我国水资源利用现状与节水灌溉发展对策*

孙景生①

(中国农业科学院农田灌溉研究所 )

康绍忠

(西北农林科技大学 )

摘 要: 在分析我国水资源和农业用水现状的基础上 ,探讨农田灌溉节水途径与技术措施 , 提出根据经济现状 ,提高水的利用率和利用效率 , 发展节水灌溉应重点普及输水节水技术 ,加强地面灌水技术和节水灌溉制度的研究与推广 , 适度发展喷、微灌技术 , 并注重各项节水技术措施的综合集成 , 实现农田灌溉各个环节上的全方位节水。

关键词: 节水灌溉; 节水途径 ; 技术措施; 发展对策

1 我国水资源与农业用水现状

1. 1 水资源现状

水是农业的命脉,也是整个国民经济和人类生活的命脉。 水资源状况和利用水平已成为评价一个国家一个地区经济能否持续发展的重要指标[ 1]。 我国是一个水资源相对贫乏的国家,年均降水量为630 mm ,低于全球陆面和亚洲陆面的降水量; 年平均淡水资源总量为 2. 8万亿 m3 ,人均占有水量仅 2

300 m , 只相当于世界人均水平的 1 /4,居世界第

109位,是世界上人均占有水资源最贫乏的 13个国家之一; 耕地水资源占有量 28 500 m3 /hm2 ,为世界平均数的 4 / 5。另外 ,我国水资源时空分布严重不平衡,降水东南多西北少,山区多平原少,雨量大致由 东南向西北递减[2 ]。 81% 的水资源集中分布在长江流域及以南地区,长江以北地区人口和耕地占我国 的 45. 3% 和 64. 1% ,而水资源却只占全国的 19% , 人均占有量为 517 m3 ,相当于全国人均量的 1 / 5和世界人均量的 1 / 20[3 ] ,水资源与生产发展不相适应的程度突出,土地沙漠化趋势日趋严重。尤其是西北干旱地区的新疆、青海等地的大面积戈壁滩,因无灌溉,也就没有农业。降水年内分配不均 ,冬春少雨、夏秋多雨,汛期雨量过于集中,常以暴雨形式出现,利 用难度很大,非汛期又水量缺乏。降水量年际变化也大,丰水年与枯水年相差悬殊, 使水旱灾害频频发生,甚至同一地区有时旱涝接踵而至,交替成灾。

收稿日期: 1999-07-21

* 国家“九五”攻关项目( 96-006-02-02)

①孙景生 ,副研究员 ,博士生, 河南新乡 中国农业科学院农田灌溉研究所 , 453003

1. 2 农业用水现状

从全国对水资源量总的需求来看,在出现中等 干旱的情况下,全国总需水量为 5 500亿 m3 左右, 缺水量为 250亿 m3 左右。 若考虑供水中的地下水超采和超标准污水直灌等不合理供水因素,则全国 实际缺水量在 300～ 400亿 m3 之间[4 ]。 农业是我国的用水大户,约占全国总用水量的 73% ,但有效性很差,水资源浪费十分严重,渠灌区水的有效利用率 只有 40% 左右,井灌区也只有 60% 左右,每 m3 水生产粮食不足 1 kg。而一些发达国家水的有效利用率可达 80% 以上,每 m3 水生产粮食大体都在 2 kg 以上,其中以色列已达 2. 32 kg。 由此说明,我国各种节水农业技术的综合应用程度还十分低下,与发达 国家相比还存在着很大的差距。同时 ,这也使我们看到了在中国发展节水农业的巨大潜力和广阔前景。

2 农田灌溉节水途径

农田供水从水源到形成作物产量要经过 4个环节。 首先是从水源取水,通过输水、配水等一系列工程设施把水送到所需灌溉的作物地块; 其次是通过田间灌水技术将水源来水转化为土壤水; 第三是通过作物根系吸水,由土壤水转化为生物水;最后是通 过作物的一系列生理过程在作物水分的参与下形成 作物产量。每一环节都会有水的损失 ,提高水的利用率和利用效率的关键在于探讨各个环节的节水途 径、技术措施及其潜力,尽可能地减少每一环节中的水的无效损耗。 前两个环节涉及如何将作物所需水量从水源送到田间并转化为土壤水,与作物的生理 过程不直接相关,靠减少输水损失、提高灌水均匀度和减少田间深层渗漏等工程技术措施以及合理用水

