我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

灌溉。我國(guó)水利部、中國(guó)工程院等部門預(yù)測(cè),只有我國(guó)農(nóng)業(yè)用水維持零增長(zhǎng)或負(fù)增長(zhǎng),才能保證我國(guó)用水安全和生態(tài)安全,進(jìn)而緩解水資源供需矛盾,其中重要的途徑之一就是發(fā)展節(jié)水灌溉［1］。1我國(guó)水資源饋積極不足,利用率低我國(guó)水資源總量繼巴西、俄羅斯和加拿大之后,位居第四,占全球總量的6%,但人均水資源僅有2200m3,僅為世界平均水平的1/4,在世界上位居121位,是全球13個(gè)人均水資源最貧乏的國(guó)家之一?；春右员钡膹V大北方地區(qū)擁有全國(guó)60%的土地,卻只有15%的水資源,南北分布的不均衡更加劇了我國(guó)水資源的饋乏。農(nóng)業(yè)是我國(guó)用水最多的產(chǎn)業(yè),《2011年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示,我國(guó)全年總用水量6080×108m3,其中農(nóng)業(yè)用水所占比例高達(dá)61.5%,而農(nóng)田灌溉用水量占農(nóng)業(yè)用水量的90%~95%。我國(guó)水資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重,農(nóng)田灌溉水的利用率低,有效利用系數(shù)只有0.5左右,而先進(jìn)國(guó)家高達(dá)0.7~0.8。我國(guó)單方水糧食生產(chǎn)能力只有1.0kg左右,而先進(jìn)國(guó)家為2.0kg,以色列達(dá)2.35kg［2］。自然降水利用率低,僅達(dá)到56%。貧乏的水資源加之低效率的灌溉,農(nóng)業(yè)用水已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸,大力發(fā)展節(jié)水灌溉已是重中之重。2吸收四個(gè)環(huán)節(jié)灌溉用水從水源到田間,到被作物吸收、形成產(chǎn)量,主要包括水資源調(diào)配、輸配水、田間灌水和作物吸收四個(gè)環(huán)節(jié)。在各個(gè)環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的節(jié)水措施,組成一個(gè)完整的節(jié)水灌溉技術(shù)體系,包括水資源優(yōu)化調(diào)配技術(shù)、節(jié)水灌溉工程技術(shù)、農(nóng)藝及生物節(jié)水技術(shù)和節(jié)水管理技術(shù)。其中節(jié)水灌溉工程技術(shù)是該技術(shù)體系的核心,已相對(duì)成熟并得到普及,其它技術(shù)相對(duì)薄弱,急需加強(qiáng)研究開發(fā)和推廣應(yīng)用［3］。2.1材料及防滲渠道斷面渠道防滲技術(shù)是為減少渠道的透水性或建立不易透水的防護(hù)層而采取的各項(xiàng)技術(shù)措施。我國(guó)農(nóng)田灌溉主要輸水手段是渠道,而傳統(tǒng)土渠輸水滲漏損失約為引水總量的50%~60%。常用混凝土、水泥土、漿砌石、瀝青混凝土等剛性材料及PE、PVC及其改性薄膜材料建渠道防滲層,防滲渠道斷面多采用U形斷面。采用渠道防滲技術(shù)后,一般可使渠系水利用系數(shù)提高到0.6~0.8,減少滲漏損失70%~90%。渠道防滲還具有輸水快、減少渠道維修管理費(fèi)用、調(diào)控地下水位、防止次生鹽堿化等優(yōu)點(diǎn),是我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水應(yīng)采取的主要措施。2.2結(jié)構(gòu)形式水系統(tǒng)低壓管道輸水灌溉技術(shù)是利用塑料或混凝土等低壓輸水管道將水直接送到田間以減少水在輸送過(guò)程中的滲漏和蒸發(fā)損失的技術(shù)措施。