淺談灌溉試驗站建設(shè)與運行管理

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(長江科學(xué)院 農(nóng)業(yè)水利研究所，武漢 430010)

2011年國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于實行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》和中央一號文件明確提出，建立用水總量控制、用水效率控制和水功能區(qū)限制納污“三項制度”，劃定用水總量、用水效率和水功能區(qū)限制納污“三條紅線”。2017年中央一號文件“大規(guī)模實施農(nóng)業(yè)節(jié)水工程。把農(nóng)業(yè)節(jié)水作為方向性、戰(zhàn)略性大事來抓，加快完善國家支持農(nóng)業(yè)節(jié)水政策體系”?？梢?，水是推進農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、推行綠色生產(chǎn)方式、增強農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力的重大和關(guān)鍵問題。未來我國以農(nóng)業(yè)為主的用水結(jié)構(gòu)將長期存在，灌溉是用水大戶的基本局面不會根本改變。

在水土資源約束日益加劇的條件下，保障國家水安全以及糧食安全的用水需求，最迫切、最有效的辦法是節(jié)水。通過大規(guī)模實施農(nóng)業(yè)節(jié)水工程，推動農(nóng)田水利從提高供水能力向更加重視提高節(jié)水能力轉(zhuǎn)變。而通過開展灌溉試驗研究，推廣和普及噴灌、滴灌、管道輸水灌溉等先進節(jié)水技術(shù)，實現(xiàn)適時、適量、精準(zhǔn)、科學(xué)灌溉，并科學(xué)評價農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的節(jié)地、節(jié)能、減排、增產(chǎn)、增效、增收等一系列綜合效益，是推動農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要基礎(chǔ)和保障措施。

1 灌溉試驗及試驗站的功能定位

建設(shè)灌溉試驗站，開展灌溉試驗研究，是開展農(nóng)田灌排工程規(guī)劃設(shè)計，促進工程科學(xué)管理與運行的基礎(chǔ)，是提高農(nóng)業(yè)用水效率、落實水資源管理“三條紅線”的重要依據(jù)，是發(fā)展高效節(jié)水灌溉、推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要科技支撐，是降低農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險、保障糧食安全的必然要求，是減少農(nóng)業(yè)面源污染、推進生態(tài)灌區(qū)建設(shè)的重要保證，是發(fā)揮示范帶動、強化公共服務(wù)職能的迫切需要[1]。

1.1 開展基礎(chǔ)試驗研究

針對試驗站所屬轄區(qū)水利及國家發(fā)展的形勢與要求，結(jié)合當(dāng)前及今后要解決的水利科技問題，確定試驗研究項目，開展各類基礎(chǔ)試驗研究。主要開展的試驗研究包括：作物蒸騰蒸發(fā)量試驗、灌溉制度與灌溉效益試驗、作物水分生產(chǎn)函數(shù)與劣質(zhì)水安全利用試驗、灌溉方法及灌水技術(shù)試驗以及土壤、作物、水分、氣象條件觀測等[2]。開展灌溉試驗前，應(yīng)根據(jù)試驗任務(wù)的要求，編寫試驗設(shè)計書，合理確定灌溉試驗的處理，并根據(jù)試驗場地面積、土壤肥力狀況和試驗設(shè)計的主要任務(wù)，統(tǒng)一規(guī)劃試驗小區(qū)。

1.2 基礎(chǔ)資料收集整理

基礎(chǔ)資料收集整理包括整理、分析和整編3個部分。對試驗的基本情況、土壤理化性質(zhì)、耕作栽培情況、灌溉排水與農(nóng)田水分狀況、作物生長發(fā)育狀況、生理生化狀況、氣象條件及農(nóng)田小氣候狀況、測產(chǎn)情況等原始資料，要分科目進行整理。對于農(nóng)田水分狀況、氣象條件及農(nóng)田小氣候等定期、連續(xù)的觀測資料，應(yīng)按照旬、月、年進行統(tǒng)計整理；試驗結(jié)果要進行顯著性檢驗，根據(jù)試驗處理的設(shè)計，一般可采用t檢驗法、方差分析法(F檢驗法)。匯總試驗站及所屬轄區(qū)按全國統(tǒng)一部署所觀測、采集的資料，對積累滿5 a的觀測資料應(yīng)進行統(tǒng)一整理匯編，并報上級主管部門。

