农业节水灌溉评价研究历程及展望

阳眉剑，吴 深，于赢东，刘吉海

（1.中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038；2.济南市卧虎山水库管理处，山东 济南 250115）

农业节水灌溉评价研究历程及展望

阳眉剑1，吴 深2，于赢东1，刘吉海2

（1.中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038；2.济南市卧虎山水库管理处，山东 济南 250115）

农业节水灌溉是在我国水资源严重匮乏的大背景下，为保护水资源、促进粮食生产而提出的灌溉理念。当前我国农业节水灌溉的发展形势主要包含3个方面：（1）推广新型节水灌溉工程及设备，提高节水效率；（2）加强节水灌溉管理力度，提升管理水平；（3）完善节水灌溉综合评价理论及指标。本文针对我国节水灌溉目前面临的理论及技术问题，通过总结节水灌溉内涵及主要措施，综合比较各节水灌溉评价方法，分析了当前综合评价指标体系，梳理了国内外节水灌溉评价的发展历程，并对未来研究发展方向进行了展望。

节水灌溉；水资源；农田；指标；评价方法；基尼系数

1 研究背景

我国水资源极度匮乏，人均淡水资源量仅为世界平均水平的28%，目前，我国农业用水量占总用水量的63%，其中灌溉用水量占农业用水量的90%以上［1］，因此，大力发展农业节水灌溉是促进农业生产、缓解水资源紧缺矛盾的战略选择。目前，我国农业灌溉还存在以下几方面的问题：（1）农田有效灌溉率低，全国农田有效灌溉面积0.62亿hm2，仅占耕地面积的51.5%，而节水灌溉工程面积仅占有效灌溉面积的50%［2］。（2）灌溉水有效利用程度低，全国灌溉水有效利用系数只有0.53，水分生产效率提高的潜力巨大［3］。（3）管理水平低，农户节水意识薄弱，节水法律法规尚未完善，亟需建立健全的水市场。（4）节水灌溉技术标准不全面，现行标准主要是国家标准和行业标准，地方标准和企业标准很少［4］。（5）节水灌溉效益评价方法及指标不完善，尚未形成全国统一的、能考虑各方效益的综合性指标。（6）节水灌溉研究内部各领域间发展极不均衡。基于我国农业灌溉所存在的上述问题，有必要对我国在节水灌溉领域的研究进行科学的分析与梳理，以帮助更好地识别未来我国节水灌溉的发展方向，推动我国农业的可持续发展。

2 节水灌溉的涵义及措施

2.1 节水灌溉的涵义 在对节水灌溉的研究过程中，不同的学者对其内涵的理解有所差别。其中较具代表性的有以下几种专家观点（见表1），其中余开德［5］、姚崇仁［6］和雷煜［7］等将节水灌溉概括为农作物产出与水资源投入的比值的增大，而孔玲玉［8］和《节水灌溉技术规范》［9］则将社会与生态效益纳入节水灌溉的内涵之中。

综合表1几种观点，把节水灌溉的涵义归纳为：节水灌溉是根据当地作物蓄水规律及供水条件，采取工程及非工程措施，有效利用各种水资源，提高水分生产效率，并兼顾社会效益及生态环境效益的综合性灌溉措施。

2.2 节水灌溉主要措施 节水措施主要包括工程措施、管理措施和农艺措施［10］：工程措施是当前主要节水措施，包括喷灌、滴灌、渗灌、渠道防渗、管道输水和田面改造等，其具体操作方法、节水效率及不足之处见表2，其目的均在于减少从水源调度到输水、配水和灌水等过程的水损失，提高灌溉水的利用率；管理措施包括资源管理、灌水管理和工程管理等内容［11］，资源管理指对水资源进行优化配置，灌水管理指灌水过程中封水成数以及波涌灌溉等，工程管理指工程的运行、检修、维护等；农艺措施包括田间径流拦蓄、土地整理以及耕作与栽培技术三大方面，田间径流拦蓄指建立一个包括田块及坡地的水保工程体系，土地整理指在水保工程的基础之上对田块进行整治，耕作与栽培技术指采取田间耕作与栽培管理等措施以降低作物生长期间的田间耗水量。