低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)有移動(dòng)式、固定式和半固定式三種,常用材料有PVC管、水泥沙管、現(xiàn)澆混凝土管等。管道輸水可減少滲漏和蒸發(fā)損失,水的有效率可達(dá)90%~97%,同時(shí)還可以節(jié)省農(nóng)業(yè)用地,一般可減少占地5%左右［4］,而且輸水速度快,大大提高了輸水能力。20世紀(jì)80年代中期以后,日本新建灌溉渠系的大部分都采用管道,美國(guó)約有1/2的大型灌區(qū)實(shí)現(xiàn)了管道化輸水［5］。在我國(guó)北方井灌區(qū)管道輸水技術(shù)推廣應(yīng)用迅速,目前已基本普及。2.3田間灌溉噴灌噴灌是一種機(jī)械化高效節(jié)水灌溉技術(shù),它利用專門設(shè)備把水加壓或利用水的自然落差將有壓水送到灌溉地段,通過(guò)噴頭噴射到空中散成細(xì)小的水滴,均勻地散布在田間進(jìn)行灌溉。噴灌系統(tǒng)的形式很多,在我國(guó)用得較多的有管道式、平移式、中心支軸式、卷盤式和輕小型機(jī)組式。噴灌系統(tǒng)靠管道輸水,基本不存在輸水損失,而且能較好地控制灌溉強(qiáng)度和灌水量,灌水均勻,不產(chǎn)生滲漏,具有明顯的節(jié)水效果,一般用水量比地面灌溉節(jié)約30%~50%。噴灌適應(yīng)性較強(qiáng),可用于各種類型的土壤、地形和作物,被廣泛應(yīng)用于灌溉大田作物、經(jīng)濟(jì)作物、蔬菜和園林草地等。但噴灌受風(fēng)影響大,蒸發(fā)損失大,并可能出現(xiàn)土壤底層濕潤(rùn)不足的情況。2.4微噴灌適合于灌溉微灌是利用微灌系統(tǒng)將作物生長(zhǎng)所需的水分和各種養(yǎng)分輸送分配到田間,通過(guò)灌水器以微小的流量濕潤(rùn)作物根附近土壤的一種局部灌水技術(shù)。微灌可分為滴灌、微噴灌和滲灌。滴灌是將灌溉用水直接送到農(nóng)作物根部進(jìn)行局部灌溉,幾乎沒(méi)有蒸發(fā)損失和深層滲漏,水資源的利用率可達(dá)95%,但滴頭易結(jié)垢和堵塞,對(duì)水源要求較為嚴(yán)格。微噴灌同時(shí)具有噴灌與滴灌優(yōu)點(diǎn),比一般噴灌更節(jié)水、更均勻,由于灑水的霧滴細(xì)小,因而對(duì)農(nóng)作物的打擊強(qiáng)度小,不會(huì)傷害幼苗,同時(shí)可結(jié)合施肥。滲灌是繼噴灌、滴灌之后的一種新型的有效地下灌溉技術(shù),是在滿足植物生理生長(zhǎng)需求的條件下,將以往對(duì)土地的灌溉轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)植物根系直接進(jìn)行灌溉。微灌全部由管道輸水,基本沒(méi)有沿程滲漏和蒸發(fā)損失,灌水時(shí)一般實(shí)行局部灌溉,不易產(chǎn)生地表徑流和深層滲漏,可比地面溉灌省水50%~70%,比噴灌省水15%~20%。但因投資較高,主要在缺水地區(qū)的果樹、花卉等經(jīng)濟(jì)效益較高的作物上采用,在大田作物上采用較少。以色列、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在大田棉花上也采用。2.5面覆蓋材料與節(jié)水作物品種篩選技術(shù)主要包括耕作覆蓋保墑技術(shù)、改進(jìn)地面灌水技術(shù)、節(jié)水農(nóng)作制度、優(yōu)秀抗旱品種、水肥耦合高效利用技術(shù)、土壤保護(hù)劑及作物蒸騰控制技術(shù)等。耕作保墑技術(shù)可以疏松土壤、切斷毛細(xì)管、減少土壤水分蒸發(fā),使土壤水的利用效率得到顯著提高。覆蓋保墑技術(shù)是在耕地表面覆蓋塑料薄膜、秸稈或其他材料,以抑制土壤水分蒸發(fā),減少地表徑流,蓄水保墑。