我國節水農業發展狀況與存在的問題

楊立魁　侯新明　高昌珍

摘 要：綜述了我國近代以來農田水利發展的狀況與研究進展，提出了我國現階段不同灌溉技術形式的研究方向，對于目前節水灌溉工程中存在的問題進行了分析，并且給出了針對措施。提高農業用水利用率、發展計算機控制技術，是我國今后節水灌溉研究的發展方向。

關鍵詞：節水灌溉；研究進展；存在的問題

中圖分類號：S274 文獻標識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.016

截至2010年，我國水資源總量為30 906億m3，人均水資源量為2 310 m3[1]，僅相當于世界平均水平的25%，水資源供求矛盾十分突出。預計再經過20年發展，我國人口將達到16億，在降雨和河川徑流量不變的情況下，我國將成為國際公認的人均水資源量在1 700 m3標準以下的嚴重缺水國家，水資源危機已經相當嚴峻，農業用水也將受到嚴重影響。

我國的用水分為農業、工業、生活、生態用水4部分，從1997年到2010年，我國的農業用水量在61.3%～70%之間，占很大一部分比重。農業用水主要為灌溉用水，約占86%，而全國農田灌溉利用系數僅為0.4，美國、以色列等國家為0.7～0.8[2]。以2009年為例，我國農業用水量為3 723.1億m3，灌溉損失量就達到1 921.1億m3[1]，因此發展節水灌溉，提高水資源利用率，對于解決水資源危機有著顯著的作用。

1 農田水利取得的成就

新中國成立以來，我國大力發展水利建設，使全國一半的耕地得到了灌溉保障，有效灌溉面積增長了4 442萬hm2，因灌溉而增產的糧食約為12.8億t[2]，保證了糧食的穩定供應，使我國以人均較少的土地，解決了10多億人口的吃飯問題，其產生的經濟效益十分顯著。經過幾十年的農田水利建設，我國的灌溉工程有了較大的發展。到2010年底，我國的灌溉面積為6 635.2萬hm2，占耕地面積的49.58%，人均有效灌溉面積為0.045 hm2，共有機電排灌站43 987處，機井數為533.71萬眼[1]。

2 我國節水灌溉技術研究進展

我國從1960年開始采用混凝土對渠道進行防滲，1970年開始進行管道灌溉，管道材料已從陶土管、水泥管發展到現在的PE管、PVC管[2]，在管道布置規劃與施工方面也有很大進展。目前，我國的節水灌溉面積2 034.6萬hm2，主要節水灌溉方式有噴灌、滴灌、波涌灌、涌泉灌等。

噴灌是將水加壓后通過孔徑較小的噴頭形成水霧來灌溉的一種方式。我國學者在噴灌方面有大量的研究，姚素梅等[3]在小麥的分蘗、拔節、抽穗、成熟等時期做了與地面灌溉的對照試驗，得出了噴灌的產量要高于地面灌溉的結論；并且姚素梅等[4]對小麥進行噴灌與地面灌溉的灌水試驗時，用光合作用儀測定了噴灌與地面灌溉兩種條件下的光合作用速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度、大氣CO2濃度、氣孔導度、空氣的溫度與濕度等參數，得出了噴灌可以提高葉片光合作用能力，使得在“光合午休”期，氣孔限制成為阻礙光合速率進一步提高的主要因素。王迪等[5]在噴灌和地面灌溉條件下對玉米、冬小麥近2年的對照試驗，通過CO2系統分析儀進行了測定，得出了噴灌比地面灌溉更能降低作物的蒸騰量、改善田間小氣候的結論。韓文霆等[6]對噴灌的5類均勻性系數進行了研究。戴雪遲[7]對山區噴灌的最佳規劃面積、造價、壓力分區做了研究，給自壓噴灌工程設計提供了參考。由于噴灌系統需要加壓設備，一般投資較大，因此，設計經濟實用的噴灌加壓設備仍是今后需要探討的問題。

