西北典型農(nóng)區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)與集成應(yīng)用

蔡煥杰，趙西寧，孫世坤

（西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西楊凌 712100）

“國家重點研發(fā)計劃”

西北典型農(nóng)區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)與集成應(yīng)用

蔡煥杰*，趙西寧，孫世坤

（西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西楊凌 712100）

“西北典型農(nóng)區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)與集成應(yīng)用”（項目編號：2016YFC0400200）是國家重點研發(fā)計劃“水資源高效開發(fā)利用”專項在農(nóng)業(yè)節(jié)水領(lǐng)域首批啟動項目，項目經(jīng)費3000萬元。本項目由西北農(nóng)林科技大學(xué)中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院蔡煥杰教授主持，項目集合了西北農(nóng)林科技大學(xué)、武漢大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、寧夏水利科學(xué)研究院、西安交通大學(xué)、新疆自治區(qū)水利科學(xué)研究院、甘肅省農(nóng)科院等一批節(jié)水灌溉領(lǐng)域的優(yōu)勢單位。

圖1 項目技術(shù)路線圖

水資源短缺是制約西北地區(qū)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸。實施節(jié)水灌溉，提高作物水分利用效率已經(jīng)成為緩解該區(qū)水資源短缺的重大戰(zhàn)略舉措，也是支撐我國目前和未來該區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)適度可持續(xù)發(fā)展的公益性關(guān)鍵技術(shù)。項目針對西北典型農(nóng)區(qū)干旱缺水與生態(tài)環(huán)境脆弱并存，農(nóng)業(yè)用水浪費嚴(yán)重，主要糧油作物和經(jīng)濟作物水分利用效率較低的實際，以提高作物水分利用效率和降低農(nóng)業(yè)用水總量為目標(biāo)，按照應(yīng)用基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)、區(qū)域技術(shù)集成與示范應(yīng)用科技創(chuàng)新鏈條，重點研究作物高效用水機理與調(diào)控，研發(fā)綠色高效節(jié)水灌溉裝備和灌溉輸配水系統(tǒng)與田間工程關(guān)鍵技術(shù)，在陜西、甘肅、寧夏、新疆、內(nèi)蒙古等?。▍^(qū)）建立具有明顯區(qū)域特色的節(jié)水灌溉技術(shù)試驗示范區(qū)，進行技術(shù)集成與示范應(yīng)用，建立不同區(qū)域典型作物節(jié)水灌溉制度，提出不同區(qū)域節(jié)水灌溉系統(tǒng)技術(shù)解決方案與標(biāo)準(zhǔn)體系，形成相應(yīng)高效節(jié)水灌溉技術(shù)模式，推動西北地區(qū)全面實施規(guī)?；咝Ч?jié)水灌溉行動，提升節(jié)水灌溉領(lǐng)域自主創(chuàng)新能力。

項目立足西北典型農(nóng)區(qū)，以“機理識別—技術(shù)創(chuàng)新—設(shè)備研發(fā)—集成應(yīng)用”為主線，融應(yīng)用基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)集成應(yīng)用于一體，開展作物高效用水機理與調(diào)控、綠色高效節(jié)水灌溉裝備研制與開發(fā)、灌溉輸配水系統(tǒng)與田間工程關(guān)鍵技術(shù)、典型農(nóng)區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)集成創(chuàng)新與應(yīng)用4個方面研究，項目技術(shù)路線如下。

