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1中國(guó)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)體系的構(gòu)建

自80年代中期提出節(jié)水農(nóng)業(yè)概念以來(lái),農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)的研究、引進(jìn)和推廣已在大范圍內(nèi)開(kāi)展。農(nóng)業(yè)節(jié)水由過(guò)去豐水高產(chǎn)型灌溉向節(jié)水優(yōu)質(zhì)型的非充分灌溉,以及充分考慮作物生理特性的主動(dòng)施加有益虧水度的調(diào)虧灌溉,畦灌向噴微灌、單一灌向肥藥聯(lián)用以及多種現(xiàn)代覆蓋材料等方面發(fā)展和組成現(xiàn)代節(jié)水系統(tǒng)工程,農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)由干旱區(qū)向半干旱半濕潤(rùn)、濕潤(rùn)區(qū)推廣,節(jié)水范疇包括節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)和旱作農(nóng)業(yè)兩個(gè)方面。

1.1節(jié)水型灌溉農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)體系

節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵在于高效節(jié)水技術(shù)體系的構(gòu)建,即根據(jù)我國(guó)各地區(qū)不同的自然地理特征、水源條件,以提高灌溉水的利用率、單方灌溉水的產(chǎn)糧數(shù)和單位降水量的生產(chǎn)力為中心,從節(jié)水機(jī)理、節(jié)水關(guān)鍵配套技術(shù)、成套節(jié)水技術(shù)的組裝集成等全方位出發(fā),強(qiáng)調(diào)各種節(jié)水技術(shù)的綜合,尋求多種農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)(包括渠系和田間工程的配套與完善、土地平整與標(biāo)準(zhǔn)田塊建設(shè)、田間灌水技術(shù)改進(jìn)、節(jié)水灌溉制度、田間保水技術(shù)、水肥耦合技術(shù)、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)水抗旱品種選育、雨水利用、節(jié)水耕作及栽培技術(shù)等)的最優(yōu)配置,形成一套綜合的由節(jié)水栽培、節(jié)水灌溉、節(jié)水管理有機(jī)結(jié)合的農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)體系。我國(guó)目前農(nóng)田灌溉面積已近5000萬(wàn)hm2,居世界首位,占全國(guó)耕地面積的1/2左右,目前農(nóng)業(yè)灌溉用水量約4000億m3,占總用水量的80%。目前許多單項(xiàng)節(jié)水技術(shù)均已達(dá)到了比較成熟的推廣應(yīng)用階段,并取得了實(shí)際應(yīng)用效果,全國(guó)累計(jì)節(jié)水灌溉面積已達(dá)1333.3萬(wàn)hm2,其中低壓管道輸水灌溉面積98萬(wàn)hm2,噴灌面積103萬(wàn)hm2,其它主要為輸水渠道防滲灌溉控制面積。但農(nóng)業(yè)用水的有效利用率還很低,渠灌區(qū)只有30%—40%,井灌區(qū)也只有60%左右,單方水生產(chǎn)糧食不足1kg。許多田間小區(qū)試驗(yàn)結(jié)果表明,在經(jīng)濟(jì)允許的條件下,若采用高效節(jié)水技術(shù)的組裝集成,將會(huì)使灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.60以上,單方灌溉水的產(chǎn)糧數(shù)提高0.5kg-1.0kg左右,通過(guò)減少灌溉水的滲漏損失使化肥在當(dāng)季的利用率在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高10%—15%。這樣,可節(jié)省農(nóng)業(yè)用水量800億m3,按毛灌溉定額7500m3/hm2計(jì),則通過(guò)節(jié)水可擴(kuò)大灌溉面積1070萬(wàn)hm2。糧食增產(chǎn)潛力很大,特別是內(nèi)蒙古“第二河套”、西北內(nèi)陸河流域、陜西“兩北三區(qū)”通過(guò)節(jié)水?dāng)U灌,平均每公頃按750kg計(jì),估算能增加400億kg糧食。同時(shí),通過(guò)節(jié)水來(lái)滿(mǎn)足“生態(tài)用水”的需求和防止地下水污染,促進(jìn)生態(tài)環(huán)境趨向良性循環(huán)。

