河南省節水潛力及實施半旱地農業可行性研究

黃修橋，王景雷

(1.水利部中國農業科學院農田灌溉研究所，河南新鄉453002;2.農業部作物需水與調控重點開放實驗室，河南新鄉453002)

1 前言

河南省糧食播種面積和產量均占全國的10%左右，是國家確定的重要糧食生產核心區。最近國務院出臺的“關于支持河南省加快建設中原經濟區的指導意見”中更是將加強河南省糧食生產能力建設提升到保障國家糧食安全的高度。雖然河南省糧食產量取得了“七連增”，夏糧生產取得了“九連增”，但由于河南省水資源匱乏，有限的可耕地大多分布在降水量小于1 000 mm的常年灌溉帶和不穩定灌溉帶，農業生產對灌溉的依賴性極強，要保證糧食的增產穩產，必須把提高水資源的利用效率和效益作為糧食再上新臺階的主攻方向。

目前，河南省有效灌溉面積與解放初期相比增長了12倍，91%以上的低洼易澇農田和87%以上的鹽堿地得到了不同程度的治理，已經初步形成除澇與灌溉相結合的比較完善的工程體系。但由于水利基礎設施大多興修于20世紀80年代以前，工程老化失修嚴重，導致農業灌溉水的利用率也僅為40% ～55%，糧食作物的水分利用效率(WUE)為1.2 kg/m3左右，因此在現有灌溉工程措施的基礎上，將節水灌溉措施與干旱半干旱地區應用比較成熟的旱地節水農業措施有機結合，探索河南省實施半旱地農業的可行性及農業水資源的安全高效利用技術或模式，對于促進中原經濟區糧食生產能力建設和維護我國糧食安全均具有一定的現實意義。

2 河南省農田水利及節水灌溉發展現狀

河南省十分重視水利建設，特別是從1991年以來，通過開展“紅旗渠精神杯”競賽活動等，農田水利建設取得長足發展。截至2008年底，全省共有各類水庫2 344座，總庫容400.81×108m3;全省有效灌溉面積達到4 989.2×103hm2，旱澇保收面積達到3 992.5 ×103hm2，初步治理水土流失面積4 347.98×103hm2，興建村鎮供水工程2 617處，解決了農村1 108萬人的飲水安全問題。近年來，節水農業技術應用有了長足發展。據統計，節水灌溉面積從2003年的1 171.61×103hm2增加到2008年底的1 412.18×103hm2，6年間發展節水灌溉面積240.57×103hm2，增加了20.5%。2003—2008年節水灌溉面積發展情況見表1[1]。

表1 河南省節水灌溉面積(2003—2008)Table 1 Water saving irrigation area in Henan Province(2003—2008)

節水灌溉的蓬勃發展和農民節水意識的普遍提高，使得大型灌區、中型灌區、井灌區的灌溉水利用系數分別從1997年的0.36、0.40、0.58增加到2008年的0.421、0.436和0.660。經過十余年的發展，大型灌區和井灌區經過節水技術改造灌溉水利用系數提高幅度較大，而目前中型灌區由于國家投入有限，灌溉水利用系數提高并不大。

3 農業節水潛力分析

這里的農業節水潛力是指通過一定的技術手段而節省的灌溉用水量，這部分用水量可以被再利用，例如可以擴大灌溉面積或者用于保障環境用水等，而不是所謂的水資源量[2]。

將河南省灌溉面積分為大型灌區、中型灌區、小型灌區和純井灌區4種類型，每種類型的灌區均選擇相應數目的典型灌區。首先根據典型灌區的氣象和土壤條件利用FAO56推薦的作物需水量計算方法估算主要作物的需水量[3]，然后根據土壤和每種作物生育期降雨情況確定每種作物的有效降雨量，進而確定每種作物的凈灌溉定額[4]，最后根據典型灌區的作物種植結構確定灌區的凈灌溉需水量，根據現狀年的典型灌區的平均灌溉用水量減去凈灌溉需水量即為典型灌區的農業節水潛力，這個數值是通過提高灌溉水利用效率所能達到的最大節水潛力，可以根據節水灌溉的發展程度來確定不同水平年的節水潛力[5，6]。

