积发展节水型农业提供了成套适用技术树立了样板。

                           二、存 在 问 题

    目前，就华北地区总体情况看，灌区普遍存在以下五方面的问题。
    (一)工程老化失修情况未得到扭转，灌溉效益仍在不断衰减
    据统计，1984年山西省全省108个万亩自流灌区有18个超过折旧年限，占万亩自流灌区有效灌溉面积的39％；使用年限在30—40年的灌区有40处，占有效灌溉面积的43．8％ 有40％的机电排灌设备老化失修，每年约8％的机井报废。河北省50万眼配套机并已有20万眼到了更新年限，1985年报废4万眼；有30％的闸涵，40％的扬水站，25％的堤防已不能正常运行，供水能力大幅度衰减，农田灌溉面积逐年减少，单位流量日浇地效率明显下降。灌溉工程的这种状况，严重制约着该地区农业生产的发展。
    (二)一些灌区水源紧缺状况日益加剧
    因水源紧缺，一些原农用水源，近年来已部分或全部改为城市和工业供水，山西省原农业用水被转作他用的约2亿m3。
    (三)灌水技术比较落后，水利用率低
    据统计，华北四省二市1990年的喷灌、微灌面积约为450万亩，只占总面积的2．4％。1993年的低压管道灌溉面积约3000万亩，也只占总灌溉面积的15％。渠道防渗所占比例也不大，据1992一1993年统计，河北省10万亩以上的灌区防渗渠总长度占渠道总长度的8．6％，万亩以上10万亩以下的防渗渠长度占渠道总长度平均为15．9％，其中黑龙港及运东地区基本没有防渗。山西省渠道防渗长度占固定渠道长度的27．1％，其中引泉灌区和机电提水灌区防渗程度较高，分别为31．1％和34．5％ ;水库灌区防渗比例为14．2％;渠首无水库的河水灌区为23．9％。引洪灌区没有防渗。山东省鲁西北地区渠道防渗长度占固定渠道长度的1．40％，鲁中地区防渗比例为．7％，胶东地区防渗比例为13．5％。北京市渠道防渗比例为21．7％。
    由于灌区大部分采用的是比较落后的传统灌水技术，因此在现有灌溉水资源的利用上浪费相当严重，一般自流灌区渠系水的有效系数仅0．4左右，井灌区一般也仅0．65左右。
   (四)管理水平低，节水意识淡薄
    80年代以来，由于农业体制改变后水利管理体制改革跟不上，形成工程管理差、群众浇地难、水利工程难以为继的被动局面。加之水利管理单位一时还不能做到按成本收费，不能自我维持，一般能自给的只占 l／3。全区国有灌区在管理体制上，目前实行的是“事业性质，企业管理”，实行按量计费。管理部门为了维持自身生存，节水则意味着减少收入，因而节水意识淡薄。
   (五)投入不足，灌溉面积减少
    据1985一1987年统计资料表明，华北地区有效灌溉面积年平均递减3．54％，两年减少98万亩。造成这种状况的原因很多，如工程老化失修、水源不足，基建占地及管理水平低下等。但归根到底是投入不足、无力对灌区进行有效的更新、维护和重建，更谈不上大规模发展。

