北方灌区节水农业发展若干问题探讨_姚学慧

! 引言

水是不可替代的自然资源，是国民经济和社会发展的重要基础。众所周知，中国人均水资源量只有2200 m3，不足世界平均水平的 1/4，人均水资源可利

用量只有 700 m3，是世界上人均水资源短缺的国家之一 [1]。农业是中国的用水大户，占总用水总量的70%以上，主要消耗于灌溉，占农业用水总量的 90%。随着工业化和城市化进程的加快及农业用水比较效益的下降，农业用水必将受到排挤，缺水已经成为制约中国农业发展的主要限制因素。按照 2000 年全国现状用水统计，中等干旱年份下农业缺水 300 亿 m3[2]。即使

在保持今后农业用水零增长的前提下，2030 年中国农业缺水将达到 500~700 亿 m3[3,4]。为解决或缓解农业缺水问题，中国灌区继续沿用传统的高耗水种植模式和无限扩大灌溉面积的外延型增长方式是根本行不通的，必须走依靠科技进步大幅度提高水的利用效率、发展节水型高效农业的内涵式增长道路。解决好灌区的农业节水问题可以说是发展中国农业的一项长期战略任务。北方灌区是中国粮、棉、油的主要产区，多处于半湿润偏旱区和半湿润区，降水资源相对较为优越，但灌溉又必不可少，发展节水农业具有其自身的独特性。

第一作者简介!姚学慧，男，1969 年出生，陕西佳县人，讲师，主要从事农业资源利用和可持续发展研究。Tel: 0912-3891194，E-mail: renshichu@ylc.net.cn。

通讯作者!张雄。Tel：0538-8242653，E-mail:zhangxiong5188@sina.com。收稿日期!2005-04-20，修回日期：2005-05-08。

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农业工程科学

山东省是中国的农业大省，灌溉农业是山东的主体，灌溉用水占全省总用水量的 70%左右。山东省节水灌溉起步较早，注重了渠道防渗技术、低压管道输水灌溉技术、喷灌技术、果树和蔬菜的微灌技术、主要农作物的灌溉制度和地面灌水技术研究等的研究和应用。但同时也从在一些问题和不足，其中一些问题在中国北方灌区也具有普遍性。笔者以山东省为例，就北方灌区节水农业中存在的问题进行探讨，以期为灌区节水农业的发展提供科学指导。

! 山东省水资源特点和灌溉用水现状

!." 水资源特点 山东省地处华北季风气候区，大陆性气候特点明显，年降水量偏少，年际差别大，年内分配不均，水资源贫乏。全省多年平均降水量为681mm，水资源总量 308 亿 m3，其中地表水 226 亿m3，地下水 152 亿 m3，重复计算 70 亿 m3。人均占有水资源量仅 357m3，仅占全国人均占有量的 1/7，亩均占有量仅 304m3，占全国亩均占有量的 1/6。年降水量的 70%以上基本集中在汛期 6~9 月份。而最需水的春灌期(3~5 月)降水量仅占全年的 14%，秋灌期降水量占全年的 80%左右，造成汛期经常出现洪涝并大量弃水，而春灌期却严重缺水，时常发生干旱，水资源年内和年际的分配不均加剧了山东省水资源供需矛盾。黄河是山东省客水资源的主要渠道，黄河干流在山东境内全长 617km，平均年引黄水量 80 亿 m3 左右，占全省当地可供水资源量(159 亿 m3)的 50%。1990 年后，黄河每年发生断流，历时不断延长，利津站 1995 年 3~7 月断流达 121d，1996 年达 128d，1997年达 226d[5]，创历史之最，沿黄工农业生产受到严重损失。

可见，同中国北方大部分地区类似，山东省水资源

短缺已是客观事实，势难逆转，且有加剧的趋势。因此，必须适应这一趋势，转变目前的农业用水策略， 更新观念，将农业用水从“以需定供”转变为“以供定需”或“以供控需”，实行农业水资源的优化配置。同时，要根据目前灌区农业节水中存在的主要问题，开展针对性研究，依靠科技进步，不断提高农业水资源的利用率和利用效率，以实现农业的可持续发展。

