我国节水农业发展状况与存在的问题

2014-05-23杨立魁侯新明高昌珍

天津农业科学 2014年4期

杨立魁　侯新明　高昌珍

摘要：综述了我国近代以来农田水利发展的状况与研究进展，提出了我国现阶段不同灌溉技术形式的研究方向，对于目前节水灌溉工程中存在的问题进行了分析，并且给出了针对措施。提高农业用水利用率、发展计算机控制技术，是我国今后节水灌溉研究的发展方向。

关键词：节水灌溉；研究进展；存在的问题

中图分类号：S274 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.016

截至2010年，我国水资源总量为30 906亿m3，人均水资源量为2 310 m3[1]，仅相当于世界平均水平的25%，水资源供求矛盾十分突出。预计再经过20年发展，我国人口将达到16亿，在降雨和河川径流量不变的情况下，我国将成为国际公认的人均水资源量在1 700 m3标准以下的严重缺水国家，水资源危机已经相当严峻，农业用水也将受到严重影响。

我国的用水分为农业、工业、生活、生态用水4部分，从1997年到2010年，我国的农业用水量在61.3%～70%之间，占很大一部分比重。农业用水主要为灌溉用水，约占86%，而全国农田灌溉利用系数仅为0.4，美国、以色列等国家为0.7～0.8[2]。以2009年为例，我国农业用水量为3 723.1亿m3，灌溉损失量就达到1 921.1亿m3[1]，因此发展节水灌溉，提高水资源利用率，对于解决水资源危机有着显著的作用。

1 农田水利取得的成就

新中国成立以来，我国大力发展水利建设，使全国一半的耕地得到了灌溉保障，有效灌溉面积增长了4 442万hm2，因灌溉而增产的粮食约为12.8亿t[2]，保证了粮食的稳定供应，使我国以人均较少的土地，解决了10多亿人口的吃饭问题，其产生的经济效益十分显著。经过几十年的农田水利建设，我国的灌溉工程有了较大的发展。到2010年底，我国的灌溉面积为6 635.2万hm2，占耕地面积的49.58%，人均有效灌溉面积为0.045 hm2，共有机电排灌站43 987处，机井数为533.71万眼[1]。

2 我国节水灌溉技术研究进展

我国从1960年开始采用混凝土对渠道进行防渗，1970年开始进行管道灌溉，管道材料已从陶土管、水泥管发展到现在的PE管、PVC管[2]，在管道布置规划与施工方面也有很大进展。目前，我国的节水灌溉面积2 034.6万hm2，主要节水灌溉方式有喷灌、滴灌、波涌灌、涌泉灌等。

喷灌是将水加压后通过孔径较小的喷头形成水雾来灌溉的一种方式。我国学者在喷灌方面有大量的研究，姚素梅等[3]在小麦的分蘖、拔节、抽穗、成熟等时期做了与地面灌溉的对照试验，得出了喷灌的产量要高于地面灌溉的结论；并且姚素梅等[4]对小麦进行喷灌与地面灌溉的灌水试验时，用光合作用仪测定了喷灌与地面灌溉两种条件下的光合作用速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度、大气CO2浓度、气孔导度、空气的温度与湿度等参数，得出了喷灌可以提高叶片光合作用能力，使得在“光合午休”期，气孔限制成为阻碍光合速率进一步提高的主要因素。王迪等[5]在喷灌和地面灌溉条件下对玉米、冬小麦近2年的对照试验，通过CO2系统分析仪进行了测定，得出了喷灌比地面灌溉更能降低作物的蒸腾量、改善田间小气候的结论。韩文霆等[6]对喷灌的5类均匀性系数进行了研究。戴雪迟[7]对山区喷灌的最佳规划面积、造价、压力分区做了研究，给自压喷灌工程设计提供了参考。由于喷灌系统需要加压设备，一般投资较大，因此，设计经济实用的喷灌加压设备仍是今后需要探讨的问题。