綜合考慮了河南省各類灌區的工程設施狀況、管理水平、灌溉水源條件(提水、自流引水)、作物種類和種植結構、地形地貌等因素。同類型樣點灌區重點兼顧不同工程設施狀況和管理水平等，使選擇的樣點灌區綜合后能代表河南省該類型灌區的平均情況。最終選擇了大型灌區35處，中型灌區15處，小型灌區22處，純井灌區24處。

根據目前節水農業投入和灌溉管理狀況，灌溉水利用系數基本上每年增加0.005左右，這里按照每年灌溉水利用系數增加0.005進行2015年、2020年和2030年節水潛力的估算。

根據中國農業科學院作物科學研究所、中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心、石家莊農業科學院和河北省旱作農業研究所等的研究，通過種植抗旱節水品種和充分利用天然降雨，在產量基本相同的情況下，作物耗水量可以降低1/3左右，但這是通過生物措施(節水品種)、農藝措施、工程措施和管理措施共同作用的結果，這里綜合考慮各種措施作用的合理分攤，擬定2015年、2020年和2030年作物綜合凈灌溉定額分別比現狀減少15 mm(150 m3/hm2)，22.5 mm(225 m3/hm2)和30 mm(300 m3/hm2)。綜合考慮品種節水及灌溉用水效率提高估算的河南省不同類型灌區節水潛力結果見表2。

表2 河南省不同類型灌區節水潛力Table 2 Water saving potential different type irrigate district in Henan Province

將每種類型的節水潛力換算為單位面積上的節水潛力，然后根據每個分區各類灌區規模所占比例推算各區的節水潛力[7]，繪制河南省不同年份的節水潛力分布圖(見圖1)。

圖1 河南省不同水平年節水潛力空間分布Fig.1 Spatial distribution of water saving potential in different years in Henan Province

4 實施半旱地農業的可行性分析

4.1 降水資源分析與利用現狀

河南省地處黃、淮、海、長江四大流域，自然地理條件復雜，氣象、水資源、土壤等條件差異較大，為合理分析確定農作物降雨利用情況，根據《河南省綜合農業區劃》、《河南土壤區劃》、《河南省農業氣候區劃》及《河南省水利區劃簡明報告》等資料，綜合考慮地形地貌、水資源、土壤類型、水文氣象以及行政區劃等條件，將全省農業灌溉類型劃分為4個二級區和8個三級區。4個二級區分別為黃淮海平原區Ⅰ、豫北豫中區Ⅱ、豫西區Ⅲ和江淮區Ⅳ。8個三級區分別為豫北平原區Ⅰ1、豫東平原區Ⅰ2、淮北平原區Ⅰ3、豫北山區Ⅱ1、豫中區Ⅱ2、豫西區Ⅲ、南陽盆地區Ⅳ1和淮南區Ⅳ2(見圖2)。在8個節水分區內選擇典型灌區或站點分別進行降水資源利用的分析評價。各分區代表性站點的多年月平均降雨分布情況見表3。

圖2 河南省節水灌溉分區Fig.2 Zoning of water-saving irrigation in Henan Province

表3 代表性站點多年月平均降水分布Table 3 Distribution of the monthly mean precipitation at representative stations

從表3可看出，各站點降雨量大都集中在6—9月份，其中河南北部Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅱ1區4個月的降雨量占年度總降雨量的63%以上，河南南部的Ⅳ1、Ⅳ2區4個月的降雨量也占到年度總降雨量的60%左右。

在確定主要作物生育期的基礎上，確定了各分區典型站點主要作物生育期降雨量分布如表4、表5所示。

表4 各分區典型站點冬小麥生育期降雨量Table 4 Monthly mean precipitation in growing stages of winter wheat at representative stations mm

表5 典型站點夏玉米生育期降雨量分布Table 5 Monthly mean precipitation in growing stages of summer maize at representative stations

從表4和表5可看出，由于河南省小麥生育期在10月至翌年的5月底或6月初，因此小麥生育期降雨量相對偏少，只有駐馬店和信陽的全生育期降雨量在400 mm以上，其他地方都在350 mm以下，豫北的新鄉小麥生育期降雨量甚至不到200 mm。而玉米生育期幾乎與降雨同步，各區生育期降雨量均在290 mm以上南部的Ⅳ1、Ⅳ2區都在400 mm以上。

