北京设施农业节水技术应用现状及需求分析

2017-04-05李瑾郭美荣冯献

江苏农业科学 2016年12期

李瑾++郭美荣++冯献

摘要：采用问卷调研和实地访谈相结合的方法，对北京市设施农业种植基地节水技术和设备应用情况展开调研，旨在了解目前北京市设施农业节水现状和经营主体对节水灌溉技术的了解、使用和需求情况，调研发现政府在节水技术推广过程中起主导作用、用户的使用意愿较高、节水技术和设备的应用范围和效果较好，农户对节水技术和设备的获取及培训需求较高，但投入成本、认知程度、产品成熟度及维护管理和专业化服务队伍等问题制约了设施节水技术和设备的应用推广，从节水技术的标准化与规范化、水肥一体化和宣传普及方面提出促进设施节水技术和设备推广应用的对策建议。

关键词：设施农业；节水技术；需求；问题；对策

中图分类号： S275；S625.5+8文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）12-0596-05

收稿日期：2015-10-29

基金项目：北京市农林科学院创新能力建设专项（编号：KJCX20150504）；北京市社会科学基金（编号：14JGB053）；国家社会科学基金（编号：15CXW026）。

作者簡介：李瑾（1978—），女，湖北襄樊人，博士，副研究员，主要从事农业与农村信息化研究。E-mail：lij@nercita.org.cn。

通信作者：郭美荣，硕士，工程师，主要从事农业农村信息化发展战略研究。E-mail：guomr@nercita.org.cn。

北京农业发展与首都功能定位紧密契合，作为世界上最缺水的城市之一，水资源已成为制约北京发展的“天花板”，该问题决定农业必须走高效节水道路。北京农业用水占全市用水的比例由2004年的39%下降到2013年的25%。除生产空间压缩带来的用水减少外，近年来各级农业部门加大节水灌溉建设力度，集成农艺节水技术落地，加强农业用水政策管理，农业节水工作走在了全国前列，为保障全市用水安全作出了贡献。北京是全国较早开展节水灌溉的地区，历经3个发展阶段，已形成集“设施节水、农艺节水、机制节水、科技节水”于一体的农业综合节水技术体系。设施农业是都市型现代农业的重要组成部分，北京市统计局数据显示，2014年北京市设施农业总面积38 115 hm2，总收入达到512 718.9万元，具有较大的节水潜力，开展设施农业节水技术现状调研对于指导北京市设施农业发展具有积极意义。

1北京设施农业节水技术现状调研

本研究对北京市36家专业合作社、示范基地和专业种植园进行了问卷调研，其中合作社24家，企业7家，专业大户3家，推广站1家，事业单位1家（图1）。合作社规模大小不一，所建温室数量从2个到333个不等，单个温室面积在 400～1 000 m2 之间，其中北京榆垡京南蔬菜产销专业合作社温室数量达到333个，北京泰华芦村种植专业合作社温室数量300个且全部种植设施蔬菜，种植面积达到30 hm2，其中220个温室采用节水灌溉。

1.1基本情况

1.1.1设施蔬菜种植情况

调研中设施蔬菜种植单位有26家，占被调研对象的72.22%。其中使用节水灌溉技术的单位有17家。设施蔬菜平均年产量为93.82万t，采用节水措施的设施蔬菜种植年用水量平均为3 637.95 t/hm2。

1.1.2水资源现状

调研对象灌溉用水全部是机井水。目前在所调研对象中，大部分都不需要支付水费，但需要支付电费。只需要支付水费的有3家，只需要支付电费的有20家，水电都要付费的有12家，水电都不需要付费的有1家，电费平均0.87元/（kW·h）（图2、图3）。

1.1.3典型茬口调查情况

设施农业主要以种植蔬菜、草莓、西瓜和花卉为主，茬口变化与节水灌溉设备之间不配套的

问题十分突出，设施农业典型茬口见表1。微灌等设施农业节水灌溉设备不能完全适应温室不同茬口的灌溉需要。例如茬口1，垄植的果菜类蔬菜，适合使用滴灌等微灌设备。但是到了夏季种植密植叶菜类植物，微灌不能适应。从节水灌溉设备来讲，不可能有1种设备能适用于所有作物。微灌灌溉设备适应性分析表明，各茬口实际灌溉组合模式全部不符合节水标准。用得最多的模式是微灌+管灌的半节水组合模式。