!.! 灌溉和灌溉用水现状 山东省总灌溉面积约 540万 hm2，约占总耕地面积的 70%[6,7]。灌溉水源主要有黄河水、地下水和当地径流，主要灌溉形式是引黄灌溉、机井灌溉、引河、引湖、引库灌溉等。建国以来，山东兴建了大量库、塘、闸、井等蓄供水工程，年供水能力达 200 多亿 m3。山东当地水资源总的开发利用水平已经达到国内较高水平，水资源开发利用程度达

54%，在中国北方 17 个省、市、区中名列前茅，高出其平均水平的 29.2%。1987—1997 年，当地地表水实际利用量年均为 53.46 亿 m 3， 占平水年可利用量的63.74%；年均地下水实际开采量 115.13 亿m3，为浅层地下水可供水量的 80%以上；1987—1997 年年均引黄水量为 71.56 亿m3，略超过分配水量。山东实际利用水资源量已远远大于国际上公认为 30%的水资源合理利用程度和 40%的最大利用上限。目前全省地下水超量开采严重，平均每年超采地下水量 30 多亿

m3，地下水位普遍下降，漏斗区总面积达 1.65 万 km2 [8]，地下水位的大幅度下降已造成局部地区塌陷、海

水内侵、机井报废等。据分析预测，2005 年全省灌溉一般干旱年份缺水 70.14 亿 m 3，2015 年缺水将达

128.3 亿 m3[7] 。

山东省一方面水资源明显不足，另一方面灌溉用水浪费严重，全省灌溉水利用系数平均在 0.45 左右。在灌区农业高效用水中也存在着一些问题，主要表现在不少人对农业高效用水的内涵仍存在片面认识，认为只要兴建了节水灌溉工程，减少了输配水损失，就达到了节水目的，这种片面认识导致了把农业高效用水理解为单一灌溉工程措施可以解决的技术。此外，水资源管理也是当前的薄弱环节，在工程方面，重建轻管仍较严重，设备的维修管理及运行管理都存在很多问题，经常造成大量的水分跑冒滴漏， 节水工程不节水的现象普遍存在。在田间用水方面， 相关的作物需水预测预报做的很少，因此难以做到灌溉的适时适量，加之现在许多灌区都缺乏有效的量水和供水控制设施，从设备和技术上就无法支撑农田灌溉的适时适量。应该说，这些问题在北方灌区普遍存在。实际上农业节水应包括健全的工程体系、先进的灌溉方法及田间水分保、蓄、用技术、完善的管理设施和管理方法、有力的节水法规政策等，必须综合运用才能收到大的成效。

" 北方灌区节水农业研究的重点领域

8." 注重农艺节水技术研究! 实现田间水分的高效利用 工程节水技术既可起到明显的宏观调水蓄水和传输节水作用，也可以直接发挥节水增产作用，其节水作用是毋庸置疑的，但其成本较高也是显而易见，技术上不存在大的难项，关键在于投资。农艺节水技术作为节水农业技术体系的重要组成部分，是提高农田水分利用效率的重要措施。通过选择适当的作物种类、品种和种植方式，采用合理的施肥、耕作、覆盖、化控调节等措施，减少作物生长期内的水分消耗，提高作物的产量，最终达到节水、高产、高效

的目的。这些技术是中国传统农业的精华所在，在旱区降水资源的高效利用中也被实践证明是行之有效的。同工程节水措施相比，农艺节水技术措施具有投资少、见效快，易于实施和推广等优点。工程节水技术的重点在于输配水阶段的节水，而农艺节水的重点在于田间水分的保、蓄和高效利用，在灌溉农区同样具有极高的推广利用价值，特别在目前中国的经济条件下，更要大力重视。但目前中国灌区普遍存在重工程节水，轻农艺节水的倾向，偏重于减少输配水阶段的损耗和改革田间灌溉方式等方面的研究与推广。据统计，中国各地节水灌溉面积已有 0.13 亿hm2，多数属于推行渠道防渗、管道输水、喷灌、滴灌等工程节水型的 [9]。山东省节水灌溉面积约 155 万hm2，其中防渗渠道控制灌溉面积 31.63 万 hm2，占 20.4% ； 低压管道控制灌溉面积 66.62 万 hm2，占

