大力推进节水灌溉产品创新和深度研发

文|本刊记者 谢晴

大力推进节水灌溉产品创新和深度研发

文|本刊记者 谢晴

“节水技术较常规灌溉节约用水达三分之一，省去了人工下地劳动，只需将地面管接好后，打开球阀即可，省时、省工、省力，具有可控、按需灌溉等优点。下一步，农一师还要把节水灌溉技术应用于水稻和植树造林等领域。”对于新疆生产建设兵团第一师（以下简称“农一师”）二团的陈建生来说，这都不是新鲜事，这些都不算新鲜事。

农一师是新疆优质棉生产的重要基地，但其所有土地位于欧亚大陆腹地、天山南麓中段、塔里木盆地塔克拉玛干沙漠北缘，年降雨量40.1～82.5毫米，年蒸发量1893.2～2558.9毫米，属极端干旱纯灌溉型绿洲农业区，农业用水主要引自塔里木河支流阿克苏河。同时，农一师按照塔里木河流域综合治理规划的要求，将258万余亩耕地的引水量将由28.16亿立方米减少到21.05亿立方米，节约的水量全部引向塔里木河下游，恢复和改善下游的生态。为缓解水资源日益紧缺的矛盾，农一师从1999年开始，针对不同气候和土壤条件开展小面积膜下滴灌实验，增效明显。2002年农一师开始全面使用膜下滴灌技术，并以每年发展3万公顷的速度推广。仅2005年，农一师阿拉尔市就实施棉花膜下滴灌8.5万公顷，节水近两亿立方米，职工增收1.5亿多元。

节水灌溉精准种地

中国是一个水资源并不丰富的国家，为了充分发挥水利工程在抗旱中的作用，中国的农田灌溉从传统的丰产灌溉逐步转向节水高效灌溉。

节水灌溉是指以较少的灌溉水量取得较好的生产效益和经济效益。节水灌溉的基本要求，就是要采取最有效的技术措施，使有限的灌溉水量创造最佳的生产效益和经济效益。节水灌溉应根据作物需水规律和适宜的土壤水分指标，在充分利用自然降水和土壤储水的基础上，进行必要的补充灌溉，以保证作物需水关键期供水和干旱期用水，使有限的水资源发挥最大的效益，提高水资源的整体效率。

实行节水灌溉工程后，可以减少灌溉过程中劳动力配置，滴灌通过局部湿润灌溉，田间土壤疏松，通透气性良好，易溶性肥料、植物生长调节剂、内吸杀虫剂等可随水滴入，可减少中耕、施肥、喷药、锄草等的作业次数和劳动力投入，节省了大量的人力物力。

通过节水灌溉，农作物得到及时的灌溉，提高了灌溉保证率，能有效促进粮食增产增收，这也是节水灌溉工程的主要效益。此外，节水灌溉还能实现节水、节地、节电等效益。

目前，欧美等农业发达国家在节水灌溉方面已经取得重大进展，节水灌溉的普及程度较高。在发达国家，喷灌技术、微灌技术、渠道防渗工程技术、管道输水灌溉技术等节水灌溉技术已经较为成熟，其中喷灌、滴灌又是最先进的节水灌溉技术，欧美发达国家60%～80%的灌溉面积采用喷灌、滴灌的灌溉方法，农业灌溉率为70%以上。数据显示，目前，全世界的总耕地面积仅为15亿公顷，有灌排设施的耕地面积仅占27%，却生产出全世界55%的粮食，预计今后新增的粮食产量中80%～90%将来自有灌排设施的耕地。

节水灌溉打破“靠天吃饭”困境

当前，世界粮食形势极不乐观，传统的资源依赖型粮食增速放缓，粮食储备降到30年来的最低水平（4亿吨左右），并呈下滑趋势，我国的粮食安全形势决定了粮食需求的刚性增长。根据《国家粮食中长期发展规划纲要》，2020年我国的粮食需求将达到11450亿斤，2030年这一需求将达到12600亿斤。据分析，我国粮食生产耗水约5700亿立方米，其中1700亿立方米来自灌溉水，其余约4000亿立方米来自降水，预计到2030年粮食生产需要6600亿立方米。与之相对应的是，我国的增水能力有限，灌溉增产贡献呈逐年下降趋势。因此，未来我国农业增产只能依靠提高降水利用和提高单方水产出两条腿走路。此外，我国的区域性和结构性缺水问题相当突出，50%的灌溉农田为水田，主要集中在水资源丰富的南方地区，同时农业用水变成生活用水、工业用水，加重了农业用水非农化现象；水果蔬菜和经济作物用水增加造成了农业用水非粮化形势严峻。

