中国农业节水灌溉技术现状及其发展对策

2018-08-24银永安王永强陈伊锋范小勇

作物研究 2018年4期

陈东，银永安，王永强，陈伊锋，范小勇

（新疆天业（集团）有限公司，石河子 832000）

当前，中国水资源年均总量为2.8万亿立方米［1］，是世界上13个最缺水的国家之一，水资源不足已成为制约农业和经济发展的“瓶颈”。中国农业用水占全国总用水量的70%以上，而农业灌溉用水占农业总用水量的90%以上，约占全国总用水量的63%。为了实现对水资源的节约与保护，提高农业灌溉用水的利用效率，加强对农业节水灌溉技术的发展改造已成为当前摆脱水资源危机和实现农业可持续发展的重要举措。

1 中国农业节水灌溉技术发展现状

中国农业节水灌溉技术始于20世纪50年代［2］，其发展经历了以下四个阶段：

第一阶段，20世纪50年代初期到70年代中期，主要推广渠道衬砌，实施小畦灌、短沟灌等灌溉技术，同时从国外引进喷灌和微灌节水灌溉技术及设备进行示范性应用。

第二阶段，20世纪70年代中期到80年代后期，渠道防渗技术和低压管道输水技术发展较快，国内开始生产喷灌、微灌等节水灌溉设备，喷灌和微灌节水灌溉技术有了一定的发展。

第三阶段，20世纪90年代初期到20世纪末，国家开始推广农业节水灌溉技术，并逐年加大研究、示范和推广力度，农业节水灌溉技术进入了快速发展期，形成了一定的规模和初期市场。

第四阶段，21世纪初至今，从事农业节水灌溉产品制造和工程建设的企业已达500家，但大多数企业规模较小，节水灌溉设备行业集成度不高，农业节水灌溉技术和产品处于中低端节水市场水平。中国把提高灌溉水利用率、作物水分生产效率和单方水农业生产效益作为主要目标，向“低能耗、集约化、自动化、智能化”方向发展［3］。农业发展开始由“规模扩张”转变为“提质增效”，从“高效节水”向“高效用水”转变。

通过发展农业节水灌溉技术，中国有效灌溉面积由2000年的0.492亿公顷增加至2015年的0.658亿公顷；节水灌溉面积由2000年的0.144亿公顷增加至2015年的0.311亿公顷；农业灌溉用水有效利用系数由2000年的0.41提高到2015年的0.532。按中国《水利改革发展“十三五”规划》要求：到2020年，全国农田有效灌溉面积达到0.667亿公顷以上，新增高效节水灌溉面积0.067亿公顷，农业灌溉用水有效利用系数提高到0.55以上（表1）。与发达国家农业灌溉用水有效利用率70%～80%（表2）相比，中国农业节水灌溉技术还处于初始发展阶段，中国单方用水粮食生产能力只有1 kg左右，而发达国家为2 kg以上。

表1 2020年和2030年中国农业灌溉用水预测

表2 主要节水灌溉国家喷滴灌面积占总灌溉面积情况

2 中国农业节水灌溉主要技术及其特点

2.1 渠道防渗技术

渠道防渗技术的特点：一是减少渗漏，降低水量流失，提高输水利用率；二是减少渠道粗糙程度，提高水流流速，增加输水能力，减少对渠道的冲刷；三是有利于调控地下水位，防止盐碱化；四是提高渠道抗冲能力，减少坍塌和维护工作量。中国农业灌溉总用水量的80%用于渠道水源。传统的土渠输水渗漏损失约占水量的50%～60%［4］，采用渠道防渗技术，可使渠系水利用系数提高到0.6～0.85，比土渠提高 50% ～80%［5］。

2.2 低压管道输水技术

低压管道输水技术就是用地埋管道替代传统的明渠，通过管道分水口直接对沟、畦田进行灌溉的技术，属于地面灌溉方式，主要应用在中国北方特别是井灌区，俗称“小白龙”灌溉［5］。与渠道防渗技术相比，低压管道输水技术具有以下特点：一是节水，降低了水在输送过程中的渗漏和蒸发，水的利用系数提高到0.95［5］；二是输水迅速，缩短了轮灌周期；三是节电，因提高了水的利用率，抽水量减少，用电量可减少20%～30%［6］；四是省地，输水管道埋于地下，不占用耕地，可减少2%～3%的渠道占地［5］；五是一次性投资低，设备简单，操作方便。