42.98% ；喷灌面积 l3.48 万 hm2，占 8.7% ；微灌面积

2.46 万 hm2，占 1.6%；另外非工程节水灌溉面积 40.84万 hm2，仅占 26.34%[10]。如能实现工程节水与农艺节水并重，将二者有机地结合起来，必将大幅度提高农田水分利用效率，产生更大范围的实际效果。鉴于此，当前必须注重研究灌溉条件下农艺节水的机理及农艺节水技术措施与灌溉水利用的互作机制，并在单项技术研究基础上进行综合集成，形成节水、高产、高效的综合农业配套技术体系。同时开展运用综合农艺技术措施条件下作物灌溉制度的优化研究。5)6 灌区雨水资源的高效利用 节水农业应是充分利用自然降水情况下的补充灌溉（山仑，1999）。北方灌区具有相对较为优越的降水条件，且土地较为肥沃、平整，对降水资源地利用远较降水稀缺、径流严重的干旱半干旱区有利。但事实上，在这些地区，对降水的高效利用却长期被忽视，这应是该区作物灌溉定额一直高居不下的重要原因之一。最近一直在倡导“灌溉水替代”，较之海水淡化，污水灌溉等，最经济、最有效的替代物也应是雨水。据研究，随着灌水量的增加，作物对雨水的利用随之减少；另外，同样对春小麦补充灌溉 600m3/hm2 条件下，在需水临界期、拔节期灌溉的处理，较其他时期灌溉的产量提高23%~46%，对土壤储水的利用提高了 62%~161%，灌溉水利用效率也显著提高，这就说明在科学用水的前提下可以同时做到增加对雨水的利用率，减少灌溉量[9]。在水资源短缺日益加剧的形势下，灌区农业必须考虑对雨水资源的高效利用，即做到在最大限度利用雨水的基础上进行补充灌溉。这是十分必要的，也是完全可行的。

5)5 农业种植结构调整与节水 进行农业结构调整， 建立节水型种植制度，是一项投资少，收效快的节水措施。不同作物种群间生育时期和需水规律不同，水分利用效率差别悬殊。在拟定作物布局方案时，应根据区域资源情况及各种作物的生态适应性，因地制宜扩大一些水分利用率高、产量潜力大的作物种植， 减少一些耗水量大、生育期与灌溉供水量和自然降水量不相匹配的作物，这样，即使在其他条件一时难以显著改善的情况下，也可以有效的提高农田整体的水分利用效率。

迫于粮食压力，中国北方灌区长期以来主要以小麦、玉米等主要粮食作物为主，种植结构较为单一，结构调整进程缓慢，生产中以高产作为主要追求目标。目前灌区所进行的农业结构调整也主要以经济效益为取向，盲目扩大蔬菜等耗水量大的作物等现象十分普遍。立足国情，必须大力开展灌区节水型种植制度的研究和示范推广。当前，应建立合理的粮食结构，积极引导居民消费，在灌区适当增加一些走俏市场、走上居民饭桌、耐旱的杂粮杂豆作物，与大宗作物进行合理配置， 形成不同的种植结构和模式，同时辅之以配套高产节水栽培措施，在保持粮食以正常速度增长的情况下，不断提高有限水资源的利用效率。在一些半湿润灌区，更应未雨绸缪，积极倡导和开展水地旱作研究。这样，配合其他节水措施，可以用节约的水，因地制宜地发展一些经济效益较高的作物，兼顾经济效益和生态效益。5)7 设施条件下的农业节水 设施农业突破了传统农业的生产方式，使得人为控制作物生长环境的程度更大，同时也促使农业种植结构发生变化，为市场提供大量花卉和反季节蔬菜，具有相当明显的经济效益和社会效益。据统计，全国设施农业面积已发展到 200 万 hm2[11]。作为中国重要的蔬菜产地，山东省瓜菜保护地栽培面积也已达 73 万 hm2[12]，约占全国设施栽培面积的 40%。随着经济社会不断发展，设施农业作为高新技术产业，必将得到长足发展。设施农业具有以下特点：一是生产季节的延长，灌溉不再仅局限于过去的一般灌溉季节，温室农业的灌溉可能全年都需灌溉；二是设施农业不透水棚顶的存在，阻断了雨水资源的直接利用，使大量宝贵的雨水资源流失。由于土壤耕层不能直接利用天然降水，而要依靠人为灌溉来补充水分，在大型的保护设施内实现周年生产的栽培制度下，如果仍然采用传统经验灌水，灌溉水量就会比露地同类作物栽培要大的多。这样不仅浪费宝贵的水资源，而且会使设施内环境恶化，导致病虫害发生和作物品质产量的下降。因此，开展设施农业节水灌