研究內(nèi)容包括：

（1）作物高效用水機理與調(diào)控研究

研究不同水分條件下作物相關(guān)代謝調(diào)控基因/蛋白的表達和鑒定，探究作物節(jié)水增產(chǎn)相關(guān)的生物學(xué)調(diào)控機制；研究作物在不同時間-空間水分脅迫環(huán)境下的水分利用與產(chǎn)量形成過程；研究作物水分脅迫環(huán)境下產(chǎn)生的生長、光合和代謝補償?shù)念愋汀姸扰c產(chǎn)量形成過程的生理轉(zhuǎn)換機制；研究水分脅迫條件下作物體內(nèi)水分來源及根系吸水活躍區(qū)，探明不同生育期農(nóng)田灌溉合理計劃濕潤層的土壤水分調(diào)控深度；研究作物根區(qū)環(huán)境及加氣灌溉對土壤特征、作物生長、產(chǎn)量和品質(zhì)影響；研究西北地區(qū)主要作物需水量時空變化規(guī)律。

（2）綠色高效節(jié)水灌溉裝備研制與開發(fā)

根據(jù)西北農(nóng)區(qū)水源條件和作物特征，開發(fā)精量水肥一體化灌溉技術(shù)與水氣耦合灌溉技術(shù)；研究高彈性PE高分子樹脂配方、基于PE同性材料的彈性變形壓力補償式滴頭、新型微孔迷宮流道滴灌帶生產(chǎn)線與產(chǎn)品；研究高效過濾技術(shù)與清洗裝置，開發(fā)高效過濾裝置；開展滴灌控配水設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和流量調(diào)節(jié)方式、工作原理等技術(shù)研究，開發(fā)具有多變流量、抗堵塞功能的滴灌控配水設(shè)備；研發(fā)適用于西北典型農(nóng)區(qū)的多功能折疊桁架式平移噴灌機；研究變工況下光伏水泵內(nèi)部流動機理，提出不同揚程光伏水泵的設(shè)計方法，開發(fā)多工況高效太陽能泵。

（3）灌溉輸配水系統(tǒng)與田間工程關(guān)鍵技術(shù)

針對從水源到田間輸配水過程中水量損失主要環(huán)節(jié)，重點研究寒冷地區(qū)灌區(qū)輸配水渠道防滲防凍脹結(jié)構(gòu)型式及材料性能指標(biāo)；研究灌區(qū)尺度內(nèi)高效節(jié)水的田塊規(guī)格和合理的田間渠系布置模式；研究從水源調(diào)度到骨干渠系、田間渠系優(yōu)化配水和灌溉制度優(yōu)化的全灌區(qū)協(xié)調(diào)的整體調(diào)度與配水模式，集供需水中長期預(yù)測、實時預(yù)測、短期渠系動態(tài)配水與調(diào)度方案實時修正為一體的灌區(qū)全過程滾動配水技術(shù)；研究開發(fā)出適用于西北多泥沙灌區(qū)緩坡渠道的新型量水建筑物；研制灌溉系統(tǒng)水量監(jiān)測信息傳輸技術(shù)與低成本自動量水設(shè)備；開發(fā)灌溉用水效率計算模型，提出灌溉用水效率的快速測評技術(shù)。

（4）典型農(nóng)區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)集成創(chuàng)新與應(yīng)用

針對西北典型農(nóng)區(qū)實際，以區(qū)域主要糧油作物和特色經(jīng)濟作物為研究對象，針對陜北黃土高原特色經(jīng)濟林、內(nèi)蒙河套灌區(qū)糧經(jīng)作物、寧夏揚水灌區(qū)經(jīng)濟作物、甘肅內(nèi)陸河區(qū)制種玉米和溫室作物、南疆綠洲主要作物分別開展節(jié)水灌溉技術(shù)集成創(chuàng)新與應(yīng)用，重點開展區(qū)域水土資源優(yōu)化配置、典型節(jié)水高效灌溉制度、適宜的節(jié)水灌溉技術(shù)及其配套技術(shù)研究，建立試驗示范區(qū)，進行技術(shù)組裝集成與典型示范，探討節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用保障機制，形成不同區(qū)域節(jié)水灌溉綜合技術(shù)解決方案與標(biāo)準(zhǔn)體系。

