黑龙港地区农业节水技术分析

付　贵，冯书仓

(河北省沧州水文水资源勘测局，河北 沧州 061000)



黑龙港地区农业节水技术分析

付贵，冯书仓

(河北省沧州水文水资源勘测局，河北 沧州 061000)

黑龙港地区属于资源型缺水地区，该地区农业发展受到水资源条件的严重制约，为使现有水资源发挥出最大效益，结合该地区水资源特点，从农业节水技术推广、调整农业种植结构和节水技术的发展方面，通过灌区改造、渠道防渗、微喷灌溉技术、田间径流拦蓄、耕作与覆盖保墒技术等工程措施对农业节水技术进行有效发挥，使现代化管理模式在农业节水技术上得到有效应用，促进该地区农业发展水平，对河北农业经济和生态环境的可持续发展发挥巨大作用。

黑龙港区域；水资源；种植结构调整；节水技术

黑龙港地区土地资源丰富，光热条件优越，具备发展农业生产的基础条件，是发展种植业的基地。但是，由于该地区的水资源条件很差，且属于资源型缺水地区，资源型缺水的状况又是很难逆转的，而农业生产的发展又需要大量的水资源作保证，因此，该地区的农业发展会受到水资源条件的严重制约。如何在现有水资源条件下发展农业生产，使有限的水资源发挥出最大的生产效益是一个值得深入研究的重要课题[1]。

1　工程节水

工程节水主要是通过工程的手段，对农田需水与供水过程进行水量的控制与调节，实现最优化的供求关系与供需平衡。工程型节水措施可具体分解为：一是建设防渗渠道区，灌渠用各种类型的材料进行硬化；二是建设滴压管灌、滴灌、渗灌、喷灌、微喷等设施喷灌区，起示范区作用，主要用于高效农业；三是新建改造机电灌溉站，扩建地表蓄水工程和桥类、涵洞、水闸、渡槽、跌水、倒虹吸等各类水工构筑物。

1.1灌区改造

黑龙港地区内现在运行的灌区只有石津渠灌区。石津渠灌区是河北省的大型灌区之一，灌区主要灌溉面积分布在滹沱河与滏阳河之间沧石路南北的地区，分属石家庄、邢台和衡水三市的十四个县(市、区)，其中包括衡水市的冀州市、桃城区、深州市、武邑县和武强县滏阳河以西的部分土地，控制耕地面积174万亩。据统计，1990年至2003年，石津灌渠引水量年均1.93亿 m3，斗口水量1.23亿 m3，渠系有效利用系数仅为0.64，输水损失较大，因此，灌区改造势在必行。在当前的灌区改造中应注意以下几个方面，以期实现节水农业的目标。

(1)灌区分割：通过灌区分割实现灌区小型化、分散化的目标。即在现有的工程框架内，在现有工程的基础上，选择合适地点，增建一些小型泵站及节制性建筑物，将原来由大型泵站和建筑物控制的灌区分割成独立的多级化的小型灌区。以适应多级管理，分散经营的新体制。

(2)功能一体化：所谓一体化，首先是灌排一体化，应进一步发展完善使之同时兼顾灌、排、引、蓄、补多种功能，实现地表水地下水联合调度，提高水资源的重复利用率。

(3)工程整合：工程整合主要体现工程的总体性。首先是骨干灌排工程与田间工程的整合；其次是灌排的工程系统与田间土地整理的整合。土地整理包括适应不同工程模式和地形土壤条件的土地平整方式、灌溉畦块格田的规划与设计等。工程整合还可以延伸到灌排工程与农业种植结构、作物布局、种植制度的整合。

