我国滴灌创新发展综述

姚振宪

(中国灌溉排水发展中心，北京 100054)

0 引言

滴灌技术及设备是我国节水灌溉的重要组成部分，滴灌发展面积反映了不同历史时期党和国家与农民对农业投资的强度，因此，滴灌面积是农业灌溉发展的重要参数之一。滴灌技术自1974年引进我国，到2020年我国的滴灌面积发展到698万hm2，居世界首位。本文回顾我国滴灌技术、设备从引进推广到技术创新的发展历程，提出发展区划及建议。

1 滴灌发展历程

1.1 滴灌技术及设备引进阶段(1974—1990年)

滴灌比其他灌水技术具有更大的省水、增产效果，水肥一体化智能滴灌是利用低压管网系统，将水和作物所需要的营养成点滴、缓慢、均匀而定量湿润作物根系最发达的区域，使作物主要根系活动区的土壤始终保持在最优含水状态的一种局部灌水技术[1-2]。

1974年5月，我国从墨西哥引进了滴灌技术和设备，在山西省晋中市大寨村、河北省遵化市沙石峪村、北京市密云县进行果树、蔬菜和粮食作物的试验研究。1975年的试验结果表明，3个试点单位都取得显著的节水增产效果，尤其是河北省沙石峪村的小麦滴灌使中国成为世界第1个用滴灌技术灌溉粮食作物的国家，当年冬小麦单产达到5 295 kg/hm2。同年，国家相关部委决定研制滴灌设备，并在全国各地进行试验研究。

1985年，滴灌技术发明公司以色列耐特菲姆(Netafim)公司相关人员到我国访问，以色列滴灌专家布瑞斯勒(Bresler)将他的专著《Drip Irrigation Manual》(滴灌手册)赠送给我国科技人员并书面授权同意将手册翻译成中文。这次技术交流促成我国于1985年11月首次派代表赴美国参加第3届国际滴灌会议，与国际滴灌界的科技人员扩大交流。1985年，我国的滴灌面积发展到1.53万hm2。1986年，国家科委将“滴灌配套设备系列开发”列入星火计划，促使滴灌技术向多部门、多学科和多层次的方向发展。1988年7月，“滴灌成套设备”项目通过了鉴定，标志着我国滴灌在设备制造、规划设计、运行管理等方面取得了一定成效。

1990年4月，中国华阳技术贸易总公司与以色列丹(Dan)公司签订了引进微喷关键工艺制造设备和技术的合同；5月，该公司联合北京农业工程大学、河南省新乡市水利科学研究所在河南省召开了“引进微灌技术评议研究会”，与会专家一致同意从以色列引进微滴灌生产线，消化、吸收、改造、创新我国的微灌技术；11月，我国邀请以色列灌溉专家来华进行技术交流，讲授微滴灌规划、设计理论和土壤-作物-气象-连续概念等内容。同年，我国还开办了“节水灌溉讲习班”，全国各地水利厅局的技术骨干参加了学习。这一系列举措为推广节水技术打下基础，截止到1990年年底，我国滴灌面积达3.33万hm2。

1.2 示范推广阶段(1991—2000年)

1991年4月，中国科学院地理研究所和以色列科学与人文科学院驻京联络处联合组织了“农业用水有效性研讨会”，并出版了论文集。中以两国科技人员围绕节水型农业进行研讨和交流，促进了我国滴灌基础研究和应用研究的国际合作。1992年12月，中国机械进出口公司与以色列普拉斯特(PLASTRO)滴灌公司签订了引进滴灌设备的合同。对滴灌设备制造的研发，使我国的滴灌设备生产水平站上了新的台阶。1994年，中以示范农场在北京市永乐店农场开始筹备建立。

“八五”期间(1991—1995年)，我国在微灌设备研制和产品配套、微灌技术研究与推广等方面都取得了很大成就，如“八五”国家重点科技攻关项目“农业节水灌溉器材——滴灌和微灌的开发研究”通过鉴定验收，离心式和筛网式过滤器系列产品研发成功，微灌设备产品配套方面取得了多项专利，滴灌技术列入国家科委重点推广项目等。截止到1995年年底，我国滴灌面积达到4.33万hm2。