表1 节水灌溉涵义的典型观点

从上述工程措施和管理措施可以看出，通过现有水资源的合理使用，推广并改进节水灌溉技术和提高管理水平，对灌溉节水效率的提高作用显著。

表2 节水灌溉主要工程措施

3 节水灌溉评价方法及其指标研究进展

制定科学合理的评价方法，可为节水政策、方案和措施等的制定实施提供科学依据，对促进农业可持续发展意义深远。在节水农业效益评价研究的起步阶段，研究者们主要从节水工程灌溉效益分析着手来评价水资源利用的综合效益；随着资源与环境的矛盾愈来愈突出，只对工程进行技术、经济两方面的评价已难以体现工程的真实效益，因而，节水农业对区域社会、经济和环境的影响逐渐受到重视，各有关方面的综合影响评价也开始得到探讨［12］。对节水灌溉工程的综合评价的发展历程主要可概括为三方面：（1）评价尺度，先从大到小、后又从小到大；（2）评价方法，从定性到定量；（3）评价结果，从效益割裂、单独评价到效益整合、综合评价［13］。

3.1 综合效应评价常用方法 目前，国内外对节水灌溉的综合评价主要有层次分析法、专家评分法、主成分分析法、人工神经网络方法、灰色关联分析法、模糊评价法等方法［14-17］，其基本原理及主要特点见表3。上述6种方法各有特色，层次分析法能在定量和定性两方面对被分解的要素进行评价，专家评分法能减少对数据资料的依赖性，主成分分析法能直接找出最关键的评价成分，人工神经网络法能大大降低不确定性，灰色关联分析法能避免主观因素对评价对象的影响，模糊评价法能处理大量定性的评价对象的问题。由此可以看出，在对具体工程进行灌溉效益评价时，应结合具体情形选择最适宜的评价方法，或采取多方法相结合来全面衡量各方效益。

表3 综合效应基本评价方法及主要特点

3.2 评价指标体系及国内外研究进展

3.2.1 综合评价指标体系 在处理实际节水灌溉工程中节水方式的选择以及灌溉方案设计参数的确定等问题上，为了给决策者和专家提供准确、科学的依据，避免盲目凭借经验决策，必须建立一个评价衡量各种方案的统一尺度，即评价指标体系［18］。因此，评价指标体系应科学、客观、全面地考虑和反映各方面因素及其在体系中的权重，从而在各种不同方案之中进行对比、评价、择优。由此看出，科学客观的评价指标体系的建立，是方案决策与制定的关键［19］。为明确各指标在综合评价中的作用，可将节水灌溉过程中所涉及的各种指标按性质分为六大类（见表4），其指标分别是：（1）政策类指标：符合国家、地区对农业的要求；（2）环境类指标：保护农田及水环境；（3）经济类指标：能产生可观的经济效益；（4）资源类指标：充分节约资源及能源；（5）技术类指标：满足技术上的可行性要求；（6）社会类指标：促进社会和谐发展。

3.2.2 国内外研究进展 国外关于节水农业综合效益的评价研究起步较早，已有研究主要针对节水农业的经济效益和环境效益，将节水灌溉系统作为主要切入点，通过分析其节水生产效益或工程的经济效益来对节水灌溉农业的综合效益进行评价［20］。国内的研究开展相对较晚，但对效益评价体系的研究发展迅速。在评价指标体系建立的研究过程中，从最初的定量数据比较或定性描述说明，逐步深入发展到定量与定性相结合、多层次、多目标和较全面的综合评价指标体系。国内外对评价指标体系的相关研究见表5。其中具有代表性的研究成果主要有：（1）1969年美国农业部［21］首次推荐了几种系统评价节水灌溉的方法，包括7个方面：灌水强度、灌水深度、系统的供水能力、灌水均匀度、水量损失、管网造价与能耗、灌水可能对作物产生的损害；（2）2003年Luo Jinyao等［22］建立了包括政治、技术、经济、资源、环境和社会六大类共42个指标的较为全面的综合评价指标体系，并用其对广西凭祥市节水灌溉示范工程进行了科学合理的评价；（3）2012年朱美玲［23］在水资源高效利用概念基础之上，构建了田间尺度农业高效用水评价指标体系，包括高效节水技术效率类指标、节水技术经济合理性类指标、节水经济效果和社会效果类指标，为田间高效节水技术应用效果的评价提供了计量工具。