滴灌是通过输水管道和滴头，将水分肥料以滴水的形式送至作物根部的灌溉方法，我国在1974年引进墨西哥的滴灌设备，经过多年的发展，全国滴灌面积逾1.3万hm2。在滴灌方面，方怡向等[8]对滴灌条件下棉花的根系分布进行了研究，指出滴灌水量可影响棉花生物量在根系中的分配，适当减少滴灌水量，可增加棉花细根的数量和长度，促进细根生长。王贺辉等[9]对滴灌条件下温室番茄的滴灌制度进行了试验，得出了温室番茄的需水规律为前期小、中期大、后期小，最大需水强度为6.1 mm·d-1，日均耗水强度为5.5 mm·d-1，温室番茄在苗期、开花期、结果期适宜的灌水定额分别为10～15 mm、15～25 mm、20～30 mm；同时得出了滴灌能提高番茄果品质量的结论。高杨等[10]通过3年春小麦生长情况与产量的观察，得出了在滴灌比地面灌溉更高产的结论。王秀康等[11]确定了滴灌毛管水头损失系数，使毛管水力计算更加简便。金玉洁等[12]对山区滴灌的规划设计做了分析，得出了压力模式是滴灌工程设计布局的重要因素。滴灌没有蒸发损失和深层渗漏，但其出流量小，滴头极易被颗粒堵塞，对净化设备有一定要求。今后研发抗堵塞性能高的滴头仍是一大任务。

波涌灌是用间歇供水的方式，在表层土体气孔封闭形成致密层后，使水推向更长的沟（畦），以达到均匀灌溉的目的。在波涌灌溉方面，刘玉林[13]对波涌灌溉水流的水力梯度、表层土壤固结度、土粒的沉积运动做了分析，得出波涌灌是节水明显的灌溉方式。谢崇宝等[14]对波涌阀与自控装备进行研究，并对其进行了田间性能测试，证明了该设备满足波涌灌水要求，适用于田间灌溉。高昌珍等[15]对波涌灌溉进行了田间试验，得出了灌水要素优化组合，并建立了多目标优化组合模型。对于波涌灌的核心控制设备波涌控制器的研发仍是一大难点，是我国学者进一步研究的方向。

涌泉灌是由中国农业大学自主研制的一种灌水方式，主要应用于果树、经济林的灌溉，它是由灌溉管网和代替滴头的4 mm微管将水送入绕树环沟中，环沟储存水分并缓慢入渗到树木根系中，具有入渗均匀、灌水效率高、投资少、管理方便等优点。在涌泉灌方面，我国学者也取得了很大的成就，郑耀泉等[16]提出了涌泉灌结构、设计方法、环沟设计公式，并对涌泉灌进行了投资分析，认为涌泉灌比喷灌、滴灌投资少，是一种适合我国国情的节水灌溉模式。李波等[17]通过在涌泉灌条件下温室甜椒的灌溉制度试验，得出甜椒在苗期、开花期、坐果期、结果期的适宜灌水定额分别为15，22，22，22 mm，灌水次数分别为2次、8次、8次、8次，整个生育期总的灌水量为200.64 mm。张芮等[18]对葡萄不同生长期进行涌泉灌亏缺灌溉试验，得出了成熟期进行亏水灌溉可提高果实含糖量，使果品质量更优良的结论。吴普特等[19]进行了涌泉根灌技术的研究，并对涌泉根灌进行了水力性能测试，得出了该灌水器合格且流态系数小于0.5的结论，因该装置管道均埋于地下，使系统能使用时间提高到20年。由于由计算机控制电磁阀的涌泉灌溉技术刚刚起步，对于电磁阀的信号传输有一定的距离要求，面积过大的灌区需要多个控制室来控制，设计远距离控制的涌泉灌溉技术是今后研究的重点。

我国在农业节水技术方面主要有采用先进灌溉技术、进行合理的布局与规划、制定合理灌溉制度、改进落后输水技术等措施。在灌区规划上，要合理布局、准确设计；在工程上，要按图施工，保证施工质量；在灌水方式上，要考虑适合当地地理条件并且适合作物的灌水方式。

3 我国节水灌溉存在的问题

3.1 规划设计技术落后

由于农田水利工程项目较小，一般设计任务都由当地群众自行规划，由于欠缺经验，一些项目存在流量设计、轮灌划分、控制面积设计不合理的情况，使建成后的工程不能充分发挥效益，特别对于一些偏远地区，先进的设计经验难以传播到当地，部分工程没有经过精确地测量规划，导致其布局不合理，严重影响了当地农业的发展。

3.2 管理不到位

一些正在建设的节水灌溉工程，由于没有专业的第三方机构与人员监理，导致很多工程施工达不到设计要求，工程质量难以保证。很多已建成的农田水利工程，由于缺乏正确管理，已年久失修。很多渠道灌溉地区，由于无人管理，渠道早已出现了严重的渗漏跑水现象，造成了“有人建，没人管”的情况。

