節(jié)水型灌區(qū)建設(shè)中農(nóng)業(yè)節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

李強(qiáng)強(qiáng)

（新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830000）

近年來，面對快速增長的農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，中國部分地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重缺水等情況，地下水位迅速下降，引發(fā)地面沉降、咸水入侵，可以說日益減少的水供應(yīng)對國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要影響。作為世界上重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，灌溉狀況對作物產(chǎn)量和農(nóng)戶收入都有不可忽略的影響，水資源將影響糧食安全和農(nóng)業(yè)收入。基于此，政府必須對迫在眉睫的水資源使用危機(jī)作出反應(yīng)，應(yīng)用節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

1 農(nóng)業(yè)節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 發(fā)展成果

隨著人口增長迅速，城市化進(jìn)程加快，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源之間沖突變得越來越尖銳。農(nóng)業(yè)作為中國節(jié)水潛力最大的產(chǎn)業(yè)，發(fā)展現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)是確保國內(nèi)糧食、水和生態(tài)安全的重要戰(zhàn)略措施。國內(nèi)部分地區(qū)由于氣候、環(huán)境以及資源的差異，使得發(fā)展農(nóng)業(yè)必須充分利用好現(xiàn)有稟賦，由此發(fā)現(xiàn)在節(jié)水型灌區(qū)發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要性。目前國內(nèi)正處于傳統(tǒng)技術(shù)升級與高新技術(shù)發(fā)展交織的關(guān)鍵時期，通過分析現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)需求，如何確定節(jié)水技術(shù)的研究重點和發(fā)展方向，對于國內(nèi)農(nóng)業(yè)的發(fā)展、保障生態(tài)和糧食安全具有重要意義[1]。

國內(nèi)目前雖然面臨著日益尖銳的水資源供求矛盾和農(nóng)業(yè)用水過度消耗等問題，但側(cè)面反映出國內(nèi)節(jié)水潛力很大，農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展也進(jìn)入了一個新階段。因此，節(jié)水技術(shù)的分析開發(fā)被列為國家重點科技項目，主要從節(jié)水灌溉新技術(shù)、水資源合理利用、主要作物節(jié)水灌溉系統(tǒng)和設(shè)備等方面進(jìn)行了深入全面的研究，同時在有關(guān)部門的支持下實施了“現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系及新產(chǎn)品研究開發(fā)”的重大技術(shù)項目，并被列入國家863 高技術(shù)研究發(fā)展計劃，重點突破國內(nèi)節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”問題。這些項目的實施，既可以夯實節(jié)水研究的理論基礎(chǔ)，也可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供新的節(jié)水產(chǎn)品，通過技術(shù)水平的提升為實現(xiàn)國內(nèi)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化提供有力支持。

1.2 存在的不足

當(dāng)前，國內(nèi)農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的發(fā)展已有了一定的基礎(chǔ)，并取得了一些突破性的科研成果，在生產(chǎn)中也起到了很大的作用。但仍存在一些不足制約著未來節(jié)水技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展：①農(nóng)業(yè)節(jié)水基礎(chǔ)資料積累不足，缺少全面有效的數(shù)據(jù)信息支撐，對農(nóng)業(yè)用水的監(jiān)控分析也不到位；②從基本原理到實際運(yùn)用都存在著一些不足，沒有形成標(biāo)準(zhǔn)化、集約化的節(jié)水技術(shù)體系和應(yīng)用模式；③節(jié)水設(shè)施及產(chǎn)品功能單一，使用壽命短，節(jié)水材料及工藝研究相對落后，不能維持長期的發(fā)展使用，與世界先進(jìn)水平有一定差距；④干旱作物的開發(fā)與利用不足，缺少一種有效的評估手段和指標(biāo)，無法迅速地對農(nóng)作物的抗旱能力進(jìn)行評估；⑤農(nóng)業(yè)中使用的信息技術(shù)水平很低，雖有智能手段但水資源管理的信息收集和傳輸可靠性較差。上述原因阻礙了節(jié)水技術(shù)進(jìn)一步在節(jié)水型灌區(qū)的廣泛應(yīng)用，不利于國內(nèi)農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