表4 综合评价指标体系

4 基于文献统计的中外节水灌溉研究变迁

4.1 文献统计数据来源 为了系统全面地统计国内外关于农业节水灌溉研究的变迁，本文选择国内权威学术搜索引擎“中国知网”及国外顶尖学术搜索引擎“Science-Direct”作为统计源，以每5年为一个阶段，对1970—2014年所刊载的农业节水灌溉中英文文献进行量化分析［24］。在对文献进行甄别核实后，剔除掉其中介绍性及综述性论文，并依据不同的主要研究方向将其划分为“技术”、“管理”、“评价”三个领域以阐释研究变迁。选择的中英文关键词分别为“节水灌溉”与“技术/管理/评价”，“water saving irrigation”与“technology/management/assessment”。

表5 评价指标体系国内外研究进展

4.2 国内外文献总体数量变迁对比分析 从文献的总体数量上来看（表6），1985年以前我国在农业节水灌溉方向的中文研究论文基本空白，1985年后呈现稳定的增长趋势，尤其在2010年后增长速度明显提升，比2005—2009年增加了近一倍，这反映出我国在农业节水灌溉研究方面已基本进入快速发展阶段。国外在农业节水灌溉的研究论文发表上明显早于我国，早在1970年就有英文论文发表，其后基本呈现稳定增长趋势，2000年以后增长速度尤为明显，甚至有向指数增长的趋势发展，这表明国外在农业节水灌溉研究方面已经进入快速稳定的发展时期。对比分析论文研究差异可以明显看出，中英文论文数量比在2000年前呈增长趋势，2000—2004年达到顶峰为0.406，2005年以后开始下降，这说明尽管中文论文研究数量方面逐年增加，但与国外高速增长的英文论文数量相比，中文论文增速依然偏于缓慢，差距还十分显著。

4.3 国内外各领域文献数量变迁对比分析 依据农业节水灌溉研究中的不同方向将研究论文划分为“技术”、“管理”和“评价”三大领域，并分别对其进行统计分析，见图1。从图1（a）可以看出，我国节水灌溉研究各领域中文论文数量均呈稳步上升趋势，从论文数量分配上看，“技术”类论文数量最多，每个阶段都占据了论文总量的60%以上，“管理”类次之，“评价”类最少，所占比例不足10%；从论文增速上看，各领域的论文增长速度所呈现的差异基本和数量分配差异相符，同样是“技术”快于“管理”快于“评价”。上述两方面说明了我国主要侧重于节水灌溉技术方面的研究，符合我国需要大力推广普及农业先进技术的国情，而在节水灌溉评价方面的研究还十分欠缺。与我国变化趋势不同（图1（b）），国外三个领域的英文论文数量分配十分均衡，增长速度也基本同步，表明国外在各方面研究均十分全面，并无明显的侧重及欠缺。

表6 1970—2014年中英文节水灌溉论文对比统计

图1 1970—2014年中外节水灌溉分领域论文数量变化

基尼系数首先由意大利统计学家基尼（Corrado Gini）提出，用以衡量社会收入分配不平等程度，此后被广泛应用于其他行业，并得到改进。本文引入由张建华改进的简化的基尼系数以衡量国内外节水灌溉各领域间的均衡性［50］。简化的基尼系数与原方法判别效果相同，但计算更加简捷，其计算公式为：

式中：G为基尼系数（取值在0～1之间，值越小越均衡）；n为领域个数；Wi为各领域按比例从小到大排列后从第1领域累积到第i领域的总百分比。

计算结果表明（表7），我国节水灌溉研究总体领域均衡度呈上升趋势，2010年后基尼系数达到0.421，研究正逐渐朝向多元化、均衡化发展。国外研究总体领域在过去几十年内均保持着十分均衡的优良状态，基尼系数在0.1左右波动。对比国内外基尼系数可以进一步证实我国各领域均衡发展程度与国外差距显著，我国节水灌溉研究尤其是节水灌溉评价研究的发展前景十分广阔。