1.2渠道防渗

黑龙港地区土质松软，土层厚度大，孔隙多，因此渠道渗漏损失量大，输水距离越长，渗漏损失则越大。以石津渠灌区为例，渠水进入衡水市境至斗渠口之间的损失即可达3～4成，斗口至田间还要损失一部分水量，这样，自干渠至田间的输水损失约二分之一。因此，渠道防渗问题显得极为重要，这是减少输水渗漏损失提高水的有效利用系数的根本措施。根据我们调查，石津渠灌区衡水境内目前仍以土渠输水为主，每年的损失量相当可观。

1.3低压管道输水灌溉

低压管道输水灌溉是用低压管道输水代替明渠输水的一种灌溉输水方式，即通过一定压力(一般低于5 kg/cm2)将灌溉水由水源输送到田间，直接由管道出水口进入田间或连接软管进入田间。管道输水灌溉已成为世界上农业节水灌溉的一项十分关键而普遍采用的技术。目前，黑龙港地区井灌区内采用较普遍，成为投资少、效益好、施工容易、管理方便深受群众欢迎的节水工程。管道输水能最大限度地减少输水过程中的水量蒸发渗漏损失，据有关资料测算，管系水的利用系数可以达到0.95以上。

1.4喷灌技术

喷灌是一种先进的灌溉技术，现已广泛应用于近代世界各国的灌溉农业中。喷灌具有很多优点。首先，喷灌时喷灌水以水滴的形式象降雨一样湿润土壤，不破坏土壤结构，为作物生长创造良好的水分状况；其次，由于灌溉水是通过各种管道和喷灌设备输送和分配到田间的，一切均在控制下工作，因此能很好地控制灌溉强度，灌水量以及灌水的均匀度等，故能根据不同条件和作物需水规律精确灌水；其三，喷灌系统几乎不存在输水损失，灌水均匀，均匀度一般可达80%～85%，一次性取水量小，适用于单井水量较低的浅层地下水灌区，黑龙港地区不乏这样的地区；其四，喷灌对土壤和地形条件适应性大。一般地形起伏大的坡地，土壤质地与土体构型进行地面灌溉困难的沙漏地，不适宜建筑地下工程的冻土地带等均适合采用喷灌方式。此外，喷灌还有调节农田小气候，增加干热风季节的空气湿度，降低大气温度，以及节约沟渠占地，提高土地利用率(7%～15%)等优点。

1.5微灌技术

微灌技术是利用专门的设备对灌溉水加压，通过低压管道系统毛管上的孔口或灌水器，将有压水流变成细小的水流或水滴，直接送到作物根区附近，均匀、适量的施于作物根层所在部位土壤的灌水方法，是当今世界上用水量最少，灌溉质量最好的现代化节水灌溉技术。微灌与传统的地面灌溉(沟、畦灌)、喷灌最大的区别是：它不对整个灌溉地段实施全面积灌溉，而只湿润主要根系层所在的土壤，所以又称为“局部灌溉”。微灌基本上没有无效的棵间蒸发，同时由于对灌水量的准确控制，一般也没有深层渗漏，以及喷灌时的飘移飞散和蒸发损失，大大提高了灌溉水的利用率，除补充作物需水外，还特别适合给作物输送液态化肥和除草剂等，并便于控制用量，提高肥料利用率。

2　农业节水

2.1田间径流拦蓄

田间径流拦蓄着眼于农田田块的全部天然降水的拦蓄利用，以及部分周围坡地的来水，表现为一个小的区域田间地面径流的拦蓄、利用和水资源的平衡。一般田间径流拦蓄是由坡面治理，坡水疏导拦蓄，以及少量的支沟沟道与塘坝工程，共同组成一个包括有土建、生物措施在内的水保工程体系[2]。如水土保持工程对天然降水和地面径流的拦蓄和利用，可减少水土流失，提高水分利用率。又如灌溉农业中减少取水、输水和田间灌水过程中水分的无效流失和深层渗漏(包括减少渠系退水量和田间排水量)，减少单位面积、单位产量的取(用)水量，缩短输灌周期，提高工程供水能力和输水效率等，都属于田间径流拦蓄。

