农业节水：重要性与技术体系

资料显示，“十五”期间，我国农田受旱面积年均达3.85亿亩，平均每年因旱减产粮食350亿kg。全国农村有3.2亿人饮水不安全。长期以来我国存在着农田用水效率较低、用水浪费严重的现象。目前我国大部分地区仍然采取传统的大水漫灌方式，灌溉水利用系数只有0.4～0.5，而世界上先进水平的国家已达0.8以上；全国平均单方灌溉水粮食产量约为1kg，而世界上先进水平的国家（如以色列）平均单方灌溉水粮食产量达到2.5～3.0kg。全国农业用水占总水量的70%，约为4200亿m3，如节省1/10就是420亿m3，比三峡水库库容还要大，可见农业节水的重大意义所在。

农业节水就是要充分有效地利用自然降水和灌溉水，通过采取水利、农业、管理等措施，最大限度地减少水从水源通过输水、配水、灌水直至作物耗水过程中的损失，最大限度地提高单位耗水量的作物产量和产值。农业节水的内涵一般包括水资源的合理开发利用、输配水和田间灌溉过程的节水、农业节水增产增效技术以及用水管理节水四个方面。农业节水已不是一种单一技术，而是形成了包含多种措施的一套完整的农业节水技术体系。

1.农业水资源开发与优化调配技术

（1）雨水集流技术。在干旱缺水的丘陵山区，选择有一定产流能力的坡面、路面、屋顶、村庄附近低洼地、溪谷等地方，采取经过夯实防渗处理修建的水窖、蓄水池或塘坝，将雨水引入储存起来，经过净化处理，供农村人、畜饮水和农作物灌溉用水。

（2）地表水、地下水联合调配互补技术。利用系统工程理论和模糊数学方法建立优化调度模型，通过微机等现代化手段调配水资源的合理分配，达到地表水、地下水互补，充分发挥水资源的效益，实现节水增节并保护灌区水资源的良性平衡。例如辽宁省中部地区大伙房、汤河、参窝、清河、柴河、观音阁六大水库与灌区的井群联合统一调度，优势互补，使有限的水资源发挥了最大潜能。

（3）劣质水利用技术。劣质水包括城市生活污水、工业废水、微咸水和灌溉回归水。城市生活污水、工业废水含有多种重金属元素、有害的无机物或有机化合物、病原生物等，必须经过严格净化处理以达到灌溉水质要求，才能用于灌溉非直接食用的农作物。利用微咸水灌溉时，应咸淡水掺混合使用。辽宁省营口地区经多年试验研究及群众生活实践，已总结出一套较科学的微咸水种稻技术，并在本区大面积推广。大洼灌区近两年将几座中型平原水库淡水通过合理调配用于咸水淡化灌溉也获得了费省效宏的效果。

（4）雨养型农业技术。我国北方受海洋及大陆季风影响，70%～80%的降雨集中在6～9月，选择适宜作物，采取适宜栽培方法，以适应在雨季用水特点，可取得充分利用自然降水及水资源的效果。如冬小麦在北方的生长期是10月至次年5～6月，春小麦生育期是3～6月，其用水正是北方缺雨期，不灌则只产750～2250kg/hm2，灌则产3750～6000kg/hm2。水稻虽是嗜水性作物，但如改为旱种，5月利用自然墒情直插，旱出、旱长到6月中下旬的四叶期，然后湿给水，这时已到汛期，生理需水和自然降雨正好吻合，可充分利用天然降雨，用水量也只有4500～7500m3/hm2，产量可达6000～7500kg/hm2，与小麦相比，反而成了少耗水作物。可见这种技术适合国情，是大有发展前途的。

（5）云水资源开发技术。据国家气象部门资料，我国有三大云水资源逸出区，即松辽分水岭区、西北地区、黄河河套以下至潼关一带的宁夏、陕西、山西、河南地区。对一定云水含量的积云如及时投放干冰碘化银，就能将云中水汽凝结为水下落为雨雪，一般可增雨20%～25%，增雨成本0.005～0.02元/m3。辽宁省有云水资源4950亿m3，自然落雨990亿m3，形成地表径流324亿m3，每年有约4000亿m3云水资源逸出。

（6）水域资源利用技术。我国江河交织、湖泊众多，水库与池塘星罗棋布。全国有大小湖泊24000多个，总面积达800多万hm2，水库总面积约430万hm2，加上山塘、池塘以及不通航的江河等，宜于开发利用的内陆水域面积不少于1300万hm2。然而，如此广阔的水域资源，在开发和利用上却长期处于低水平。如太湖的平均鱼产量只有60kg/hm2，而水面利用则几近于零，致使约16hm2的水域纯收入才相当于1hm2农田。20世纪90年代初，由中国水稻研究所研究成功的水面浮床无土种植技术，在水面上种植水稻、花卉、蔬菜等农作物，生产农产品，美化水域景观的同时，利用植物的吸收作用，可以达到净化水质、治理水域污染的目的。从而为水面资源的开发利用提供了新技术和新途径。