的节水灌溉制度措施,设法提高土壤储水量与水源 取水量的比率和作物耗水量与土壤储水量的比例来 提高水的利用率和利用效率,这两个环节存在着很 大的节水潜力 ,是当前节水灌溉发展的主要方面。后两个环节关心的是如何高效利用土壤储水的问题, 属基础节水范畴,靠减少棵间土壤蒸发无效损耗和 作物奢侈蒸腾的各种农业技术措施,设法提高蒸腾 量与耗水量、生物量与蒸腾量和经济产量与生物量的比例来提高水的利用效率。

3 灌溉节水措施与发展对策

3. 1 输配水系统节水措施

由于经济条件的限制,目前我国农田灌溉仍以传统的地面灌溉为主,其中明渠输水的灌溉面积占 总灌溉面积的 75% 以上,约 300多万 km 的输水渠道中只有 1 / 5左右进行了防渗,渠系水的利用系数很低。据统计 ,我国灌溉水损失总量中 3 /4发生在从水源到田间的输水过程,包括蒸发、渗漏和废泄 3部分,其中大部分消耗于渠系渗漏。 输配水系统节水, 就是采取一定的渠道工程措施包括渠系配套、渠道防渗技术、改土渠为低压管道输水等,减少输水损失量,提高灌水效率和供水质量,扩大灌溉面积,减少 提水灌区 (井灌或地面扬水灌溉)的燃料、电能消耗等。

3. 1. 1 渠系配套

从 60年代就强调渠系配套,但至今依然是薄弱环节。长期以来 ,我国灌区干支两级渠道基本上由国家投资,斗及斗以下渠道建筑多以群众自筹为主,斗以下工程配套差,质量也难以保证,且普遍存在着重建轻管现象,渠系工程老化失修,这是造成渠系水利用率较低的主要原因之一。 根据许多灌区灌溉系统的现状,如果对渠系进行改造和配套,把现有的渠系水利用系数平均提高 0. 1,全国每年可增加近 400 亿 m3 的供水。因此,必须将渠系配套技术作为节水灌溉的一项重要任务,使现有工程的效益得到充分发挥,常抓不懈。

3. 1. 2 渠道防渗技术

渠道防渗,是减少输水损失、控制地下水位,提高渠道水利用系数的工程措施,在节水灌溉中占有 十分重要的地位。目前防渗衬砌的材料主要有灰土、砌石、水泥土、沥青混凝土、混凝土、复合土工膜料等,其中混凝土材料占有很大的比重。与防渗材料的研究相配合,一些新型衬砌形式和相应的施工工艺

如现浇混凝土 U型防渗渠和机械化施工技术等得到了推广应用,并在季节性冻土区抗冻胀方面的研 究和推广应用取得了显著效果。 根据国内外的实测结果,一般渠灌区的干、支、斗、农渠采用粘土夯实能 减少渗漏损失量 45% 左右,采用混凝土衬砌能减少渗漏损失量 70% ～ 75% ,采用塑料薄膜衬砌能减少渗漏损失量 80% 左右;对大型灌区渠道防渗可使渠系水利用系数提高 0. 2～ 0. 4, 减少渠道渗漏损失50% ～ 90% 。 因此,积极推进渠系防渗,是减少输水损失的主要技术措施,仍为今后节水灌溉发展的主 攻方向。

