朱永达①

(河南农业大学 )

朱冬麟

(河南省机械设计研究院 )

娄世忠

(河南商丘农机推广站 )

摘 要 在分析中国水资源基本态势的基础上 ,提出高产高效机械化节水农业技术体系 ,对节水耕作栽培技术、节水灌溉技术、节水机械与装备技术和节水管理技术 4个子系统分别作了论述 , 给出了这个技术体系的结构图 ,为各地发展节水农业提供了一个思路和框架。 应强调指出 , 这是一个互相联系、互相协调的整体 , 必须按当时当地条件 ,选择适用技术 , 组成适用的技术体系才能收到高产高效节水的效果。

关键词 高产高效 机械化 节水农业技术体系

1 水资源利用的基本态势

1) 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。 中国人口占世界的 22% ,而淡水

资源只占世界总量的 8% ,人均水资源占有量仅 2300 m3 ,只相当于世界人均水平的 1 /4,是

世界上人均占有水资源最贫乏的 13个国家之一。 加之有限的水资源在时空分布上的不均匀,占面积 60% 以上的北方地区的水资源量不足全国总量的 20 % ,全国有 10个省(市、自治区)人均水资源占有量低于国际公认的人均水资源占有量的最低限 1000 m3。

2) 水资源浪费十分严重。 我国农业用水占社会总耗水量的 80% 以上,但有效性很差。目前,中国年灌溉用水量约 3800亿 m3 ,有效利用率只有 30 % ～ 40 % ,而先进国家已达70% ～ 80% ,中国每 m3 水的粮食生产能力不足 1 kg ,先进国家一般为 2 kg。 以色列达

2. 35 kg。节水的重点在农业 ,这是无疑的。但决不是城市用水、工业用水、生活用水就无关紧要了,全国工业用水重复利用率平均不到 50% ; 城市人均生活用水平均每天约 100 L,有的高达 400 L;全国废污水 385亿 m3 ,只处理了 15% ～ 20% ,未经处理的废污水不仅白白流失,而且污染了环境和水源。

3) 水对农业、对国民经济发展的极端重要性和紧迫性,江泽民总书记在十五大报告中 明确提出: “要多渠道增加投入,加强农业基础建设,不断改善生产条件。大力推进科教兴农 , 发展高产、优质、高效农业和节水农业”。 1996年 6月江总书记在河南考察农业和农村工作时的讲话中强调: “各级领导同志都要有一种强烈的意识,就是十分注意节约用地,节约用水。这两件事涉及农业的根本,人类生存的根本,在我国尤其意义重大”。 1998年 3月 13日九届人大一次会议期间江总书记在参加河南代表团讨论时,再次强调指出: “我国北方水资源短缺的情况越来越严重,要特别重视发展节水灌溉”。李鹏、朱钅容基、李岚清等中央领导同志也都反复强调节水的重要性。

收稿日期: 1998-04-20

①朱永达 ,教授, CS AE高级会员 ,郑州市文化路 95号 河南农业大学机电工程学院 , 450002

2 高产高效机械化节水农业技术体系

2. 1 什么是节水农业?

节水是相对概念,不同条件节水要求不同。 但就其实质看,是要使有限的水资源生产出尽可能多的农产品,获取尽可能高的农业收益。从此意义讲 ,节水农业是高产高效用水农业。

2. 2 节水农业技术体系

节水灌溉是节水农业中非常重要的技术内容,但不是充分的,更不是唯一的。 首先必须有相应的节水农艺,同时还需要有作为先进的节水农艺与节水灌溉技术载体和工具的机械 与设施,以及与上述各项硬技术相适应的节水管理技术。 所以,我们提出建立高产高效机械化节水农业技术体系。 这个技术体系以高产、高效、节水为目标,以机械化为手段,包含节水耕作栽培技术,节水灌溉技术,节水机械和装备技术和节水管理技术 4个子系统, 4个子系统协调运行才能实现高产、高效、节水的目标(图 1)。

