中国的农业节水技术与措施

中国的农业节水技术与措施刘天鹏，刘建斌，刘庆祖，卢变勤，武瑛甘肃农业大学林学院，（730070）E-mail：[e-mail]摘要：我国是水资源比较贫乏的国家之一，但我国的用水结构不合理、浪费严重、农业用水技术的落后；此外，我国土地资源先天性不足，加之人为破坏和不合理利用，导致土壤退化等一系列问题，严重制约了我国农业的可持续发展。面对严峻的农业用水形势，推广农业节水技术与措施具有重大的意义。关键词：水资源，节水技术，农业1.引言水是人类赖以生存和发展的基础，是一种动的可更新的资源。但是近几十年来，全球水资源短缺问题日趋严重。我国的大部分地表和地下水源水质也呈恶化趋势，工农业和生活用水形势不容乐观。尤其在干旱、半干旱地区，用水问题更加紧张。而我国的农业用水量占总用水量的比例昀大，达70.4%。因此，在这种严峻形势下，推广农业节水技术和措施，可暂时缓解巨大用水压力，加速我国的可持续发展。2.中国的水资源及其利用现状水是人类赖以生存和发展的宝贵资源。没有水就没有生命，也就没有人类社会。水在我们的日常生活中起着重要作用，可以说任何生物都离不开水而存活。2.1中国水资源现状我国是一个地大物博、资源丰富的国家。但是，从人均占有资源来看，我国又是一个资源贫乏的国家。诚然，人均水资源也非常贫乏。2.1.1地表水资源量2004年全国地表水资源量23126亿立方米，折合径流深244毫米，比常年值减少13.4%。北方六区地表水资源量比常年值偏少15.2%，南方四区比常年值偏少13.0%。在各省级行政区中，地表水资源量比常年值偏多的只有山东、西藏、新疆、上海4个省（自治区、直辖市），除山东偏多18.3%外，其他3省（自治区、直辖市）偏多程度均低于7%；比常年值偏少的27个省（自治区、直辖市）中，北京、江苏、河北、海南偏少四成以上，福建、甘肃、广东、江西和山西偏少四成至三成。2004年，从国外流入我国境内的水量为179亿立方米，从国内流出国境的水量为6094亿立方米，流入国际界河的水量为970亿立方米，入海水量为12921亿立方米。2.1.2地下水资源量2004年全国矿化度小于或等于2克/升的地下水资源量为7436亿立方米，比常年值减少7.8%。平原区地下水资源量为1642亿立方米，加上井灌回归补给量后的总补给量为1704亿立方米。北方六区平原地下水总补给量为1379亿立方米，占全国平原区总补给量的81%，其中降水入渗补给量、地表水体入渗补给量、山前侧渗补给量和井灌回归补给量分别占51.2%、36.3%、8.0%和4.5%。地下水资源量大部分与地表水资源量重复，不重复量仅1003亿立方米。-1-年全国水资源总量（地表水资源量与不重复量之和）为24130亿立方米，比常年值减少12.9%。北方六区水资源总量4589亿立方米（占全国的19.0%），比常年值减少12.7%；南方四区水资源总量19541亿立方米（占全国的81.0%），比常年值减少13.0%。全国产水总量占降水总量的42.4%，平均每平方公里产水25.5万立方米[1,2,3]。由此可见，我国的用水问题还相当严峻，节约用水势在必行。2.2水资源利用现状2004年全国总用水量5548亿立方米，其中生活用水占11.7%，工业用水占22.2%，农业用水占64.6%，生态用水（仅包括人为措施供给的城镇环境用水和部分河湖、湿地补水）占1.5%。按生活（单指居民生活）、生产、生态用水划分，生活用水占8.0%，生产用水占90.5%，生态用水占1.5%。与2003年比较，全国总用水量增加227亿立方米，其中农业用水增加153亿立方米，工业用水增加52亿立方米（其中火电用水增加48亿立方米），生活用水增加20亿立方米，生态用水略有增加[4,5,6]。由以上数据资料看出，我国的农业用水占用水量的绝大部分。因此，在农业中推行节水技术措施具有极大意义。3.