1.3 技術(shù)成果示范與推廣

促進農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展是開展灌溉試驗和建設(shè)灌溉試驗站的主要功能之一。灌溉試驗應(yīng)堅持水利與農(nóng)業(yè)、田間試驗體育室內(nèi)分析結(jié)合的原則，確保試驗成果有利于提高灌溉水利用率和水分生產(chǎn)率。試驗站應(yīng)與科研院所、高等院校等有關(guān)研究部門、單位開展廣泛合作，將試驗研究的高效節(jié)水灌溉技術(shù)模式、農(nóng)業(yè)面源污染調(diào)控模式等先進技術(shù)成果在較大范圍上進行示范與推廣。同時，可以對量水設(shè)施等先進農(nóng)業(yè)水利儀器、設(shè)備進行試驗和檢驗，為灌區(qū)現(xiàn)代化改造建設(shè)提供支撐。

1.4 農(nóng)業(yè)水利技術(shù)和管理培訓(xùn)

試驗站應(yīng)具備開展技術(shù)培訓(xùn)的能力，與協(xié)作單位(高等院校、科研院所)共同形成較強培訓(xùn)技術(shù)團隊，在試驗站設(shè)置必要的培訓(xùn)設(shè)施，培訓(xùn)試驗站所屬轄區(qū)水利科技研究人員；同時，也可以協(xié)助水行政主管部門開展灌溉用水管理、灌溉信息化等相關(guān)的農(nóng)業(yè)水利技術(shù)培訓(xùn)。

1.5 國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流和節(jié)水灌溉科普教育

試驗站開展的灌溉試驗研究和技術(shù)推廣應(yīng)代表試驗站所屬地區(qū)甚至國內(nèi)先進水平，具備與國外相關(guān)機構(gòu)開展學(xué)術(shù)交流、展示國內(nèi)外最新水利科技與成果的條件。同時以試驗站科研及推廣項目為依托，開展節(jié)水灌溉和農(nóng)業(yè)面源污染控制科普教育，增強全民節(jié)約用水、科學(xué)用水、保護水環(huán)境的意識。

2 灌溉試驗站建設(shè)的主要內(nèi)容

灌溉試驗應(yīng)包括大田作物和設(shè)施農(nóng)業(yè)的灌溉模式、灌溉制度、水肥耦合及灌溉效益試驗，作物需水規(guī)律及降雨利用量試驗，作物受旱、水分脅迫、水分生產(chǎn)函數(shù)及優(yōu)化灌溉制度試驗，渠系及田間量水設(shè)施、防滲措施及效果試驗，灌溉排水對生態(tài)環(huán)境影響及生面源污染修復(fù)技術(shù)及除澇排水試驗等。

2.1 作物試驗小區(qū)

2.1.1 大田作物試驗小區(qū)

在大田作物試驗小區(qū)主要開展糧食作物需水規(guī)律和水肥調(diào)控試驗。包括滴灌區(qū)、微噴灌區(qū)、微潤灌溉區(qū)、標(biāo)準(zhǔn)旱作試驗小區(qū)、中試區(qū)，開展棉花、玉米、小麥等旱地作物以及水稻等水田作物的灌水方法、灌水技術(shù)、需水規(guī)律、灌溉制度和灌溉效益等試驗。其中，一些精細的探索性內(nèi)容，須與測坑、大型測筒的試驗相配合。試驗時，可根據(jù)具體的試驗處理，在每個試驗區(qū)內(nèi)部再設(shè)置小區(qū)，安排不同灌溉制度的處理和重復(fù)。

2.1.2 設(shè)施農(nóng)業(yè)試驗小區(qū)

在設(shè)施農(nóng)業(yè)試驗小區(qū)主要開展蔬菜、花卉、果木等經(jīng)濟價值較高的作物需水規(guī)律和品質(zhì)影響試驗，主要有微噴灌系統(tǒng)、微潤灌溉系統(tǒng)和滴灌系統(tǒng)等。

2.2 測坑試區(qū)

測坑是灌溉試驗站最重要的試驗設(shè)施之一，許多精度要求較高的試驗都要求在高標(biāo)準(zhǔn)的測坑中進行。測坑占地形狀一般為矩形，長度方向宜為南北向，寬度方向宜為東西向。地下室內(nèi)布置有:測坑的供排水系統(tǒng)，測坑剖面上的水、鹽、溫度監(jiān)測系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。測坑兩側(cè)應(yīng)設(shè)置保護區(qū)，保護區(qū)外設(shè)置自動遮雨棚。測坑供排水系統(tǒng)分別設(shè)置地上供水和地下自動供排水系統(tǒng)，地下供排水系統(tǒng)由供水箱、自動供排水裝置、管道、管網(wǎng)等組成。