（7）水资源立体高效利用技术。联合国生态农业500家之一的辽宁大洼县西安生态养猪场、赵圈河苇田的鱼蟹混养、盘锦地区的大面积稻田养蟹以及铁岭地区的稻田养鱼、养鸭都是水资源立体高效利用技术的典型实例。生态养猪场淋浴冲洗猪舍的水进入田间、沟渠，沟渠内种植水葫芦等水生植物作为猪的饲料同时，净化水体，形成了生态的良性循环和水资源的高效利用。苇田、稻田养鱼、养蟹使植物和动物共用一个水体，形成水资源的高效利用。稻田养鱼、养鸭更是利用生物链的原理，达到水的高产、高效。这为现代农业水资源的合理利用提供了崭新途径。

2.节水灌溉工程技术

（1）渠道防渗技术。渠道防渗不仅可以提高流速，增加流量，防止渗漏，减少了渠道断面，节省了渠道占地，而且可以减少渠道维修管理费用。渠道防渗方法有两种：一种是通过压实改变渠床土壤渗透性能，增加土壤的密实度和不透水性；另一种是用防渗材料如混凝土、塑料薄膜、砌石、水泥、沥青等修筑防渗层。混凝土衬砌是较普遍采用的防渗方法，防渗防冲效果好，耐久性强，但造价高；塑料薄膜防渗效果好，造价也较低，但为防止老化和破损，需加覆盖层，在流速小的渠道中，加盖30cm以上的保护土层，在流速大的渠道中，加混凝土保护。防渗渠道的断面有梯形、矩形和U形，其中U形混凝土槽过水流量大，占地少，抗冻效果好，所以采用的比较多。渠道是大多数国家的主要输水手段，我国各类灌区渠道总长度为306.87万km，大多数为土渠，水的渗漏损失很大。防渗渠道与土渠相比，混凝土护面可减少渗漏损失80%～90%，浆砌石衬砌减少渗漏损失60%～70%，土工膜防渗减少渗漏损失90%以上，有的工程可达98%以上，目前全国已防渗衬砌的渠道总长仅占渠道总长的20%左右。

（2）低压管道输水技术。用塑料管或混凝土管等管道输水代替土渠输水到田间对农田实施灌溉。管道输水效率高、占地少、易管理，水的输送有效利用率可达95%，灌溉渠道管道化已成为各国的共同发展趋势。美国约有50%的大型灌区实行了输水管道化，日本至20世纪80年代中期，全国新建灌溉渠道的50%以上也都实现了管道化。我国低压管道输水灌溉技术从20世纪80年代开始发展，目前达到节水标准的管道输水灌溉面积占不到全国总灌溉面积的10%。

（3）喷灌、滴灌、微灌与渗灌技术。①喷灌。喷灌是把有压力的水通过装有喷头的管道喷射到空中形成水滴洒到田间的灌水方法。这种灌溉方法不仅比传统的地面灌溉节水40%～50%，而且具有保土、保水、保肥、省工和提高土地利用率等优点。喷灌在使用过程不断改进，配用喷灌节水设备，从固定式改为移动式，硬塑管改换维塑管，更加提高了水资源的利用率。②滴灌。滴灌是将稍有压力的水通过管道和滴头滴入作物根部土壤进行局部灌溉的一种浇水方法。滴灌几乎没有蒸发损失和深层渗漏，在各种地形和土壤条件下都可使用，最为省水。实验结果表明，滴灌比喷灌节水33.3%，节电41.3%；比畦灌节水81.6%，节电85.3%；与大水漫灌相比，一般可增产20%～30%，因此，滴灌发展较快。③微灌。微灌是介于喷灌、滴灌之间的一种节水灌溉技术，它比喷灌需要的水压力小，雾化程度高，喷洒均匀，需水量少。喷头也不像滴灌那样易堵塞，但出水量较少，适于缺水地区利用各种水资源进行蔬菜、果木和其他经济作物的灌溉。④渗灌。除喷灌、滴灌和微灌，另外还有一种叫渗灌。渗灌是利用埋设在地下的管道，通过管道本身的透水性能或出水微孔，将水分渗入土壤中，供作物根系吸收，这种灌溉技术适用的条件是地下水位较深，灌溉水质好，没有杂物，但暗管的渗水压强应和土壤渗吸性相适应，压强过小则出水慢，不能满足作物需水要求；压强过大则增加深层渗漏，达不到节水的目的。常用砾石混凝土管、塑料管等作为渗水管，管壁有一定的孔隙面积，使水流通过渗入土壤。渗灌比地面灌溉省水省地，但因造价高，易堵塞和不易检修等原因，所以发展较慢。