項目探索以節(jié)水灌溉試驗站為依托、以“高等院校+科研院所+地方農(nóng)業(yè)與水利技術(shù)推廣部門+分散農(nóng)戶+國有農(nóng)場或公司”為主要特征的干旱內(nèi)陸區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水綜合技術(shù)應(yīng)用示范合作機制與組織模式。項目有效地將基礎(chǔ)研究、技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)集成與應(yīng)用融為一體，通過技術(shù)示范，促進技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，輻射帶動區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益的協(xié)同提升，可有效避免技術(shù)“碎片化”，改變以往基礎(chǔ)研究與技術(shù)集成示范相對分離的現(xiàn)象。項目課題設(shè)置以西北典型農(nóng)區(qū)優(yōu)勢糧食作物和特色經(jīng)濟作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展為主線，開展節(jié)水灌溉技術(shù)創(chuàng)新和集成示范，緊扣生產(chǎn)實際，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的實際問題。項目集成創(chuàng)新灌溉節(jié)水和降水資源利用技術(shù)，建立基于土壤水分消耗與補給相平衡的黃土高原特色經(jīng)濟林綜合節(jié)水技術(shù)模式。針對河套灌區(qū)鹽漬化問題，提出地面畦溝灌、膜下滴灌及地表水、地下水聯(lián)合灌溉技術(shù)模式。針對高含沙水特征，構(gòu)建適用于噴、微灌的復(fù)雜水質(zhì)（高含沙水、藻類及微生物）綜合凈化處理技術(shù)模式。針對極端干旱南疆綠洲區(qū)，集成作物生理、化學(xué)、工程、管理調(diào)控措施，耦合水、鹽、熱關(guān)系，構(gòu)建“節(jié)水、增效、優(yōu)質(zhì)”的典型經(jīng)濟作物水肥高效利用技術(shù)模式。項目將為西北典型農(nóng)區(qū)提供具有針對性的技術(shù)措施和節(jié)水灌溉綜合技術(shù)解決方案。

通過項目實施，闡明主要作物高效用水機理，完善作物節(jié)水-優(yōu)質(zhì)-高效水分調(diào)控體系，形成適宜西北典型農(nóng)區(qū)的綠色高效節(jié)水灌溉裝備和輸配水新產(chǎn)品、新設(shè)備 10 套。在陜北黃土高原、甘肅內(nèi)陸河區(qū)、寧夏揚水灌區(qū)、南疆綠洲灌區(qū)和內(nèi)蒙河套灌區(qū)建立5個節(jié)水灌溉技術(shù)試驗示范區(qū)，核心示范區(qū)面積 2500 畝（每個示范區(qū)面積 500 畝），技術(shù)輻射推廣面積 20 000 畝以上（每個示范區(qū) 4000 畝以上）。技術(shù)成果應(yīng)用后，與示范區(qū)所在區(qū)域當(dāng)前最好水平相比，作物水分利用效率提高 15%以上，灌溉效率提高 10%以上。建立不同區(qū)域典型作物節(jié)水灌溉制度，提出節(jié)水灌溉系統(tǒng)技術(shù)解決方案與標(biāo)準(zhǔn)體系。培養(yǎng)研究生和青年學(xué)術(shù)骨干 140 名，培訓(xùn)農(nóng)民 5000人次以上，形成 8個左右具有區(qū)域特色的節(jié)水技術(shù)創(chuàng)新團隊，凝聚一支 100 人左右的技術(shù)創(chuàng)新隊伍。項目實施可為節(jié)約農(nóng)業(yè)用水、緩解該區(qū)水資源短缺提供重要科技支撐，為該區(qū)節(jié)水灌溉的發(fā)展起到重要引領(lǐng)和示范作用。

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.01.113

*責(zé)任作者： 蔡煥杰（1962—），男，教授，西北農(nóng)林科技大學(xué)，主要研究方向為農(nóng)業(yè)節(jié)水及水資源高效利用，E-mail:caihj@nwsuaf.edu.cn。