诚然，仅对中文论文及英文论文的数量进行对比尚不足以论述我国和国外节水灌溉研究之间的距离。事实上，近期与节水灌溉相关的重要国际期刊中国作者的论文数量已经显著增加，中国对国际节水灌溉领域的研究已经逐渐起到了引领作用。但是，在我国大力推广节水灌溉的背景之下，为了让更多当前先进科研成果更好地惠及我国广大科研及技术人员，加大优秀中文论文的发表力度的需求已愈发急切。

表7 1970—2014年中外节水灌溉各研究领域论文基尼系数

5 结论与讨论

在我国最严格水资源管理制度的实行和“三条红线”的确立的大背景下，大力发展农业节水灌溉已经势在必行。在综合归纳节水灌溉基本理论及工程技术、梳理节水灌溉评价研究发展历程及对比国内外研究论文成果后，可将我国节水灌溉现状研究成果归纳为以下三点：（1）节水灌溉基本涵义在仅注重经济效益的原定义上加入了社会及生态环境效益，进一步丰富其内涵，符合我国建设水生态文明的基本政策。多样化的先进节水灌溉工程及管理技术的应用正在逐步普及。（2）节水灌溉评价方法正朝着多样化、系统化发展，评价指标体系也日趋综合、全面，评价方法及指标已经在许多地区得到应用并取得了良好的效果。（3）从论文数量上看，我国节水灌溉的中文研究论文尽管与国外英文论文数量存在差距，但也基本进入快速增长时期，尤其在技术领域的研究成果增长显著。

未来农业节水灌溉的发展，既要借鉴国外先进经验，更要总结我国实践经验和不足，自主创新，提升理论和研发技术。主要可从以下几方面着手：（1）加大先进节水设施的投入和普及，研发新型灌溉节水设备，加大对农田及灌溉水的监控力度，提高管理水平。（2）进一步研发能应对我国不同地区不同情形的评价方法，建立从地区到全国的多层次、大系统的综合评价指标体系，并将水质纳入评价指标之中。（3）加大节水灌溉评价领域中文论文研发力度，以达到各研究领域同步、均衡、快速增长的态势，同时注重学习研究国外优秀论文的研究成果，提升论文质量。

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Progress and prospect of agricultural water-saving irrigation assessment

YANG Meijian1，WU Shen2，YU Yingdong1，LIU Jihai2
（1.State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin，China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；2.The Management Department of Wohushan Reservoir in Jinan City，Jinan 250115，China）

Against the background of severe deficiency of water resources in China，the agricultural water-saving irrigation is a new irrigation idea proposed for the preservation of water resources and the promotion of crop production.The developing trend in agricultural water-saving irrigation in China is comprised of three main aspects：（1）popularize new water-saving irrigation project and equipment to improve the water-saving efficiency；（2）enhance the water-saving irrigation management for the improvement of management level；（3）perfect the theories and indexes in the comprehensive evaluation of water-saving irrigation. Aimed at the theoretical and technical problems in water-saving irrigation in China，this article made a conclusion of the connotation and main measures of water-saving irrigation.In addition，it compared a variety of water-saving irrigation assessment methods and analyzed the recent indicator system of the comprehensive assessment.The internal and external developing progress of the comprehensive quality evaluation in water-saving irrigation was concluded and analyzed.Furthermore，a comprehensive comparison in the number of academic articles between Chinese and English was made.Based on the researches above，an outlook of the future researches in this field was made reasonably.

water-saving irrigation；water resources；farm land；indicators；evaluating methods；Gini parameter

S274；S275

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2016.03.009

1672-3031（2016）03-0210-09

（责任编辑：韩 昆）

2015-07-27

水利部公益性行业科研专项经费项目（201401001）

阳眉剑（1993-），男，湖南邵阳人，硕士生，主要从事水文水资源和农业节水灌溉研究。E-mail：oym j2082@163.com