滴灌是通過輸水管道和滴頭，將水分肥料以滴水的形式送至作物根部的灌溉方法，我國在1974年引進墨西哥的滴灌設備，經過多年的發展，全國滴灌面積逾1.3萬hm2。在滴灌方面，方怡向等[8]對滴灌條件下棉花的根系分布進行了研究，指出滴灌水量可影響棉花生物量在根系中的分配，適當減少滴灌水量，可增加棉花細根的數量和長度，促進細根生長。王賀輝等[9]對滴灌條件下溫室番茄的滴灌制度進行了試驗，得出了溫室番茄的需水規律為前期小、中期大、后期小，最大需水強度為6.1 mm·d-1，日均耗水強度為5.5 mm·d-1，溫室番茄在苗期、開花期、結果期適宜的灌水定額分別為10～15 mm、15～25 mm、20～30 mm；同時得出了滴灌能提高番茄果品質量的結論。高楊等[10]通過3年春小麥生長情況與產量的觀察，得出了在滴灌比地面灌溉更高產的結論。王秀康等[11]確定了滴灌毛管水頭損失系數，使毛管水力計算更加簡便。金玉潔等[12]對山區滴灌的規劃設計做了分析，得出了壓力模式是滴灌工程設計布局的重要因素。滴灌沒有蒸發損失和深層滲漏，但其出流量小，滴頭極易被顆粒堵塞，對凈化設備有一定要求。今后研發抗堵塞性能高的滴頭仍是一大任務。

波涌灌是用間歇供水的方式，在表層土體氣孔封閉形成致密層后，使水推向更長的溝（畦），以達到均勻灌溉的目的。在波涌灌溉方面，劉玉林[13]對波涌灌溉水流的水力梯度、表層土壤固結度、土粒的沉積運動做了分析，得出波涌灌是節水明顯的灌溉方式。謝崇寶等[14]對波涌閥與自控裝備進行研究，并對其進行了田間性能測試，證明了該設備滿足波涌灌水要求，適用于田間灌溉。高昌珍等[15]對波涌灌溉進行了田間試驗，得出了灌水要素優化組合，并建立了多目標優化組合模型。對于波涌灌的核心控制設備波涌控制器的研發仍是一大難點，是我國學者進一步研究的方向。

涌泉灌是由中國農業大學自主研制的一種灌水方式，主要應用于果樹、經濟林的灌溉，它是由灌溉管網和代替滴頭的4 mm微管將水送入繞樹環溝中，環溝儲存水分并緩慢入滲到樹木根系中，具有入滲均勻、灌水效率高、投資少、管理方便等優點。在涌泉灌方面，我國學者也取得了很大的成就，鄭耀泉等[16]提出了涌泉灌結構、設計方法、環溝設計公式，并對涌泉灌進行了投資分析，認為涌泉灌比噴灌、滴灌投資少，是一種適合我國國情的節水灌溉模式。李波等[17]通過在涌泉灌條件下溫室甜椒的灌溉制度試驗，得出甜椒在苗期、開花期、坐果期、結果期的適宜灌水定額分別為15，22，22，22 mm，灌水次數分別為2次、8次、8次、8次，整個生育期總的灌水量為200.64 mm。張芮等[18]對葡萄不同生長期進行涌泉灌虧缺灌溉試驗，得出了成熟期進行虧水灌溉可提高果實含糖量，使果品質量更優良的結論。吳普特等[19]進行了涌泉根灌技術的研究，并對涌泉根灌進行了水力性能測試，得出了該灌水器合格且流態系數小于0.5的結論，因該裝置管道均埋于地下，使系統能使用時間提高到20年。由于由計算機控制電磁閥的涌泉灌溉技術剛剛起步，對于電磁閥的信號傳輸有一定的距離要求，面積過大的灌區需要多個控制室來控制，設計遠距離控制的涌泉灌溉技術是今后研究的重點。

我國在農業節水技術方面主要有采用先進灌溉技術、進行合理的布局與規劃、制定合理灌溉制度、改進落后輸水技術等措施。在灌區規劃上，要合理布局、準確設計；在工程上，要按圖施工，保證施工質量；在灌水方式上，要考慮適合當地地理條件并且適合作物的灌水方式。