新型农业节水技术我国农业自古以来，采用明渠输水、大水漫灌的方式发展农业，而且灌溉面积在不断增大。我国是一个人口大国，我们要解决十几亿人的吃饭问题，要发展我国的国民经济，必须改变目前的大水漫灌的灌溉方式，发展节水灌溉技术，这是我国发展农业的出路，是带有战略性的大事。但昀近几十年来，随着科学技术的不断发展，我国也相即出现了一些灌溉的新技术、新措施。喷灌已得到广泛应用，目前滴灌和渗灌由于成本较高，虽仅在部分地区得到试用，但也将会随着成本的降低得到推广。3.1喷灌技术喷灌技术:该技术是将灌溉水加压，通过管道，由喷水嘴将水喷洒到灌溉地上，喷灌是目前大田作物较理想的灌溉方式，与地面输水灌溉相比喷灌一般能节水50%~60%。但喷灌所用管道需要压力高，设备投资较大，能耗较大。目前多在高效经济作物或经济条件好、生产水平较高的地区应用。既适用于平原地区也适用于山区地区，多采用移动式，特别在地形起伏较大、土壤透水性强、采用地面灌溉困难的地方采用喷灌效益更为显著。与土渠相比一般可节水35%[16,18]。3.2滴灌技术滴灌技术即根据不同的作物需求，通过特殊的滴接管、把加入养分的水一滴一滴地输送到作物的根部，什么时候滴灌，什么时候不灌、灌多长时间，都要经心策划，自动控制。3.2.1滴灌技术的优点1）用水效率昀高2）使农产品高产优质高效3)节省用工和方便田间管理4）适用性广5)减轻盐碱对作物的危害6)滴灌施肥提高肥力[18,22]。3.2.2滴灌技术的缺点-2-)堵塞问题2)灌水均匀度不易控制3)不利于种子发芽和苗期生长4)运行管理要求高5)一定程度上也受外部环境的影响[25，26]3.3渗灌技术渗灌和滴灌的不同点在于滴灌是在土壤表面施行灌溉，而渗灌技术则在植物根部直接向作物提供水分和营养。渗灌的优点有以下几方面：1）渗灌管的主要成分之一是废橡胶粉末，做到废物利用，而且解决了废轮胎、废橡胶造成的环境污染；2）渗灌管与滴灌管一样，没有复杂的迷宫式或内环管式结构，加工工艺比较简单，使用寿命超过10年，因此操作维护也比较筒单；3）渗灌技术是水通过管壁的微孔均匀渗出的，这些微孔形状不一，方向也不相同，微孔直径很小，解决了管道的堵塞问题，用水也比一般的滴灌要均匀；4）渗灌管埋没在地下，不会影响地面的作物生长和田间劳动；5）用水量小，节水量达75．2％，比滴灌的节水量还要多。[7,9,18,20]3.4雾灌技术是微灌的一种，是近年发展起来的一种节水灌溉技术，并集喷、滴灌技术之长，避二者之短。因是低压运行，大多是局部灌溉，故比喷灌更为节水、节能；比滴灌抗堵塞，供水快。雾灌是通过有压管网将加压的水输送到田间，再经过特制的雾化喷头将水喷洒呈雾状进行灌溉，雾溜雨墒直径小于0.5mm，洒水如“牛毛细雨”，使作物处于云雾覆盖中，既补充了土壤水分，同时又可增加作物的株间湿度，调节株间温度，改善田间小气候。几年来，用于茶叶、柑桔、果树、食用菌、蔬菜、林、花卉等经济作物海溉，节水、增产效果十分显著[22]。4.地面灌溉技术目前昀普遍的地面灌溉方法是畦灌和块灌。畦灌用水量一般较小，但用水量和渗漏量随畦长而增大。如果畦田太短，则灌水时间增加，引起灌水劳动量的增加，轮灌时间拖长和管理不便。因此要严格控制畦的长度，因地制宜，学习农民群众的生产实践经验。4.1长畦分段灌溉法在干旱缺水地区推行的“长畦分段灌溉法”(以下简称分段灌溉)，是将一条长畦分为若干个没有横向畦埂的小段．用塑料软管或地面纵向输水沟将灌溉水送入畦内的一种灌水方法。灌水时可自下而上，也可自上而下(土沟输水)，直至灌完全畦，这种方法在陕西关中西部、新疆及山东得到应用。实践证明，长畦分段灌溉法具有省水、节能、灌溉效率高、投资少、效益大等优点。但是，长畦分段灌溉法目前在实际运用中尚有不科学之处，其主要问题是如何控制进水口间距以保证实现定额灌溉和较高的灌水质量[8]。4.2块灌法块灌法在中国农田灌溉事业发展中已有上千年历史。