（4）田间节水灌溉工程技术。田间地面漫灌仍是当今世界采用较多的灌水方式，由于这一古老传统方法存在较为严重的浪费水现象，因此在水资源日益短缺的今天，各国科技人员及广大农民在实践中研究或摸索出许多具有明显节水增产效果的田间节水灌溉方式或方法。①膜上灌或栽培技术。膜上灌是在地膜栽培的基础上，把以往的地膜旁侧灌水改为膜上灌水，水沿放苗孔和地膜旁侧渗水对作物进行灌溉，与常规沟灌玉米、棉花相比可省水40%～60%。膜上栽培是辽宁省绥中县农民为了在地下水位低、渗漏又较严重的土壤条件下发展稻田，而通过多年实践摸索出的一种方法。即在水稻耕作层一定深度下，大面积铺设一层塑料膜以解决灌溉水田间渗漏损失的难题。②波涌灌溉。波涌灌溉也称间歇灌溉。做法是先用较大流量把水推进一段距离，暂停灌水，间隔一定时间之后再次放水，如此时断时续，使水流呈波涌状推进。由于这种灌水方法水流推进速度快，土壤孔隙会自动关闭，在土壤层形成一个薄封闭层，大大减少深层渗漏。③地面浸润灌溉。地面浸润灌溉是20世纪80年代日本研究出的一种新型地面灌溉技术。灌水作业时由于土壤借助毛管吸力自动地从一个含水层的散发器吸水，当土壤达到一定饱和度时，吸力变小，系统自动停止供水。④地下暗灌技术。是把灌溉水输入地面以下铺设的透水管道或采取其他工程措施普遍抬高地下水位，依靠土壤的毛细管作用浸润根层土壤，供给作物所需水分的灌溉工程技术。地下暗管根据供水方式的不同可分为地下浸润灌溉、地下管道灌溉和地下暗排、暗灌两用系统。⑤抗旱点浇技术。为解决播种期土壤墒情不足的问题，群众在实践中创造了抗旱点浇这一“坐水种”的方法。即在土坑内浇少量水、下种、覆土。过去靠人力作业，近年来已由机械将开沟、注水、播种、施肥、覆土等多道工序一次完成。与常规沟灌玉米相比，可节水90%，增产15%～20%。⑥沟畦改造灌水技术。为了节水增产，可在精细平整土地的基础上大畦改小畦，长沟改短沟，使沟畦规格合理化。一般可比常规沟畦灌减少灌水定额50%，增产10%～15%。

3.农业耕作栽培节水技术

（1）耕作保墒技术。采用深耕松上、镇压、耙耱保墒、中耕除草、增强有机肥、改善土壤结构等耕作方法，可以疏松土壤，增大活土层，增强雨水入渗速度和入渗量，减少降雨径流流失，切断毛细管，减少土壤水分蒸发，既可提高天然降水的蓄积能力，又可减少土壤水分蒸发，保持土壤墒情，是一项行之有效的节水技术措施。(www.xing528.com)

（2）覆盖保墒技术。在耕地表面覆盖塑料薄膜、秸秆或其他材料可以抵制土壤蒸发，减少地表径流，蓄水保墒，提高地温，培肥地力，改善土壤物理性状，提高水的利用率，促进作物增产。秸秆覆盖一般可节水15%～20%，增产10%～20%；塑膜覆盖可增加耕层土壤水分1%～4%，节水20%～30%，增产30%～40%。

（3）优选抗旱品种，调整种植结构。根据当地的降水分布、干旱发生规律和水分特性，因地制宜地选择耐旱作物品种。

（4）施用化学剂节水。施用化学制剂可以提高土壤保水能力，减少作物蒸腾损失。例如：复合包衣剂、黄腐酸及多功能抑蒸抗旱剂，聚丙烯酰胺、旱地龙等都具有明显的保水、保土、保肥、增产作用。①保水剂能在短时间内吸收其自身重量几百倍至上千倍的水分。将保水剂用作种子涂层，幼苗蘸根，或沟施、穴施、或地面喷洒等方法直接施到土壤中，就如同给种子和作物根部修了一座小水库，使其吸收土壤和空气中的水分，又能将雨水保存在土壤中，当遇旱时，它保存的水分能缓慢释放出来，以供种子萌发和作物生长需要。②抗旱剂属抗蒸腾剂，叶面喷洒，能有效控制气孔的开张度，减少叶面蒸腾，有效地抗御季节性干旱和干热风危害。喷洒1次可持效10～15天。还可用作拌种、浸种、灌根和蘸根等，提高种子发芽率，出苗整齐，促进根系发达，可缩短移栽作物的缓苗期，提高成活率。③种子化学处理可提高种子发芽率，苗齐苗壮。主要方法有：第一，用1%浓度的氯化钙溶液拌种，液种比为1∶10，拌匀，堆闷5～6h后播种；第二，用0.1%浓度的氯化钙溶液浸种，液种比为1∶1，浸种5～6h后播种。