2 節(jié)水型灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

目前國內(nèi)在農(nóng)業(yè)節(jié)水的發(fā)展方面取得一定進(jìn)展，在養(yǎng)分遷移理論、節(jié)水灌溉理論、作物水分轉(zhuǎn)換等理論研究上取得了重要突破。將水養(yǎng)分轉(zhuǎn)移動態(tài)模擬、作物需水量計算模型與農(nóng)業(yè)節(jié)水機(jī)制相結(jié)合，以此提高農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)水平，同時為建立具有自主知識產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，促進(jìn)中國農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。具體來看，農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)主要分為以下幾個方面。

2.1 發(fā)揮傳統(tǒng)節(jié)水技術(shù)效能

在農(nóng)業(yè)改革開始之前傳統(tǒng)技術(shù)就得到廣泛使用，主要包括畦灌、溝灌和農(nóng)田平整，這些灌溉方法成本相對較低，而且可以獨(dú)立使用，不受其他農(nóng)民所使用技術(shù)的影響，因此具有明顯優(yōu)勢。例如，農(nóng)田平整可以使水更均勻地分布在地塊上，而無需設(shè)計堤壩或渠道來引導(dǎo)水流。除提高產(chǎn)量外，還可以增加水分入滲，減少土壤侵蝕[2]。

考慮到農(nóng)業(yè)發(fā)展存在較強(qiáng)的獨(dú)立性，在節(jié)水技術(shù)選取上家用技術(shù)在傳統(tǒng)技術(shù)中占有較大比重。家用節(jié)水技術(shù)主要包括塑料薄膜、抗旱品種、留茬少耕和高效節(jié)水灌溉。這些技術(shù)的使用比傳統(tǒng)技術(shù)時間晚。具體來說，塑料薄膜可以提高土壤溫度，從而使種植和收獲時期提前，以此提高產(chǎn)量和水分利用效率；抗旱品種包括任何能夠承受相對較低水分條件的種子品種，包括小麥、玉米、棉花、小米、高粱、蕎麥和亞麻都得到了廣泛的推廣使用。在某些情況下，這些品種的產(chǎn)量比那些在降雨量低于平均水平的年份不耐旱的品種增加了10%以上；留茬少耕作為一種家用節(jié)水技術(shù)，意在表明作物收獲后留一部分茬在田間，以此通過減少土壤蒸發(fā)和提高產(chǎn)量來發(fā)揮更大的水分利用效率。從某種意義上講，這項技術(shù)類似于許多發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家使用的免耕做法，但在大多數(shù)情況下，只有在小麥作物和玉米作物收獲后保留殘茬才能開始新一輪耕地；高效節(jié)水灌溉多使用一種軟管，將灌溉水輸送到農(nóng)民的田地。經(jīng)過專家研究表明，與大水漫灌不同，使用灌溉管每年可以節(jié)約多達(dá)30%的水資源，但因為該技術(shù)需要前期較大的資金投入，一般由村集體共同使用。使用時借助高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)可以提高用水效率、節(jié)省勞動力，同時減少輸水過程中的水資源滲漏，降低供水成本。

2.2 利用生物技術(shù)挖掘節(jié)水潛力

農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)是一項重要的研究課題，而利用生物技術(shù)是其中的一個重要方面，主要從作物自身提高產(chǎn)量和用水效率，實現(xiàn)高耗能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向低能效高收益方面轉(zhuǎn)變。目前已經(jīng)在多國得到廣泛使用，例如通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)來培育一些抗旱物種，包括澳大利亞小麥品種、美國棉花品種等。這種農(nóng)作物不但能節(jié)約水資源，還能耐旱，產(chǎn)量穩(wěn)定，品質(zhì)優(yōu)良。目前，國內(nèi)一些單位也利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)的基因定位、分子標(biāo)記及遺傳改良，對部分作物的水分生理機(jī)制進(jìn)行研究，初步建立了培育一批節(jié)水抗旱新品種的操作方法和指標(biāo)體系，包括調(diào)節(jié)虧缺灌溉（RDI）、交替分根灌溉（ARDI）和部分根系干燥（PRD）技術(shù)，以此顯著提高作物水分利用效率?？梢哉f，與傳統(tǒng)灌溉方式相比，上述灌溉技術(shù)可以在不減產(chǎn)的情況下減少灌溉總水量，降低蒸騰作用。

