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农业高效节水技术及展望

2012/03/23 阅读:

1中国农业高效节水技术体系的构建

自80年代中期提出节水农业概念以来,农业高效节水技术的研究、引进和推广已在大范围内开展。农业节水由过去丰水高产型灌溉向节水优质型的非充分灌溉,以及充分考虑作物生理特性的主动施加有益亏水度的调亏灌溉,畦灌向喷微灌、单一灌向肥药联用以及多种现代覆盖材料等方面发展和组成现代节水系统工程,农业节水技术由干旱区向半干旱半湿润、湿润区推广,节水范畴包括节水灌溉农业和旱作农业两个方面。

1.1节水型灌溉农业高效节水技术体系

节水灌溉农业的关键在于高效节水技术体系的构建,即根据我国各地区不同的自然地理特征、水源条件,以提高灌溉水的利用率、单方灌溉水的产粮数和单位降水量的生产力为中心,从节水机理、节水关键配套技术、成套节水技术的组装集成等全方位出发,强调各种节水技术的综合,寻求多种农业节水技术(包括渠系和田间工程的配套与完善、土地平整与标准田块建设、田间灌水技术改进、节水灌溉制度、田间保水技术、水肥耦合技术、农作物种植结构调整、节水抗旱品种选育、雨水利用、节水耕作及栽培技术等)的最优配置,形成一套综合的由节水栽培、节水灌溉、节水管理有机结合的农业高效节水技术体系。我国目前农田灌溉面积已近5000万hm2,居世界首位,占全国耕地面积的1/2左右,目前农业灌溉用水量约4000亿m3,占总用水量的80%。目前许多单项节水技术均已达到了比较成熟的推广应用阶段,并取得了实际应用效果,全国累计节水灌溉面积已达1333.3万hm2,其中低压管道输水灌溉面积98万hm2,喷灌面积103万hm2,其它主要为输水渠道防渗灌溉控制面积。但农业用水的有效利用率还很低,渠灌区只有30%—40%,井灌区也只有60%左右,单方水生产粮食不足1kg。许多田间小区试验结果表明,在经济允许的条件下,若采用高效节水技术的组装集成,将会使灌溉水有效利用系数提高到0.60以上,单方灌溉水的产粮数提高0.5kg-1.0kg左右,通过减少灌溉水的渗漏损失使化肥在当季的利用率在现有基础上提高10%—15%。这样,可节省农业用水量800亿m3,按毛灌溉定额7500m3/hm2计,则通过节水可扩大灌溉面积1070万hm2。粮食增产潜力很大,特别是内蒙古“第二河套”、西北内陆河流域、陕西“两北三区”通过节水扩灌,平均每公顷按750kg计,估算能增加400亿kg粮食。同时,通过节水来满足“生态用水”的需求和防止地下水污染,促进生态环境趋向良性循环。

1.2集水型旱作农业高效节水技术体系

世界上干旱、半干旱地区遍及50多个国家和地区,其总面积占地球陆地面积的1/3强。就耕地而言,目前世界耕地面积约14×108hm2,其中可灌溉的不超过15%,其余是靠天吃饭,即所谓雨养农业。我国干旱、半干旱及半湿润偏旱地区占国土面积的2/3以上,北方旱地的耕地面积约为3800万hm2,占全国总耕地面积的38%,水分不足是制约农业生产的重要因素。因此,如何充分利用和提高有限雨水资源的农业利用是发展旱农的关键,为此,必须走集水型旱作农业发展的道路。所谓集水农业就是指在水分不足的干旱区,尤其是半干旱区(年降水量为250—550mm),现在可扩展到我国南方湿润丘陵区,人们通过采用某种人工雨水富集技术直接利用天然降水(即不需要利用经过自然富集和转化了的天然降水)来进行农业生产活动的一种高效节水农业,集水农业的关键是通过集流区系统人工富集天然降水——地表地下水再分配系统中的无效降水部分(主要是无效蒸发部分)。例如仅甘肃的陇东、陇中和宁夏南部面积就有1.3×105km2,年均降水量486mm,年降水总量600×108m3,它相当于黄河的年径流总量,天然降水在下垫面的分配大约是:20%—25%形成初级生产力,10%—15%水土流失,60%—70%无效蒸发,如果把无效降水的1/10人工富集起来就有近50×108m3,每公顷补灌3000m3,就可使1.67×106km2土地变成稳产高产田[2]。因此,在旱作农业发展的新阶段——集水旱作农业,需要运用综合的节水技术,使极为宝贵的有限降水得以有效地集蓄和高效利用。宜采用的节水技术路线为:从天然降水——地表地下水再分配规律入手,组建新的旱农高效节水技术体系是很有必要的。我们组建了集水型旱农高效节水技术体系(见表2)。主要有三个子系统的技术及其有机组合的支撑作物节水技术子系统(P)、抑蒸节水技术子系统(Et)和集水补灌节水技术子系统(C),从而变“被动抗旱”为“主动抗旱”。

