農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術及展望范文

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1中國農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術體系的構(gòu)建

自80年代中期提出節(jié)水農(nóng)業(yè)概念以來,農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術的研究、引進和推廣已在大范圍內(nèi)開展。農(nóng)業(yè)節(jié)水由過去豐水高產(chǎn)型灌溉向節(jié)水優(yōu)質(zhì)型的非充分灌溉,以及充分考慮作物生理特性的主動施加有益虧水度的調(diào)虧灌溉,畦灌向噴微灌、單一灌向肥藥聯(lián)用以及多種現(xiàn)代覆蓋材料等方面發(fā)展和組成現(xiàn)代節(jié)水系統(tǒng)工程,農(nóng)業(yè)節(jié)水技術由干旱區(qū)向半干旱半濕潤、濕潤區(qū)推廣,節(jié)水范疇包括節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)和旱作農(nóng)業(yè)兩個方面。

1.1節(jié)水型灌溉農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術體系

節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)的關鍵在于高效節(jié)水技術體系的構(gòu)建,即根據(jù)我國各地區(qū)不同的自然地理特征、水源條件,以提高灌溉水的利用率、單方灌溉水的產(chǎn)糧數(shù)和單位降水量的生產(chǎn)力為中心,從節(jié)水機理、節(jié)水關鍵配套技術、成套節(jié)水技術的組裝集成等全方位出發(fā),強調(diào)各種節(jié)水技術的綜合,尋求多種農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(包括渠系和田間工程的配套與完善、土地平整與標準田塊建設、田間灌水技術改進、節(jié)水灌溉制度、田間保水技術、水肥耦合技術、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)水抗旱品種選育、雨水利用、節(jié)水耕作及栽培技術等)的最優(yōu)配置,形成一套綜合的由節(jié)水栽培、節(jié)水灌溉、節(jié)水管理有機結(jié)合的農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術體系。我國目前農(nóng)田灌溉面積已近5000萬hm2,居世界首位,占全國耕地面積的1/2左右,目前農(nóng)業(yè)灌溉用水量約4000億m3,占總用水量的80%。目前許多單項節(jié)水技術均已達到了比較成熟的推廣應用階段,并取得了實際應用效果,全國累計節(jié)水灌溉面積已達1333.3萬hm2,其中低壓管道輸水灌溉面積98萬hm2,噴灌面積103萬hm2,其它主要為輸水渠道防滲灌溉控制面積。但農(nóng)業(yè)用水的有效利用率還很低,渠灌區(qū)只有30%—40%,井灌區(qū)也只有60%左右,單方水生產(chǎn)糧食不足1kg。許多田間小區(qū)試驗結(jié)果表明,在經(jīng)濟允許的條件下,若采用高效節(jié)水技術的組裝集成,將會使灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.60以上,單方灌溉水的產(chǎn)糧數(shù)提高0.5kg-1.0kg左右,通過減少灌溉水的滲漏損失使化肥在當季的利用率在現(xiàn)有基礎上提高10%—15%。這樣,可節(jié)省農(nóng)業(yè)用水量800億m3,按毛灌溉定額7500m3/hm2計,則通過節(jié)水可擴大灌溉面積1070萬hm2。糧食增產(chǎn)潛力很大,特別是內(nèi)蒙古“第二河套”、西北內(nèi)陸河流域、陜西“兩北三區(qū)”通過節(jié)水擴灌,平均每公頃按750kg計,估算能增加400億kg糧食。同時,通過節(jié)水來滿足“生態(tài)用水”的需求和防止地下水污染,促進生態(tài)環(huán)境趨向良性循環(huán)。

