節水型灌區建設中農業節水關鍵技術的應用

李強強

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，烏魯木齊 830000）

近年來，面對快速增長的農業發展需求，中國部分地區出現嚴重缺水等情況，地下水位迅速下降，引發地面沉降、咸水入侵，可以說日益減少的水供應對國內農業生產有著重要影響。作為世界上重要的農業生產區，灌溉狀況對作物產量和農戶收入都有不可忽略的影響，水資源將影響糧食安全和農業收入。基于此，政府必須對迫在眉睫的水資源使用危機作出反應，應用節水關鍵技術實現農業高質量發展。

1 農業節水關鍵技術發展現狀

1.1 發展成果

隨著人口增長迅速，城市化進程加快，經濟發展和水資源之間沖突變得越來越尖銳。農業作為中國節水潛力最大的產業，發展現代節水農業是確保國內糧食、水和生態安全的重要戰略措施。國內部分地區由于氣候、環境以及資源的差異，使得發展農業必須充分利用好現有稟賦，由此發現在節水型灌區發展節水農業的重要性。目前國內正處于傳統技術升級與高新技術發展交織的關鍵時期，通過分析現代節水農業的發展現狀和技術需求，如何確定節水技術的研究重點和發展方向，對于國內農業的發展、保障生態和糧食安全具有重要意義[1]。

國內目前雖然面臨著日益尖銳的水資源供求矛盾和農業用水過度消耗等問題，但側面反映出國內節水潛力很大，農業技術發展也進入了一個新階段。因此，節水技術的分析開發被列為國家重點科技項目，主要從節水灌溉新技術、水資源合理利用、主要作物節水灌溉系統和設備等方面進行了深入全面的研究，同時在有關部門的支持下實施了“現代節水農業技術體系及新產品研究開發”的重大技術項目，并被列入國家863 高技術研究發展計劃，重點突破國內節水農業技術發展的“瓶頸”問題。這些項目的實施，既可以夯實節水研究的理論基礎，也可以為農業生產提供新的節水產品，通過技術水平的提升為實現國內農業產業化提供有力支持。

1.2 存在的不足

當前，國內農業節水技術的發展已有了一定的基礎，并取得了一些突破性的科研成果，在生產中也起到了很大的作用。但仍存在一些不足制約著未來節水技術的進一步發展：①農業節水基礎資料積累不足，缺少全面有效的數據信息支撐，對農業用水的監控分析也不到位；②從基本原理到實際運用都存在著一些不足，沒有形成標準化、集約化的節水技術體系和應用模式；③節水設施及產品功能單一，使用壽命短，節水材料及工藝研究相對落后，不能維持長期的發展使用，與世界先進水平有一定差距；④干旱作物的開發與利用不足，缺少一種有效的評估手段和指標，無法迅速地對農作物的抗旱能力進行評估；⑤農業中使用的信息技術水平很低，雖有智能手段但水資源管理的信息收集和傳輸可靠性較差。上述原因阻礙了節水技術進一步在節水型灌區的廣泛應用，不利于國內農業的高質量發展。

2 節水型灌區農業節水關鍵技術應用

目前國內在農業節水的發展方面取得一定進展，在養分遷移理論、節水灌溉理論、作物水分轉換等理論研究上取得了重要突破。將水養分轉移動態模擬、作物需水量計算模型與農業節水機制相結合，以此提高農業節水技術水平，同時為建立具有自主知識產權的現代節水農業技術體系奠定了堅實的技術基礎，促進中國農業的高質量發展。具體來看，農業節水技術主要分為以下幾個方面。

2.1 發揮傳統節水技術效能

在農業改革開始之前傳統技術就得到廣泛使用，主要包括畦灌、溝灌和農田平整，這些灌溉方法成本相對較低，而且可以獨立使用，不受其他農民所使用技術的影響，因此具有明顯優勢。例如，農田平整可以使水更均勻地分布在地塊上，而無需設計堤壩或渠道來引導水流。除提高產量外，還可以增加水分入滲，減少土壤侵蝕[2]。

