我國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

灌溉。我國水利部、中國工程院等部門預(yù)測,只有我國農(nóng)業(yè)用水維持零增長或負增長,才能保證我國用水安全和生態(tài)安全,進而緩解水資源供需矛盾,其中重要的途徑之一就是發(fā)展節(jié)水灌溉［1］。1我國水資源饋積極不足,利用率低我國水資源總量繼巴西、俄羅斯和加拿大之后,位居第四,占全球總量的6%,但人均水資源僅有2200m3,僅為世界平均水平的1/4,在世界上位居121位,是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。淮河以北的廣大北方地區(qū)擁有全國60%的土地,卻只有15%的水資源,南北分布的不均衡更加劇了我國水資源的饋乏。農(nóng)業(yè)是我國用水最多的產(chǎn)業(yè),《2011年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示,我國全年總用水量6080×108m3,其中農(nóng)業(yè)用水所占比例高達61.5%,而農(nóng)田灌溉用水量占農(nóng)業(yè)用水量的90%~95%。我國水資源浪費現(xiàn)象嚴重,農(nóng)田灌溉水的利用率低,有效利用系數(shù)只有0.5左右,而先進國家高達0.7~0.8。我國單方水糧食生產(chǎn)能力只有1.0kg左右,而先進國家為2.0kg,以色列達2.35kg［2］。自然降水利用率低,僅達到56%。貧乏的水資源加之低效率的灌溉,農(nóng)業(yè)用水已成為我國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸,大力發(fā)展節(jié)水灌溉已是重中之重。2吸收四個環(huán)節(jié)灌溉用水從水源到田間,到被作物吸收、形成產(chǎn)量,主要包括水資源調(diào)配、輸配水、田間灌水和作物吸收四個環(huán)節(jié)。在各個環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的節(jié)水措施,組成一個完整的節(jié)水灌溉技術(shù)體系,包括水資源優(yōu)化調(diào)配技術(shù)、節(jié)水灌溉工程技術(shù)、農(nóng)藝及生物節(jié)水技術(shù)和節(jié)水管理技術(shù)。其中節(jié)水灌溉工程技術(shù)是該技術(shù)體系的核心,已相對成熟并得到普及,其它技術(shù)相對薄弱,急需加強研究開發(fā)和推廣應(yīng)用［3］。2.1材料及防滲渠道斷面渠道防滲技術(shù)是為減少渠道的透水性或建立不易透水的防護層而采取的各項技術(shù)措施。我國農(nóng)田灌溉主要輸水手段是渠道,而傳統(tǒng)土渠輸水滲漏損失約為引水總量的50%~60%。常用混凝土、水泥土、漿砌石、瀝青混凝土等剛性材料及PE、PVC及其改性薄膜材料建渠道防滲層,防滲渠道斷面多采用U形斷面。采用渠道防滲技術(shù)后,一般可使渠系水利用系數(shù)提高到0.6~0.8,減少滲漏損失70%~90%。渠道防滲還具有輸水快、減少渠道維修管理費用、調(diào)控地下水位、防止次生鹽堿化等優(yōu)點,是我國農(nóng)業(yè)節(jié)水應(yīng)采取的主要措施。2.2結(jié)構(gòu)形式水系統(tǒng)低壓管道輸水灌溉技術(shù)是利用塑料或混凝土等低壓輸水管道將水直接送到田間以減少水在輸送過程中的滲漏和蒸發(fā)損失的技術(shù)措施。低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)有移動式、固定式和半固定式三種,常用材料有PVC管、水泥沙管、現(xiàn)澆混凝土管等。管道輸水可減少滲漏和蒸發(fā)損失,水的有效率可達90%~97%,同時還可以節(jié)省農(nóng)業(yè)用地,一般可減少占地5%左右［4］,而且輸水速度快,大大提高了輸水能力。20世紀80年代中期以后,日本新建灌溉渠系的大部分都采用管道,美國約有1/2的大型灌區(qū)實現(xiàn)了管道化輸水［5］。在我國北方井灌區(qū)管道輸水技術(shù)推廣應(yīng)用迅速,目前已基本普及。2.3田間灌溉噴灌噴灌是一種機械化高效節(jié)水灌溉技術(shù),它利用專門設(shè)備把水加壓或利用水的自然落差將有壓水送到灌溉地段,通過噴頭噴射到空中散成細小的水滴,均勻地散布在田間進行灌溉。噴灌系統(tǒng)的形式很多,在我國用得較多的有管道式、平移式、中心支軸式、卷盤式和輕小型機組式。噴灌系統(tǒng)靠管道輸水,基本不存在輸水損失,而且能較好地控制灌溉強度和灌水量,灌水均勻,不產(chǎn)生滲漏,具有明顯的節(jié)水效果,一般用水量比地面灌溉節(jié)約30%~50%。噴灌適應(yīng)性較強,可用于各種類型的土壤、地形和作物,被廣泛應(yīng)用于灌溉大田作物、經(jīng)濟作物、蔬菜和園林草地等。