3. 1. 3 低压管道输水技术

灌溉输水管道化是减少输水损失的另一途径, 是国际上农田灌溉输水方式的发展趋势。 采用低压管道输水,以管代渠,可以大大减少输水过程中的渗漏和蒸发损失 ,使输水效率达 95% 以上,比土渠、砌石渠道、混凝土板衬砌渠道分别多节水约 30% 、15% 和 7% [ 5]。对于井灌区,由于减少了水的输送损失,使从井中抽取的水量大大减少,因而可减少能耗25% 以上。另外 ,以管代渠,可以减少输水渠道占地, 使土地利用率提高 2% ～ 3% , 且具有管理方便、输水速度快、省工省时、便于机耕和养护等许多优点。因此,对于地下水资源严重超采的北方地区,井灌区应大力推行低压管道输水技术,特别是新建井灌区, 要力争实现输水管道化; 渠灌区在有条件处亦应逐步试行。

3. 2 田间施(灌 )水节水措施

田间施(灌)水节水措施包括灌水技术措施和节 水灌溉制度措施两大部分,前者包括节水地面灌溉 技术(畦灌、沟灌、间歇灌、膜上灌、坐水种 )、喷灌技术、微灌技术(滴灌、微喷灌、地下渗灌)等;后者包括 合理确定作物灌溉定额、有限水在作物生育期内进行最优分配和实施调亏灌溉等。 田间施水节水就是要因地制宜地选择上述灌水技术措施和节水灌溉制 度措施,增加土壤储水量与水源取水量的比例和作 物耗水量与土壤储水量的比例,减少田间灌水的损 失量 (包括深层渗漏、地表流失 ) ,提高灌水均匀度, 合理利用水资源。

3. 2. 1 节水地面灌溉技术

地面灌溉,虽然是一种最古老的田间施水技术, 但它目前仍是世界上,特别是发展中国家最广泛采 用的一种灌水方法。我国有 98% 以上的灌溉面积采用传统的地面灌水技术。 考虑到我国水资源与能源

短缺,经济实力不足,技术管理水平较低的现实,估 计在今后相当长的一段时期内,我国还不能大面积 推广喷、微灌等先进灌水技术,因此节水灌水技术的主攻方向仍须以大力研究和推广节水型地面灌水技 术为主。

平整土地是提高地面灌水技术和灌水质量,缩短灌水时间,提高灌水劳动效率和节水增产的一项重要措施。 结合土地平整,进行田间工程改造,划长畦(沟)为短畦 (沟) ,改宽畦为窄畦,设计合理的畦沟尺寸和入畦(沟)流量,可大大提高灌水均匀度和灌水效率。陕西洛惠区的研究表明 ,在入畦单宽流量为3～ 5 L /s时,灌水定额随畦长而变,当畦长由 100 m 改为 30 m 时,灌水定额减少 150～ 204 m3 /hm2; 当畦长为 30～ 100 m 时,畦单宽流量从 2 L / s增加到5 L /s,灌水定额降低 150～ 225 m3 /hm2。 灌水定额降低的结果,除减少了灌水的深层渗漏损失外,同时也意味着增加了作物对天然降水的利用量,避免了因灌水量多而导致降雨有效性降低的现象发生。 因此,此项技术虽然简单,但仍要予以足够重视。

改进传统的地面灌溉全部湿润方式,进行隔沟(畦)交替灌溉或局部湿润灌溉,不仅减少了棵间土壤蒸发占农田总蒸散量的比例,使田间土壤水的利用效率得以显著提高,而且可以较好地改善作物根区土壤的通透性,促进根系深扎,有利于根系利用深层土壤储水,兼具节水和增产双重优点,值得大力推广。实践证明 ,春小麦与春玉米套种隔畦灌,棉花、玉米等宽行作物隔沟灌或隔沟交替灌,湿润面积可减少 50% ,节水高达 30% 以上,增产幅度 5% ～ 10% 。玉米坐水种, 每 hm2 可节水 900 m3 ,节电 90～ 105 kW· h ,增产幅度约 16% ,增收幅度约 28% 。

改进放水方式,把传统的沟、畦一次放水改为间歇放水,进行间歇灌 (又称波涌灌) ,被称为是 80年代地面灌水技术的一大突破。间歇放水 ,使水流呈波涌状推进,由于土壤孔隙会自行封闭,在土壤表层形 成一薄封闭层 ,水流推进速度快。在用相同水量灌水时,间歇灌水流前进距离为连续灌的 1～ 3倍,从而大大减少了深层渗漏,提高了灌水均匀度,田间水利 用系数可达 0. 8～ 0. 9。 一些试验结果表明,间歇灌比连续沟灌节水 38% ,省时一半左右; 比连续畦灌节水 26% ,省水 1 /3左右。 推广这项技术的关键是在一定土壤及地面条件下,要有合理的停、放水时间的灌溉制度,及配套的、工作可靠和价格适宜的间歇开关控制阀门 ,并实现自动控制。 然而,我国目前尚