(1)坡面治理工程。主要是改变地面坡度，拦蓄地面径流，增加土壤入渗，减少水土损失，提高水分利用率。

(2)坡水工程。主要是拦蓄、疏导和调蓄在大雨条件下土壤不能完全接纳的地面径流，包括当地降雨和外来水。

(3)塘坝与沟道治理工程。具有较大的汇水面积和汇水量，工程建设要充分利用当地地形与水源条件，建设应以小型分散为主，着重旧塘改造，提高工程供水和输水效率。

(4)植被与生态建设。植被与生态建设在节水农业体系中通俗的讲就是利用天然植被环境种树种草这一部分，改善农田生态环境，实现节水增收、增效，减少水土损失的可持续发展的目标。

黑龙港地区地势低平，起伏度很小，适合田间径流拦蓄工程，通过上述田间径流拦蓄工程建设可使天然降水得到充分的利用。

2.2土地整理

实行农村经济承包责任制以来，农民的积极性空前高涨，对自己承包的土地进行了大规模的整治，其中最基本的便是土地平整，以利于农田灌溉，其次是打田埂，以利于当地雨水的拦蓄利用。为了节水省电，提高灌溉效益，对水浇地也进行了大畦改小畦、长畦改短畦、宽畦改窄畦的“三改”改造。经过几十年的艰苦努力，各家各户的责任田被改造成适合小农机耕作、适合节水灌溉的具有浓郁地方特色的高效农田，利于农民增产增收增效。

2.3提高耕作与栽培技术

节水农业中的耕作与栽培技术亦即农艺节水，主要是通过田间耕作与作物栽培管理措施，降低农作物生长期间的田间耗水量(也包括部分在输水过程中的地面蒸发损失)。是在兼顾农业产量和效益的情况下，减少田间的无效水分损失，即降低田间净耗水量，提高天然降水和灌溉水的利用率。这部分节水其实是真正的资源性节水和效益性节水，是整个节水农业的核心。主要包括土壤蓄水工程、耕作与覆盖保墒技术、节水种植制度与种植结构、节水栽培技术、抗旱保水化学制剂应用技术和节水灌溉制度等内容。

2.3.1土壤蓄水工程

黑龙港地区土壤一般发育于黄土母系，为第四纪洪(冲)积物、厚层坡积物、湖相海相沉积物，厚度达几百米，具有巨大的土壤调蓄能力，但也可能在重要蓄水段内出现一些不良物理性质的障碍层次，影响土壤的蓄水功能。比如沙漏层、夹粘层、粘盘层、白浆层以及由于长期耕作造成的坚实不透水的底层等。只有经过对这些不良土体构型的改良才能提高土壤的调蓄能力。有条件的地方可采用粘土客沙、沙土客粘、翻沙压粘、翻粘压沙、引洪淤灌、引水拉沙等措施改良不良土体，大面积普遍意义上的节水农业改良措施是深耕(翻)深松。可根据不同土壤的质地与土体构型，在原耕作层的基础上逐年增加耕作深度和活土层深度，通过深耕(翻)深松，打破坚实的障碍层，改善新土层障碍程度，增加土壤的渗透性和入渗深度，提高保水蓄水能力，减少地面流失与蒸发，同时可促进农作物根系发育，扩大根系的吸水吸肥范围，增强作物抗旱、耐肥、抗倒伏能力，打好节水高产栽培的基础。

2.3.2耕作与覆盖保墒技术

耕作保墒是通过田间耕作，营造一个地表疏松的土层，切断和阻止土壤毛管水上升，有效地保持土壤水分。在夏秋作物收获后，为最大限度地接纳和保存夏秋雨水，及时进行雨前迎墒早耕或雨后适墒早耕，秋耕秋耙，浅耕或旋耕灭茬，对冬季休闲田或冬小麦田的早春耙耥，免耕休闲轮作中的养墒耕作等，以及冬小麦返青后的早春行间搂划，棉花及果树等生育期中雨后或灌后的中耕松土均为耕作保墒技术的实际应用。

