中國農業(yè)節(jié)水灌溉技術現(xiàn)狀及其發(fā)展對策

陳 東，銀永安，王永強，陳伊鋒，范小勇

（新疆天業(yè)（集團）有限公司，石河子 832000）

當前，中國水資源年均總量為2.8萬億立方米［1］，是世界上13個最缺水的國家之一，水資源不足已成為制約農業(yè)和經濟發(fā)展的“瓶頸”。中國農業(yè)用水占全國總用水量的70%以上，而農業(yè)灌溉用水占農業(yè)總用水量的90%以上，約占全國總用水量的63%。為了實現(xiàn)對水資源的節(jié)約與保護，提高農業(yè)灌溉用水的利用效率，加強對農業(yè)節(jié)水灌溉技術的發(fā)展改造已成為當前擺脫水資源危機和實現(xiàn)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。

1 中國農業(yè)節(jié)水灌溉技術發(fā)展現(xiàn)狀

中國農業(yè)節(jié)水灌溉技術始于20世紀50年代［2］，其發(fā)展經歷了以下四個階段：

第一階段，20世紀50年代初期到70年代中期，主要推廣渠道襯砌，實施小畦灌、短溝灌等灌溉技術，同時從國外引進噴灌和微灌節(jié)水灌溉技術及設備進行示范性應用。

第二階段，20世紀70年代中期到80年代后期，渠道防滲技術和低壓管道輸水技術發(fā)展較快，國內開始生產噴灌、微灌等節(jié)水灌溉設備，噴灌和微灌節(jié)水灌溉技術有了一定的發(fā)展。

第三階段，20世紀90年代初期到20世紀末，國家開始推廣農業(yè)節(jié)水灌溉技術，并逐年加大研究、示范和推廣力度，農業(yè)節(jié)水灌溉技術進入了快速發(fā)展期，形成了一定的規(guī)模和初期市場。

第四階段，21世紀初至今，從事農業(yè)節(jié)水灌溉產品制造和工程建設的企業(yè)已達500家，但大多數(shù)企業(yè)規(guī)模較小，節(jié)水灌溉設備行業(yè)集成度不高，農業(yè)節(jié)水灌溉技術和產品處于中低端節(jié)水市場水平。中國把提高灌溉水利用率、作物水分生產效率和單方水農業(yè)生產效益作為主要目標，向“低能耗、集約化、自動化、智能化”方向發(fā)展［3］。農業(yè)發(fā)展開始由“規(guī)模擴張”轉變?yōu)椤疤豳|增效”，從“高效節(jié)水”向“高效用水”轉變。

通過發(fā)展農業(yè)節(jié)水灌溉技術，中國有效灌溉面積由2000年的0.492億公頃增加至2015年的0.658億公頃；節(jié)水灌溉面積由2000年的0.144億公頃增加至2015年的0.311億公頃；農業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)由2000年的0.41提高到2015年的0.532。按中國《水利改革發(fā)展“十三五”規(guī)劃》要求：到2020年，全國農田有效灌溉面積達到0.667億公頃以上，新增高效節(jié)水灌溉面積0.067億公頃，農業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)提高到0.55以上（表1）。與發(fā)達國家農業(yè)灌溉用水有效利用率70%～80%（表2）相比，中國農業(yè)節(jié)水灌溉技術還處于初始發(fā)展階段，中國單方用水糧食生產能力只有1 kg左右，而發(fā)達國家為2 kg以上。

表1 2020年和2030年中國農業(yè)灌溉用水預測

表2 主要節(jié)水灌溉國家噴滴灌面積占總灌溉面積情況

2 中國農業(yè)節(jié)水灌溉主要技術及其特點

2.1 渠道防滲技術

渠道防滲技術的特點：一是減少滲漏，降低水量流失，提高輸水利用率；二是減少渠道粗糙程度，提高水流流速，增加輸水能力，減少對渠道的沖刷；三是有利于調控地下水位，防止鹽堿化；四是提高渠道抗沖能力，減少坍塌和維護工作量。中國農業(yè)灌溉總用水量的80%用于渠道水源。傳統(tǒng)的土渠輸水滲漏損失約占水量的50%～60%［4］，采用渠道防滲技術，可使渠系水利用系數(shù)提高到0.6～0.85，比土渠提高 50% ～80%［5］。

2.2 低壓管道輸水技術

低壓管道輸水技術就是用地埋管道替代傳統(tǒng)的明渠，通過管道分水口直接對溝、畦田進行灌溉的技術，屬于地面灌溉方式，主要應用在中國北方特別是井灌區(qū)，俗稱“小白龍”灌溉［5］。與渠道防滲技術相比，低壓管道輸水技術具有以下特點：一是節(jié)水，降低了水在輸送過程中的滲漏和蒸發(fā)，水的利用系數(shù)提高到0.95［5］；二是輸水迅速，縮短了輪灌周期；三是節(jié)電，因提高了水的利用率，抽水量減少，用電量可減少20%～30%［6］；四是省地，輸水管道埋于地下，不占用耕地，可減少2%～3%的渠道占地［5］；五是一次性投資低，設備簡單，操作方便。