1.2集水型旱作農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術體系

世界上干旱、半干旱地區(qū)遍及50多個國家和地區(qū),其總面積占地球陸地面積的1/3強。就耕地而言,目前世界耕地面積約14×108hm2,其中可灌溉的不超過15%,其余是靠天吃飯,即所謂雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)。我國干旱、半干旱及半濕潤偏旱地區(qū)占國土面積的2/3以上,北方旱地的耕地面積約為3800萬hm2,占全國總耕地面積的38%,水分不足是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素。因此,如何充分利用和提高有限雨水資源的農(nóng)業(yè)利用是發(fā)展旱農(nóng)的關鍵,為此,必須走集水型旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展的道路。所謂集水農(nóng)業(yè)就是指在水分不足的干旱區(qū),尤其是半干旱區(qū)(年降水量為250—550mm),現(xiàn)在可擴展到我國南方濕潤丘陵區(qū),人們通過采用某種人工雨水富集技術直接利用天然降水(即不需要利用經(jīng)過自然富集和轉(zhuǎn)化了的天然降水)來進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的一種高效節(jié)水農(nóng)業(yè),集水農(nóng)業(yè)的關鍵是通過集流區(qū)系統(tǒng)人工富集天然降水——地表地下水再分配系統(tǒng)中的無效降水部分(主要是無效蒸發(fā)部分)。例如僅甘肅的隴東、隴中和寧夏南部面積就有1.3×105km2,年均降水量486mm,年降水總量600×108m3,它相當于黃河的年徑流總量,天然降水在下墊面的分配大約是:20%—25%形成初級生產(chǎn)力,10%—15%水土流失,60%—70%無效蒸發(fā),如果把無效降水的1/10人工富集起來就有近50×108m3,每公頃補灌3000m3,就可使1.67×106km2土地變成穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)田[2]。因此,在旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展的新階段——集水旱作農(nóng)業(yè),需要運用綜合的節(jié)水技術,使極為寶貴的有限降水得以有效地集蓄和高效利用。宜采用的節(jié)水技術路線為:從天然降水——地表地下水再分配規(guī)律入手,組建新的旱農(nóng)高效節(jié)水技術體系是很有必要的。我們組建了集水型旱農(nóng)高效節(jié)水技術體系(見表2)。主要有三個子系統(tǒng)的技術及其有機組合的支撐作物節(jié)水技術子系統(tǒng)(P)、抑蒸節(jié)水技術子系統(tǒng)(Et)和集水補灌節(jié)水技術子系統(tǒng)(C),從而變“被動抗旱”為“主動抗旱”。

1.3經(jīng)濟用水是農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術體系的主要內(nèi)容

在大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè),組建農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術體系時,必須時刻注意經(jīng)濟用水這一問題。在農(nóng)業(yè)用水、節(jié)水技術體系中引入適合于社會主義市場經(jīng)濟規(guī)律和市場化管理機制,利用經(jīng)濟杠桿來調(diào)節(jié)供求雙方,促進水資源的商品化和水利產(chǎn)業(yè)化。長期以來,我們一直把水利看成是“福利”事業(yè),對水的商品屬性幾乎沒有什么認識,供水價格和水價值的嚴重背離,一方面造成了國家水資源緊張,另一方面浪費水的現(xiàn)象又很嚴重,尤其是農(nóng)業(yè)用水。為此,今后在發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、組建農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術體系時,在貫徹實施水利部為加強水利建設提出的五大體系(投資體系、管理體系、價格收費體系、法制體系和服務體系)建設的同時,必須在具體措施上優(yōu)先重點考慮:①改用水量以福利性為主和商品性為輔的現(xiàn)象,增加水的商品化程度;②要增加農(nóng)業(yè)用水供給的競爭,加強農(nóng)水一體化管理;③建立多元化、多渠道、多層次的水利投資體系;④逐步實現(xiàn)水利事業(yè)的產(chǎn)業(yè)化,發(fā)展水利經(jīng)濟。

