东北粮食主产区高效节水灌溉技术与集成应用

2017-05-24龚时宏吴文勇廖人宽

中国环境管理 2017年1期

关键词：水田尺度节水

龚时宏，吴文勇*，廖人宽

（中国水利水电科学研究院，北京 100048）

“国家重点研发计划”

东北粮食主产区高效节水灌溉技术与集成应用

龚时宏，吴文勇*，廖人宽

（中国水利水电科学研究院，北京 100048）

【编者按】国家重点研发计划“水资源高效开发利用”重点专项，围绕中央确定的“节水优先，空间均衡，系统治理，两手发力”治水方针开展全景式设计，设置六大任务板块，分别为：综合节水理论与关键技术设备、非常规水资源开发利用技术与设备、流域水循环演变与国家水资源配置战略、重大水资源配置工程建设与安全运行、江河治理与水沙调控、水资源智能调度与精细化管理。

专项拟依托五大实践载体，重点解决四大科学问题，突破六大重点技术。其中：五大实践载体包括国家实行最严格的水资源管理制度，东北节水增粮和华北节水压采行动计划，新型城镇化进程中的城市供水节水与海绵城市建设，京津冀、长江经济带、“一带一路”等国家重点经济区水资源安全保障，以及国务院加快推进的172项重点水工程建设；四大科学问题分别为变化环境下的水循环演变机理和效应、基于“自然-社会”二元水循环全过程的水资源高效利用理论、复杂水资源系统多维均衡配置方法、重大水工程性能演化机理与风险控制理论；六大重点技术包括重点行业核心节水技术、非常规水资源经济开发技术、水循环信息精准监测与预报技术、水资源巨系统多目标智能调度技术、复杂条件下的大型水工程安全建设技术、河湖综合整治与水沙调控技术。

2016年2月，科技部发布“水资源高效开发利用”重点专项2016年度项目申报指南，设计了19项内容，最终31个项目获得支持，国拨经费总额达到8.77亿元，占专项总经费的46%。2016年10月，科技部再次发布2017年度项目指南，拟再安排31个项目，国拨经费概算约5亿元，约占专项总经费26%。

本刊将陆续对“水资源高效开发利用”重点专项的项目进行介绍和报道，敬请关注。

东北是我国粮食主产区，粮食商品化率超过80%，但亩均水资源量仅为全国平均的38%，农业用水供需失衡、灌溉效率与效益不高、地下水位持续下降等水问题十分突出，发展高效节水灌溉对挖掘粮食增产潜力、保障国家粮食安全具有重要战略意义。目前，东北粮食主产区节水灌溉虽已得到长足发展，但尚不能适应“适度规模化、全程机械化、高度集约化”现代农业发展新常态的迫切需求。现阶段偏重于田块尺度节水灌溉技术的推广应用虽实现了灌溉效率的提升，却带来区域尺度耗水失衡及严重的衍生水问题，如何实现多尺度作物耗水与灌溉供水的协同均衡调控是当前面临的重大科技问题，亟需创新多尺度作物耗水协同调控理论。2016年8月，国家重点研发计划“水资源高效开发利用”重点专项“东北粮食主产区高效节水灌溉技术与集成应用”项目正式启动。该项目针对东北粮食主产区水稻、玉米等主要粮食作物，开展高效节水灌溉理论与方法、关键技术与产品、应用示范推广的全链条式创新。在基础理论创新层面，重点突破多尺度作物高效耗水协同调控理论与方法；在共性关键技术层面，重点研发作物高效耗水耦合调控、水田生态灌排、长毛管低压滴灌、高效低耗喷灌水肥药调控、互联网+灌溉智能水管理等关键技术与产品；在示范集成应用层面，建立适应规模化水田、集约化旱田的高效节水灌溉关键技术体系与应用模式，示范推广应用实现节水灌溉技术、农艺与农机技术与相关政策机制的有机融合，达到节水、高效、绿色、生态的目标。该项目的实施对支撑东北地区乃至国家粮食安全和水安全具有重要的意义。