2.3 噴灌技術

噴灌技術是通過水泵、動力機等動力設備將水加壓或利用水的自然落差所產生的壓力將灌溉用水經壓力管道輸送到田間，通過噴頭將水噴射到空中，形成細小水滴后均勻噴灑在田間進行灌溉的一種灌溉方式，是目前國內外節(jié)水增產效果最好的田間灌溉方式之一，也是目前農業(yè)節(jié)水灌溉的主要技術。噴灌技術與傳統(tǒng)灌溉方式相比，具有以下特點：一是節(jié)水效果顯著，節(jié)水量可達30%～50%；二是適用于各種地形和作物，能增加15%～20%播種面積，提高了土地利用率，增產幅度大；三是能適時適量灌溉，避免過量灌溉造成的土壤次生鹽堿化；四是灌水均勻，不易產生水土流失和土壤板結，改善了田間小氣候和農業(yè)生態(tài)環(huán)境［5］；五是省工，減少了田間渠系建設和維護以及土地平整工作；六是促進了農業(yè)機械化、產業(yè)化和現(xiàn)代化。但是噴灌技術也存在受風影響大、一次性投資較大、技術含量高、管理難度大等缺點。

2.4 微灌技術

微灌技術是按照作物需求，通過管道系統(tǒng)與安裝在末級管道上的灌水器，將水和作物生長所需的養(yǎng)分以較小的流量，均勻、準確地直接輸送到作物根部附近土壤的一種局部灌溉技術，可分為微噴灌、滴灌和滲灌三種，主要以滴灌為主［7］。微灌技術的優(yōu)點：一是節(jié)水，能夠根據(jù)農作物需水要求適時適量地對其根部區(qū)域進行灌水，減少了灌溉用水及其損失；二是灌水均勻，能夠有效地控制灌水器出水量，可使灌水均勻度達到85%以上；三是省工，微灌僅對農作物根部灌水，大部分地表處于干燥狀態(tài)，因而作物周邊雜草少，減少了除草用工，肥料和藥劑可經系統(tǒng)同灌溉水一起直接施到農作物根系附近，減少了施肥和打藥人工，且微灌系統(tǒng)便于自動化控制，省工明顯；四是地形適應性強，可在任何地形條件下有效工作。但是微灌系統(tǒng)投資高，灌水器易被礦物質或有機物質堵塞。

2.5 膜下滴灌技術

膜下滴灌技術是將水利、農機、農藝相結合的農業(yè)灌水技術，是由農業(yè)機械牽引，將鋪管、鋪膜與播種一次性復合作業(yè)完成，將滴灌帶（毛管）鋪于地膜之下進行灌溉，是滴灌技術和覆膜栽培技術相結合的新型農業(yè)節(jié)水灌溉技術。膜下滴灌技術的優(yōu)點：一是節(jié)水，因僅濕潤作物根系發(fā)育區(qū)，覆膜減少了作物棵間蒸發(fā)，同時提高了降雨利用率，節(jié)水效果明顯。有研究表明，膜下滴灌用水量是傳統(tǒng)灌溉的12%，噴灌的50%，滴灌的70%［8］；二是提高了肥料利用率，可利用滴灌將可溶性肥料隨水滴到作物根系處，使肥料利用率提高到50%～60%［9］；三是增產效果明顯，能適時適量地向農作物根系區(qū)域供水供肥，調節(jié)棵間溫度和濕度，為農作物生長提供良好條件，增產效果明顯，可使棉花、玉米、蔬菜、西甜瓜等分別增產 30%、38%、40%、25%［9］；四是省工。同時，膜下滴灌技術存在農膜回收率偏低、農膜殘留污染問題。

3 中國農業(yè)節(jié)水灌溉技術的主要問題

經過多年研究與發(fā)展，中國農業(yè)節(jié)水灌溉技術經歷了示范、推廣和大面積應用三個階段，取得了顯著的經濟效益和社會效益。但是，農業(yè)節(jié)水灌溉技術在發(fā)展過程中仍存在一些問題，影響并制約了其進一步發(fā)展。

3.1 節(jié)水灌溉工程建設質量差

節(jié)水灌溉較傳統(tǒng)灌溉技術含量高，其工程設計和建設質量直接決定了系統(tǒng)的可操作性和運行質量。造成節(jié)水灌溉工程質量問題的主要原因在于：