农业离不开灌溉，农业用水趋势要求我们充分利用节水灌溉技术，大力推进农业节水产品创新和深度研发，才能打破传统农业“靠天吃饭”的困境。

节水灌溉通过制定科学合理的节水灌溉制度和采取有效的节水灌溉技术，完成农业生产用水节水任务。制定节水灌溉制度的核心问题是确定总灌水量及其在作物生长日程上的合理分配，也就是说，每次灌水必须适量。为了避免灌溉水在田面上流失和产生深层渗漏，灌水定额不应高于土壤适宜含水量的上限，而当土壤含水量下降到适宜含水量下限以前，就应及时灌水，以满足作物高产对水分的需求。适当降低土壤适宜含水量下限，可以做到基本不影响作物产量，却可节约大量灌溉用水。此外，节水灌溉技术是为了充分发挥灌溉水的作用而采取的灌溉方法。为了彻底杜绝大水漫灌，目前，我国全面推广应用了地面节水灌溉技术、喷灌技术、滴灌技术和渗灌技术。

以开展实施膜下滴灌技术多年的新疆农一师为例，目前农一师以膜下滴灌为主的节水灌溉技术应用面积达300万亩以上，应用作物也从棉花延伸到玉米、马铃薯、辣椒、苹果、葡萄、红枣等作物上。在实施膜下滴灌后，与常规灌溉方式相比，每公顷节水2250立方米，节肥75公斤，降低劳务管理成本300元，节约土地8%，籽棉单产提高315公斤。除去工程折旧、电费和维修费，每年每公顷可增收1815元。

农业用水方式实现了三个转变。一是从大水漫灌转向浸润式灌溉。每个滴灌滴头的浸润半径保持在40～50厘米，使土壤始终保持疏松和最佳含水状态，土壤不板结，团粒不破坏，节水，改造土壤，治盐碱；二是由浇地变为浇作物。田间无垄，作物棵间无积水，水流顺滴孔直达作物根系，加之地膜覆盖，大大减少了作物棵间水分的蒸发，提高了水资源利用率；三是从单一浇水转向浇营养液。把水变成庄稼的“营养液”，使肥料利用率比传统施肥提高40%～50%。

知识链接

我国节水灌溉技术发展趋势

1.喷灌技术仍为大田农作物机械化节水灌溉的主要技术，其研究方向是进一步节能及综合利用。不同喷灌机型有各自的优缺点，要因地制宜综合考虑。绞盘式喷灌机及管道移动式喷灌比较适合我国国情。

2.地下灌溉已被世人公认是一种最有发展前景的高效节水灌溉技术。尽管目前还存在一些问题，应用推广速度较慢，但随着关键技术的解决，今后将会得到一定的发展。

3.地面灌溉仍是当今世界占主导地位的灌水技术。随着高效田间灌水技术的成熟，输配水有向低压管道化方向发展的趋势。

4.农业高效节水灌溉技术管理水平越来越高。应用专家系统、计算机网络技术、控制技术资源数据库、模拟模型等技术的集成，达到时、空、量、质上的精确灌水，是今后攻关的重点。

5.节水综合技术的开发利用，是提高水分利用率和水分利用效率的重要途径，也是今后节水灌溉发展的方向。

节水灌溉技术的运用，还引发了新疆生产兵团农业生产方式的变革——田间取消了渠道，大面积节约了耕地；作物生长环境得到改善，实现增产增收；通过智能控制系统，用手机就可遥控灌溉棉田。膜下滴灌等节水灌溉技术的大面积推广应用成功，其意义绝不仅仅在于节水本身，还带来了生态环境的改善。经过60年的艰苦创业，农一师在戈壁、荒野开垦良田243万亩，人均耕地8.1亩，是全国人均耕地的5.5倍，如果将耕地全部种成粮食，一年的产量，可供30万人食用20年。

节水灌溉是我国的重大战略举措

我国的基本国情是人多地少水缺。特别是具有不可替代性的水资源，人均只有2100立方米，仅为世界平均水平的28%。随着我国人口不断增加、经济持续快速发展和对生态环境质量要求的逐步提高，水资源不足已越来越成为严重的瓶颈制约。针对这一问题，水利部副部长李国英近日表示，解决水资源危机的首要途径是节流。他透露，我国将探索民办公助、以奖代补等实现途径，鼓励引导农民成为节水灌溉工程建设和管理的主体。通过完善价格、税收、金融等优惠政策，吸引社会资本投入节水灌溉。