1996年的中央农村工作会议指出，“九五”期间(1996—2000年)要建设300个节水增产重点县，以点带面，推动全国节水灌溉的普及，并决定从1996年开始国家每年安排50亿元左右贷款，由中央和地方财政贴息，用于支持发展节水灌溉、打井、山区开发和种子工程建设。经过5年的发展，截止到2000年年底，我国滴灌面积达到23.6万hm2。

1.3 稳定普及阶段(2001年至今)

“十五”期间(2001—2005年)，我国涌现出一批优秀的节水灌溉设备生产企业，如甘肃大禹节水集团股份有限公司、新疆天业节水灌溉股份有限公司等，为我国节水灌溉事业发展做出了积极贡献。截止到2004年年底，我国滴灌面积达到26.7万hm2。

2007年，国家发展改革委、水利部、建设部联合发布了《节水型社会建设“十一五”规划》，明确提出了“十一五”期间(2006—2010年)农业节水目标。2010年，我国水利投资达到2 000亿元，新增节水灌溉工程面积1 000万hm2，其中，微、滴灌面积211.53万hm2，农田灌溉水有效利用系数提高到0.50左右；在农业灌溉用水总量基本不增长的情况下新增灌溉面积133.3万～200万hm2。

2011年中央1号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》指出，今后10年全社会水利年平均投入比2010年高1倍。“十二五”期间(2011—2015年)，滴灌技术应用范围扩大，形成了长江以南以温室大棚滴灌为主、果树滴灌为辅，山东、东北、华北温室大棚蔬菜、果树滴、微灌并进，西北以棉花、果树为主[3]。截止到2015年年底，我国微、滴灌面积达到299.06万hm2，其中，新疆经济作物微灌面积超过133.3万hm2，黑龙江省大田玉米膜下滴灌推广也很快。滴灌产品门类和系列基本配套，形成了管材与管件、灌水器、净化过滤设备、施肥设备、控制及安全装置5大类设备，基本可满足温室大棚、林果、大田、绿化的需要，产品质量也有较大幅度提升[4]。

“十三五”期间(2016—2020年)，我国高效节水灌溉总投资1 279亿元，推动传统水利向现代水利、可持续发展水利加快转变，积极推进节水型社会建设，水肥一体化智能滴灌得到较快发展。微滴灌设备生产企业如北京中水新华灌排技术有限公司、润华农水实业开发公司、上海华维节水灌溉有限公司、广东达华节水科技股份公司和杨凌秦川节水灌溉设备有限公司等，在促进农业水资源高效利用、改善农业生产条件、提高农民收入、改善生态环境，以及在东北节水增粮、华北节水压采、西北节水增效、南方节水减排中都发挥了积极作用。截止到2020年年底，我国微、滴灌面积达到698万hm2。

2 滴灌创新成就

2.1 滴灌发展区域及趋势

我国滴灌发展的首要重点是干旱缺水、土壤渗透性强的沙地，如“三北”(西北、华北、东北)地区滴灌发展迅速；其次是不宜采用地面灌溉的山地丘陵、坡耕地和南方红壤地；再次是年降雨虽不少，但时空分布不均匀的地区。滴灌发展的趋势是向更加节约能源、节约水资源和人力资源，以及自动化控制方向发展。

2.2 滴灌系统采用高新技术

为提高滴灌设备的可靠性和耐久性，一些新技术如计算机技术、激光技术、监测技术、通讯技术等应用到滴灌系统中，为推进灌区科学管理和滴灌首部自动化控制，克服喷灌耗能大和滴灌堵塞问题提供了新途径。使用全球卫星(GPS)系统定位、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、传感器监测系统和计算机自动控制系统软件来定位采集田间信息，对采集的信息加工处理，绘制信息电子地图，并抽取相关信息提供给决策支持系统，形成田间操作决策[5]。根据监测作物生长、土壤状况和气象趋势获取信息进行灌水、施肥、喷药、监测产量等田间作业取得了良好的效果。为了适应大田移动滴灌的需求，滴灌毛管铺管机、收管机和管内滴头，逐步代替了长流道管上联接式滴头，双层毛管、三层毛管和微孔漏管等新产品逐步开始应用于生产实践中。另一方面，运行压力低、流量小、灌水频率高的微喷灌和涌泉灌溉也应运而生，微灌技术使灌溉水利用率达到95%以上，自动化灌水程度高、田间管理工作量少[6]。