2.3 大型蒸滲器(測筒)試區(qū)

具有作物受旱脅迫、作物水分生產(chǎn)函數(shù)試驗、作物水肥生產(chǎn)函數(shù)試驗等較多試驗處理，同時試驗精度要求又較高，為滿足上述試驗的開展，應(yīng)規(guī)劃布置大型蒸滲器試區(qū)。蒸滲器采用地埋雙套筒的方式安裝在田中，并設(shè)活動遮雨棚。蒸滲器中水量平衡可用測針測量，也可由專門定做的土壤分析秤通過稱重測量；特別是在蒸滲器中無水層時，稱重法可達到0.1 mm的精度，與傳統(tǒng)的土壤含水率測定法相比，大大提高了水量平衡的觀測精度。蒸滲器試區(qū)周圍應(yīng)布置保護區(qū)和隔離帶。

2.4 灌溉排水和面源污染調(diào)控

根據(jù)灌區(qū)現(xiàn)代化改造要求，現(xiàn)代灌溉排水試驗可以包括非常規(guī)水安全利用、面源污染濕地修復(fù)等內(nèi)容。

(1)非常規(guī)水安全利用試區(qū)。用于研究灌溉排水再利用的相關(guān)問題，并開展相應(yīng)的非常規(guī)水安全利用試驗。

(2)濕地植被篩選區(qū)。對于南方豐水區(qū)的灌溉試驗站，應(yīng)考慮安排濕地植被篩選區(qū)。主要用于培育以及篩選適應(yīng)南方豐水區(qū)氣候特點和水質(zhì)特性，并具有較強的氮、磷去除能力及較佳經(jīng)濟效益的水生植物。

(3)農(nóng)田面源污染濕地修復(fù)試驗區(qū)。主要通過種植不同植被吸收、沉降農(nóng)田排水中的氮、磷濃度，通過逐級降解減少和去除農(nóng)田面源污染。此試驗區(qū)布置在灌溉主試驗區(qū)的排水下游，便于收集旱地作物區(qū)和稻田作物區(qū)的排水以及及時使降水排入生態(tài)主干溝。

2.5 氣象觀測站

氣象數(shù)據(jù)的觀測是開展作物需水規(guī)律、灌溉制度與灌水方法、水分生產(chǎn)函數(shù)等試驗的基礎(chǔ)資料。對于自行觀測氣象數(shù)據(jù)的灌溉試驗站，氣象觀測站的設(shè)置、觀測方法與標(biāo)準(zhǔn)要與縣級氣象站的標(biāo)準(zhǔn)相同。按中央氣象局編定的《地面氣象觀測規(guī)范》要求，氣象觀測場面積一般采用25 m×25 m=625 m2，確因條件限制，也可以為16 m×20 m=320 m2。安裝的氣象儀器設(shè)備包括蒸發(fā)皿、日照儀及日照強度儀、百葉箱、風(fēng)速儀、雨量計、地面溫度計、凍土器、風(fēng)向器、積冰架、氣壓計、輻射儀[3-4]等。氣象觀測數(shù)據(jù)要對大氣溫度、大氣相對濕度、風(fēng)速、日照時數(shù)、降雨量、蒸發(fā)量、太陽輻射強度等以旬為單元進行系統(tǒng)的整理。

2.6 水源工程及灌排系統(tǒng)

試驗站應(yīng)有充足、穩(wěn)定、水質(zhì)達標(biāo)的灌溉水源和供水工程?？紤]到開展灌溉試驗需水在時間上的隨機性及需水量大小變化較大，例如在對測坑及測筒灌溉時，灌水量特別小，泵站開啟過于頻繁就容易造成損耗，因此，在泵房一側(cè)可配套建設(shè)壓力罐供水裝置，在日常灌水，特別是對壓力要求不大的測坑、測筒、試驗小區(qū)等進行灌溉時，直接由壓力罐供水。生活飲用水以及實驗大樓、人工模擬降雨大廳以自來水為水源，由市政供水。

2.7 辦公生活區(qū)