该项目由中国水利水电科学研究院主持，中国灌溉排水发展中心、中国农业科学院灌溉研究所、武汉大学、中国农业大学、黑龙江水利科学研究院等18家单位共同参与，项目负责人是龚时宏研究员，开展时间为2016年7月到2020年12月，专项经费3000万元。项目技术路线见图1。项目从区域尺度、田块尺度和集成示范三方面综合考虑设置了9个课题任务，课题研究内容如下：

任务1 多尺度作物高效耗水理论及灌溉制度优化。研究水稻、玉米等主粮作物耗需水过程与产量形成响应机制；研究田间作物与区域多尺度耗水时空特征及其多源信息融合反演、需水感知预测技术；构建面向高效水转化生态控制的灌溉制度优化方法及模式。

任务2 灌溉多水源优化调度配置技术与方法。研究基于区域作物耗水供需平衡的多水源优化调度方法，以及基于水情实时感知的多水源灌溉输配水系统水力控制方法；研究灌溉多水源梯级循环利用技术与调控阈值，开发灌溉水源高效调配应用系统。

任务3 规模化水田高效节水灌溉技术与产品。研究规模化水田灌溉系统水动力学过程模拟理论和优化设计方法；研发规模化水田新型节水灌溉技术与方法，以及全生育期灌溉智能量控技术及设备；构建与农艺、农机措施相协调的规模化水田标准化建设和管理技术模式。

任务4 集约化农田多功能喷灌技术与设备。研究喷灌系统变量灌溉及多目标利用理论与方法，以及水力参数对水、肥、药利用效率的影响机制；研发喷灌系统多目标利用关键设备及清洁能源轻型化喷灌机组；提出高效低耗的旱田作物喷灌水、肥、药综合施用技术模式。

任务5 精量化高效滴灌技术与产品。研究长毛管低压滴灌灌水器设计理论、制造工艺与工程设计方法，以及滴灌农田水肥气热多过程调控机制；研发规模化旱田滴灌高效过滤、施肥与调压设备，开发水肥监测技术与产品；提出精量化高效滴灌系统综合配套技术模式。

任务6 灌溉系统智能调控技术与产品。研究建立基于物联网、移动互联、3S 技术的作物、土壤、气象等要素多维实时监测与采集系统；研发低功耗灌溉智能控制设备以及互联网+灌溉决策支持系统；提出规模化农田标准化灌溉系统智能调控成套技术与产品。

任务7 节水灌溉效率与生境效应评价技术与方法。研究节水灌溉—用水效率—生态环境过程的耦联关系,开发基于多尺度水转化的用水效率链量化表征及生境演变过程模型；研究灌溉用水效率与生境效应评价技术及方法，提出用水效率提升及生境健康协同的节水阈值。

任务8 水田高效节水灌溉技术集成应用。基于规模化水田高效耗水耦合调控、高效节水灌溉方式、多水源优化调配等关键技术，集成生态标准化灌排、农艺与农机等配套技术，构建水田高效节水灌溉技术集成应用模式、技术标准和管护机制，开展示范及应用效果评价。

任务9 旱田高效节水灌溉技术集成应用。基于集约化旱田优化灌溉制度、高效喷滴灌、智能水管理等关键技术，集成适水栽培、节肥减施等农艺农机配套技术，构建旱田高效节水灌溉技术集成应用模式、技术标准和管护机制，开展示范及应用效果评价。

项目创新多尺度作物高效耗水协同调控理论与方法，开展多尺度作物协同调控的基础理论、共性关键技术和示范集成应用方面的研究工作，促进区域水资源良性循环；形成一批具有自主知识产权的关键设备和产品，在作物耗水多源数据反演、水田新型灌水技术、长毛管滴灌系统、精量滴灌多过程调控、喷灌系统变量灌溉、喷灌水肥多目标调控、灌溉系统智能量控、智能监控云平台与支持系统等方面形成专利与软件，解决东北稻作灌区节水、省工、减污和增效的技术难题；打造一支基础扎实的中青年科研队伍，完善一批野外试验研发基地，对我国未来10～20年节水灌溉学科发展具有重要意义。本项目研究成果将实现作物水分利用效率提高15%以上，灌溉效率提高10%以上，研究成果在东北地区推广利用节水潜力40亿立方米左右，粮食增产潜力1000万吨左右，可促进农业节水、农民增收和社会经济可持续发展和水土环境保护，提高人民生活质量，保障国家粮食安全。