2.3 滴灌作物和滴灌方式的发展

滴灌作物范围很广，包括果树等经济作物及温室大棚的设施农业作物，如果树、蔬菜、花卉、苗圃、葡萄、桃、梨、苹果、板栗、柑桔、西红柿、黄瓜、芹菜、侧柏等，目前有向条播大田粮食作物及牧草发展的趋势，如黑龙江的玉米膜下滴灌。各地因生产需要和经济状况不同，选择的滴灌作物也各有差异[7]。

滴灌方式由地面滴灌向地下滴灌发展，我国在滴灌设备和滴灌系统规划设计方面开展了许多升级和创新工作，使滴灌工程建设投资大幅度降低，如积木式全移动燕山滴灌系统在大田和果园中的应用，投资成本降低至1 200～1 500元/hm2，产品产量也由灌溉前15 t/hm2增至45 t/hm2，滴灌设备埋入地下可使用20年左右，使用寿命大大增加。

3 滴灌设备生产企业的创新

3.1 自主创新发展

随着节水灌溉技术在我国的推广应用，我国滴灌设备的发展从无到有，经历了从引进仿制到研究创新，从自发研制到国家有组织、有计划的攻关，从品种繁杂到系列化、标准化的发展过程，形成了多种类配套齐全的滴灌配套设施设备，全国有500多家从事节水灌溉产品制造和工程建设的企业[8]。我国滴灌设备生产技术基本达到了国际先进水平，自主研发的流延式滴灌带、单翼迷宫式滴灌带、内镶片式滴灌带、内镶圆柱式滴头滴灌管获得国家多项发明专利和实用新型专利。

3.2 出口经营成效显著

进入21世纪，在滴灌理论研究上，我国同发达国家的差距逐步缩小。我国滴灌生产企业逐步向亚洲、中东、欧洲、非洲出口滴灌产品和滴灌生产线。据不完全统计，我国的滴灌成套生产线已向伊朗、俄罗斯、乌克兰、德国、匈牙利、摩洛哥、以色列、土耳其、沙特阿拉伯、泰国、印度、秘鲁、墨西哥和哥伦比亚等国出口300多条成套滴灌生产线。

3.3 节水灌溉发展促进企业技术进步

“十二五”期间，国家批准建设300个节水增产重点县，推动了节水灌溉的普及，发展节水灌溉面积333.3万hm2。“十三五”期间，我国新增高效节水灌溉总投资1 279亿元。“十四五”期间，预计滴灌设备年均市场容量约260亿元。节水灌溉设备生产企业应该加快技术创新步伐，研发生产高质量节水灌溉设备，为我国节水型可持续农业的发展提供保障。

4 制定新时期滴灌发展区划

4.1 根据水资源气候地区制定滴灌发展区划

根据农业气候区划及水资源分布，我国可以划分为干旱地区、半干旱地区、半湿润地区和湿润地区4种类型。干旱地区包括东北地区西部、西北地区沙漠和西藏部分地区。半干旱地区包括宁夏、青海、甘肃、新疆、陕北、内蒙古大部分地区、西藏北部和云贵高原部分地区，是我国的农牧交错区。干旱地区和半干旱地区是滴灌发展的重点区域。半湿润地区包括黄淮海流域的华北平原、黄河中游、淮北平原及东北的松辽平原，这一地区是我国主要的棉粮产区，降雨量年内分配不均匀，是滴灌发展的重要区域。湿润地区包括长江中下游地区、秦岭以南的汉水流域、淮河流域，湖北、云南、四川、贵州等省大部分，这一地区虽然雨量充沛，但因降雨分布与作物田间需水的时间存在差别，且年内分配极不均匀，时常出现季节性春旱、伏夏旱和秋旱，是滴灌拓展市场的重要区域。

