農(nóng)業(yè)節(jié)水化的科技支撐

夏青

缺水，一直是我國農(nóng)業(yè)面臨的一大問題。我國干旱半干旱地區(qū)占國土面積50%以上，人均水資源占有量只有世界平均水平的1/4，但是全國70%以上的種植業(yè)產(chǎn)品來自于灌溉耕地，農(nóng)業(yè)用水占全國用水總量的比例高達(dá)61.4%。

習(xí)近平總書記在2014年就提出了“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水新思路。

2019年9月18日，在河南省鄭州主持召開黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會上，習(xí)近平總書記又談到要推進水資源的節(jié)約集約利用。習(xí)近平說：“黃河水資源量就這么多，搞生態(tài)建設(shè)要用水，發(fā)展經(jīng)濟、吃飯過日子也離不開水，不能把水當(dāng)作無限供給的資源?！薄耙罅ν七M農(nóng)業(yè)節(jié)水，實施全社會節(jié)水行動，推動用水方式由粗放向節(jié)約集約轉(zhuǎn)變?！?/p>

從節(jié)水農(nóng)業(yè)的實踐來看，要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水的最大化，核心是科技支撐。

農(nóng)業(yè)節(jié)水化科技是核心

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所所長、中國科學(xué)院院士錢前介紹說，小麥?zhǔn)俏覈狈睫r(nóng)業(yè)用水大戶，用水量占農(nóng)業(yè)用水的70%；旱地和非充分灌溉小麥約占總面積60%，常年受旱約1億畝，減產(chǎn)50億公斤。據(jù)估計，減產(chǎn)造成的經(jīng)濟損失超過110億元。

以全國糧食主產(chǎn)省之一的河北省為例，據(jù)統(tǒng)計，近年來全省全年的總用水量約200億立方米。其中，“用水大戶”農(nóng)業(yè)就占了總用水量的60%以上，在農(nóng)業(yè)中，小麥灌溉又占農(nóng)業(yè)用水總量的50%。長期以來，由于水資源缺乏，河北地下水超采嚴(yán)重。

要打破這一困局，需要更多適合我國國情的科技支撐。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所所長、研究員黃修橋認(rèn)為，農(nóng)業(yè)節(jié)水化的核心科技支撐，可以概括為九個方面：一是基于現(xiàn)代生物技術(shù)的節(jié)水抗旱品種選育；二是基于生物學(xué)原理的作物需水過程與調(diào)控理論；三是基于現(xiàn)代信息學(xué)的智慧灌溉技術(shù)；四是適水農(nóng)業(yè)理論與新技術(shù)；五是基于可持續(xù)發(fā)展的節(jié)水生態(tài)型灌區(qū)理論與技術(shù)；六是基于系統(tǒng)論的農(nóng)業(yè)水資源開發(fā)利用及水量水質(zhì)調(diào)配理論與技術(shù)；七是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水裝備與產(chǎn)品創(chuàng)新；八是現(xiàn)代農(nóng)田建設(shè)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)；九是綜合管理節(jié)水技術(shù)及體制機制。

黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院副院長、教授級高工彭少明表示，受我國水資源條件制約和最嚴(yán)格水資源管理制度驅(qū)動，在節(jié)水優(yōu)先的方針指引下，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉實現(xiàn)從單一技術(shù)到綜合技術(shù)應(yīng)用的進步，研發(fā)了一批適合我國國情的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)和系列化產(chǎn)品。比如，低壓滴灌技術(shù)系統(tǒng)、智能小型移動式噴灌機組等。

據(jù)測算，今年我國節(jié)水品種和節(jié)水栽培技術(shù)的綜合推廣應(yīng)用比傳統(tǒng)小麥生產(chǎn)節(jié)省灌溉水30%左右，平均每畝約減少灌溉水38立方米。