221世紀農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術的展望

2.1高效節(jié)水灌溉技術

傳統(tǒng)的節(jié)水灌溉技術包括節(jié)水灌溉制度、節(jié)水的輸水系統(tǒng)和節(jié)水的灌水技術,其灌水方法(如限水灌溉、非充分灌溉等)追求的是田間作物根系層的充分和均勻濕潤,而控制性分根交替灌溉則強調(diào)從根系生長空間上,改變其土壤濕潤方式,人為控制或保持根區(qū)土壤在某個區(qū)域干燥,交替使作物根系始終有一部分生長在干燥或較干燥的土壤區(qū)域中,限制該部分根系吸水,讓其產(chǎn)生水分脅迫信號傳遞至葉氣孔,形成最優(yōu)氣孔開度,而使另一部分生長在濕潤區(qū)的根系正常吸水,減少作物奢侈的蒸騰耗水,還可減少棵間全部濕潤時的無效蒸發(fā)和總的灌溉用水量,亦可通過對不同區(qū)域根系進行交替干旱鍛煉和其存在的補償生長功能而刺激根系的生長,提高根系對水分和養(yǎng)分的利用率,最終達到以不犧牲作物的光合產(chǎn)物積累而大量節(jié)省水量目的的一種新型灌溉節(jié)水技術。人工氣候室內(nèi)試驗表明比全面積均勻供水方式節(jié)水34.0%—36.85%,農(nóng)田水利用效率提高40%—50%[6]。干旱缺水條件下作物調(diào)整灌溉技術,其基本思想是作物的某些生理生化通通受到遺傳性或生長激素的影響,在其生長發(fā)育的某些時期施加一定的水分脅迫(有目的地使其有一定程度的缺水),即可影響光合產(chǎn)物向不同組織器官分配的傾斜,從而提高所需收獲的產(chǎn)量而舍棄營養(yǎng)器官的生長量和有機合成物質(zhì)的總量。噴微灌技術和田間地面灌水新技術,重點是提高噴、微灌設備的配套水平,運行可靠性和使用壽命。地面節(jié)水灌溉技術的關鍵在于推出一些提高灌水均勻度、田間水利用系數(shù)和灌溉效率的田間地面節(jié)水灌溉的設計技術和措施以及有利于推廣應用的硬件技術,如膜上灌水技術,激光平地技術等。

2.2雨水利用技術

雨水集蓄與高效利用的技術關鍵點在于對雨水匯集、存貯與凈化、雨水高效利用三個環(huán)節(jié)及其配套技術。雨水匯集方式及配套技術包括雨水匯集工程設計,集流場地的規(guī)劃設計、集流場地地表處理技術及集流工程系統(tǒng)的管理與維護技術;雨水存貯與凈化技術包括雨水存貯設施設計與施工技術、雨水存貯設施防滲防凍技術和存貯雨水保鮮凈化技術;蓄存雨水的高效利用技術,包括選擇、改造和完善適宜于利用集蓄雨水灌溉的小型配套農(nóng)機具,存貯雨水合理調(diào)蓄技術和提高雨水利用效率的綜合技術。通過這些研究和推廣,可使作物增產(chǎn)30%,集流效率達到70%以上,雨水生產(chǎn)效率達到1.5kg/m3以上。

2.3農(nóng)業(yè)綜合節(jié)水技術

綜合節(jié)水技術就是把節(jié)水灌溉技術與農(nóng)業(yè)措施有機結(jié)合起來,主要有:①不同節(jié)水技術所適宜的化肥耦合技術;②提高農(nóng)田水分利用效率和耕作栽培技術;③覆蓋保墑及節(jié)水灌溉配套技術;④節(jié)水、節(jié)地、節(jié)能、高產(chǎn)、高效的綜合農(nóng)業(yè)配套技術;⑤化控節(jié)水技術;⑥節(jié)水農(nóng)機具及其節(jié)水配套技術;⑦“四水合治”節(jié)水技術;⑧多水聯(lián)灌節(jié)水技術。通過這些技術的突破和推廣應用后,可使灌溉水的生產(chǎn)效率在現(xiàn)在的基礎上提高10%—15%,化肥有效利用率提高10%—15%。

2.4灌區(qū)節(jié)水管理技術

灌區(qū)節(jié)水管理技術主要包括:①土壤墑情,作物旱情和水源水情實時監(jiān)測與預報技術;②渠系水量流量調(diào)控技術及灌區(qū)動態(tài)優(yōu)化配水技術;③實現(xiàn)灌區(qū)水量優(yōu)化調(diào)度所需的量水自動化技術;④精確灌溉技術。