（5）现代化农业技术。由于生物工程技术、基因技术的快速发展，使传统农业、常规农业不断地与现代高新技术结合而形成新的农业技术。例如：“物理农业”、“设施农业”、“生态农业”、“立体高效农业”、“白色农业”、“蓝色农业”、“绿色农业”等。这些新的农业技术的突出特点也都是以充分利用水资源和节水为基础的。

4.节水管理技术

（1）节水灌溉制度。改进和完善灌溉制度，用节水型的灌溉制度指导灌水。可采用非充分灌溉、抗旱灌溉、低定额灌溉、作物控制性分根交替灌溉和调亏灌溉等。例如：辽宁省种稻采用深浅灌溉、浅灌、浅湿灌溉，水稻用水1.2～1.5万m3/hm2，稻谷耗水1.6～2.0m3/kg，比常规灌溉省水1倍以上。20世纪80年代中期以后，盐碱地改良利用水稻优化灌溉技术，公顷用水量不足7500m3，开展水稻覆膜旱种，用水降至最低2250～3000m3/hm2。采用作物控制性分根交替灌溉新技术可节水30%以上，水分利用效率提高40%～50%。调亏灌溉可使水的生产效率达到1.5～2.0kg/m3以上的水平。

（2）精准灌溉技术。计算机和信息科学的发展为精准灌溉奠定了坚实基础。采用张力计、中子法、电阻法等先进的科学技术手段监测土壤墒性和作物水分状况、数据经计算机分析处理后配合天气预报，从而做到适时适量的精准灌溉，达到节水增产的目的。如辽宁省的义县张家堡、丹东农业科学研究院等现代化高标准喷灌示范区都安装了由计算机控制的自动化灌溉系统。

（3）现代化灌溉管理技术。采用电子技术对河流、水库、渠道的水流量、含沙量乃至抽水灌区的水泵运行工况等技术参数进行采集，输入计算机，利用预先编制好的计算机软件对数据进行处理分析，按照最优配水方案，用有线或无线传输方式，控制各个闸门的开启度或调节水泵运行台数，实现自动监测控制。同时对田间灌溉用水采用量水堰、量水槽、特种量水器和复合断面量水堰等量水设备进行半自动式或自动式计量，从而可节省大量的管理劳动力，实现最优化用水管理。

（4）制定节水政策、法规。通过建立健全节水管理组织，制定适合不同地区自然和社会经济条件的农业节水技术政策，制定鼓励促进用水户节水的政策、法规，完善多种节水管理的规章制度，使节水意识变成农民自觉的行动，使节水工作逐渐步入规范化、法制化的轨道。只有使人们真正地认识到水的宝贵，节水意义的重大，并把节水与其自身经济利益联系起来，才能促使人们自觉地珍惜用水，最大限度地节约用水。

5.农业节水的巨大潜力

现将上述节水技术的节水挖潜效果及增产作用列于表6-1。目前我国灌溉面积占总耕地面积不足一半，农业用水量占总用水量的70%，约4200亿m3，灌溉水的利用率只有40%左右，也就是说每年经过水利工程引、蓄的4200亿m3水量，有一半以上是在输水、配水和田间灌水过程中被白白浪费掉了。我国每立方米水生产粮食不足1kg，水稻、小麦、玉米、棉花、大豆平均每公顷产量分别为5670kg、3150kg、4725kg、780kg和1230kg。而发达国家的灌溉水利用率可达80%～90%，每立方米水生产粮食为2kg以上，以色列已达到2.32kg。水稻、小麦、玉米、棉花、大豆产量平均每公顷分别为8160kg、7920kg、10200kg、1680kg和3360kg。可见，我们与发达国家的差距是很大的。如果采用先进的节水灌溉技术将全国已建成灌区灌溉水利用率提高20%～40%，即使灌溉水的利用率达到60%～80%，则每年可节约水量约840亿～1680亿m3，相当于2～4个三峡水库的库容。

表6-1　节水农业体系及节水增产效果

续表