在彭少明看來，我國農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的推廣和產(chǎn)業(yè)化仍面臨著諸多困難，主要包括應(yīng)用節(jié)水技術(shù)、設(shè)備的優(yōu)惠鼓勵政策和執(zhí)行力度還不到位，常常由于成本問題造成先進節(jié)水技術(shù)、設(shè)備推廣受限；對先進節(jié)水技術(shù)、設(shè)備的信息宣介、資源共享的服務(wù)平臺還不健全，節(jié)水技術(shù)供給能力不足問題仍較為突出；對節(jié)水產(chǎn)業(yè)的扶持政策還不完善。農(nóng)業(yè)高效節(jié)水科技推廣與服務(wù)體系不完善，缺乏專門化技術(shù)服務(wù)機構(gòu)給用戶提供技術(shù)指導(dǎo)，工程良性運行困難，可持續(xù)性差，節(jié)水效果大打折扣。

新技術(shù)的使用雖帶來改變：全國農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)從1980年代的0.30提高到2018年的0.55，提高了83%，畝均灌溉用水量由588立方米下降到365立方米，下降了38%。“但2018年我國農(nóng)業(yè)用水量占全國總用水量的61.4%，而世界發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)用水比例多在50%以下。灌溉水利用系數(shù)也遠(yuǎn)低于節(jié)水先進國家0.7—0.8的水平?！迸砩倜髡f。

中國工程院院士、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)中國農(nóng)業(yè)水問題研究中心主任、中國農(nóng)業(yè)節(jié)水和農(nóng)村供水技術(shù)協(xié)會會長康紹忠表示，我國用占全球6%的淡水資源、9%的耕地，解決了占世界21%人口的糧食問題，這是中國對世界糧食安全的一個重大貢獻。但我們國家是一個水資源非常緊缺的國家，在一些水資源短缺的局部地區(qū)，由于農(nóng)業(yè)過度開發(fā)導(dǎo)致了嚴(yán)重的水短缺，如西北內(nèi)陸區(qū)石羊河流域、黑河流域、塔里木河流域相繼告急，下游出現(xiàn)土地沙化、沙進人退、綠洲萎縮等嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問題。

康紹忠介紹說，每年占全國耕地面積約49%的灌溉面積上生產(chǎn)了占全國總量約75%的糧食和90%以上的經(jīng)濟作物。但根據(jù)全國現(xiàn)代灌溉發(fā)展規(guī)劃的報告，未來灌溉水增加的量非常有限，靠擴大農(nóng)業(yè)用水總量規(guī)模增加糧食產(chǎn)能不可持續(xù)。

“我們要找準(zhǔn)農(nóng)業(yè)適水發(fā)展和農(nóng)業(yè)水資源高效利用的核心問題，通過科技進步與管理改革提高水的利用效率，在保障優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的前提下大幅度減少單位面積農(nóng)業(yè)用水量，這是解決當(dāng)前中國水危機并保障糧食安全與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本途徑?！笨到B忠說。

節(jié)水技術(shù)功不可沒

康紹忠介紹，通過實施灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造和農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的推廣應(yīng)用，近30年我國耕地灌溉面積增加了約3億畝。噴微灌面積在1995—2005年時每年凈增約380萬畝，在2010—2015每年新增大約1500萬畝，近五年每年增加2000萬畝，噴微灌總面積達(dá)到1.7億畝以上。近年增長速度在世界上排第一，美國大約2億畝，總量在世界排第一。

與此同時，全國灌溉水有效利用系數(shù)從1980年代的0.30—0.40提高到目前的0.55。而單方水的產(chǎn)糧數(shù)，從1980年代的0.6公斤/立方米左右提高到1.6公斤/立方米以上。如華北山前平原種植的節(jié)水小麥，由1980年代的灌溉六次、生育期畝均灌溉定額300立方米左右降低到目前灌水兩次、生育期灌溉定額100立方米左右，小麥畝產(chǎn)由200公斤/畝提高到415公斤/畝以上，實現(xiàn)了生育期畝用水減少200立方米、畝產(chǎn)量提高200公斤的突破。

“近20來年的時間，農(nóng)田有效灌溉面積從1995年的7.39億畝擴大到了2018年的10.24億畝，節(jié)水灌溉面積由1998年的2.28億畝擴大到了2018年的5.42億畝，翻了一番。這其中，高效節(jié)水灌溉面積由2000年的0.88億畝增加到了2018年的3.28億畝?？梢哉f發(fā)展的速度是非常快的，成效也是非常明顯的?！蔽錆h大學(xué)水利水電學(xué)院院長、教授黃介生介紹說。