目前，在中国甘肃、宁夏、内蒙古、新疆等省(自治区)广大地势平坦的灌区，群众普遍采用块灌法。例如，据甘肃省水利工程管理局统计，1992年全省实灌面积中，块灌面积达到62.6％。水平畦灌法是块灌法中田块纵、横向田面坡度为零的畦块田灌水方法。实施灌水时，通常灌块的流量很大，以使入畦块水流能在很短时间内迅速覆盖整个畦块田面，水平畦灌法具有灌水技术要求低、节省劳力、灌水效率高，并能拦蓄天然降水、减少土壤侵蚀、方便田间-3-管理和适宜机械化耕作，以及可自接应用于冲洗盐碱地等优点[8]。4.3涌流灌溉改进放水方式，把传统的沟、畦一次放水改为间歇放水，进行间歇灌，被称为是80年代地面灌水技术的一大突破。间歇放水，使水流呈波涌状推进，由于土壤孔隙会自行封闭，在土壤表层形成一薄封闭层，水流推进速度快。在用相同水量灌水时，间歇灌水流前进距离为连续灌的1～3倍，从而大大减少了深层渗漏，提高了灌水均匀度，田间水利用系数可达0.8～0.9。一些试验结果表明，间歇灌比连续沟灌节水38%，省时一半左右；比连续畦灌节水26%，省水1/3左右[17]。4.4膜上灌膜上灌是我国在地膜覆盖栽培技术的基础上发展起来的一种新的地面灌溉方法。它是将地膜平铺于畦中或沟中，畦、沟全部被地膜所覆盖，从而实现利用地膜输水，并通过作物的放苗孔和专设灌水孔入渗给作物供水的灌溉方法。由于放苗孔和专设灌水孔只占田间灌溉面积的1%～5%，其他面积主要依靠旁侧渗水湿润，因而膜上灌实际上也是一种局部灌溉。地膜栽培和膜上灌结合后具有节水、保肥、提高地温、抑制杂草生长和促进作物高产、优质、早熟及灌水质量高等特点。生产试验表明：膜上灌与常规沟灌相比，棉花节水40.8%，增产皮棉5.12%，霜前花增加15%；玉米节水58%，增产51.8%；瓜菜节水25%以上。目前，新疆采用膜上灌的农田已达23.33hm2，甘肃、河南等省也已开始推广。膜上灌作为一种新的具有中国特色的灌水技术，为了使其更加趋于成熟和完善，从而在北方缺水地区能得以大面积推广。4.5水稻控制灌溉技术4.5.1稻田干湿交替灌溉技术开发出了稻田“干湿交替”、“浅湿浅”灌溉技术，无水层控制灌溉技术，育苗时旱育稀植技术等;开发出了水稻灌区大格田化技术和水稻泡田与耕作结合技术。目标:淘汰水稻长期淹灌技术，杜绝稻田串灌串排技术。重点:建立稻田适宜水层标准、土壤水分控制指标、晒田技术及相应的灌溉制度[12]。4.5.2稻田水分控制该方式为：稻田返青期保持5~30mm的水层，以后各生育阶段不需保留水层，土壤湿润上限期饱和含水率，下限为饱和含水率的60%~70%,黄熟期断水。在这种灌水技术条件下，有利于调节土壤的水、肥、气、热状况，从而促进水稻的生长。试验和推广表明，这种灌水技术比常规淹灌可节水40%，增产9%[11,12,13]。5．西北地区节水农业的几种用水类型及其农业节水的途径节水农业是充分利用天然降水和可用的水资源，采取水利和农业措施，提高水的利用率和生产效率，并创造出有利于农业持续发展的生态环境的农业。西北地区的节水农业包括节水灌溉农业、节水集流补充灌溉农业和节水旱地农业3种用水类型。5.1西北地区节水农业的3种用水类型-4-节水灌溉农业为节约灌溉水资源，根据作物需水规律和灌溉可供水状况，昀大限度地减少输、配、灌水过程中的水量损失，并实现高产、高效；或把有限的灌溉水量昀佳地供给到作物生育期，使单位水量投入的产出昀大。同时创造出有利于农业持续发展的农田生态环境，它主要通过渠道衬砌、配套田间工程、土地平整、采用低压管道节水灌溉及喷灌、小块〔小畦)灌等节水灌溉技术与节水型灌溉制度，实施分级供水、按量计费和灌溉预报等节水型管理制度，并与节水增产栽培技术、农业结构调整、地表覆盖、土壤培肥等提高作物水分利用效率的农业技术相结合，达到节水增产、增益的目的。5.1.2节水集流补充灌溉农业没有固定的地面灌