无实施间歇灌所需设备的定型产品,因此推广难度 较大,今后几年的重点还应是以研究和攻关为主。

膜上灌,是我国在地膜覆盖栽培技术的基础上 发展起来的一种新的地面灌溉方法。 它是将地膜平铺于畦中或沟中,畦、沟全部被地膜所覆盖,从而实现利用地膜输水,并通过作物的放苗孔和专业灌水 孔入渗给作物供水的灌溉方法。 由于放苗孔和专业灌水孔只占田间灌溉面积的 1% ～ 5% ,其他面积主要依靠旁侧渗水湿润,因而膜上灌实际上也是一种 局部灌溉。 地膜栽培和膜上灌结合后具有节水、保肥、提高地温、抑制杂草生长和促进作物高产、优质、早熟及灌水质量高等特点[6 ]。生产试验表明: 膜上灌与常规沟灌相比, 棉花节水 40. 8% , 增产皮棉

5. 12% , 霜前花增加 15% ; 玉米节水 58% , 增产

51. 8% ;瓜菜节水 25% 以上[4 ]。目前,新疆采用膜上灌的农田已达 23. 33 hm2 ,甘肃、河南等省也已开始推广。 膜上灌作为一种新的具有中国特色的灌水技术,为了使其更加趋于成熟和完善,从而在北方缺水 地区能得以大面积推广,有关研究部门尚需对其节 水机制、技术要素、配套措施及其设计方法等做好进一步研究工作。

3. 2. 2 喷灌技术

喷灌有显著的省水、省工、少占耕地、不受地形限制、灌水均匀和增产等效果,属先进的田间灌水技术。 与明渠输水的地面灌溉相比,喷灌节水 30% ～ 50% , 粮食作物增产 10% ～ 20% , 经济作物增产

20% ～ 30% ,蔬菜增产 1～ 2倍。 但喷灌也有一定的局限性,如作业受风影响,高温、大风天气不易喷洒均匀,喷灌过程中的蒸发损失较大等,而且喷灌的投 资比一般地面灌水方法投资要高。 部分发达国家的农民大量使用喷灌,主要是把它作为农业机械化成 套技术的组成部分—— 机械化灌水技术,而不仅仅是为了节水的目的。我国幅员辽阔 ,各地经济发展很不平衡,在推广喷灌技术时,应因地制宜,既求稳步 发展,做到建好一片,管好一片,用好一片,同时也要避免长官意志的盲目性。

3. 2. 3 微灌技术

微灌是一种新型的高效用水灌溉技术,包括滴 灌、微喷灌、涌泉灌和地下渗灌。 它是根据植物的需水要求,通过管道系统与安装在末级管道上的灌水器,将植物生长中所需的水分和养分以较小的流量 均匀、准确地直接送到植物根部附近的土壤表面或土层中,相对于地面灌和喷灌而言,微灌属局部灌

溉、精细灌溉,水的有效利用程度最高,约比地面灌节水 50% ～ 60% , 增产 20% ～ 30% , 比喷灌省水15% ～ 20% 。但微灌的工程投资也高 ,在国外被称之为昂贵的灌水技术。为了支撑高投入 ,微灌一般只用于水果、蔬菜、花卉等产值高、收益高的经济作物。目前全世界微灌面积约 20万 hm2 ,只占全世界总灌溉面积的 1% 左右,其中我国约 6. 7万 hm2。严格地说 , 微灌不太适合大田粮食作物。 因此,虽然微灌最省水,经济效益很高,但节水量与灌溉用水总量相比很少,它属于与设施农业、现代化农业相配套的精细灌溉、自动化灌溉技术[ 7]。