1.2集水型旱作農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)體系

世界上干旱、半干旱地區(qū)遍及50多個(gè)國(guó)家和地區(qū),其總面積占地球陸地面積的1/3強(qiáng)。就耕地而言,目前世界耕地面積約14×108hm2,其中可灌溉的不超過(guò)15%,其余是靠天吃飯,即所謂雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)。我國(guó)干旱、半干旱及半濕潤(rùn)偏旱地區(qū)占國(guó)土面積的2/3以上,北方旱地的耕地面積約為3800萬(wàn)hm2,占全國(guó)總耕地面積的38%,水分不足是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素。因此,如何充分利用和提高有限雨水資源的農(nóng)業(yè)利用是發(fā)展旱農(nóng)的關(guān)鍵,為此,必須走集水型旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展的道路。所謂集水農(nóng)業(yè)就是指在水分不足的干旱區(qū),尤其是半干旱區(qū)(年降水量為250—550mm),現(xiàn)在可擴(kuò)展到我國(guó)南方濕潤(rùn)丘陵區(qū),人們通過(guò)采用某種人工雨水富集技術(shù)直接利用天然降水(即不需要利用經(jīng)過(guò)自然富集和轉(zhuǎn)化了的天然降水)來(lái)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的一種高效節(jié)水農(nóng)業(yè),集水農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵是通過(guò)集流區(qū)系統(tǒng)人工富集天然降水——地表地下水再分配系統(tǒng)中的無(wú)效降水部分(主要是無(wú)效蒸發(fā)部分)。例如僅甘肅的隴東、隴中和寧夏南部面積就有1.3×105km2,年均降水量486mm,年降水總量600×108m3,它相當(dāng)于黃河的年徑流總量,天然降水在下墊面的分配大約是:20%—25%形成初級(jí)生產(chǎn)力,10%—15%水土流失,60%—70%無(wú)效蒸發(fā),如果把無(wú)效降水的1/10人工富集起來(lái)就有近50×108m3,每公頃補(bǔ)灌3000m3,就可使1.67×106km2土地變成穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)田[2]。因此,在旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展的新階段——集水旱作農(nóng)業(yè),需要運(yùn)用綜合的節(jié)水技術(shù),使極為寶貴的有限降水得以有效地集蓄和高效利用。宜采用的節(jié)水技術(shù)路線為:從天然降水——地表地下水再分配規(guī)律入手,組建新的旱農(nóng)高效節(jié)水技術(shù)體系是很有必要的。我們組建了集水型旱農(nóng)高效節(jié)水技術(shù)體系(見(jiàn)表2)。主要有三個(gè)子系統(tǒng)的技術(shù)及其有機(jī)組合的支撐作物節(jié)水技術(shù)子系統(tǒng)(P)、抑蒸節(jié)水技術(shù)子系統(tǒng)(Et)和集水補(bǔ)灌節(jié)水技術(shù)子系統(tǒng)(C),從而變“被動(dòng)抗旱”為“主動(dòng)抗旱”。

1.3經(jīng)濟(jì)用水是農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)體系的主要內(nèi)容

在大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè),組建農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)體系時(shí),必須時(shí)刻注意經(jīng)濟(jì)用水這一問(wèn)題。在農(nóng)業(yè)用水、節(jié)水技術(shù)體系中引入適合于社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律和市場(chǎng)化管理機(jī)制,利用經(jīng)濟(jì)杠桿來(lái)調(diào)節(jié)供求雙方,促進(jìn)水資源的商品化和水利產(chǎn)業(yè)化。長(zhǎng)期以來(lái),我們一直把水利看成是“福利”事業(yè),對(duì)水的商品屬性幾乎沒(méi)有什么認(rèn)識(shí),供水價(jià)格和水價(jià)值的嚴(yán)重背離,一方面造成了國(guó)家水資源緊張,另一方面浪費(fèi)水的現(xiàn)象又很?chē)?yán)重,尤其是農(nóng)業(yè)用水。為此,今后在發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、組建農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)體系時(shí),在貫徹實(shí)施水利部為加強(qiáng)水利建設(shè)提出的五大體系(投資體系、管理體系、價(jià)格收費(fèi)體系、法制體系和服務(wù)體系)建設(shè)的同時(shí),必須在具體措施上優(yōu)先重點(diǎn)考慮:①改用水量以福利性為主和商品性為輔的現(xiàn)象,增加水的商品化程度;②要增加農(nóng)業(yè)用水供給的競(jìng)爭(zhēng),加強(qiáng)農(nóng)水一體化管理;③建立多元化、多渠道、多層次的水利投資體系;④逐步實(shí)現(xiàn)水利事業(yè)的產(chǎn)業(yè)化,發(fā)展水利經(jīng)濟(jì)。

221世紀(jì)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)的展望

2.1高效節(jié)水灌溉技術(shù)