4.2 根据经济分区制定滴灌发展区划

我国有1.23亿hm2耕地，有效灌溉面积5 846万hm2，尚有52%的耕地和4亿hm2草原没有灌溉措施，有3.67亿hm2沼泽地、河地、裸地、盐碱地尚未被开发利用，这些都可以视为滴灌技术的潜在市场。可以根据我国西部、中部、东部3个经济带制定滴灌发展区划。西部地区总体上是经济欠发达地区，有的地方干旱曾持续120 d，沙地、坡耕地和旱田仍有666.7万hm2(1亿多亩)，急需发展灌溉措施。据调查，长江三峡库区上游约有4.53万hm2荒地可开发利用，这些荒地可逐步组织示范实施滴灌工程。中部地区有6 333.3万hm2没有灌溉设施的坡耕地适合发展滴灌。东部地区经济发达，有133.3万hm2蔬菜的集中产区，可以发展为滴灌-温室型高科技滴灌园区[9]。

4.3 根据地形地貌制定滴灌发展区划

我国山地丘陵区是果品生产的集中区域，果品资源极其丰富。我国现有果园667万hm2，居世界首位，但80%分布在山地丘陵区的果树没有灌溉措施。南方的广大山丘区由于地形复杂，传统的地面灌溉方式难以实施，滴灌是解决果园水利化的有效途径之一。目前，地下滴灌技术日趋成熟，被认为是滴灌的发展趋势。

5 滴灌节水节肥节药模式集成建议

5.1 加强基础理论创新研究

滴、微灌技术是集现代农业、高分子材料与加工、精密机械制造、自动化等技术于一体的高新技术，要建立全面持续发展的指导思想，加强技术产品设备在材料抗老化的研究，以及土壤-作物-大气连续系统中水分传输(Soil-Plant-Atmosphere-Continuum)的物理动态过程的基础理论研究，包括滴、微灌条件下，作物对土壤物理条件如土壤氧气通透性、灌溉水质中氮磷钾溶质的敏感反应，土壤水的三维运动规律，以及土壤水溶液、溶质质量和能量同时传输时的肥料养分在土壤湿润球体的分布规律对作物根系发育的影响等。还要制定相关的鼓励政策，建全和完善技术推广服务体系、标准化体系与质量监督体系。

5.2 制定工程建设标准和产品设备材料技术规范

为了规范滴、微灌技术与工程的发展，1995年我国发布第1部微灌行业标准《微灌工程技术规范》(SL 103—95)，2009年制定了国家标准《微灌工程技术规范》(GB/T 50485—2009)，与其他相关的地方标准和协会标准配套执行，涉及水利、农业、机械等领域，使滴灌工程建设标准有了技术政策依据。

随着节水技术不断开发、推广、应用和创新，滴灌建设标准和节水产品标准也应不断完善和补充，大直径16、20、25 mm，小流量0.6、0.8、1.0 L/h的薄壁滴灌带研发应加强。经济作物和特色作物的微灌研究及在作物各生长阶段的最优水分养分控制技术标准的制定，不同作物在不同地区、不同微灌设备下的生产效率及经济性评价标准的制定，以及滴灌集成化技术模式研究的设计、地下滴灌技术应用基础及关键技术等，都需要完善和加强。

5.3 智能水肥一体化系统及相关设备研发

现代农业发展对环保、节约、绿色的要求越来越高，因此，节水节肥节药的综合技术方案对微滴灌系统设备的不断完善与改进及新设备与技术的研发需求迫在眉睫，研究先进生产技术、工艺及设备，包括制造工艺及技术、机电一体化技术、精密模具加工技术，弹性材料、动摩擦材料和密封材料，自动控制系统、水肥一体化系统、田间信息采集系统等，使水肥一体化产品系列规格完善。在不降低微灌系统性能的前提下，通过创新，使滴灌水肥一体化系统设备的投资降低，促进滴灌智能水肥化技术可持续发展[10]。

6 结束语

我国滴灌技术及设备走过了引进消化、示范推广、自主创新的发展历程，促进了我国节水型社会和现代农业的发展，技术日趋成熟，推广面积不断扩大，相关设备成系列化、标准化，各种新技术应用增多，应持续探索滴灌工程的运行机制和管理体制，加快转变滴灌作物经济发展方式和滴灌产业结构战略调整，走新时代具有中国特色的节水灌溉发展之路。