黃介生介紹說，上世紀(jì)90年代末開始，我國開展了大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造，同時大力推廣節(jié)水灌溉。農(nóng)田有效灌溉面積由1995年的7.39億畝擴大到10.24億畝，節(jié)水灌溉面積由1998年的2.28畝擴大到2018年的5.42億畝，高效節(jié)水灌溉面積由2000年的0.88億畝增加到2018年的3.28億畝。農(nóng)業(yè)用水總量由1995年的約4000億立方米下降到2018年的約3700億立方米，農(nóng)業(yè)用水占全國總用水量的比例由1995年的約83%下降到2018年的61.5%，節(jié)水灌溉取得了顯著成效。

國際灌排委員會（ICID）名譽主席、大禹節(jié)水集團大禹研究院院長高占義表示，“PPP項目也是節(jié)水灌溉技術(shù)推廣應(yīng)用的有效解決辦法。大禹集團實現(xiàn)了節(jié)水灌溉項目的自主設(shè)計、自主施工、自主運營管理，避免了建設(shè)過程中的責(zé)任推諉問題，也有利于設(shè)計過程中各類問題的有效解決，同時能夠為新項目的建設(shè)提供更好的想法。

我國的科研工作者們除了研發(fā)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水最大化做出重大貢獻外，還一直在尋找最“耐渴”的種子。

據(jù)了解，受資源與環(huán)境制約，我國小麥育種方向由單純高產(chǎn)轉(zhuǎn)到了節(jié)水高產(chǎn)小麥新品種的培育上。“過去的很多小麥品種不耐旱，整個生育期得澆三四遍水?！?國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系衡水綜合試驗站站長、河北省農(nóng)科院旱作農(nóng)業(yè)研究所小麥育種研究室主任喬文臣介紹說，“像衡4399這種只澆一水的小麥，以前老百姓想都不敢想。”

水資源匱乏是華北小麥生產(chǎn)主要限制因素，季節(jié)性干旱過去常對小麥生產(chǎn)造成不利影響。小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系今年正在推廣的石麥22、衡4399，以及中麥、滄麥、邯麥、邢麥、臨麥等系列品種，具有耐旱節(jié)水、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)等優(yōu)良性能，成為華北缺水地區(qū)小麥生產(chǎn)主導(dǎo)品種。與節(jié)水品種配套使用的“冬小麥節(jié)水省肥高產(chǎn)栽培技術(shù)”，連年被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部推薦為全國農(nóng)業(yè)主推技術(shù)。

2020年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院正式啟動“藏糧于技”重大科研任務(wù)。項目骨干成員之一、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員景蕊蓮說，保守測算，應(yīng)用抗旱耐熱小麥新品種每年至少比普通品種節(jié)省“一水”。按常年易旱小麥面積1億畝計算，抗旱品種在增產(chǎn)19.95億公斤的基礎(chǔ)上，可節(jié)水40億噸，相當(dāng)于北京市三年的生活用水總量。

數(shù)十年來，景蕊蓮和團隊不斷創(chuàng)新和完善抗旱、耐熱性鑒定方法，提高評價效率，從我國現(xiàn)已收集保存的5萬多份小麥種質(zhì)資源中，通過田間和人工模擬干旱、高溫條件，對2.4萬份材料進行了抗旱性鑒定評價，對部分材料進行了耐熱性鑒定評價。篩選出一批抗旱性和耐熱性比較突出的種質(zhì)資源，其中抗旱耐熱材料110余份。

據(jù)測算，今年我國節(jié)水品種和節(jié)水栽培技術(shù)的綜合推廣應(yīng)用比傳統(tǒng)小麥生產(chǎn)節(jié)省灌溉水30%左右，平均每畝約減少灌溉水38立方米。

如何實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水化

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部部長韓長賦近日在中國農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究會第一屆會員代表大會上強調(diào)，推進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，重點要做到四個突出。四個突出之一就是突出資源節(jié)約，堅持最嚴(yán)格的耕地和水資源保護制度，持續(xù)推進化肥農(nóng)藥減量增效，統(tǒng)籌推進節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥、節(jié)地、節(jié)能，促進農(nóng)業(yè)節(jié)本增效、節(jié)約增收。