根據(jù)試驗站的任務(wù)職責(zé)、工作性質(zhì)和試驗要求，辦公生活區(qū)可以包括辦公室、實驗室、資料室、會議室、節(jié)水灌溉科技展示大廳、培訓(xùn)用房、職工臨時值班用房、專家接待用房、倉庫、器具及設(shè)備維修室、車庫等。試驗站應(yīng)根據(jù)功能定位和場地條件對辦公生活區(qū)的建設(shè)內(nèi)容進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，既要保證滿足正常的灌溉試驗站運行，又不能過度開發(fā)建設(shè)，造成資源和資金的浪費。實驗室布置土壤理化實驗室、植物生理實驗室、土壤水分及溶質(zhì)運移實驗室、植物生長氣候室。

3 灌溉試驗站建設(shè)管理有關(guān)要求

3.1 試驗站選址

試驗站選址首先應(yīng)根據(jù)功能定位，考慮所屬行政區(qū)劃主要作物的代表性，比如以南方豐水區(qū)節(jié)水減排為研究對象的試驗站，就不能布設(shè)在西部山丘區(qū)，而應(yīng)考慮成都平原、江漢平原、贛撫平原、洞庭湖區(qū)等水稻種植比較集中的地區(qū)[5-6]。其次試驗站選址應(yīng)該交通方便，一是方便試驗站建設(shè)時試驗設(shè)施、工具等進場，二是便于試驗站管理人員和科研人員開展試驗研究。再次是水、電、通訊要有保障，這是試驗站運行的基本條件。最后應(yīng)考慮試驗站征占地盡可能有較長時間的使用權(quán)，一般不低于30 a。

3.2 試驗站設(shè)計

在試驗站規(guī)劃、設(shè)計時，應(yīng)選擇具有專業(yè)知識和相應(yīng)資質(zhì)的單位，并且廣泛調(diào)研現(xiàn)有試驗站運行管理中發(fā)現(xiàn)的問題和比較好的經(jīng)驗、理念[7-8]。為體現(xiàn)海綿城市理念，試驗站建設(shè)盡量采用低影響開發(fā)技術(shù)。低影響開發(fā)技術(shù)包括不同形式的低影響開發(fā)設(shè)施，主要有透水鋪裝、綠色屋頂、下沉式綠地、生物滯留設(shè)施、滲透塘、滲井、濕塘、雨水濕地、蓄水池、雨水罐、調(diào)節(jié)塘、調(diào)節(jié)池、植草溝、滲管(渠)、植被緩沖帶、初期雨水棄流設(shè)施、人工土壤滲濾等。同時，試驗站設(shè)計時，應(yīng)充分考慮現(xiàn)代化要求，試驗數(shù)據(jù)采集、傳輸務(wù)必實現(xiàn)信息化，以減少人工勞動強度和運行管理成本。

3.3 試驗站施工管理

試驗站普遍投資規(guī)模在數(shù)百萬至幾千萬元，甚至過億元，除了按照水利工程建設(shè)程序組織招投標(biāo)外，還應(yīng)有針對性地選擇具備資質(zhì)、有經(jīng)驗的施工隊伍。在施工過程中需要加強監(jiān)理工作，特別是對測坑、蒸滲儀等地下隱蔽工程以及作物試區(qū)的防滲工程加強質(zhì)量監(jiān)督管理[9-10]。試驗站建設(shè)旨在為灌溉管理和面源污染控制提供科學(xué)依據(jù)，因此應(yīng)做好施工過程中的環(huán)境保護和水土保持。

3.4 試驗站驗收管理

試驗站建設(shè)任務(wù)完成后，試驗站建設(shè)主管部門應(yīng)及時組織設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位以及供貨商等有關(guān)單位和部門，開展試驗站竣工驗收，驗收合格后方可交付使用。

要特別注意試驗站建設(shè)的檔案管理，確保規(guī)劃、初步設(shè)計、施工資料、監(jiān)理資料、設(shè)備資料齊全，整理完成后，宜電子化，作為試驗站信息化的一部分內(nèi)容[11]。

4 灌溉試驗站運行管理

4.1 機構(gòu)和人才隊伍建設(shè)