3. 2. 4 节水灌溉制度

节水型灌溉制度是以产量、水分利用效率和经济效益三者高水平的有效统一为目标[5 ]。长期以来 , 一直认为作物在任何生育时期的水分亏缺都会造成 减产,为了获得高产,整个生长期都必须充分供水, 追求土地最高生产力水平。然而 ,近年来随着全球淡水资源变得日趋紧缺,人们在评价一个国家的农业 生产力水平时 ,除了产量因素外,更看重的往往是这个国家对灌溉水的有效利用程度,即如何做到节约 用水的同时实现高产。 根据理论研究与生产实践的结果表明,作物产量与灌水量呈抛物线关系,灌水量 较少、水分不足时,产量与灌水量或耗水量之间呈显著的线性关系;当灌水量达到一定程度后,随着灌水 量的增加,产量增加的幅度开始变小; 当产量达到极大值时,灌水量再增加,产量不但不增加反而有所减少,呈现出“报酬递减”规律。 因此,如何利用边际分析原理,确定合理的最佳灌溉定额与产量的关系,是 指导节水灌溉,提高水分利用效率和经济效益的理 论依据之一。

作物产量不但取决于灌水量,更与之分配有关。在水量有限、供水不足的情况下,作物全生长期的总需水量及各生育阶段的需水量不可能得到全部满足,这将不可避免地引起作物不同程度的减产。但减产程度因作物种类、品种及在作物生育期中缺水产生的时段和缺水的程度而异。 研究表明: 等量缺水, 不同作物的减产程度不同; 等量缺水发生在作物的不同生育时段 ,引起的减产程度也不一样。 因此,合理的灌溉,应是在弄清各种作物不同生育时期缺水减产情况的基础上,实行省水灌溉或最优化灌溉,把有限的水量在作物间及作物生育期内进行最优分配,确保各种作物水分敏感期的用水,减少对水分非敏感期的供水 ,从而设法提高灌溉水的有效性,以获

得较高的产值和水分利用效率。

近年来,随着非充分灌溉理论研究的不断深入, 人们对有限水分亏缺的效应产生了新的认识。 一些研究资料显示,水分亏缺并不总是降低产量,早期适度的水分亏缺在某些作物上反而有利于增产; 一些作物在灌浆期的适度干旱则会促进灌浆过程,提高作物的经济系数[5, 8 ]。如商丘试验区进行的玉米调亏灌溉试验结果表明: 玉米拔节前中度亏水和拔节— 抽雄阶段的轻度亏水,光合作用降低不明显,而蒸腾作用降低显著,且复水后,光合作用有超补偿效应, 即抽雄前的水分调亏, 具有节水、增产、提高水分利用效率的生理基础。 甘肃武威对春小麦调亏灌溉的研究结果表明,在春小麦分蘖、拔节、乳熟前受旱 3

～ 5 d,可增产 2% ～ 20% ,耗水量减少 750～ 1 050 m /hm ,适度亏缺灌溉能够促进根系发育,提高抗旱能力和抗倒伏能力,对生殖生长有促进作用,使单位面积有效穗数和穗粒数增加,具有明显的节水增产效应[9 ]。 这些新的认识与理论研究成果为实现有限水在作物生育期内进行合理分配使用进一步提供了新的依据。

根据作物需水过程确定节水灌溉制度是高效用 水灌溉的一项重要的非工程技术措施,投资少、见效快、适应面广,因此目前仍应加大力度进一步进行深入研究,并做好成果的普及推广工作。

4 结 语

节水农业是农业合理用水的高度概括,是一项 农业、水利技术紧密结合,水、土、作物资源综合开发的宏大的系统工程。 灌溉节水仅仅是节水农业的一部分,除此之外它还包括农艺节水措施(抗旱高产品 种选育、作物合理布局、适水种植、覆盖保墒、中耕除草、合理施肥、化学调控等)和农业管理节水 (政策、法规与体制)。节水农业要发展 ,技术是依托,管理是关键。 因此,只有加强农业用水的政策、法规的制定和管理,因地制宜地发展各项节水技术的综合集成, 最大限度地减少农田灌溉各个环节水的损失,提高 水资源的总体利用效率,才能实现真正意义上的全 方位节水。 而这也正是解决我国水问题的根本途径所在。