但噴灌受風影響大,蒸發(fā)損失大,并可能出現(xiàn)土壤底層濕潤不足的情況。2.4微噴灌適合于灌溉微灌是利用微灌系統(tǒng)將作物生長所需的水分和各種養(yǎng)分輸送分配到田間,通過灌水器以微小的流量濕潤作物根附近土壤的一種局部灌水技術(shù)。微灌可分為滴灌、微噴灌和滲灌。滴灌是將灌溉用水直接送到農(nóng)作物根部進行局部灌溉,幾乎沒有蒸發(fā)損失和深層滲漏,水資源的利用率可達95%,但滴頭易結(jié)垢和堵塞,對水源要求較為嚴格。微噴灌同時具有噴灌與滴灌優(yōu)點,比一般噴灌更節(jié)水、更均勻,由于灑水的霧滴細小,因而對農(nóng)作物的打擊強度小,不會傷害幼苗,同時可結(jié)合施肥。滲灌是繼噴灌、滴灌之后的一種新型的有效地下灌溉技術(shù),是在滿足植物生理生長需求的條件下,將以往對土地的灌溉轉(zhuǎn)變?yōu)閷χ参锔抵苯舆M行灌溉。微灌全部由管道輸水,基本沒有沿程滲漏和蒸發(fā)損失,灌水時一般實行局部灌溉,不易產(chǎn)生地表徑流和深層滲漏,可比地面溉灌省水50%~70%,比噴灌省水15%~20%。但因投資較高,主要在缺水地區(qū)的果樹、花卉等經(jīng)濟效益較高的作物上采用,在大田作物上采用較少。以色列、美國等發(fā)達國家在大田棉花上也采用。2.5面覆蓋材料與節(jié)水作物品種篩選技術(shù)主要包括耕作覆蓋保墑技術(shù)、改進地面灌水技術(shù)、節(jié)水農(nóng)作制度、優(yōu)秀抗旱品種、水肥耦合高效利用技術(shù)、土壤保護劑及作物蒸騰控制技術(shù)等。耕作保墑技術(shù)可以疏松土壤、切斷毛細管、減少土壤水分蒸發(fā),使土壤水的利用效率得到顯著提高。覆蓋保墑技術(shù)是在耕地表面覆蓋塑料薄膜、秸稈或其他材料,以抑制土壤水分蒸發(fā),減少地表徑流,蓄水保墑。改進地面灌水技術(shù)包括改進溝畦規(guī)格(如長畦改短畦、寬畦改窄畦、短溝灌和細流溝灌等)和采用先進的地面灌水技術(shù)(如波涌灌、隔溝灌、膜上灌、細索灌、水平畦灌等),目前在我國最具推廣價值的改進地面灌水技術(shù)有波涌灌和膜上灌兩項。節(jié)水作物品種篩選技術(shù)根據(jù)當?shù)氐慕邓植?、干旱發(fā)生規(guī)律和作物水分特性,因地制宜壓縮需水量大的作物,擴大雨熱同步和秋熟作物,選擇耗水少而水分利用效率高的作物,通過調(diào)整作物布局,建立適應(yīng)型高效種植制度?；瘜W(xué)制劑保水節(jié)水技術(shù)是合理施用保水劑、復(fù)合包衣劑、黃腐酸及多功能抑蒸抗旱劑等,在作物生長發(fā)育中抑制過度蒸騰,防止奢侈耗水,減輕干旱危害,以及促進根系提高對土壤深層儲水的利用,起到顯著增強作物抗旱能力和提高水分生產(chǎn)效率的作用。3小型農(nóng)田水利工程我國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉面積不斷增加,截至2009年底,全國已建667hm2以上灌區(qū)5844處,其中設(shè)計灌溉面積超過2×104hm2的大型灌區(qū)335處,建成各類小型農(nóng)田水利工程2000多萬處。農(nóng)業(yè)節(jié)水水平也有所提高,2010年微灌面積已達211.57×104hm2。3.1高效的節(jié)水措施我國大部分灌區(qū)建于20世紀60~70年代,基礎(chǔ)設(shè)施老化失修,渠系配套不完善［7］。渠道防滲及管道輸水仍是輸配水過程中主要的節(jié)水措施,需進一步維護和更新已有建筑物,根據(jù)地區(qū)的實際情況選擇合適的輸配水節(jié)水措施,并結(jié)合高效的田間節(jié)水工程措施提高農(nóng)業(yè)灌溉的配套程度,改變落后的灌水方式,充分發(fā)揮已建骨干工程的效益,提高水的利用率和水分生產(chǎn)率。3.2科學(xué)配水,減少棄水現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要求灌溉實現(xiàn)系統(tǒng)化、現(xiàn)代化,節(jié)水灌溉技術(shù)向精細化、自動化、可操作化發(fā)展。把信息技術(shù)尤其是3S技術(shù)運用到農(nóng)業(yè)節(jié)水管理方面,輸配水系統(tǒng)采用高標準的量測設(shè)備,及時準確地掌握灌區(qū)水情,如水庫、河流、渠道的水位、流量及水泵運行情況等技術(shù)參數(shù),通過數(shù)據(jù)采集、傳輸和計算機處理,實現(xiàn)科學(xué)配水,減少棄水。土壤墑情自動監(jiān)測技術(shù)采用各種土壤墑情監(jiān)測儀器,結(jié)合作物需水規(guī)律,科學(xué)制定灌溉計劃,實施適時適量的精細灌溉,集約利用水資源,提高農(nóng)田灌溉水的有效利用率。3.3加強節(jié)水灌溉的資金投入應(yīng)加快我國節(jié)水法規(guī)制度的建設(shè),尤其加快水價改革,完善節(jié)水灌溉