                     三、节水型农业发展方向
    (一)加强灌区技术改造，促进高产、优质、高效农业发展
    (l)根据当地自然气候、水资源、农业生产和社会经济的特点确定灌区发展方向：在水源充沛地区，以提高输水效率，不断改进灌水技术，保证农作物适时适量灌溉，实现高产稳产在缺水地区，要因地制宜，发展节水技术，提高单位水量的利用率和最大效益。
    (2)目前应从搞好渠道防渗、建筑物的维护和更新以及田间工程配套人手进行灌区工程的技术改造：这是实现安全输水，减少损失，用好水，浇好地的工程基础。从近年来国内外情况看，灌溉渠系实现管道化已成为各国灌区工程技术改造的主趋势。
    原苏联在1965年以前，重工轻农，98％的灌溉渠道是土渠，加之无偿供水，农田普遍存在过量灌水，致使排水不良，盐渍化土壤逐年增加。据1988年统计，全国盐渍化面积约占总耕地的20％。1985年以后，政府采取了工农并重的政策，使灌溉面积和管道输水面积均得到较大的发展。并又规定新灌区的渠系水利用系数需达0．9，促使实现管道化。
    日本于6O年代初，先在旱地灌溉系统中采用管道代替明渠，并在短短的十年间就得到了普及。70年代末，又开始用大型管道代替干渠，到1985年，新建灌溉渠系的50％以上都实现了管道化。
   (3)加强水利措施与农业措施相结合：根据当地情况，因地制宜采用适水种植，合理配水、水肥结合、综合调控的节水型种植结构及相应的节水栽培技术，使工程节水、农业节水、生物节水有机结合，以实现节水、高产、优质、高效的目标。
   (二)在缺水地区应优先发展节水灌溉技术
    在缺水地区尤其是山丘地区发展常规灌溉不仅受水资源的限制，而且地形复杂，工程艰巨，田间工程和平整土地投入大，发展节水灌溉技术既可以节省田间工程建设、平整土地的投入，节水增产，减少亩均水源工程费用，又可促进“两高一优”农业的发展。如山西省阳城县大李村针对丘陵地区地形复杂、土地破碎、土层薄的特点发展滴灌。自1985年以来，452亩滴灌示范区年均灌溉定额130m3／亩，比畦灌减少121．2m3／亩；滴灌地亩产值721．7元，比畦灌增加15％左右。
在先进国家，喷灌、微灌等节水灌溉技术已成为灌溉发展的主流。据统计，全世界喷灌面积1937年仅为150万亩，1987年已达3亿亩，年增长率 l1．4％ l全世界微灌面积1981年为666万亩，1991年达2653．5万亩，十年间增长了3．3倍。据国内外发展情况看，喷灌、微灌技术的发展趋向是：①朝低压节能型发展；②喷灌、微灌相互借鉴，共同发展；②积极开展多目标利用 ;④设备性能得以不断完善、提高；⑥产品日趋标准化、系列化；⑥运行管理自动化。
   (三)重视改进地面灌水技术
多年来，很多国家都曾一度把节水研究注意力几乎全部集中于喷灌、微灌技术上，而随着能源的紧张，迫使人们又重新重视对常规灌水方法的改进与发展，并创造了许多全新的方法。如绳索控制灌溉、坡地水管灌溉、波涌灌溉、地下浸润灌溉、负压差灌溉、土壤网灌溉、集水灌溉、皿灌、水平畦灌溉等。这些方法在节约灌溉用水方面各有利弊，也各有适合条件。有的已在华北一些地区得以试验和采用，如波涌灌溉技术，今后应继续提高、完善，并配合低压管道输水灌溉加以推广。
   (四)进一步加强灌溉用水管理，开拓节水的新途径
  1．制定节水灌溉制度
  今后需继续研究的领域和问题如下：①土壤—植物—大气连续体(SPAC)各个部分的“水势”和阻力分布规律，系统中各个环节之间的相互反馈以及外界环境条件对连续体内水分运移能量和阻力的影响；⑨根据 SPAC水分运移机理，能量平衡和作物本身的自我调节机制建立气孔阻力和叶水势的动态计算模式；⑧研究 SPAC水分运移的热量交换关系，进一步弄清该系统的水热耦合运移机制；④研究多气孔相对蒸腾速率和土壤基质势的关系，找出不同大气蒸发力条件下相对蒸腾速率减少时的临界土水势，为土壤水对植物有效性的评价提供依据；⑥研究非充分灌水条件下的根系吸水和土壤水分运动规律，以此来计算灌溉水和作物根系吸水量之间的转化效率，确定最佳灌水定额，以提高水有效利用率，为节水灌溉服务。
  2．重视田问水管理和农民参与
田间水管理是灌溉水管理的重要组成部分；而田间水管理的好坏又在很大程度上依赖
于农民的参与。在斯里兰卡 Minipe灌区，农民参与管理一年，下游地区的供水流量就增加了30％。在印度 Pochampad灌区，由于农民们自己建立了管道输水协调委员会，合理调配水量，使灌溉面积扩大了25％一30％。山东省从1980年起在引黄灌区开始实行分级供水，用水计量、按方收费，充分调动了水管部门和群众的两个积极性，提高了水利用率，年节水15．3亿 m3，节电3315万kW．h，节水扩浇394．5万亩，灌溉水利用率1992年比1982年提高了15%。
  3．促进灌溉管理向自动化发展
  随着科技的发展，各国普遍开始采用计算机、电测、遥感等新技术来加强灌区用水信息采集、加工、进行自动化管理。
  日本于80年代初新建或改建的灌区，大多从渠首到各分水点部安装有遥测、遥控装置。中央管理所集中监测并发布指令，遥控闸门、水泵的启闭，进行分水和配水。
  以色列无论大小灌区，全部采用自动化控制，从而能有效利用水源和能源，与使用计算机前相比，省水节能10％一30％；增产10％左右，节省用于阀门、闸门操作和支管检查等的时间 l一2天。
   (五)积极稳妥地开辟灌溉新水源
    1．开发利用地下成水
根据河北省南皮县的十年定位研究，咸水灌溉作物增产效果十分明显，用2—4g／L咸
水灌溉的小麦亩产242kg，夏玉米315kg，用4—6g／L的咸水灌溉的小麦亩产195kg，夏玉米269．1kg，增产幅度较大。但应注意对盐分的控制，在一般年份以2—4g／L，咸水灌溉较为稳妥，掌握不旱不浇，咸淡水轮灌或混合灌，并结合采取农业措施。
    2．发展污水灌溉是污水资源化的一条重要途径
据预测，到2000年和2020年华北地区工业和生活用水取水量将分别达到171亿 m3和
303亿 m3，污水排放量分别达到150和249亿 m3。这些城市污水如果经过处理达到灌溉用水水质标准，则可大大缓解农业缺水的紧张状况，减轻农业调水的沉重负担，同时也可缓解城乡争水的矛盾。
    国内外均有许多成功经验可供借鉴。美国50个州中有45个采用污水灌溉。原苏联80年代初已有50％的污水，包括大部分工业废水，用于农田灌溉。以色列污水利用率，目前已达70％，居世界首位，其中 l／3用于灌溉，约占总灌溉水量的 l／5。据农业部统计，目前我国的污水灌溉面积已达5000万亩。