3 我國節水灌溉存在的問題

3.1 規劃設計技術落后

由于農田水利工程項目較小，一般設計任務都由當地群眾自行規劃，由于欠缺經驗，一些項目存在流量設計、輪灌劃分、控制面積設計不合理的情況，使建成后的工程不能充分發揮效益，特別對于一些偏遠地區，先進的設計經驗難以傳播到當地，部分工程沒有經過精確地測量規劃，導致其布局不合理，嚴重影響了當地農業的發展。

3.2 管理不到位

一些正在建設的節水灌溉工程，由于沒有專業的第三方機構與人員監理，導致很多工程施工達不到設計要求，工程質量難以保證。很多已建成的農田水利工程，由于缺乏正確管理，已年久失修。很多渠道灌溉地區，由于無人管理，渠道早已出現了嚴重的滲漏跑水現象，造成了“有人建，沒人管”的情況。

3.3 灌溉用水嚴重浪費

大多數農村灌溉采用抽取地下水的方式，一般灌溉水量沒有統一標準，很多農民憑自身經驗決定，導致了過量灌溉，浪費了水資源。在井灌區，由于對地下水的抽取，我國海河平原地區出現了大范圍下降漏斗，使地面發生沉降，北京、天津的地面沉降最大達到2 m[2]。

3.4 灌溉分散

由于農戶種植作物、種植時間、作物成熟期等均不同，灌溉時間很分散，不能集中供水灌溉，缺乏統一管理機制，降低了灌水效率。在旱期灌溉用水上必然出現搶水灌溉的現象，增加了農戶之間的矛盾，使統一有效的灌溉難以發展。

3.5 灌溉水源受到污染

由于我國經濟的飛速發展，導致部分地區的環境污染進一步加劇，很多電池廠、化工廠、造紙廠等高污染企業將含有有機污染物與重金屬的廢水直接排入內河或者地下，當農戶進行灌溉時，使用了遭到污染的地下水或者河水，會造成土壤有機物、重金屬污染，作物在生長時將這些有毒有害物質吸收并積累，使果實的有毒有害物質超標，對人體造成了危害。

4 應對問題的措施

對于我國灌溉技術落后這一現狀，應該由國家引導，當地政府集中統一建設該地區節水灌溉系統，國家要加大資金的投入，增加設計人員的數量，鼓勵設計人員到偏遠農村去，將先進的設計經驗與方法帶到當地，同時應加大當地技術人員的培訓教育，使建成的工程設計更合理，發揮其應有的作用。

在管理方面，國家應建全農田水利建設的監督機制，使工程施工時有專業人員監理，工程完工后有相關人員管理，使工程建設有保障，工程損壞有修復，做到“有人建，有人管，誰建設，誰負責”。

在灌溉用水方面，要完善相關立法，嚴禁私自挖井引用地下水灌溉，嚴格控制打井數量，使地下水資源得以保護，并防止地面沉降現象的發生。同時要制定相關的灌水制度，向農戶普及不同地區不同作物的灌水時間和灌水量等經驗，要使農田得到合理灌溉，減少水源浪費。

對于灌溉分散、灌溉效率難以得到保證的問題，建議國家繼續推行土地流轉承包制，將小規模的土地整合起來承包給個人實行統一管理，并要實行灌溉工程統一建設的政策，使資源得到合理利用，農民得到最大受益。

解決，灌溉水源污染這一問題，除了要加強監督管理、控制排污量之外，還要把污水處理措施、生物措施、水利措施[2]結合起來，使其影響降到最低。

5 結 語

隨著科技的發展，計算機技術已被應用于農業中，單片機控制系統、GPRS自動灌溉裝備、GMS短信控制系統、模糊控制技術等應用到了灌溉工程中，能夠根據檢測到的土壤水分數值與蒸騰量來自動精確灌溉，實現了根據作物需水量來制定灌溉計劃。我國在這方面的研究才剛剛起步，在進行雨水蓄積、海水淡化、污水處理后將水源用于農業灌溉等方面還有待發展。

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