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农业工程科学

溉理论与技术研究，探求作物需水规律与科学的灌溉制度，选择设施农业中适宜灌溉技术，对于发展节水农业，实现两高一优农业显得尤为重要。

8.% 非充分灌溉制度的研究确立 由于水资源短缺不可逆转，灌区长期采用的充分灌溉模式已难以为继， 非充分灌溉的研究和实施势在必然。非充分灌溉是利用有限的水量、即少于充分灌溉的水量，不以追求传统的单产最高为目标，而以总产量(或总产值)最佳为目标，将节约的水量用来扩大灌溉面积，以提高单位水量的产值效益。目前中国学者对非充分灌溉的研究已取得了一定的成果，作物一定生育阶段对中等水分亏缺产生补偿效应的原理已得到初步阐明，且在田间条件下得到证实（增产与节水目标可同时实现）[13]，说明了非充分灌溉的可行性，但作为一种新的灌溉制度还远未确立，主要是不同地区、不同作物、不同条件下的灌溉定额、灌水时间、次数的合理下限难以定量。为此，有三个问题需要解决：一是作物需水细节的进一步阐明；二是需水量适宜下限的确定（这是建立非充分灌溉制度的基础），三是现代灌溉方法和监测系统的广泛应用，这三方面都需要一定时期的系统研究积累。因此，必须开展系统深入地研究，确立区域作物非充分灌溉制度，强化非充分灌溉技术的可操作性，以使非充分灌溉能够大面积推广，缓解灌区农业用水的紧张状况。

8.9 开展生物节水技术研究与应用 按照国际经验，

农业节水一般都以有效的管理措施为基础，从工程措施入手，同时重视耕作栽培技术的运用及种植结构的改进，而严格意义上的生物节水技术目前尚处于较次要地位。但可以预见，当水的流失、渗漏、蒸发得到有效控制、水的时空调节得到最大限度利用之后，生物节水 --- 提高植物自身的耐旱性和水分利用就显得更为重要，被视为实现进一步节水增产的关键环节和最终潜力所在，也是节水农业中未知数最多的一个研究领域。

生物节水与作物高效用水的含义相同，主要指提高从单叶到群体不同层次上植物水分利用效率

（WUE）可提高的程度。在单叶层次上以净光合速率

（Pn）与蒸腾速率（T）之比来表示；在单株层次上以一定生育时期内干物质积累量与蒸腾量之比来表示；在群体层次上，通常以地上部干物质量（产量）与蒸腾、蒸发量之比（DW(Yd)/ET）来表示。作物的耐旱性，即

作物忍受低水势和耐脱水的能力，往往与其节水能力有关，表现为耐旱性强的作物或品种有相对较高的WUE，但这往往以牺牲其绝对产量为代价。为实现作物高效用水，需要同时挖掘作物水分利用效率和作物耐旱性的潜力，而遗传改良、生理调控和群体适应是实现生物节水目标的三个主要技术途径，其中，培育出抗旱节水高产新品种、新类型被认为是其中的核心目标。但应当看到，植物的耐旱性和高 WUE 性状不同于其它某些性状或经济性状，不但是多基因控制， 而且是通过多个途径实现的。在作物育种、包括抗病虫育种不断取得令人注目成就的情况下，以耐旱为目标的育种却进展缓慢，而以高 WUE 为目标的育种工作则开展更少。因此可以认为，为实现定向培育高、耐旱新品种的目标还必须付出长期艰巨的努力。

要正确认识生物节水的作用，既不应忽视，也不能

过高估计。当前应将其作为综合节水措施中的重要一环加以应用，并继续进行系统深入研究，尽快取得新突破。

参考文献

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13 山仑.节水农业及其生物学基础[C].山仑论文集.西安:陕西科学技术出版社,2003.235~239