3.3 灌溉用水严重浪费

大多数农村灌溉采用抽取地下水的方式，一般灌溉水量没有统一标准，很多农民凭自身经验决定，导致了过量灌溉，浪费了水资源。在井灌区，由于对地下水的抽取，我国海河平原地区出现了大范围下降漏斗，使地面发生沉降，北京、天津的地面沉降最大达到2 m[2]。

3.4 灌溉分散

由于农户种植作物、种植时间、作物成熟期等均不同，灌溉时间很分散，不能集中供水灌溉，缺乏统一管理机制，降低了灌水效率。在旱期灌溉用水上必然出现抢水灌溉的现象，增加了农户之间的矛盾，使统一有效的灌溉难以发展。

3.5 灌溉水源受到污染

由于我国经济的飞速发展，导致部分地区的环境污染进一步加剧，很多电池厂、化工厂、造纸厂等高污染企业将含有有机污染物与重金属的废水直接排入内河或者地下，当农户进行灌溉时，使用了遭到污染的地下水或者河水，会造成土壤有机物、重金属污染，作物在生长时将这些有毒有害物质吸收并积累，使果实的有毒有害物质超标，对人体造成了危害。

4 应对问题的措施

对于我国灌溉技术落后这一现状，应该由国家引导，当地政府集中统一建设该地区节水灌溉系统，国家要加大资金的投入，增加设计人员的数量，鼓励设计人员到偏远农村去，将先进的设计经验与方法带到当地，同时应加大当地技术人员的培训教育，使建成的工程设计更合理，发挥其应有的作用。

在管理方面，国家应建全农田水利建设的监督机制，使工程施工时有专业人员监理，工程完工后有相关人员管理，使工程建设有保障，工程损坏有修复，做到“有人建，有人管，谁建设，谁负责”。

在灌溉用水方面，要完善相关立法，严禁私自挖井引用地下水灌溉，严格控制打井数量，使地下水资源得以保护，并防止地面沉降现象的发生。同时要制定相关的灌水制度，向农户普及不同地区不同作物的灌水时间和灌水量等经验，要使农田得到合理灌溉，减少水源浪费。

对于灌溉分散、灌溉效率难以得到保证的问题，建议国家继续推行土地流转承包制，将小规模的土地整合起来承包给个人实行统一管理，并要实行灌溉工程统一建设的政策，使资源得到合理利用，农民得到最大受益。

解决，灌溉水源污染这一问题，除了要加强监督管理、控制排污量之外，还要把污水处理措施、生物措施、水利措施[2]结合起来，使其影响降到最低。

5 结语

随着科技的发展，计算机技术已被应用于农业中，单片机控制系统、GPRS自动灌溉装备、GMS短信控制系统、模糊控制技术等应用到了灌溉工程中，能够根据检测到的土壤水分数值与蒸腾量来自动精确灌溉，实现了根据作物需水量来制定灌溉计划。我国在这方面的研究才刚刚起步，在进行雨水蓄积、海水淡化、污水处理后将水源用于农业灌溉等方面还有待发展。

参考文献：

[1] 水利部.中国水利统计年鉴[M].北京：中国水利水电出版社，2011.

[2] 钱正英.中国水利[M].北京：中国水利水电出版社，2012.

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[4] 姚素梅，康跃虎，刘海军，等.喷灌与地面灌溉条件下冬小麦光合作用的日变化研究[J].农业工程学报，2005，21（11）：16-19.

[5] 王迪，李久生，饶敏杰，等.喷灌田间小气候对作物蒸腾影响的田间试验研究[J].水利学报，2007，38（4）：427-433.

[6] 韩文霆，吴普特，杨青，等.喷灌水量分布均匀性评价指标比较及研究进展[J].农业工程学报，2005，21（9）：172-177.

[7] 戴雪迟.自压喷灌规划设计中几个问题的探讨[J].节水灌溉，2006（4）：51-55.

[8] 方怡向，赵成义，串志强，等.膜下滴灌条件下水分对棉花根系分布特征的影响[J].水土保持学报，2007，21（5）：96-100.

[9] 王贺辉，赵恒，高强，等.温室番茄滴灌灌水指标试验研究[J].节水灌溉，2005（4）：22-25.

[10] 高杨，任志斌，段瑞萍，等.春小麦滴灌节水高产高效栽培技术研究[J].新疆农业科学，2010，47（2）：281-284.

[11] 王秀康，李援农，邢英英，等.滴灌毛管水力计算设计的简化[J].人民黄河，2011，33（2）：95-96.