一是工程設計因素。目前節(jié)水灌溉工程的設計單位長期主要從事水利水電工程設計，節(jié)水灌溉技術接觸少，設計經驗不足，沒有經過實際地塊的現(xiàn)場勘察所設計的圖紙難以施工，設計變更大。二是施工建設因素。因節(jié)水灌溉行業(yè)沒有相關的標準，節(jié)水工程企業(yè)缺乏相應等級認證，工程建設主要由沒有節(jié)水灌溉工程施工能力和經驗的非節(jié)水灌溉行業(yè)的施工企業(yè)施工，項目建設管理人員缺乏必要的節(jié)水灌溉專業(yè)知識，工程建設質量和后期維護工作無保障。三是工程監(jiān)理因素。目前節(jié)水灌溉工程的監(jiān)理人員基本都是從事水利水電工程的專業(yè)技術人員，對節(jié)水灌溉技術了解不足，對量大、面廣及工程分散的節(jié)水灌溉工程無經驗，也無國家或行業(yè)頒布的相關監(jiān)理規(guī)范來指導，難以對工程實行全面監(jiān)理。

3.2 節(jié)水產品單一

因生產科技、工藝、設備等技術水平相差較大，節(jié)水產品質量參差不齊，雖然品牌多，但產品單一，簡陋、低水平的家庭式、作坊式生產廠家較多。調查發(fā)現(xiàn)，國內各企業(yè)生產的滴灌帶的合格率較低，近3年的平均合格率為64%，2011年的合格率僅為53%［3］。

4 節(jié)水灌溉技術發(fā)展對策

4.1 加強工程管理

國家應明確節(jié)水工程企業(yè)的等級認證標準，出臺和完善節(jié)水灌溉工程國家或行業(yè)相關監(jiān)理規(guī)范；企業(yè)應加強對相關人員進行節(jié)水灌溉技術知識培訓，加大節(jié)水灌溉技術相關的高素質人才培養(yǎng)，加強企業(yè)人才隊伍建設，提高其業(yè)務管理水平，從設計、建設和監(jiān)理三方面確保節(jié)水灌溉工程質量。

4.2 加大政策扶持與資金投入力度

國家和地方各級政府應將農業(yè)節(jié)水灌溉工作納入議事日程，大力宣傳農業(yè)節(jié)水政策，加大政策扶持力度，同時加大對節(jié)水灌溉技術培訓和資金的投入，確立農業(yè)節(jié)水灌溉的重要性，引導全民關心、愛惜、節(jié)約和保護水資源。

4.3 發(fā)展因地制宜的灌溉技術

根據(jù)不同地區(qū)、灌區(qū)及作物種植區(qū)實際情況，發(fā)展與其相適應的農業(yè)節(jié)水灌溉技術，確保效益最大化。干旱和山丘地區(qū)發(fā)展微灌與滴灌技術，干旱、半干旱山丘地區(qū)利用雨水收集技術；河灌區(qū)發(fā)展渠道防滲技術，井灌區(qū)推廣低壓管道輸水技術；經濟作物灌區(qū)發(fā)展微灌與滴灌技術，蔬菜種植區(qū)推廣滲灌技術。

4.4 完善節(jié)水灌溉制度與節(jié)水技術體系

根據(jù)氣象條件及農作物需水規(guī)律，制定和完善節(jié)水灌溉制度并科學合理執(zhí)行，將灌溉用水及時應用到農作物關鍵期，實現(xiàn)灌溉用水的有效利用。調整農業(yè)種植結構和農村家庭式經營方式，由政府制定一套完整、切實可行的節(jié)水技術體系，建立不同層次和規(guī)模的農業(yè)節(jié)水灌溉模式，讓農民自愿選擇適合自己的灌溉模式。

4.5 加大實用型節(jié)水技術及產品的研究

應加大農業(yè)節(jié)水灌溉技術創(chuàng)新研發(fā)投入，促進新型實用型節(jié)水技術及產品研究，提升其性能和實用性，研發(fā)更準確、更智能化的節(jié)水技術及產品，使農業(yè)節(jié)水灌溉技術向自動化、智能化發(fā)展，提高效率。

4.6 推行農業(yè)節(jié)水獎罰制度

政府出臺農業(yè)節(jié)水獎罰制度，嚴格執(zhí)行“農業(yè)灌溉用水定額”標準，對灌溉超定額用水實行階梯型加價收費制度，對沒有超定額的給予一定經濟補償，同時以實施各項惠農政策作為變相補償，激發(fā)農民的積極性，推動農業(yè)節(jié)水灌溉技術發(fā)展。

4.7 強化節(jié)水系統(tǒng)后期運行管理

節(jié)水系統(tǒng)后期運行管理是節(jié)水灌溉實現(xiàn)高效的關鍵，是節(jié)水系統(tǒng)能夠長期運行、發(fā)揮長期效益的保證。加強節(jié)水系統(tǒng)后期運行管理，建立健全節(jié)水工程管理制度，鄉(xiāng)鎮(zhèn)村協(xié)調合作，明確其管理職責，將管理制度落實到具體人員，保證節(jié)水系統(tǒng)后期運行管理落到實處，確保節(jié)水灌溉工程能夠長期、高效地發(fā)揮其作用。