图 1 高产高效机械化节水农业技术体系内外关系结构示意图

Fig. 1 The structur e o f the inte rna l a nd ex ternal on the high -yielding a nd high-efficie ncy techa nical system o f mecha nized wa ter-sav ing ag riculture

从图 1可以看出,节水耕作栽培技术子系统是基础性主干系统,节水灌溉技术子系统是节水的关键技术子系统。节水机械和装备技术子系统是手段、工具和载体。节水管理技术子 系统是调控中心。

2. 3 节水耕作栽培技术

1) 选育耐旱作物和品种 在缺乏地面水和地下水的旱作区尤其要选种耐旱作物和品种,秆要矮,减少蒸腾; 主根扎得深,能吸取更多深层土壤水。

2) 蓄水保墒技术 各地都有许多行之有效的技术,综合起来看有: 培肥改土、深耕、中耕除草、地膜覆盖、秸秆覆盖、浅耕深松或间隔深松(河北的虚实并存耕作法)、起垄覆膜、沟内种植 (山西寿阳的农田微集水保墒技术)、宁夏的反坡梯田、陕西的沟播技术等,这些技术都可使土壤蓄水能力增加,土壤蒸发减少。

3) 化学调控技术 目前实用的主要有: 保水剂拌种或包衣; 抑蒸剂(黄腐酸)。

2. 4 节水灌溉技术

2. 4. 1 节水输水 我国传统输水渠道由于渗漏和蒸发,输水损失达 35 % 左右,有的高达50% 以上。 因此,输水过程中节水潜力很大,常用方法有渠道防渗和低压管道,低压管道避免了渗漏、蒸发及渠床上杂草蒸腾的耗水,地埋低压管道输水可比土渠输省水 40% ,还可少占耕地 1. 5% ～ 3. 5 % ,为进一步节水,应生产闸门孔管,把水直接引入灌溉沟畦。

2. 4. 2 节水地面灌溉 这是最古老传统的方法,一般以此作为节水灌溉的对比基础,但是,

地面灌溉技术也有许多改进。 主要有以下几个方面:

1) 设计合理的沟畦尺寸,一般说较小的沟畦尺寸,灌溉均匀度和灌水效率较高,具体尺 寸按不同地形、土质而异,建立数学模型,通过计算机模拟可以给出适宜的沟畦尺寸和灌水 技术参数。

2) 改进沟畦放水设施,采用虹吸管(用于明渠输水)或闸门孔管 (用于管道输水)放水,

与人工开口放水相比,田间水利用率可提高 5% ～ 10% 。 但目前这些设施尚未批量生产。3) 改进放水方式,把传统的一次放水改为间歇放水(称为波涌灌或间歇灌) ,这样放水

可使沿沟畦长度方向的水量分布更均匀,田间水利用系数可达 80 % ～ 90 % ,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 靠和价格适宜的控制阀 (机械式的或电子控制的 )。

4) 膜上灌 在地膜覆盖的情况下,水在覆膜的沟上流动,到长出作物的孔处渗入土壤,

一般可节水 25% ～ 35% ,增产 15% ～ 20% 。

2. 4. 3 喷灌 优点是灌水均匀,少占耕地,省劳力,适用于各种地形,缺点是一次投资大,作业受风影响,高温、大风天气喷灌过程中蒸发损失较大。 喷灌系统的形式很多,有固定式、半移动式、滚移式、可移动的圆形喷灌机和平移喷灌机、卷管式喷灌机等多种形式,各有利弊, 适用不同条件 ,应因地制宜地选择。

2. 4. 4 滴灌 通过输水管经滴头把灌溉水直接送到作物根部附近,真正做到灌作物而不是

灌土地,可长时间使作物根区处于最合适的湿度,关键是解决滴头的堵塞问题 (包括机械的、生物的和化学的三类堵塞)。滴灌有固定式和半固定式地面滴灌 ,膜下滴灌和地下滴灌,可按具体情况选用。