覆盖保墒是近年来新兴的保墒技术，即在地面增加一层覆盖物以减少地面蒸发。通常有植物秸秆覆盖和地膜覆盖两种形式。同样是降低棵间蒸发的有效节水措施。植物秸秆覆盖用整株或粉碎的植物秸秆覆盖于作物行间、棵间的裸露地面，一般在播前或农作物生长前期封垅郁闭以前进行。作物收获留高茬与免耕结合也是一种覆盖形式。植物秸秆腐烂后可以增加土壤肥力，因此，植物秸秆覆盖是一种与秸秆还田结合，兼有培肥地力与土壤保墒双重效果的农业技术措施。该项技术现在黑龙港地区已得到广泛应用。地膜覆盖技术则是一种使用更广泛、更方便、效益更显著、也更具发展前景的农业节水与高产栽培技术。黑龙港地区自上世纪七十年代末开始在蔬菜上运用，然后迅速扩展到棉花、花生等经济作物，进而几乎包涵主要的大田作物以及果树、林木苗圃等，玉米、棉花、花生发展最快。地膜覆盖不仅能节水，还能提高地温，促进早熟，缩短生育期，防止低温冻害，在热量不足的情况下可提高复种指数，带动种植制度改革，效益更为显著[5]。

2.3.3节水种植制度与种植结构

节水种植制度与种植结构也是当前节水农业的重要环节。目前，我国正处在一个农业种植结构调整的转型期，各地区都在根据本地区的水土资源状况，以及社会经济发展目标，将传统种植业的种植制度与种植结构进行调整与改革。有资料表明，在黑龙港地区，冬小麦——夏玉米一年两熟种植结构年产值为16 141元/hm2，棉花种植年均产值为18 846元/hm2，在不考虑投入的情况下，一元种植结构(棉花)比二元种植结构(冬小麦——夏玉米)多收入2 704元/hm2，而在平水年，一元种植结构比二元种植结构少耗水2 888 m3/hm2，在枯水年份，则可少耗水3 479 m3/hm2。这充分证明节水种植制度与种植结构的调整对于农业节水的重要作用。

因此在黑龙港地区，更应在保证粮食安全的情况下，本着优质高效的市场效益原则，以及资源与环境可持续发展的目标，选择和推广优质、高效、节水的种植制度和作物结构。

从现有情况来看继续维持原有一、二元结构的种植模式发展农业生产，农业生产难以持续发展，从影响该区域农业生产的主要因素看：(1)由于农村乡镇企业的快速发展，大批农业劳动力开始从事工副业生产等，致使直接从事农业生产的劳动力不仅在数量上而且在人员素质上都存在一定的降低。(2)由于全国农村人均经济收入年增长率偏低，农民经济势力薄弱，加之各种农业生产资料价格上涨，农民用于购买农业生产资料的资金相对减少。(3)目前占黑龙港地区耕地面积70%左右的产田由于受到淡水资源短缺的影响并没有好好利用，因此即使其它生产条件都具备，粮食产量也难以再上一个新台阶。鉴于以上种种原因再加上人口年年增长、耕地日益减少等重大不利因素，全区域的农业生产持续发展存有很大困难。因此在这种发展背景下宜将传统的种植业以粮为主的一元种植结构或者是以粮为主，兼顾经济作物的二元种植结构逐步调整为节水高效的“粮、经、饲”三元结构[3]。

三元种植结构就是适当压缩并控制井灌区的灌溉面积，恢复部分旱作，减少高耗水、低效益的作物栽培。如压缩高耗水作物冬小麦、夏玉米，增加传统的耐旱节水优质高效的作物种植，如春谷或夏谷、高粱等小杂粮、豆类、甘薯、特种玉米、棉花、饲草以及其他特色农作物如烟草、麻类、瓜果、药材等作物的栽培的一种种植模式。比如饲草种植可以以经济效益为主，兼顾生态效益，如结合种植制度改革，种植结构和农村产业结构调整，建立合理的三元种植结构，扩大饲草种植比例。也可以结合养殖业及创汇农业发展，建立专业性的饲草产业化基地。在黑龙港地区，苜蓿便是具有很好发展优势的饲草品种，很有推广价值。