2.3 喷灌技术

喷灌技术是通过水泵、动力机等动力设备将水加压或利用水的自然落差所产生的压力将灌溉用水经压力管道输送到田间，通过喷头将水喷射到空中，形成细小水滴后均匀喷洒在田间进行灌溉的一种灌溉方式，是目前国内外节水增产效果最好的田间灌溉方式之一，也是目前农业节水灌溉的主要技术。喷灌技术与传统灌溉方式相比，具有以下特点：一是节水效果显著，节水量可达30%～50%；二是适用于各种地形和作物，能增加15%～20%播种面积，提高了土地利用率，增产幅度大；三是能适时适量灌溉，避免过量灌溉造成的土壤次生盐碱化；四是灌水均匀，不易产生水土流失和土壤板结，改善了田间小气候和农业生态环境［5］；五是省工，减少了田间渠系建设和维护以及土地平整工作；六是促进了农业机械化、产业化和现代化。但是喷灌技术也存在受风影响大、一次性投资较大、技术含量高、管理难度大等缺点。

2.4 微灌技术

微灌技术是按照作物需求，通过管道系统与安装在末级管道上的灌水器，将水和作物生长所需的养分以较小的流量，均匀、准确地直接输送到作物根部附近土壤的一种局部灌溉技术，可分为微喷灌、滴灌和渗灌三种，主要以滴灌为主［7］。微灌技术的优点：一是节水，能够根据农作物需水要求适时适量地对其根部区域进行灌水，减少了灌溉用水及其损失；二是灌水均匀，能够有效地控制灌水器出水量，可使灌水均匀度达到85%以上；三是省工，微灌仅对农作物根部灌水，大部分地表处于干燥状态，因而作物周边杂草少，减少了除草用工，肥料和药剂可经系统同灌溉水一起直接施到农作物根系附近，减少了施肥和打药人工，且微灌系统便于自动化控制，省工明显；四是地形适应性强，可在任何地形条件下有效工作。但是微灌系统投资高，灌水器易被矿物质或有机物质堵塞。

2.5 膜下滴灌技术

膜下滴灌技术是将水利、农机、农艺相结合的农业灌水技术，是由农业机械牵引，将铺管、铺膜与播种一次性复合作业完成，将滴灌带（毛管）铺于地膜之下进行灌溉，是滴灌技术和覆膜栽培技术相结合的新型农业节水灌溉技术。膜下滴灌技术的优点：一是节水，因仅湿润作物根系发育区，覆膜减少了作物棵间蒸发，同时提高了降雨利用率，节水效果明显。有研究表明，膜下滴灌用水量是传统灌溉的12%，喷灌的50%，滴灌的70%［8］；二是提高了肥料利用率，可利用滴灌将可溶性肥料随水滴到作物根系处，使肥料利用率提高到50%～60%［9］；三是增产效果明显，能适时适量地向农作物根系区域供水供肥，调节棵间温度和湿度，为农作物生长提供良好条件，增产效果明显，可使棉花、玉米、蔬菜、西甜瓜等分别增产 30%、38%、40%、25%［9］；四是省工。同时，膜下滴灌技术存在农膜回收率偏低、农膜残留污染问题。

3 中国农业节水灌溉技术的主要问题

经过多年研究与发展，中国农业节水灌溉技术经历了示范、推广和大面积应用三个阶段，取得了显著的经济效益和社会效益。但是，农业节水灌溉技术在发展过程中仍存在一些问题，影响并制约了其进一步发展。

3.1 节水灌溉工程建设质量差

节水灌溉较传统灌溉技术含量高，其工程设计和建设质量直接决定了系统的可操作性和运行质量。造成节水灌溉工程质量问题的主要原因在于：

一是工程设计因素。目前节水灌溉工程的设计单位长期主要从事水利水电工程设计，节水灌溉技术接触少，设计经验不足，没有经过实际地块的现场勘察所设计的图纸难以施工，设计变更大。二是施工建设因素。因节水灌溉行业没有相关的标准，节水工程企业缺乏相应等级认证，工程建设主要由没有节水灌溉工程施工能力和经验的非节水灌溉行业的施工企业施工，项目建设管理人员缺乏必要的节水灌溉专业知识，工程建设质量和后期维护工作无保障。三是工程监理因素。目前节水灌溉工程的监理人员基本都是从事水利水电工程的专业技术人员，对节水灌溉技术了解不足，对量大、面广及工程分散的节水灌溉工程无经验，也无国家或行业颁布的相关监理规范来指导，难以对工程实行全面监理。