2. 4. 5 微喷灌 与滴灌相似,用微喷头代替滴头,不易堵塞,特别适用于果园。 温室中使用

时,空气湿度太大,故不如滴灌。

2. 4. 6 座水种 这是广大旱区农民在抗旱中创造的方法。 在播种的同时灌适量的水,保证种子出苗。 近年在李岚清副总理的倡导下,已经研制出多种座水播种机具,可以适用于春小麦、春玉米和夏玉米硬茬播种。 但它必须有配套的输水车和苗期灌溉设备(或机具 )。

2. 4. 7 集水工程 对缺乏地面水和地下水的旱作地区,首先要做的是把有限的天然降水集

蓄起来,以备干旱时使用。 西北各地的集雨水窖就是一种行之有效的方法。

2. 5 节水机械和装备技术

节水耕作栽培技术与节水灌溉技术的大面积推广实施,要求有相应的机械和装备,节水 灌溉机具包括管道与放水装置、控制阀、喷灌机、卷管机、座水播种机、滴灌装置与微灌装置等。 节水耕作机具包括深耕犁、深松机、化肥深施机、秸秆还田机、起垄铺膜机、铺膜机、沟播机、中耕机、修筑反坡梯田的工程机械、种子包衣机、喷雾机 (器 )等,如此众多的机具和装备必可带起一个拥有巨大市场的农机工业。

2. 6 节水管理技术

各项节水技术要由千家万户的农民在千差万别的农田中去实施,使用的机械和装备也 种类繁多,显然,如果没有科学的管理是难以取得预期效果的。 具体说节水管理技术包括政策、法规的制订、监管实施; 节水管理组织形式、规划设计、投资体制、科技推广服务体系,考核评估指标与方法等,就我国目前情况看,主要应做好以下几件事:

1) 转变观念 首先是要从可持续发展的战略高度出发,树立水危机意识。 其次要把水资源的开发利用由社会公益型向市场效益型转移。第三要由单一的国家负担 ,向国家、集体、个人共同负担的多元投资体系转换。 鼓励灌溉机械与装备的生产企业以一条龙服务的方式投资节水农业。 第四依法治水,依法管水,增大执法监管力度。

2) 走产业化经营之路 这里主要指各种以知识和技术进行服务的产业化经营,包括农艺设计,农田节水灌溉系统设计,农田作业机具配备等的规则设计服务,以及各项农业作业 服务如灌溉服务、植保服务、机耕服务、机播服务、机收服务等。可以先从单项服务做起 ,逐步扩展形成综合服务公司(或站队)。 就灌溉服务而言,可以通过组建灌溉公司、灌溉服务站(队)、灌溉合作社等形式,以单项的或全过程的灌溉服务起步,逐步形成一个多级多层次的 灌溉产业。 大江大河大湖水利枢纽工程由国家投资兴建和经营管理;地方中小型水利工程, 特别是县域范围水利工程,由地方投资兴建和经营管理; 配水点以下的农田灌溉,由农民自己投资经营管理。各级的经营管理组织均应成为自负盈亏、自主经营的法人企业。这些企业 中要有一支农学、水利、农机、经济管理等学科技术人员组成的技术队伍,针对各地情况,进行规划设计,组织实施。

3) 加大科技投入 组织好科技攻关和示范、试验、推广,加强技术培训,特别是乡村两级管水用水人员的技术培训。

4) 科学的考核评估 目标是高产、高效、节水,这三个目标都是相对的,由于采用不同技

术所需投资和增产效果都相差很大,必须因地制宜协调 3个目标,选用最适合当地当时情况的技术。 但无论如何必须强调节水,否则就与一般农业技术体系没有差别了。 因此,除单位面积产量( kg /hm2 ) ,单位面积纯收益 (元 /hm2 ) ,单位农产品纯收益(元 /kg)这 3个效益指标外,更应强调灌溉水的利用率和水的生产率( kg /m3 )。以色列目前灌溉水的利用率为 0. 9,水

的生产率为 2. 32 kg /m3。 中国农科院在山东桓台县研究形成的农业高效用水模式,使灌溉水的利用率达到 0. 93～ 0. 96,水的生产率达到 2. 6 kg /m3 ,已超过以色列。 这表明我国有很大节水潜力,各地区应按具体条件拟定分阶段的具体目标。