1.1.4不同蔬菜种类各时期用水量分析

对番茄、黄瓜、椒等6种设施蔬果各时期的用水量进行了调研，调研数据显示结果期用水量最大，其中草莓、椒和茄子的用水量较大，用水量达到2 100 m3/hm2以上。而叶菜类的用水量最少（表2）。

1.2节水技术和设备应用现状

1.2.1设施农业节水现状

[JP2]设施农业节水灌溉伴随着农业节水灌溉整体向前发展，从土渠灌逐步发展到以微灌和低压管道输水灌为主。北京市设施农业节水经过近几年的大力发展，以滴灌为主的微灌技术在京郊设施农业中得到了快速发展。设施农业微灌面积主要集中于农业示范园区、示范基地和部分散户经营，其他灌溉形式集中于农村的一家一户。全市设施农业用水量1.3亿m3，基本上靠开采地下水，占农业用新水总量的10%。设施农业灌溉水利用系数达到了80%以上[1]。

1.2.2政府在节水技术推广应用过程中起主导作用

在温室节水设备初始投资主体的调查中，结果显示，由政府投资的有15家，自筹经费建设的只有6家，其余调研对象未给出答案（注：本研究中比例计算以实际给出选择答案的单位为分析对象，个别选题为多选题）。其中16家单位对政府投资建设内容给出了答案，结果显示，政府投资建设的支持内容主要是节水设备、自动化设备和技术培训。此外，被调研的23家单位的节水技术得到政府补贴。这说明，北京市政府在设施农业节水方面的资金扶持力度覆盖范围较广，政府在节水灌溉推广应用中起主导作用。

2014年9月，北京市委、市政府下发《关于调结构转方式发展高效节水农业的意见》（京发〔2014〕16号），提出要加快推进农业节水，调整农业结构，转变农业发展方式，着力构建与首都功能定位相一致、与二三产业发展相融合、与京津冀协同发展相衔接的农业产业结构。大力发展高效节水农业，全面推进设施节水、农艺节水、机制节水、科技节水，提高农业用水效率。2014年北京市启动实施“2463”农业节水行动，计划到2020年，实现农业用水从2013年的7亿m3左右减少到 5亿m3，达到减少2亿m3的总体目标，实现蔬菜、粮经、畜牧、水产四大产业全面的节水生产[2]。

1.2.3对节水技术和设备的了解和使用意愿较高

在调查节水在生产过程中的重要性认知时，31家经营主体认为非常重要，5家认为重要，没有人选择一般或不重要。在倾向于哪种节水设备和技术的调研中（多选题），发现24家单位选择了膜下滴灌、16家选择了水肥一体化、5家选择了微滴灌、4家选择了微喷灌、2家选择了膜下暗灌、1家选择了渗水灌溉、1家填写了有机种植。并没有单位因为价格太高、操作复杂、对技术不了解、基地规模小、配套不健全和种植品种不耗水等原因而不采用节水设备和技术（图4）。

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在“如果政府补贴部分设备费用，您是否会添置节水设备”的调研中，28家单位选择会，5家选择不会，这说明大多数生产经营主体愿意使用节水技术和设备。对于不愿意采用节水技术和设备的原因调查中，发现大多是由于节水设备质量差、使用时间不长、没有技术人员指导、设备购置后不会使用成摆设等原因造成的。

对当地节水灌溉技术推广工作满意度调查结果显示，34份给出选择问卷中，16家经营主体选择满意，15家经营主体选择非常满意，2家经营主体选择一般，1家经营主体选择不太满意（图5）。推广农业节水技术是发展高效节水农业，打造北京市都市型现代农业的重要手段，这需要农技推广部门加大宣传力度，增强农业用水主体对相关先进节水技术和设备的了解程度。从调研结果看，目前设施农业节水技术和设备应用整体形势比较乐观，但还有比较大的提升空间。