4.2 典型站點主要作物需水量、有效降水量及其產量

收集整理各典型站點的氣象數據、主要作物生育期和作物需水量資料[8]，得到各分區主要作物需水量、有效降雨量即平均產量(見表6和表7)。

表6 典型站點冬小麥各生育期需水量及有效降雨量Table 6 Water requirements and effective precipitation in growing stages of winter wheat at representative stations

表7 典型站點玉米各生育期需水量及有效降雨量Table 7 Water requirements and effective precipitation in growing stages of summer maize at representative stations

從表6和表7可看出，河南北部小麥需要灌溉2～3水才能基本滿足小麥的生長需要，而玉米大多數地方灌溉1水即可滿足生長需要，河南南部的南陽、信陽等地基本上不需要灌溉即可滿足作物生長需要。

4.3 不同分區實施半旱地農業的可行性分析

根據各分區種植結構、水利工程、降雨利用和水資源開發難易程度等綜合考慮，分析確定各分區采用的技術措施如下:

豫西、豫西北山地丘陵區水利設施缺乏，水資源開發利用困難，作物生育期具有一定的降雨，應該積極推行集雨節灌等農業措施。

豫北、豫東等地是我國重要的糧棉油生產基地，河南省確定的糧食核心區，對水資源的保障率要求較高，也具有較好的引、提水設施和輸配水設施，應積極實施水旱結合措施，提高水資源的利用效率和效益。

南陽盆地、淮南山丘區降雨量較大，平水年基本上不需要灌溉即可基本滿足作物生長需要，可推行半旱地農業。

5 發展半旱地農業的主要技術措施

5.1 進一步抓好水源工程建設與改造

5.1.1 興建一批中小型灌溉水庫和引水設施

河南河流眾多，北部是黃河的中下游地段，南方也有淮河發源，現又有南水北調工程通過。目前中小型水庫及引水設施的建設重點多集中在黃河等大江大河上，而中小河流也可適度發展，坑塘引水也有一定的發展潛力。一方面要對新建中小型水庫或引水設施進行合理規劃，全面統籌各個引黃灌區用水調度要求，另一方面要加快現有中小型水庫的除險加固和引水渠道的清淤。

5.1.2 更新、修復和新打一批機井，合理開采地下水

在豫東、豫南等地，更新、修復和新打一批機井。通過機井合理布局、修復與井型結構及成井技術的改進，提出與之適應的地下水開發利用關鍵技術，結合地下水與地表水聯合應用的時空調度和監控技術以及評價體系的建立，解決制約地下水資源可持續利用的關鍵技術。

5.1.3 適當發展農村集雨工程建設

使用集雨工程可解決降水時間分布不均問題，有效利用夏秋多余水分灌溉冬春作物。集雨工程可修建在地表水、地下水匱乏地區或者雖有其他水源、但使用不便，如豫西伏牛山區，太行山東麓及林州盆地。這3個地區的自然環境等特點應修建水窖、水池，采用集雨節灌技術進行節水灌溉。

5.1.4 積極開展再生水灌區建設試點

在鄭州等中心城市郊區，建設若干以再生水為水源的灌區。再生水是指對排放的污水進行處理后達到某種使用要求的水資源。采用再生水灌溉農田必須滿足《農業用水水質要求》等相關規范要求。

5.2 以支撐現代農業為目的，完善輸配水工程

5.2.1 對現有骨干渠道進行防滲襯砌，提高輸水能力

黃、淮兩岸和豫南的大中型自流灌區，應抓緊進行節水改建配套，對大型骨干渠道進行襯砌，提高輸水能力，減少輸水損失。

5.2.2 合理發展管道輸水技術

在地面平坦開闊的井灌區，有經濟條件地區可采用管道輸水代替渠道灌溉。

5.2.3 推廣應用精確量水技術

減少水的浪費，首先需要對各個階段的過水量進行有效監控，這就需要精確量水技術。目前量水設備包括巴歇爾槽等固定在渠道的水泥砌體，也有超聲波等移動便攜式量水設備，國內對干渠等量水設備已基本應用，而斗渠以下量水技術尚待改進。量水技術在井渠灌區都可使用，可準確表征用水量，進而對水資源的統一調配提供工程技術支撐。