因此，生物節(jié)水的實質(zhì)是通過生物途徑高效利用水資源，即利用、開發(fā)生物體的生理機(jī)能和遺傳潛力，通過利用少量或等量的水獲得更多的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出和更好的經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益，以帶動農(nóng)業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)型升級。而生物節(jié)水不僅應(yīng)優(yōu)先應(yīng)用于作物生產(chǎn)，還應(yīng)該應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)的其他方面，如畜牧業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、園林綠化、污水管理和土壤環(huán)境保護(hù)。利用生物技術(shù)節(jié)約用水的潛力，發(fā)揮其在建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會方面的作用。

2.3 促進(jìn)高科技與農(nóng)業(yè)節(jié)水的融合

目前，信息技術(shù)、智能技術(shù)和3S 技術(shù)促進(jìn)節(jié)水管理的高效現(xiàn)代化，通過作物水分監(jiān)測、信息采集、作物生長模擬等多種手段實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的實時采集，可以說借助計算機(jī)管理系統(tǒng)灌溉用水的管理從靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)，通過信息整合，將數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識庫和地理信息系統(tǒng)結(jié)合起來。比如，通過對作物水分蒸發(fā)的分析，得出了不同季節(jié)的作物耗水量和氣候因素的相關(guān)性，從而得出了不同的土壤含水量和合理的灌溉時間。同時借助地面紅外測溫器測定種植作物的冠層、葉片表面和周圍大氣環(huán)境變化，從而判斷作物所需的水分，以實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉。在此基礎(chǔ)上，熱脈沖技術(shù)也得到廣泛使用，用于監(jiān)測作物根莖的水分流動和蒸騰作用，并提出了土壤水分監(jiān)測預(yù)測的理論方法。隨著國內(nèi)對于水資源重視程度不斷增加，目前已經(jīng)形成了獨(dú)具特色的節(jié)水灌溉模式，并逐步向信息化、集約化、高效化方向發(fā)展。尤其是近幾年，3S 技術(shù)在最大程度上實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的高效利用，最大程度地發(fā)揮各地區(qū)的水肥優(yōu)勢，從而實現(xiàn)了作物的增產(chǎn)增收[3]。

2.4 實現(xiàn)數(shù)字節(jié)水的廣泛使用

考慮到農(nóng)業(yè)對于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動作用，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國水利水電研究院聯(lián)合完成對于農(nóng)業(yè)水資源監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集的技術(shù)研究，并在此基礎(chǔ)上提出了數(shù)字節(jié)水的理念和理論設(shè)想，并研制了一套農(nóng)業(yè)節(jié)水綜合決策系統(tǒng)，以期在實踐中取得一定的效益，逐步縮小與發(fā)達(dá)國家在此方面的技術(shù)發(fā)展差距。可以說，先進(jìn)制造技術(shù)和新材料技術(shù)推動了節(jié)水產(chǎn)品的開發(fā)和升級，多功能、低功耗、高效環(huán)保以及智能控制是節(jié)水灌溉產(chǎn)品發(fā)展的新趨勢。在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)利用先進(jìn)制造技術(shù)和新材料，加快節(jié)水產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)度，以此提高產(chǎn)品性能，在節(jié)水型灌區(qū)得到一定的推廣使用，取得較好的效果。例如，利用生物技術(shù)提高灌溉和施肥精度，借助信息技術(shù)和監(jiān)測技術(shù)獲取大量信息，從而開發(fā)出能夠從人工層面出發(fā)高效利用水和肥料的專家管理系統(tǒng)，使產(chǎn)品開發(fā)周期大大縮短。與此同時，西安交通大學(xué)和華中科技大學(xué)在中國北方應(yīng)用了先進(jìn)的激光技術(shù)，研制了一種新型的低壓滴灌系統(tǒng)，借助新材料、新工藝通過大口徑高強(qiáng)度塑料管材實現(xiàn)農(nóng)業(yè)滴灌區(qū)域全覆蓋，以緩解北方地區(qū)天然存在的農(nóng)業(yè)用水不足等問題。因此，隨著國內(nèi)節(jié)水農(nóng)業(yè)投入的增加，節(jié)水設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步和更新?lián)Q代將迅速帶動節(jié)水型灌區(qū)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3 農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)應(yīng)用的決定因素