傳統(tǒng)的節(jié)水灌溉技術(shù)包括節(jié)水灌溉制度、節(jié)水的輸水系統(tǒng)和節(jié)水的灌水技術(shù),其灌水方法(如限水灌溉、非充分灌溉等)追求的是田間作物根系層的充分和均勻濕潤(rùn),而控制性分根交替灌溉則強(qiáng)調(diào)從根系生長(zhǎng)空間上,改變其土壤濕潤(rùn)方式,人為控制或保持根區(qū)土壤在某個(gè)區(qū)域干燥,交替使作物根系始終有一部分生長(zhǎng)在干燥或較干燥的土壤區(qū)域中,限制該部分根系吸水,讓其產(chǎn)生水分脅迫信號(hào)傳遞至葉氣孔,形成最優(yōu)氣孔開(kāi)度,而使另一部分生長(zhǎng)在濕潤(rùn)區(qū)的根系正常吸水,減少作物奢侈的蒸騰耗水,還可減少棵間全部濕潤(rùn)時(shí)的無(wú)效蒸發(fā)和總的灌溉用水量,亦可通過(guò)對(duì)不同區(qū)域根系進(jìn)行交替干旱鍛煉和其存在的補(bǔ)償生長(zhǎng)功能而刺激根系的生長(zhǎng),提高根系對(duì)水分和養(yǎng)分的利用率,最終達(dá)到以不犧牲作物的光合產(chǎn)物積累而大量節(jié)省水量目的的一種新型灌溉節(jié)水技術(shù)。人工氣候室內(nèi)試驗(yàn)表明比全面積均勻供水方式節(jié)水34.0%—36.85%,農(nóng)田水利用效率提高40%—50%[6]。干旱缺水條件下作物調(diào)整灌溉技術(shù),其基本思想是作物的某些生理生化通通受到遺傳性或生長(zhǎng)激素的影響,在其生長(zhǎng)發(fā)育的某些時(shí)期施加一定的水分脅迫(有目的地使其有一定程度的缺水),即可影響光合產(chǎn)物向不同組織器官分配的傾斜,從而提高所需收獲的產(chǎn)量而舍棄營(yíng)養(yǎng)器官的生長(zhǎng)量和有機(jī)合成物質(zhì)的總量。噴微灌技術(shù)和田間地面灌水新技術(shù),重點(diǎn)是提高噴、微灌設(shè)備的配套水平,運(yùn)行可靠性和使用壽命。地面節(jié)水灌溉技術(shù)的關(guān)鍵在于推出一些提高灌水均勻度、田間水利用系數(shù)和灌溉效率的田間地面節(jié)水灌溉的設(shè)計(jì)技術(shù)和措施以及有利于推廣應(yīng)用的硬件技術(shù),如膜上灌水技術(shù),激光平地技術(shù)等。

2.2雨水利用技術(shù)

雨水集蓄與高效利用的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在于對(duì)雨水匯集、存貯與凈化、雨水高效利用三個(gè)環(huán)節(jié)及其配套技術(shù)。雨水匯集方式及配套技術(shù)包括雨水匯集工程設(shè)計(jì),集流場(chǎng)地的規(guī)劃設(shè)計(jì)、集流場(chǎng)地地表處理技術(shù)及集流工程系統(tǒng)的管理與維護(hù)技術(shù);雨水存貯與凈化技術(shù)包括雨水存貯設(shè)施設(shè)計(jì)與施工技術(shù)、雨水存貯設(shè)施防滲防凍技術(shù)和存貯雨水保鮮凈化技術(shù);蓄存雨水的高效利用技術(shù),包括選擇、改造和完善適宜于利用集蓄雨水灌溉的小型配套農(nóng)機(jī)具,存貯雨水合理調(diào)蓄技術(shù)和提高雨水利用效率的綜合技術(shù)。通過(guò)這些研究和推廣,可使作物增產(chǎn)30%,集流效率達(dá)到70%以上,雨水生產(chǎn)效率達(dá)到1.5kg/m3以上。

2.3農(nóng)業(yè)綜合節(jié)水技術(shù)

綜合節(jié)水技術(shù)就是把節(jié)水灌溉技術(shù)與農(nóng)業(yè)措施有機(jī)結(jié)合起來(lái),主要有:①不同節(jié)水技術(shù)所適宜的化肥耦合技術(shù);②提高農(nóng)田水分利用效率和耕作栽培技術(shù);③覆蓋保墑及節(jié)水灌溉配套技術(shù);④節(jié)水、節(jié)地、節(jié)能、高產(chǎn)、高效的綜合農(nóng)業(yè)配套技術(shù);⑤化控節(jié)水技術(shù);⑥節(jié)水農(nóng)機(jī)具及其節(jié)水配套技術(shù);⑦“四水合治”節(jié)水技術(shù);⑧多水聯(lián)灌節(jié)水技術(shù)。通過(guò)這些技術(shù)的突破和推廣應(yīng)用后,可使灌溉水的生產(chǎn)效率在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上提高10%—15%,化肥有效利用率提高10%—15%。

2.4灌區(qū)節(jié)水管理技術(shù)

灌區(qū)節(jié)水管理技術(shù)主要包括:①土壤墑情,作物旱情和水源水情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)技術(shù);②渠系水量流量調(diào)控技術(shù)及灌區(qū)動(dòng)態(tài)優(yōu)化配水技術(shù);③實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水量?jī)?yōu)化調(diào)度所需的量水自動(dòng)化技術(shù);④精確灌溉技術(shù)。