中国政府早就提出了“把节水灌溉作为一项革命性措施来抓”。新世纪以来，连续11个中央1号文件和中央水利工作会议，都要求把节水灌溉作为重大战略举措。截至2013年底，全国有效灌溉面积达到9.52亿亩（6347万公顷），其中节水灌溉工程面积4.07亿亩（2711万公顷），约占有效灌溉面积的43%。高效节水灌溉面积2.14亿亩（1427万公顷），约占有效灌溉面积的22%，其中低压管道输水1.11亿亩（740万公顷）、喷灌0.45亿亩（300万公顷）、微灌0.58亿亩（387万公顷）。

李国英指出，节水灌溉成效主要体现在，一是节约了水资源。2000年以来，我国农田亩均灌溉用水量由420立方米下降到361立方米，农田灌溉水有效利用系数由0.43提高到0.52，农田灌溉用水量占全社会用水总量的比例从63%降低到55%，有效灌溉面积由8.25亿亩增加到9.52亿亩。二是增加了粮食产量。节水灌溉措施亩均增产粮食10%～40%。2000年以来，单方灌溉水粮食产量由1.33公斤增加到1.75公斤。三是提高了肥料、农药使用效率。高效节水灌溉实现了水肥药一体化，与传统灌溉方式相比，肥料、农药利用率提高了5%～20%。四是发挥了综合效益，促进了现代农业发展。节水灌溉不仅实现了节能、省地、省时、省工、减排等综合效益，而且提高了技术集成、机械化、专业化生产经营程度，促进了农业规模化、集约化和现代化。五是带动了节水产业发展。目前，全国生产节水灌溉设备和材料的厂家已有2000多家，形成了年生产3000多万亩节水灌溉设备和材料的供应能力。同时，节水灌溉的产、学、研水平不断得到提升。

我国将积极推进节水供水重大水利工程建设，大力发展节水灌溉，力争到2020年，将全国节水灌溉工程面积占有效灌溉面积的比例提高到60%以上，将高效节水灌溉面积占有效灌溉面积的比例提高到30%以上，农田灌溉水有效利用系数达到0.55以上。

加大已有灌区的节水改造力度。到2020年基本完成全国434处大型灌区和2157处重点中型灌区节水改造。在水土资源条件具备的地区，建设一批节水型新灌区。规模化发展高效节水灌溉。全面实施东北节水增粮、西北节水增效、华北节水压采、南方节水减排等规模化高效节水灌溉。山丘区因地制宜建设“五小水利”工程，发展集雨节灌。大力推广水稻节水控制灌溉技术。

建立节水灌溉倒逼机制和激励机制，积极探索民办公助、以奖代补、先建后补等实现途径，鼓励和引导农民、农民用水合作组织和新型农业经营者成为节水灌溉工程建设和管理的主体。通过完善价格、税收、金融等优惠政策，吸引社会资本投入节水灌溉。探索建立节水灌溉节约水量使用权交易和政府回购机制。

加大创新和研发力度

经过多年发展，我国节水灌溉技术取得了巨大进步。中国农业科学院农业资源与农业区划所旱作节水农业研究室主任郝卫平介绍，我国在节水灌溉设备和产品方面，无论是滴灌管、喷头等核心设备，还是过滤器、阀门、管材等配套设备均已能够进行系列化产品的研发和生产，全国现在节水灌溉的厂家已经达到了2000多家，形成了3000多万亩年生产能力。节水灌溉技术已经从单一技术的突破向集成技术体系发展，并形成了适宜不同地区特点的综合集成技术模式，新疆大规模应用棉花膜下滴灌已经取得世界瞩目的成绩，累计推广应用了4800多万亩。但与发达国家差距依然较大，美国2005年喷滴灌面积就已经达到3468万英亩，占有效灌溉面积的56.6%，其中滴灌面积418万英亩，占有效灌溉面积的7%（美国地质调查局官方数据），以色列全部采用喷滴灌等节水灌溉技术，传统地面灌溉技术已经禁止使用。其中滴灌面积约占有效灌溉面积的80%以上。国家先进的灌溉水有效利用系数已达到0.80。