1.3经济用水是农业高效节水技术体系的主要内容

在大力发展节水农业,组建农业高效节水技术体系时,必须时刻注意经济用水这一问题。在农业用水、节水技术体系中引入适合于社会主义市场经济规律和市场化管理机制,利用经济杠杆来调节供求双方,促进水资源的商品化和水利产业化。长期以来,我们一直把水利看成是“福利”事业,对水的商品属性几乎没有什么认识,供水价格和水价值的严重背离,一方面造成了国家水资源紧张,另一方面浪费水的现象又很严重,尤其是农业用水。为此,今后在发展节水农业、组建农业高效节水技术体系时,在贯彻实施水利部为加强水利建设提出的五大体系(投资体系、管理体系、价格收费体系、法制体系和服务体系)建设的同时,必须在具体措施上优先重点考虑:①改用水量以福利性为主和商品性为辅的现象,增加水的商品化程度;②要增加农业用水供给的竞争,加强农水一体化管理;③建立多元化、多渠道、多层次的水利投资体系;④逐步实现水利事业的产业化,发展水利经济。

221世纪农业高效节水技术的展望

2.1高效节水灌溉技术

传统的节水灌溉技术包括节水灌溉制度、节水的输水系统和节水的灌水技术,其灌水方法(如限水灌溉、非充分灌溉等)追求的是田间作物根系层的充分和均匀湿润,而控制性分根交替灌溉则强调从根系生长空间上,改变其土壤湿润方式,人为控制或保持根区土壤在某个区域干燥,交替使作物根系始终有一部分生长在干燥或较干燥的土壤区域中,限制该部分根系吸水,让其产生水分胁迫信号传递至叶气孔,形成最优气孔开度,而使另一部分生长在湿润区的根系正常吸水,减少作物奢侈的蒸腾耗水,还可减少棵间全部湿润时的无效蒸发和总的灌溉用水量,亦可通过对不同区域根系进行交替干旱锻炼和其存在的补偿生长功能而刺激根系的生长,提高根系对水分和养分的利用率,最终达到以不牺牲作物的光合产物积累而大量节省水量目的的一种新型灌溉节水技术。人工气候室内试验表明比全面积均匀供水方式节水34.0%—36.85%,农田水利用效率提高40%—50%[6]。干旱缺水条件下作物调整灌溉技术,其基本思想是作物的某些生理生化通通受到遗传性或生长激素的影响,在其生长发育的某些时期施加一定的水分胁迫(有目的地使其有一定程度的缺水),即可影响光合产物向不同组织器官分配的倾斜,从而提高所需收获的产量而舍弃营养器官的生长量和有机合成物质的总量。喷微灌技术和田间地面灌水新技术,重点是提高喷、微灌设备的配套水平,运行可靠性和使用寿命。地面节水灌溉技术的关键在于推出一些提高灌水均匀度、田间水利用系数和灌溉效率的田间地面节水灌溉的设计技术和措施以及有利于推广应用的硬件技术,如膜上灌水技术,激光平地技术等。

2.2雨水利用技术

雨水集蓄与高效利用的技术关键点在于对雨水汇集、存贮与净化、雨水高效利用三个环节及其配套技术。雨水汇集方式及配套技术包括雨水汇集工程设计,集流场地的规划设计、集流场地地表处理技术及集流工程系统的管理与维护技术;雨水存贮与净化技术包括雨水存贮设施设计与施工技术、雨水存贮设施防渗防冻技术和存贮雨水保鲜净化技术;蓄存雨水的高效利用技术,包括选择、改造和完善适宜于利用集蓄雨水灌溉的小型配套农机具,存贮雨水合理调蓄技术和提高雨水利用效率的综合技术。通过这些研究和推广,可使作物增产30%,集流效率达到70%以上,雨水生产效率达到1.5kg/m3以上。

2.3农业综合节水技术

综合节水技术就是把节水灌溉技术与农业措施有机结合起来,主要有:①不同节水技术所适宜的化肥耦合技术;②提高农田水分利用效率和耕作栽培技术;③覆盖保墒及节水灌溉配套技术;④节水、节地、节能、高产、高效的综合农业配套技术;⑤化控节水技术;⑥节水农机具及其节水配套技术;⑦“四水合治”节水技术;⑧多水联灌节水技术。通过这些技术的突破和推广应用后,可使灌溉水的生产效率在现在的基础上提高10%—15%,化肥有效利用率提高10%—15%。

2.4灌区节水管理技术

灌区节水管理技术主要包括:①土壤墒情,作物旱情和水源水情实时监测与预报技术;②渠系水量流量调控技术及灌区动态优化配水技术;③实现灌区水量优化调度所需的量水自动化技术;④精确灌溉技术。

农业高效节水技术及展望

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