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1.2.4節水技术设备的应用范围和应用效果良好

31家单位认为滴灌的综合效益比较好，占到91.18%，其次是膜下灌的方式；采用节水设备后，有34家认为灌溉用水量减少了，平均能够节水35.44%。在“节水灌溉技术带来的效益”的调查上，结果显示，有24家单位选择了节约劳动力，21家选择了节约成本，20家选择了效率提高，18家选择了省时间，9家选择了收入增加，2家选择了节约土地（图6），可以看出节水省工是农户选择灌溉方式时的首要考虑因素。

2北京设施农业节水技术需求分析

2.1节水技术和设备使用类型以环境感知设备为主

在温室环境感知类型的调研中（多选题），有22家单位给出了选择，其中4家选择没有装备温室环境感知设备，此外

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装备空气湿度感知设备的有15家，装备空气温度感知设备的有14家，装备光照度感知设备的有12家，装备二氧化碳浓度感知设备的有10家，装备土壤湿度感知设备的有9家，装备光合有效辐射强度感知设备的有7家，装备土壤温度感知设备的有6家，装备视频信息感知设备的有3家（图7）。

[JP2]目前我国生产设施农业微灌设备的主要厂家有30多家，其中有近10家工厂能生产配套的产品，其他工厂主要是生产其中的一部分产品，生产的主要产品有：滴头间距为30、50、100 cm [JP3]的滴灌管、薄壁式孔口滴灌带、补偿式滴头、折射式和旋转式微喷头、过滤器、压差式施肥器，各种规格的滴、喷灌支管等[3]，这些产品大多属于试生产或小批量生产阶段，还没有形成大的批量，技术性能还有待于通过实际使用来考核和提高。

[JP2]传感器技术应用于设施农业，对设施农业的发展带来了极大的影响和巨大的推动。近年来，国外如以色列、荷兰等国在设施农业方面的研究和生产已达到很高水平[4-7]；发达国家已经形成了比较完善的、成套的技术和设施，并在向高度自动化、智能化发展[8]。我国在设施农业方面发展较快，已经取得了一些研究成果并投入实际应用[9-10]。但是我国设计生产的农业传感器性能和稳定性仍然不能满足实际生产需要。

2.2对节水技术和设备的使用培训需求较高

调查发现，在给出选择答案的32家单位中有86人使用了节水技术与设备，其中年龄在41～50岁之间的有63人，年龄段在31～40岁之间的有12人，18～30岁年龄段有7人，50岁以上年龄的使用人员有4人（图8）。设施节水设备使用人员文化程度的调查结果显示，33家给出答案的单位中共涉及79人，其中拥有大学及以上学历的4人，大专学历的有8人，高中学历的有14人，初中及以下有53人（图9）。这说明，节水技术和设备的使用主体年龄在41～50岁之间，文化程度较低，对熟练操作和使用节水设备存在一定的困难。

[JP2]关于“生产过程中是否有专业的农业技术人员指导”调查结果显示，32家单位给出了答案，23家单位选择了有指导，基本满足生产需要；5家选择指导较少，不能满足生产需要；只有3家单位指导到位，完全满足生产需要（图10）。节水设备技术培训需求迫切性的调查中，有33家单位给出了选择，认为需求非常迫切的有13家，迫切的有14家，需求一般的有6家（图11）。大部分经营主体很少参加或知道但没参加过节水培训。

2.3对节水技术获取需求强烈

在“当地是否有设施节水灌溉技术宣传”的调研中发现，北京市政府在节水技术方面的宣传效果较好，投入成本较大，有33家单位选择“是”，并且认为能经常听到宣传信息的有30家单位，偶尔有宣传的有2家。

[JP2]对“使用节水灌溉技术来源”这一问题的调研结果（图12）显示，在33家给出选择的单位中，15家生产经营主体选择主动采纳，13家选择政府推广，12家选择项目支持，3家单位选择周围环境带动。这说明，设施农业生产经营主体愿意采用节水灌溉技术，该技术能为企业带来较明显的经济社会效益。