黑龙港地区的沧州市，早在80年代初期就陆续将人工种草列入计划，在小麦、玉米轮作的一部分地段改种小麦、饲料作物，将种植杂粮的一部分低产田改种苜蓿等。80年代中期以来，全市人工种草的面积一般在3万～4万 hm2，其中苜蓿的面积3万 hm2以上。进入90年代以来，人工种草工作又开始进行有计划地更新，轮种粮食作物。从近20年人工种草和草粮轮作的实践看，这种粮食作物+经济作物+饲作物的种植模式(三元结构)，不仅增加了当地大批蛋白饲草和饲用粮，从而替代大批食用粮，还促进了当地畜牧业的发展，改善了当地土壤结构，提高了土壤的肥力，而且也使我们看到了当地农业持续发展的新曙光[4]。

2.3.4制订合理的节水灌溉制度

在以上所有的农业节水措施中，科学合理的节水灌溉制度是综合性的终端结果，它既是农业节水措施综合效果的体现，也是工程节水、农业节水与管理节水的结合点。科学的节水灌溉制度是根据一个地区周年或一个生长期的天然降水和土壤水分的动态变化以及农作物对水分的需求而制定的，是通过土壤水分的调节和对农作物生长发育的调控，充分挖掘节水潜力，以获得最佳经济产量和水分生产效率的灌溉方式。如棉花、玉米前期的“蹲苗”，冬小麦返青后用控制土壤水分以抑制无效分蘖，许多作物成熟期保持较低的土壤含水量以控制贪青晚熟和倒伏，减少虫害和增加粒重。科学的灌溉制度包括：每次灌水日期，全生育期灌水次数，灌水周期(间隔)，灌水定额，灌溉定额。

3　管理节水

3.1工程管理

3.1.1水源工程管理

水源工程管理侧重于水资源的开发与保护。在黑龙港地区以地下水井灌区为主，因此，对地下水位、开采量、水质等的控制与管理应加强，尤其是地下水位的控制，是地下水管理的最主要环节。沧州地下水降落漏斗和冀枣衡地下水降落漏斗的形成和发展以及造成的负面影响的教训应予汲取。地下水位的控制就是要在一个相对较长的水文周期内实现水位的相对稳定和升降平衡，确定合理的年变幅、年际变幅空间，以及限制地下水的最大埋深。

黑龙港地区井灌区以开采深层地下水为主，多年来处于超采状态，而深层水属战略储备水资源，一般情况下应禁止开采深层水作为灌溉水源，已开采的地方应采取节水措施和替代措施，逐年减少以至终止深层地下水的开采量，至少不应再增打深井。开采深层地下水成本费用较高，用于种植低附加值的粮食和其他大田作物，从经济上也不合理。

3.1.2骨干工程管理

骨干工程管理是在取水、输水、水量分配等工程环节上，通过提高输水效率，制定配水计划，合理组织供水，以及通过科学管理、水量计算等途径减少取水量和水量损失。在渠灌区，应根据灌区内地形和作物种植等因素安排优化的配水供水计划，本着先高后低、先远后近、先难后易、调蓄互补、灌排一体化的原则，这种管理模式一方面可以缩短轮灌周期、节水、节能、降低灌溉成本，而且能提高整个工程的工程效益、供水能力和水的综合利用率。