試驗站應(yīng)成立專門的運行管理機構(gòu)，配備專業(yè)人員，保障試驗站的日常運行和管理，開展作物節(jié)水灌溉和面源污染調(diào)控等試驗研究，進行先進技術(shù)和設(shè)備的試驗、示范和推廣。比如，江西省灌溉試驗中心站在2012年時有試驗人員18人，其中高級職稱2人、中級職稱4人；同時根據(jù)工作需要，設(shè)置了農(nóng)田水利與高效節(jié)水灌溉研究室等5個研究室和辦公信息宣傳中心等2個管理中心，為灌溉試驗站的運行管理提供了機構(gòu)和組織保障。

4.2 財政支持

試驗站用水、用電、通訊以及管理人員的工資等基本開支應(yīng)納入試驗站上級管理單位的年度財政預(yù)算，并列為經(jīng)常性事業(yè)經(jīng)費，以保證工作人員的積極性。江西省灌溉試驗中心站將人員工資福利與日常管理費(辦公、水電費)等納入贛撫平原灌區(qū)管理局財政預(yù)算，基本解決了日常運行經(jīng)費來源問題，為試驗站政策運行解決了后顧之憂。

4.3 科研合作

除了完成基礎(chǔ)的試驗觀測和數(shù)據(jù)采集，保證試驗站正常運行之外，作為全國灌溉試驗站網(wǎng)的組成部分，還應(yīng)直接參加或承擔(dān)全國性的試驗攻關(guān)項目，結(jié)合地區(qū)特色開展試驗研究，這對于提高我國灌溉科學(xué)的整體水平將發(fā)揮巨大的效益。同時，需加強與大專院校和科研院所的合作與交流，并成為這些科研單位開展灌溉排水領(lǐng)域科學(xué)研究和技術(shù)示范推廣的基地和平臺[12-13]。江西省灌溉試驗中心站、湖北省灌溉試驗中心站等是在合作交流方面比較成功的例子。

4.4 建立評價制度

為了鼓勵試驗站開展先進節(jié)水技術(shù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的研究與示范，推動當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化，很有必要建立試驗站網(wǎng)考核評估制度，以省級行政區(qū)為單元，每年或每兩年評估一次，對管理人員及制度、科研實驗科學(xué)性合理性、科研成果、技術(shù)推廣等進行評價，設(shè)立獎勵制度。對于向廣大農(nóng)民傳播新的科技知識、提高農(nóng)民的科技文化素質(zhì)起到輻射和示范作用的試驗站，應(yīng)進行重點宣傳和獎勵。

5 結(jié)論與展望

(1)大規(guī)模實施農(nóng)業(yè)節(jié)水工程是推動農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的重要保障，而灌溉試驗是農(nóng)業(yè)節(jié)水工作的基礎(chǔ)。因此加強我國灌溉試驗站(網(wǎng))建設(shè)和管理，通過灌溉試驗的開展，掌握變化環(huán)境下作物需水規(guī)律，大力普及噴灌、滴灌、管道輸水灌溉等節(jié)水灌溉技術(shù)，將實現(xiàn)適時、適量、精準(zhǔn)、科學(xué)灌溉，進而實現(xiàn)節(jié)地、節(jié)能、減排、增產(chǎn)、增效、增收等一系列綜合效益，有效改善農(nóng)作物品質(zhì)，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高農(nóng)產(chǎn)品競爭力。

(2)各級政府和水行政主管部門應(yīng)高度重視灌溉試驗工作，推進《全國灌溉試驗站網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃》的實施，并協(xié)調(diào)國土、農(nóng)業(yè)、水利、林業(yè)等部門，落實試驗站選址、機構(gòu)設(shè)置、人員編制、運行經(jīng)費、試驗任務(wù)等內(nèi)容。

(3)水行政主管部門和流域機構(gòu)應(yīng)推動轄區(qū)內(nèi)試驗站網(wǎng)建設(shè)與管理的經(jīng)驗和成果交流，并促進先進節(jié)水技術(shù)、方法和設(shè)施設(shè)備的推廣應(yīng)用，真正為農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革提供技術(shù)支撐。

各地農(nóng)田水利主管部門應(yīng)在保障灌溉試驗站機構(gòu)和隊伍建設(shè)方面給予支持，并將試驗站人員工資和基本運行費用列入財政預(yù)算，確保灌溉試驗站的基礎(chǔ)試驗和公益研究作用得到全面發(fā)揮。

(4)通過科研合作和考核評價制度，增強灌溉試驗站開展節(jié)水灌溉技術(shù)科研和推廣的能力，提高試驗站管理水平。