3北京设施农业节水技术推广应用存在的问题

3.1经济条件和投入成本制约设施农业节水技术推广

在“设施节水设备费用是否高”的调查中有18家单位选择“是”，10家单位选择“否”。在“能接受的节水设备费用支付意愿”调查中，调查结果显示经营主体愿意接受的节水技术和设备支出占生产成本比重在10%以下。

关于“认为政府补贴资金占节水灌溉改造成本支出多少时会采纳节水灌溉技术”的调查中，30家单位给出了答案，10家单位选择了>50%～80%，8家单位选择了>30%～50%，7家单位选择了80%以上，5家单位选择了>20%～30%，没有经营主体选择0～20%（图13）。

与发达国家相比，北京农业生产率水平仍存在一定距离，农业配套措施落后，管理水平跟不上，造成农业生产费用较高，购买节水农业设备在短期内增加了农业生产成本，对于农户来说难以承受。部分地区农户采用传统农业生产方式和技术使得农产品比较效益低、缺乏市场竞争力，这种高投入、低效益的生产模式严重影响了农民购买水利设备的积极性。目前市场上能够实现自动化节水的设备价格往往较高，除在重点基地进行项目示范之外很难大面积推广，而一般的工程节水措施不但节水效果一般有时还会增加农户的工作量，因此在推广中也有一定的难度。

3.2生产经营主体对节水的了解程度和认知意识有待提高

对“设施蔬菜节水技术的了解程度”问题的调查显示，35家单位给出了选择，16家单位表示了解并可熟练应用，19家单位表示知道。对“设施节水灌溉技术掌握难易程度”的调查结果显示，35家单位给出了选择，23家单位表示好掌握，11家单位表示一般，1家单位表示比较难（图14）。

[JP2]在对生产经营主体水价认知的调研结果显示，选择对水价认知偏高的占到39.39%，认知很高的有12.12%，还有 [JP3]18.18% 的生产经营主体表示对水价认知较低和不知道（图15）。

由于现有节水政策体系落后和国家基于降低农民作业成本的考虑，目前我国水价特别是农业水价仍然偏低，导致水资源的浪费成本很低，农户节水意识不强。目前，北京市农业用水基本上只交电费，农户节水后不能获得任何形式的奖励，影响了节水的积极性。当前节水灌溉政策不能适应市场机制的要求，难以调动相关主体的参与积极性，政策中缺乏对节水行动的支持和鼓励。水价偏低使得節水措施不力、节水意识不强，造成了农业用水的严重浪费。在节水政策文件中宏观指导性多，但对具体操作层面和资金扶持领域的指导不足，导致现在的局面是“口号多，行动少”。节水技术投入缺少政策性扶持，由于农业用水价格较低，国家在农业扶持方面没有针对节水技术投入的支持，农户更愿意采用传统方法进行灌溉。此外，在农业节水部门监管上存在不明确现象，责任落实不到位，部门间缺少相互协调，节水行动进展缓慢。有学者认为未来农业水资源向非农业转移趋势明显，这种转移在一定程度上“侵犯”了农业水权，使农业不得不通过投资节水农业来维持增长，而由此产生了利益补偿机制等问题[11-12]。发展节水农业具有公益性质，在城市反哺农村的大环境下投资主体应以政府为主，城市和工业必须向农业进行补偿，从而降低农民负担，从根本上缓解农业用水浪费问题。

3.3节水产品成熟度不够，设备维护管理制度需要完善

问卷调查结果显示，设施节水灌溉存在的问题主要有：水质差、肥料溶解性差、过滤系统不配套，灌溉设备容易堵、设备与供水情况不符、节水设施寿命有限、没有长效维护和改进机制等。滴灌带或管、阀门和过滤网容易损坏是滴灌使用过程中出现的主要问题[13-14]。

节水设备使用过程农艺与工程配套差。设备利用效率较低，近50%的温室大棚安装过节水设备，但其中15%未使用过或者使用中途停用；配套资材和技术缺乏，存在肥料溶解性差、株行距与作物需求不符、高峰期水量不足以及设备易损坏等问题[15]。灌溉用水监测和计量有待加强。农田灌溉水的准确计量是鼓励生产主体应用节水技术的基础，目前40%以上的设施农业没有安装水表，而安装水表的用户，其生活用水和生产用水没有单独计量；56%的温室大棚用水不需要支付水费而只支付电费，无法核定实际用水量。