目前國內(nèi)在農(nóng)業(yè)節(jié)水產(chǎn)品的技術(shù)提升方面取得了一系列成果，產(chǎn)生了顯著的節(jié)水效益，包括溫室微灌系統(tǒng)設(shè)備、多功能保水裝置以及自動噴灌機(jī)組等。通過開發(fā)一系列節(jié)水產(chǎn)品和設(shè)備，在節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系整合與示范方面初步建立了適合中國國情和不同地域特點的現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展模式。不僅提出了適合北方干旱內(nèi)河灌區(qū)、半干旱平原井灌區(qū)、半干旱平原溝渠灌區(qū)等9 種區(qū)域性現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，還在國內(nèi)華北、東北以及華東季節(jié)性干旱地區(qū)建立了眾多示范區(qū)，已節(jié)約水資源約24 億m3，農(nóng)作物產(chǎn)量增加25 億kg，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量增加48 億元?？梢哉f，應(yīng)用節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)，建設(shè)節(jié)水型灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的窘境得到有效解決，但還有一些地區(qū)、一些技術(shù)沒有得到充分重視，具體原因如下。

3.1 農(nóng)民的農(nóng)業(yè)節(jié)水意識

隨著資源變得更加稀缺，灌溉成本隨著用水的增加而增加，例如隨著地下水位下降，使用抽取地下水的農(nóng)民平均灌溉成本也會提高，在此基礎(chǔ)上農(nóng)民可以通過改變作物的供水量或改變目前生產(chǎn)的作物組合來應(yīng)對不斷上漲的水價，由此減少灌溉次數(shù)，而這是理想的狀態(tài)。農(nóng)民通過采用節(jié)水技術(shù)控制水量。但現(xiàn)實情況是，許多農(nóng)民對于農(nóng)業(yè)節(jié)水的意識不高，沒有節(jié)約用水的動力，甚至認(rèn)為頻繁地學(xué)習(xí)并使用節(jié)水技術(shù)增加了播種難度卻沒有產(chǎn)生較好的效果，這似乎可以解釋為什么經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的農(nóng)民使用農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的比例高于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的農(nóng)民。

3.2 是否提供相關(guān)技術(shù)支持

在沒有有關(guān)部門幫助的情況下，投資并使用成本高效果好的新技術(shù)對農(nóng)民來說難度較大，因為存在認(rèn)知短缺。對于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)來說，投資主要來自于農(nóng)民自身、小部分村莊和各級政府。而只有自動灌溉系統(tǒng)這種惠及全體農(nóng)民的設(shè)備才能得到政府投資，其他情況都需要個人出資購買，因此財富不足限制了農(nóng)民購買此類設(shè)備的能力，因此受各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的影響，在部分地區(qū)表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)發(fā)展技術(shù)支撐的不平衡。

3.3 是否做到了有效推廣

推廣工作可能是農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)能否在節(jié)水型灌區(qū)廣泛使用的一個重要因素。作為一種潛在的信息來源，推廣的信息發(fā)布效果比其他渠道影響更為廣泛，尤其是農(nóng)業(yè)相關(guān)的技術(shù)，其信息來自網(wǎng)絡(luò)、村委通知以及政府、企業(yè)宣傳。因此，雖然仍有一些農(nóng)民沒有采用節(jié)水技術(shù)發(fā)展農(nóng)業(yè)令人失望，但說明未來推廣工作有很大的進(jìn)步空間?？紤]農(nóng)村地區(qū)接收信息較為閉塞，可以通過點對點的走訪宣講、邀請農(nóng)學(xué)專家進(jìn)村提供技術(shù)指導(dǎo)，能夠在一定程度上激勵節(jié)水技術(shù)的廣泛使用，并由村委申請、政府撥款購買相關(guān)設(shè)備以減輕農(nóng)民的財政負(fù)擔(dān)。

4 結(jié)束語

由于國土面積大、水資源分布不平衡等原因，國內(nèi)許多地區(qū)水資源短缺，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。因此，實施節(jié)水灌溉在相應(yīng)區(qū)域具有十分重要的意義。在此基礎(chǔ)上，政府通過創(chuàng)新管理，在政策指導(dǎo)上予以支持；相關(guān)機(jī)構(gòu)繼續(xù)發(fā)揮研究能力，以新技術(shù)不斷提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和節(jié)水能力，最終提高農(nóng)業(yè)收入，并結(jié)合灌區(qū)的實際情況，積極探索節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用，以達(dá)到建設(shè)節(jié)水型社會的目的，更好地帶動國內(nèi)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。