5.3 大力發展田間節水灌溉工程

堅持水旱結合，灌區節水與旱地節水建設并重，工程措施與農業措施互補，重點推廣低壓管道輸水、大田噴灌、棉花膜下滴灌等高效節水灌溉技術，秸桿覆蓋、地膜覆蓋、抗旱抑蒸劑、保水劑、優良耐旱品種等農業節水技術。

5.3.1 重視地面灌溉節水技術

現階段適合河南省應用的地面灌溉節水技術很多，如長畦改短畦、寬畦改窄畦，實現園田化小畦灌溉;隔溝灌、細流溝灌;精耕細作，平整土地;覆膜灌溉、坐水點種等。這些技術投入很低，農民易于掌握，節水效果也比較明顯，特別適宜目前農村生產責任制三十年不變的管理體制，應提倡大力發展。在經濟實力較強、農民技術水平較高的地區，也可以試用波涌灌、采用激光平地進行水平畦田灌等新型的地面灌溉節水技術。

5.3.2 有條件地發展噴灌和微灌

現階段河南省發展噴灌和微灌應是有條件地發展。在作物對象上宜選擇經濟作物、蔬菜、果樹、花卉等高附加值的作物;在水源等自然條件上應優先選擇在灌溉水源十分缺乏、高揚程灌區、因土壤或地形采用地面灌溉很困難的地區、水源有天然水頭落差的地區;在經濟和管理條件上宜選擇經濟實力強、農民技術水平較高、適度規模經營、統一種植、統一管理的城市郊區、溫室大棚等。低壓管道輸水灌溉也是井灌區發展節水灌溉的一種好形式，河南省低壓管道輸水灌溉面積絕大部分在井灌區，由于投入較低、效益好、易于管理，特別適宜一家一戶的生產責任制，很受農民歡迎，今后相當長時期內還會存在。

5.3.3 全面推廣非工程節水技術措施

非工程節水技術措施包括水管理措施和農業節水增產技術措施。水管理措施包括采用節水灌溉制度和水源的優化配置。當前節水灌溉制度對于旱作物常采用非充分灌溉，對于水稻常采用“淺、濕”灌溉，一般可節水20% ～30%，對產量并無明顯影響。灌溉水資源優化配置是按水的經濟效益最高來安排灌溉用水，一般可提高灌溉水效益30%以上。農業節水增產技術措施包括調整作物種植結構、采用耐旱節水品種、秸稈或塑膜覆蓋、培肥改土、施用化學保水劑等。這些農業節水增產技術措施配套采用，一般可提高水分生產率30%以上。非工程節水技術措施投入較低，農民易于掌握，節水增產效果顯著，應組織大面積推廣應用。

5.4 積極培育節水灌溉設備生產企業

我省現有高效節水灌溉設備企業生產工藝落后、生產成本高、產品質量和性能低下以及生產高新技術產品的能力嚴重不足。高效節水灌溉設備企業的發展，需要工藝先進、制造精度高、成本低的先進設備。

節水灌溉設備是具有較高技術含量的產品，消費者對于售后服務的要求會越來越高，目前省內節水灌溉設備企業在售后服務方面還不能很好地滿足消費者需求，一般沒有提供專業化的售后服務。今后，節水灌溉設備企業要加大售后服務的投入，使售后服務制度化、專業化，不斷提高服務質量和服務水平，通過市場不斷孕育出更多屬于自己的節水品牌，以適應節水市場的快速發展。

節水灌溉設備生產企業處于一個難得的發展機遇中，只有不斷提升企業自身的核心競爭力，加快產品、技術的革新速度，積極融入到省外甚至國際市場競爭中去，加強行業交流與合作，提高農業用水效率，為增強國民經濟特別是農業的競爭力服好務，才能得以長遠的發展，也才能在發展中不斷壯大，并成為河南省經濟增長中的一個新亮點。

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