图 2 高产高效机械化节水农业技术体系结构图

Fig . 2 The str uc tur e of the hig h-yielding and hig h-efficiency tech nica l system o f mechanized wa ter-saving a gricultur e

2. 7 高产高效机械化农业技术体系

图 2是高产高效机械化农业技术体系的结构图,应指出这是一个概略的综合,肯定还有不完善之处,有待不断改进。 此外,还应特别指出: 这个体系实际上主要是针对种植业,特别是粮食生产的 ,就大农业而言,林业、牧业、渔业同样有节水的问题,本文尚未涉及,希望引起大家关注。

参 考 文 献

1 张春园. 走节水灌溉之路 . 中国科技信息 , 1997( 23): 7～ 8

2 国家科委农村科技司 . 解决 21世纪 16亿人的饥渴— 中国农业水危机对策报告 . 中国科技信息 , 1997( 23): 4～ 6

3 司徒淞 ,张 薇 . 节水农业与实践. 农业工程学报 , 1996, 12( 1): 200～ 203

4 赵聚宝 , 钟兆站 ,薛军红等. 旱地春玉米田微集水保墒技术研究 . 农业工程学报 , 1996, 12( 2): 28～ 33

5 刘洪禄 , 杨培岭 ,曾德超 . 地面灌田面行水流动的数值模拟及应用. 农业工程学报 , 1997, 13( 3): 71

～ 75

6 贾大林. 农业高效用水模式 . 节水灌溉 , 1997( 4): 4～ 8

7 陈大雕. 我国节水灌溉技术推广与发展状况综述. 节水灌溉 , 1997( 4): 21～ 26

The High-Yielding and High-Eff iciency Technical System of Mechanized Water-Saving Agriculture

Zhu Yongda

( Henan Agricultural University , Zhengzhou )

Zhu Donglin

( Henan Academy of Machinery Research and Design )

Lou Shizhong

( Shangqiu Station of Agricultural Mechanization of Henan Province )

Abstract Based o n the analy sis o f the prim ary situa tion of w ater resources in China and the co nno tatio n o f w ater-sav ing ag riculture, the hig h-yielding and hig h-ef fici ency technical system of m echa ni zed w ater-savi ng agriculture was put fo rwa rd. The system aims at high- yielding , high-effici ency a nd w ater-sav ing , with mechani za tion as i t s approach. It co nsists o f fo ur subsy stem s, i. e. , the technolog y of w ater-savi ng cultiva tion, the techno logy o f w ater-sav ing irriga tion, the tech nolog y o f w ater-savi ng machinery and equipment and the technolog y o f w ater-savi ng management, The subsystem o f wa ter-savi ng cultiv atio n tech- nolog y i s the basic m ain subsystem a nd the subsy stem of w ater-sav ing ir rig atio n technolo- g y is the key tech nolo gy subsystem , with th e w ater-sav ing machinery and equipment tech- nolog y subsystem being the approach, the tool and the carrier, a nd the subsystem of wa- ter-saving m anag em ent i s the co ntrol center. These fo ur subsystem s sho uld be opera ted coo rdina tely so as to realize th e o bjectiv es of high-yi elding , high-effici ency and w ater-sav - ing . The inter ra tion betw een the four subsy stems w as show n by a fi gure. On the basis o f the separate discussio ns of the fo ur subsy stem s, a structure illustrutio n are given. A t rain o f tho ugh ts and a f ramew ork are prov ided fo r the dev elopment o f w ater-sav ing ag ri culture everyw here. Tha t i s a who leness of interra tio n a nd interco ordinatio n and the actual effect o f high-yieldi ng , hig h-ef fici ency and w ater-sav ing w ill no t be achiev ed unless suitable technologies are cho sen accordinary to the co ncrete co nditions of dif ferent areas.

Key words high-yieldi ng and hig h-ef fici ency , m echa ni zatio n, the technical system o f wa ter-saving ag riculture