“與以色列相比，未來我國農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)方面需要研發(fā)適應(yīng)我國農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式的灌溉節(jié)水新技術(shù)，重點突破農(nóng)業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)的信息化、配水的精量化、灌溉控制的自動化、水肥藥一體化，以及種植業(yè)節(jié)水增效模式的標(biāo)準(zhǔn)化?！迸砩倜髡J(rèn)為。

如何以科技支撐農(nóng)業(yè)節(jié)水化、夯實國家糧食安全基礎(chǔ)？康紹忠提出，應(yīng)科學(xué)確定節(jié)水灌溉工程規(guī)模和空間布局，做到適水發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展。建議把我國不同典型區(qū)的重點灌溉試驗站納入國家重點野外觀測研究站管理，構(gòu)建國家農(nóng)業(yè)節(jié)水化科研共享平臺，為農(nóng)業(yè)節(jié)水化提供科學(xué)依據(jù)。積極推進適合我國國情和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需求的灌區(qū)現(xiàn)代化，建設(shè)節(jié)水、生態(tài)、智慧、高效、創(chuàng)新型現(xiàn)代灌區(qū)，大力發(fā)展噴微灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)和用水量智能測控與精準(zhǔn)灌溉技術(shù)。進一步研究農(nóng)業(yè)節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)注農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)普及與推廣，加強農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究，關(guān)注大規(guī)模區(qū)域性節(jié)水的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)監(jiān)測和評價，研究節(jié)水補償機制和相關(guān)激勵節(jié)水的政策。通過政、產(chǎn)、學(xué)、研、用的緊密結(jié)合和聯(lián)合攻關(guān)，創(chuàng)建與農(nóng)業(yè)節(jié)水化與適水發(fā)展相適應(yīng)的新理論、新技術(shù)、新品種、新設(shè)備、新制劑、新模式與新機制。

“找準(zhǔn)農(nóng)業(yè)適水發(fā)展和農(nóng)業(yè)水資源高效利用的核心問題，通過科技進步與管理改革提高水的利用效率，在保障優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的前提下大幅度減少農(nóng)業(yè)用水量，是解決當(dāng)前中國水危機并保障糧食安全與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本途徑。”康紹忠認(rèn)為。

在地理區(qū)域上，西北農(nóng)林科技大學(xué)中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院副院長、教授趙西寧認(rèn)為，推進黃河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水科技的發(fā)展至關(guān)重要，需加強節(jié)水潛力和水資源承載力研究；重視節(jié)水全過程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)；以灌區(qū)為重點，全科技鏈條設(shè)計；探索水權(quán)與市場定價機制。

農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)在推廣和實施過程中，也遇到了一些瓶頸?？到B忠表示，農(nóng)業(yè)節(jié)水補償機制尚未形成，節(jié)水成本無人買單；土地分散經(jīng)營模式限制了高效節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用；重建設(shè)、輕管理，節(jié)水工程標(biāo)準(zhǔn)低；缺乏經(jīng)濟、可靠、耐用、適應(yīng)性廣的先進實用技術(shù)；節(jié)水科技推廣與技術(shù)服務(wù)體系不完善；農(nóng)業(yè)節(jié)水試驗與監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)滯后；缺乏變化環(huán)境下節(jié)水的基礎(chǔ)研究工作。

要破解這些瓶頸，康紹忠認(rèn)為，農(nóng)業(yè)節(jié)水化要做好“四個轉(zhuǎn)變”“四個完善”：由單一節(jié)水灌溉技術(shù)向與農(nóng)藝技術(shù)相結(jié)合轉(zhuǎn)變，由單一高效節(jié)水向節(jié)水節(jié)肥節(jié)藥一體化轉(zhuǎn)變，由單一節(jié)水高產(chǎn)向節(jié)水提質(zhì)增效轉(zhuǎn)變，由重視節(jié)水面積數(shù)量向重視工程質(zhì)量和效益轉(zhuǎn)變；完善節(jié)水科技推廣與技術(shù)服務(wù)體系，完善農(nóng)業(yè)節(jié)水試驗與用水監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，完善農(nóng)業(yè)節(jié)水補償機制，完善節(jié)水產(chǎn)品市場準(zhǔn)入機制。