中国节水灌溉与发达国家的差距主要表现在：第一，节水灌溉设备和产品的质量与美国、以色列等先进国家还存在一定差距，特别是滴灌管、大型喷灌机的喷头等关键部件的性能和质量稳定性差距较大，配套的智能化控制和水肥一体化设备的产业化生产还是空白。第二，节水灌溉技术普及化程度与需求反差较大，特别是先进的微灌技术主要应用于蔬菜、花卉、果树等经济作物，大田粮食作物应用比例较小。第三，节水灌溉用水管理上的差距。现在，有的地方节水灌溉设施已经完备，但在管理手段上还有差距，尚未把节水灌溉设施和科学的灌溉制度有机地结合起来，进一步提高灌溉用水的效率和效益。在这方面，一些国家的智能化灌溉、适时精量灌溉已经非常发达了。第四，在节水灌溉和农技、农艺等措施有机地进行结合，进一步提升灌溉水平、增加农产品的产量和质量方面也还有一定的差距。在发达国家，通过节水灌溉控制作物的生长、控制作物的含水量、着色度等方面都研究得很深，我国在这方面还没有跟上。

评价我国现有的节水灌溉技术和产品现状，身在一线的技术开发人员和使用者最有发言权。新疆农一师陈建生认为，我国的节水灌溉产品质量有待改进和完善，另外，他认为，农一师缺乏专业工程技术人员，还需要加大对节水灌溉技术和产品使用的培训力度。

新疆惠利灌溉科技股份有限公司技术总监门旗认为，农业部门和技术员都不太会用节水灌溉产品，还按照大水漫灌施肥、灌溉和管理，其效果还不如大水漫灌，更谈不上农业高效用水和优质高产。如何教育和培训农业技术人员操作和管理施肥灌溉系统是关键，让他们首先学会制定科学的现代农业施肥灌溉制度，才能使高效施肥滴灌系统充分发挥作用。

如何更加有力地推进节水灌溉产品的研发和创新，中国农业科学院农业资源与农业区划所旱作节水农业研究室主任郝卫平认为，节水灌溉产品研发和创新是节水灌溉技术研发的核心问题，我国在这方面起步晚，关键技术的研发与国际先进水平差距较大。因此需要国家加大科技投入，加强适合我国农业特点的先进的节水灌溉产品研发和创新。结合国际成功经验，研发和创新应该以企业为主体，以市场为导向，走产学研相结合的技术创新之路。比如以色列，自20世纪50年代以来，以色列一直侧重在节水灌溉研发方面的投入，每年投入近亿美元，使得以色列在节水灌溉技术与设备方面的原创性研究始终居于世界领先地位。大学和研究院所主要进行基础理论和应用技术的研发，灌溉设备的研发和产业化主要在基布兹所属的企业进行，以市场为导向，逐步形成产学研相结合的技术产品创新之路，政府投入主要支撑基础和应用基础研究，企业的产品研发和技术的推广完全依靠市场力量。

扩展阅读

节水灌溉技术分类

作物灌溉技术的发展，在经历了农耕文明历史上传统的天浇、地流、漫灌、淹灌、串畦灌、沟灌、渠灌、桶浇、瓢泼等简单落后技术之后，近几十年，我国才开始使用喷灌、微喷灌、滴灌、膜下滴灌、涌泉灌、喷水带灌、机械灌溉等新技术，未来，“精确用水”、“精确灌溉”是节水灌溉技术的发展趋势。

1.田间地面灌水：改土渠为防渗渠输水灌溉，可节水20%。推广宽畦改窄畦，长畦改短畦，长沟改短沟，控制田间灌水量，提高灌水的有效利用率，是节水灌溉的有效措施。

2.管灌：是利用低压管道（埋没地下或铺设地面）将灌溉水直接输送到田间，常用的输水管多为硬塑管或软塑管。该技术具有投资少、节水、省工、节地和节省能耗等优点。与土渠输水灌溉相比管灌可省水30%～50%。

3.微灌：有微喷灌、滴灌、渗灌等微管灌等，是将灌水加压、过滤，经各级管道和灌水器具灌水于作物根系附近，微灌属于局部灌溉，只湿润部分土壤，对部分密播作物适宜，主要应用于大棚栽培和高产高效经济作物上。微灌与地面灌溉相比可节水80%～85%。

4.喷灌：是将灌溉水加压，通过管道，由喷水咀将水喷洒到灌溉土地上，喷灌是目前大田作物较理想的灌溉方式，与地面输水灌溉相比，喷灌能节水50%～60%。但喷灌所用管道需要压力高，设备投资较大，能耗较大，成本较高，适宜在高效经济作物或经济条件好、生产水平较高的地区应用。

5.关键时期灌水：在水资源紧缺的条件下，选择作物一生中对水最敏感、对产量影响最大的时期灌水，如禾本科作物拔节初期至抽穗期和灌浆期至乳熟期，大豆的花芽分化期至盛花期等。