3.1.3田间工程管理

田间工程管理是骨干工程管理的延续。该项管理工作的首要环节是工程的产权确认，在目前的管理体制下，可通过租赁、拍卖、转让或承包等形式移交给用水者协会或分会，实行谁受益、谁管理、谁负担、自主经营的原则，管理的内容包括工程维护、制定用水计划、组织轮灌、落实节水制度、协调用水户之间的权益、水量计量、收缴水费等。

3.2水量计量

水量计量工作是灌区节水管理的最基础最关键的措施，它是实施水的产业化、商品化改革，建立经济自主灌排区，落实水价改革、计量收费的技术保证，是检验灌区灌溉效率、节水效果的基本手段。

在渠灌区，可采用流速仪法、水工建筑物法、标准断面法、量水建筑物法、浮标法等，根据具体情况灵活运用。

在井灌区，农灌用水不收水资源费，只缴纳电费，因此，用电量估算水量是较常用且方便的方法。这种方法误差较大，可以测定一个电量与水量关系的转换系数进行校正。另一常用方法是以时间推算水量，前提是假定水泵出水量是恒定的，因此精度也较差，但方法简单，农民易接受。高标准的方法是在水泵出口安装农用水表且直接记录，计量准确，但成本较高。

3.3机构建设与政策法规建设

发展节水农业应对水资源进行有效管理。在计划经济体制下，水利建设由国家投资，公众低价或无偿使用，致使资源浪费，工程效益难以发挥，运行维护无保证。目前结合水利工程管理体制改革，吸取国外先进经验，推行经济自主灌区新型灌溉管理模式，建立法律上自我管理，经济上自主经营，自我维持、自我发展，农民用水户参与管理的自主发展模式，实现了谁投入，谁所有，谁受益，谁管理的原则。

4　结语

根据黑龙港地区农业节水技术的发展趋势，黑龙港地区农业节水发展必须走多种节水技术相结合的节水之路。通过灌区改造、渠道防渗、微喷灌技术、田间径流拦蓄、耕作与覆盖保墒技术等工程措施与农业节水技术，努力减少田间耗水，增加作物产量；通过适当压缩并控制井灌区的灌溉面积，恢复部分旱作，减少高耗水、低效益的作物栽培等农作制度，适当压缩农作物的种植面积，扩大经济作物和饲料作物的种植面积，建立适应型高效种植制度；通过建立各种合理的节水灌溉制度，通过水源工程管理、骨干工程管理、田间工程管理、水量计量等各种管理措施，对农业节水进行有效管理，充分发挥现代管理模式在农业节水方面的应用，加强降水、地表水、土壤水的联合调度与高效利用。同时，还需与工程节水技术、农业节水技术紧密配合、相互促进，使多种因素共同发挥作用才能得到理想的节水效果。黑龙港地区针对独特的降水、气候、地理和社会经济条件，在因地制宜的基础上做到合理用水、科学用水，创造出达到节水增产高效的一种现代化农业生产模式，不仅能较大提高该地区的农业经济发展水平，更对整个河北省农业经济和生态环境的可持续发展发挥巨大作用[6]。

[1]孙淑珍.从水资源角度看黑龙港区域农业种植结构优化[J].河北工程技术高等专科学校学报.2010.4-6.

[2]孙淑珍.黑龙港类型区节水农业典型调查及效益分析[J].河北工程技术高等专科学校学报.2011.1-4.

[3]武之新，武婷，赵凤岩.黑龙港地区农业持续发展的新举措[J].干旱地区农业研究.1999.3-1.

[4]武之新.草粮轮作在环渤海低平原半干旱持续农业中的地位及前景[A].中国北方半干旱地区持续农业国际会议[C].1995.8.

[5]由懋正，等.海河低平原水土资源与农业发展研究[M].北京，科学出版社.1991.

[6]张晓，李源.基于水资源现状的黑龙港流域农业节水技术分析[J].海河水利.2012.2.

2016-03-14

付贵(1984-)，男，河北沧州人，工程师，主要从事水资源论证与研究工作。

S271

B

1004-1184(2016)05-0102-03