對于促進我國農(nóng)業(yè)節(jié)水化，康紹忠建議，三個方面不可少，投入、管理和科技。“投入要更多，管理要更到位，科技支撐要更有效。建議進一步完善國家農(nóng)業(yè)節(jié)水化的管理體制，建立農(nóng)業(yè)節(jié)水化行政首長責(zé)任制。建立農(nóng)業(yè)節(jié)水化發(fā)展基金，形成農(nóng)業(yè)節(jié)水化投資收益保障機制。建議建立農(nóng)業(yè)節(jié)水化綜合改革試驗示范區(qū)。建議盡快啟動‘農(nóng)業(yè)節(jié)水化科技創(chuàng)新專項?！彼f。

中國水利水電科學(xué)研究院水利研究所所長、教授級高工李益農(nóng)認(rèn)為，現(xiàn)代灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉全過程的節(jié)水可以為農(nóng)業(yè)節(jié)水化提供一把鑰匙?！拔覀円酝窃趩雾椆?jié)水技術(shù)方面有一些成果，但總的來說在整體上是不足的。而且過去更多的是靠人力、憑經(jīng)驗，未來的發(fā)展要強調(diào)系統(tǒng)治理的思想，強調(diào)整體的作用，要靠科技憑數(shù)據(jù)，提升服務(wù)管理能力，這是在全過程節(jié)水中需要考慮的問題。從節(jié)水技術(shù)發(fā)展的趨勢來說，目前已經(jīng)發(fā)展到智能化的節(jié)水技術(shù)，從單一技術(shù)向綜合技術(shù)轉(zhuǎn)變，從單目標(biāo)向多目標(biāo)協(xié)同轉(zhuǎn)變，但目前還存在一些突出問題，首先是先進技術(shù)的供給能力不足，其次是節(jié)水產(chǎn)品低端化的格局并未改變，第三是整個節(jié)水的產(chǎn)業(yè)做大做強還任重道遠(yuǎn)?！崩钜孓r(nóng)說。

“未來我們的農(nóng)業(yè)節(jié)水空間到底有多大？可以從工程設(shè)施條件和運行管理水平兩個環(huán)節(jié)來進行判斷?！秉S介生提出，在工程設(shè)施條件建設(shè)的過程中，還有一些問題需要我們研究。比如，在不同區(qū)域、自然和經(jīng)濟社會條件下，適宜的節(jié)水策略是什么？節(jié)水灌溉到底應(yīng)該如何去因地制宜的發(fā)展等，這都需要深入研究。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所所長黃修橋認(rèn)為，農(nóng)業(yè)節(jié)水化的核心科技支撐，首先是基于現(xiàn)代生物技術(shù)的節(jié)水抗旱品種選育；其次是基于生物學(xué)原理的作物需水過程與調(diào)控理論；除此以外，還有基于現(xiàn)代信息學(xué)的智慧灌溉技術(shù)、適水農(nóng)業(yè)理論與新技術(shù)，基于可持續(xù)發(fā)展的節(jié)水生態(tài)型灌區(qū)理論與技術(shù)等。

“從傳統(tǒng)的大水漫灌到精準(zhǔn)滴灌，從澆地到澆作物，從節(jié)水灌溉到作物水肥一體化，從農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展到今天的農(nóng)業(yè)節(jié)水化，這是在‘綠色發(fā)展背景下的新的時代要求，是‘節(jié)水優(yōu)先戰(zhàn)略在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)上的系統(tǒng)體現(xiàn)。除了節(jié)水，我們更應(yīng)該考慮如何節(jié)肥、節(jié)藥、節(jié)地、節(jié)能、節(jié)本、減排、增效。農(nóng)業(yè)節(jié)水科技創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上，希望我們發(fā)揮多學(xué)科交叉優(yōu)勢，協(xié)同創(chuàng)新，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水化，夯實國家糧食安全基礎(chǔ)貢獻力量?！敝袊r(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院院長、教授杜太生如是說。