[ 参 考 文 献 ]

[ 1] 朱永达 , 朱冬麟 ,娄世忠 . 高产高效机械化节水农业技术体系初探. 农业工程学报 , 1998, 14( 2): 1～ 6

[ 2 ] 李宗植. 干旱地区摆脱缺水困境须综合治理. 光明日报 , 1999-02-01

[ 3] 康绍忠. 新的农业科技革命与 21世纪我国节水农业的

发展 . 中国农村水利水电 , 1997(增刊 ): 63～ 66

[ 4] 沈振荣 ,苏人琼主编 . 中国农业水危机对策研究 . 北京:

中国农业科技出版社 , 1998. 185～ 204

[ 5 ] 石元春 ,刘昌明 , 龚元石主编 . 节水农业应用基础研究进展 . 北京: 中国农业出版社 , 1995. 7～ 19

[ 6] 费良军 . 21世纪要大力加强地面节水灌溉技术的研究

与推广. 中国农村水利水电 , 1997(增刊 ): 33～ 35

[7 ] 冯广志 . 我国节水灌溉发展的总体思路 . 科学技术部农村与社会发展司、水利部国际合作与科技司编. 中国节水农业问题论文集 , 1999. 11～ 29

[ 8] 山 仑 , 张岁岐 . 节水农业及其生物学基础 . 科学技术部农村与社会发展司、水利部国际合作与科技司编. 中国节水农业问题论文集 , 1999. 30～ 41

[ 9 ] 石培泽 ,杨秀英 . 春小麦适度亏缺灌溉的节水增产效应. 干旱地区农业研究 , 1998( 2): 80～ 83

Present Situation of Water Resources Usage and Developing Countermeasures of Water-Saving Irrigation in China

Sun Jingsheng

( Farmland Irrigation Research Institute , CA AS , Xinxiang 453003)

Kang Shaozhong

( Northwest Sci -Tech University of Agriculture & Forestry )

Abstract: Based on the analy ses of the status quo of wa ter resources and ag ri cultural w ater use in China, the av enues to sav e w ater and the tech ni cal measures o f fa rm land ir rig atio n were ex plo red. In view of the eco no mic status o f China, the develo pment o f w ater-savi ng i rrig atio n sho uld lay the emphases on spreading w ater-sav ing techniques o f t ra nspo rting w ater, reinforce the research a nd ex tensio n o f surface i rrigation techniques and w ater-savi ng i rrig atio n schedules, a nd dev elo p sprinkler and micro-i rrigation techniques m oderately. And also , in order to increase wa ter use ra ti o and ef fici ency m aximally, emphasis should be laid o n integ ratio n of v arious w ater-savi ng technical measures to realize w ater-sav ing in all-round way of farmla nd i rrigation.

Key words: wa ter-saving ir rig atio n; avenues to sav e              w ater;              technical              m easures;              dev eloping countermeasures

99中国科技期刊进入国际权威检索系统国际研讨会成功召开

99中国科技期刊进入国际权威检索系统国际研讨会于 1999年 11月 18～ 21日在南京国际会议中心顺利召开。这次会议是由中国科技期刊编辑学会、中国高等学校自然科学学报研究会主办,中国药科大学承办的。 应邀出席此次会议的代表来自国际学术出版者学会( ALPSP)、英国电气工程师学会( IEE)及皇家化学会 ( RSC)、欧洲科学编辑不会 ( EASE)、 日本科学技术公司

期刊编辑第一次与国内外知名检索机构之间进 行直接深入的接触。与会代表就科技期刊的评价指标,各检索机构选择收录期刊的原则与要求, 期刊如生物医学与环境科学期刊、中国农业科技期刊等如何国际化、学术出版物的国际化趋势和国际发行市场等问题进行了深入的研讨。王应宽代表本刊编辑部参加了此次研讨会,会议期间与 美国工程索引( EI)、美国化学文摘( CA)、美国剑

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