蔬菜高效节水技术缺乏量化管理指标。调研发现，目前缺乏针对主要蔬菜节水灌溉的量化指标，需要根据不同类型蔬菜的生物学特点、需水规律确定灌水定额，制定针对不同灌溉方式的灌溉制度；借助土壤墒情测试仪器，实现因需灌溉，减少深层渗漏和土壤蒸发（不同蔬菜作物各生育期灌水上下限研究），此外，还缺乏简单实用的节水灌溉技术规范。

3.4节水专业化服务队伍有待健全

节水设备维护的服务队伍缺乏。农民在生产中节水设备出现故障时，没有相应的维修部门，更换设备成本高，配件不容易购置等，大部分农民因此弃用节水设备，造成资源浪费。节水技术推广的服务队伍缺乏。部分农户仍然根据自己的生产经验灌溉，造成灌水量与常规灌溉方式相比没有减少，节水设备没有发挥节水作用。

4对策建议

调研结果显示，设施农业生产经营主体对设施节水技术需求强烈，但由于节水成本投入和产品质量等问题，使得节水灌溉技术难以广泛普及。多数应用主体希望政府加大力度给予支持，建议政府补贴设备，补贴水费，普及节能节水灌溉的好处，推广水肥一体化，推广膜下滴灌技术等相关节水节肥技术，提高节水设备原材料质量，加大培训力度，并提高后续跟踪服务，降低农民成本，提高农民效益。

4.1工程节水技术不完善，应推动节水的标准化与规范化

目前，设施农业节水灌溉工程规划不科学，系统选型不能够满足生产需要，保证率低，同时存在设计不合理的问题，系统组装配套不同导致工程的适应性下降，不能够满足种植多样性的需求，严重制约北京市设施农业节水的发展与工程效益的发挥，应当推动设施农业节水工程设计规范化与标准化。

4.2水肥利用率低，应推广完善设施灌溉施肥技术

设施农业灌溉施肥均匀度较差，肥料利用率仅为20%左右，过量施肥导致农产品品质降低，土壤营养成分普遍超标，有的甚至超标上百倍，产生了营养过剩障碍。同时，适合农民生产特点的灌溉施肥设备体系不完善，国内部分设备产品质量不合格，施肥均匀度低，直接影响设备的使用效率。施肥问题直接关系到农产品的产量、品质与农田生态系统以及病虫害的防治，应当大力推广利用灌溉随水施肥。

4.3节水灌溉制度普及率不高，应加强科学灌溉制度的推广

农民灌水缺乏科学指导、随意性大。农民“大水大肥”的传统灌水经验导致农产品质量下降与生态恶化，已经不能够适应精品农业、有机农业发展的需求，不适应都市型现代农业发展的趋势，应加强对农民科学灌溉的培训和指导。

参考文献：

[1]单军，唐丽，林万光. 北京市设施农业节水现状与问题分析[J]. 节水灌溉，2009（9）：27-29.

[2]北京启动“2463”农业节水行动 2020年实现农业节水2亿方[EB/OL]. （2014-05-19）[2015-06-10]. http：//bj.people.com.cn/n/2014/0519/c82840-21239301.html.

[3]杨培岭，任树梅. 发展我国设施农业节水灌溉技術的对策研究[J]. 节水灌溉，2001（2）：7-9.

[4]丁小明. 荷兰设施园艺发展对我国的启示[J]. 中国蔬菜，2011（3）：3-7.

[5]陈进. 以色列设施农业节水灌溉技术[J]. 四川农机，2011（1）：38.

[6]姚於康. 国外设施农业智能化发展现状、基本经验及其借鉴[J]. 江苏农业科学，2011（1）：3-5.

[7]秦柳. 国外设施农业发展的经验与借鉴[J]. 世界农业，2015（8）：143-146.

[8]刘峰，张明宇. 国内外设施农业发展现状及问题分析[J]. 农业技术与装备，2014（14）：23-24.

[9]张晓文，王影，邹岚，等. 中国设施农业机械装备的现状及发展前景[J]. 农机化研究，2008（5）：229-232.