考慮到農業發展存在較強的獨立性，在節水技術選取上家用技術在傳統技術中占有較大比重。家用節水技術主要包括塑料薄膜、抗旱品種、留茬少耕和高效節水灌溉。這些技術的使用比傳統技術時間晚。具體來說，塑料薄膜可以提高土壤溫度，從而使種植和收獲時期提前，以此提高產量和水分利用效率；抗旱品種包括任何能夠承受相對較低水分條件的種子品種，包括小麥、玉米、棉花、小米、高粱、蕎麥和亞麻都得到了廣泛的推廣使用。在某些情況下，這些品種的產量比那些在降雨量低于平均水平的年份不耐旱的品種增加了10%以上；留茬少耕作為一種家用節水技術，意在表明作物收獲后留一部分茬在田間，以此通過減少土壤蒸發和提高產量來發揮更大的水分利用效率。從某種意義上講，這項技術類似于許多發達國家和發展中國家使用的免耕做法，但在大多數情況下，只有在小麥作物和玉米作物收獲后保留殘茬才能開始新一輪耕地；高效節水灌溉多使用一種軟管，將灌溉水輸送到農民的田地。經過專家研究表明，與大水漫灌不同，使用灌溉管每年可以節約多達30%的水資源，但因為該技術需要前期較大的資金投入，一般由村集體共同使用。使用時借助高效節水灌溉系統可以提高用水效率、節省勞動力，同時減少輸水過程中的水資源滲漏，降低供水成本。

2.2 利用生物技術挖掘節水潛力

農業節水技術是一項重要的研究課題，而利用生物技術是其中的一個重要方面，主要從作物自身提高產量和用水效率，實現高耗能農業生產向低能效高收益方面轉變。目前已經在多國得到廣泛使用，例如通過轉基因技術來培育一些抗旱物種，包括澳大利亞小麥品種、美國棉花品種等。這種農作物不但能節約水資源，還能耐旱，產量穩定，品質優良。目前，國內一些單位也利用轉基因技術的基因定位、分子標記及遺傳改良，對部分作物的水分生理機制進行研究，初步建立了培育一批節水抗旱新品種的操作方法和指標體系，包括調節虧缺灌溉（RDI）、交替分根灌溉（ARDI）和部分根系干燥（PRD）技術，以此顯著提高作物水分利用效率。可以說，與傳統灌溉方式相比，上述灌溉技術可以在不減產的情況下減少灌溉總水量，降低蒸騰作用。

因此，生物節水的實質是通過生物途徑高效利用水資源，即利用、開發生物體的生理機能和遺傳潛力，通過利用少量或等量的水獲得更多的農業產出和更好的經濟生態效益，以帶動農業發展的轉型升級。而生物節水不僅應優先應用于作物生產，還應該應用于農業和工業的其他方面，如畜牧業、水產養殖、園林綠化、污水管理和土壤環境保護。利用生物技術節約用水的潛力，發揮其在建設資源節約型和環境友好型社會方面的作用。

2.3 促進高科技與農業節水的融合

目前，信息技術、智能技術和3S 技術促進節水管理的高效現代化，通過作物水分監測、信息采集、作物生長模擬等多種手段實現農業信息的實時采集，可以說借助計算機管理系統灌溉用水的管理從靜態變為動態，通過信息整合，將數據庫、模型庫、知識庫和地理信息系統結合起來。比如，通過對作物水分蒸發的分析，得出了不同季節的作物耗水量和氣候因素的相關性，從而得出了不同的土壤含水量和合理的灌溉時間。同時借助地面紅外測溫器測定種植作物的冠層、葉片表面和周圍大氣環境變化，從而判斷作物所需的水分，以實現精準灌溉。在此基礎上，熱脈沖技術也得到廣泛使用，用于監測作物根莖的水分流動和蒸騰作用，并提出了土壤水分監測預測的理論方法。隨著國內對于水資源重視程度不斷增加，目前已經形成了獨具特色的節水灌溉模式，并逐步向信息化、集約化、高效化方向發展。尤其是近幾年，3S 技術在最大程度上實現農業資源的高效利用，最大程度地發揮各地區的水肥優勢，從而實現了作物的增產增收[3]。