改進(jìn)地面灌水技術(shù)包括改進(jìn)溝畦規(guī)格(如長(zhǎng)畦改短畦、寬畦改窄畦、短溝灌和細(xì)流溝灌等)和采用先進(jìn)的地面灌水技術(shù)(如波涌灌、隔溝灌、膜上灌、細(xì)索灌、水平畦灌等),目前在我國(guó)最具推廣價(jià)值的改進(jìn)地面灌水技術(shù)有波涌灌和膜上灌兩項(xiàng)。節(jié)水作物品種篩選技術(shù)根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕邓植?、干旱發(fā)生規(guī)律和作物水分特性,因地制宜壓縮需水量大的作物,擴(kuò)大雨熱同步和秋熟作物,選擇耗水少而水分利用效率高的作物,通過(guò)調(diào)整作物布局,建立適應(yīng)型高效種植制度?；瘜W(xué)制劑保水節(jié)水技術(shù)是合理施用保水劑、復(fù)合包衣劑、黃腐酸及多功能抑蒸抗旱劑等,在作物生長(zhǎng)發(fā)育中抑制過(guò)度蒸騰,防止奢侈耗水,減輕干旱危害,以及促進(jìn)根系提高對(duì)土壤深層儲(chǔ)水的利用,起到顯著增強(qiáng)作物抗旱能力和提高水分生產(chǎn)效率的作用。3小型農(nóng)田水利工程我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉面積不斷增加,截至2009年底,全國(guó)已建667hm2以上灌區(qū)5844處,其中設(shè)計(jì)灌溉面積超過(guò)2×104hm2的大型灌區(qū)335處,建成各類小型農(nóng)田水利工程2000多萬(wàn)處。農(nóng)業(yè)節(jié)水水平也有所提高,2010年微灌面積已達(dá)211.57×104hm2。3.1高效的節(jié)水措施我國(guó)大部分灌區(qū)建于20世紀(jì)60~70年代,基礎(chǔ)設(shè)施老化失修,渠系配套不完善［7］。渠道防滲及管道輸水仍是輸配水過(guò)程中主要的節(jié)水措施,需進(jìn)一步維護(hù)和更新已有建筑物,根據(jù)地區(qū)的實(shí)際情況選擇合適的輸配水節(jié)水措施,并結(jié)合高效的田間節(jié)水工程措施提高農(nóng)業(yè)灌溉的配套程度,改變落后的灌水方式,充分發(fā)揮已建骨干工程的效益,提高水的利用率和水分生產(chǎn)率。3.2科學(xué)配水,減少棄水現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要求灌溉實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化、現(xiàn)代化,節(jié)水灌溉技術(shù)向精細(xì)化、自動(dòng)化、可操作化發(fā)展。把信息技術(shù)尤其是3S技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)業(yè)節(jié)水管理方面,輸配水系統(tǒng)采用高標(biāo)準(zhǔn)的量測(cè)設(shè)備,及時(shí)準(zhǔn)確地掌握灌區(qū)水情,如水庫(kù)、河流、渠道的水位、流量及水泵運(yùn)行情況等技術(shù)參數(shù),通過(guò)數(shù)據(jù)采集、傳輸和計(jì)算機(jī)處理,實(shí)現(xiàn)科學(xué)配水,減少棄水。土壤墑情自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)采用各種土壤墑情監(jiān)測(cè)儀器,結(jié)合作物需水規(guī)律,科學(xué)制定灌溉計(jì)劃,實(shí)施適時(shí)適量的精細(xì)灌溉,集約利用水資源,提高農(nóng)田灌溉水的有效利用率。3.3加強(qiáng)節(jié)水灌溉的資金投入應(yīng)加快我國(guó)節(jié)水法規(guī)制度的建設(shè),尤其加快水價(jià)改革,完善節(jié)水灌溉