2.4 實現數字節水的廣泛使用

考慮到農業對于經濟發展的推動作用，中國農業科學院、中國水利水電研究院聯合完成對于農業水資源監測與數據采集的技術研究，并在此基礎上提出了數字節水的理念和理論設想，并研制了一套農業節水綜合決策系統，以期在實踐中取得一定的效益，逐步縮小與發達國家在此方面的技術發展差距。可以說，先進制造技術和新材料技術推動了節水產品的開發和升級，多功能、低功耗、高效環保以及智能控制是節水灌溉產品發展的新趨勢。在此基礎上，國內利用先進制造技術和新材料，加快節水產品的開發進度，以此提高產品性能，在節水型灌區得到一定的推廣使用，取得較好的效果。例如，利用生物技術提高灌溉和施肥精度，借助信息技術和監測技術獲取大量信息，從而開發出能夠從人工層面出發高效利用水和肥料的專家管理系統，使產品開發周期大大縮短。與此同時，西安交通大學和華中科技大學在中國北方應用了先進的激光技術，研制了一種新型的低壓滴灌系統，借助新材料、新工藝通過大口徑高強度塑料管材實現農業滴灌區域全覆蓋，以緩解北方地區天然存在的農業用水不足等問題。因此，隨著國內節水農業投入的增加，節水設備的技術進步和更新換代將迅速帶動節水型灌區相關產業的發展。

3 農業節水技術應用的決定因素

目前國內在農業節水產品的技術提升方面取得了一系列成果，產生了顯著的節水效益，包括溫室微灌系統設備、多功能保水裝置以及自動噴灌機組等。通過開發一系列節水產品和設備，在節水農業技術體系整合與示范方面初步建立了適合中國國情和不同地域特點的現代節水農業技術發展模式。不僅提出了適合北方干旱內河灌區、半干旱平原井灌區、半干旱平原溝渠灌區等9 種區域性現代節水農業發展模式，還在國內華北、東北以及華東季節性干旱地區建立了眾多示范區，已節約水資源約24 億m3，農作物產量增加25 億kg，經濟產量增加48 億元。可以說，應用節水關鍵技術，建設節水型灌區農業發展面臨的窘境得到有效解決，但還有一些地區、一些技術沒有得到充分重視，具體原因如下。

3.1 農民的農業節水意識

隨著資源變得更加稀缺，灌溉成本隨著用水的增加而增加，例如隨著地下水位下降，使用抽取地下水的農民平均灌溉成本也會提高，在此基礎上農民可以通過改變作物的供水量或改變目前生產的作物組合來應對不斷上漲的水價，由此減少灌溉次數，而這是理想的狀態。農民通過采用節水技術控制水量。但現實情況是，許多農民對于農業節水的意識不高，沒有節約用水的動力，甚至認為頻繁地學習并使用節水技術增加了播種難度卻沒有產生較好的效果，這似乎可以解釋為什么經濟發達地區的農民使用農業節水技術的比例高于經濟欠發達地區的農民。

3.2 是否提供相關技術支持

在沒有有關部門幫助的情況下，投資并使用成本高效果好的新技術對農民來說難度較大，因為存在認知短缺。對于傳統農業來說，投資主要來自于農民自身、小部分村莊和各級政府。而只有自動灌溉系統這種惠及全體農民的設備才能得到政府投資，其他情況都需要個人出資購買，因此財富不足限制了農民購買此類設備的能力，因此受各地經濟發展水平的影響，在部分地區表現為農業發展技術支撐的不平衡。

3.3 是否做到了有效推廣

推廣工作可能是農業節水技術能否在節水型灌區廣泛使用的一個重要因素。作為一種潛在的信息來源，推廣的信息發布效果比其他渠道影響更為廣泛，尤其是農業相關的技術，其信息來自網絡、村委通知以及政府、企業宣傳。因此，雖然仍有一些農民沒有采用節水技術發展農業令人失望，但說明未來推廣工作有很大的進步空間。考慮農村地區接收信息較為閉塞，可以通過點對點的走訪宣講、邀請農學專家進村提供技術指導，能夠在一定程度上激勵節水技術的廣泛使用，并由村委申請、政府撥款購買相關設備以減輕農民的財政負擔。

4 結束語

由于國土面積大、水資源分布不平衡等原因，國內許多地區水資源短缺，嚴重制約了農業生產的發展。因此，實施節水灌溉在相應區域具有十分重要的意義。在此基礎上，政府通過創新管理，在政策指導上予以支持；相關機構繼續發揮研究能力，以新技術不斷提升農業生產力和節水能力，最終提高農業收入，并結合灌區的實際情況，積極探索節水技術的應用，以達到建設節水型社會的目的，更好地帶動國內農業經濟的發展。