一块薄膜就是座微型水库：新型节水技术从华北走向全国
华北既是世界最大超采漏斗区，又是我国最大设施蔬菜种植区。“最大漏斗”遭遇“用水大户”，节水压采形势异常严峻。2016年以来，全国农业技术推广服务中心开展“华北设施蔬菜软体集雨节水技术模式集成示范”，面对挑战拿出强势硬核攻略。
据该中心节水处处长杜森介绍，以河北为核心的华北是世界最大超采漏斗区，地表水开发殆尽，地下水超采严重，以集雨替代井水是协调生产生态的战略选择。软体集雨节水技术模式集成简言之就是棚面集雨＋软体窖储水＋水肥一体化，一年之中可边集边用、多次循环。根据降雨和设施棚面大小，在不同的用水方式下，农民可以合理安排作物及茬口，实现全面集雨、以水定产、节本增收。在京津冀的试验表明，与传统地面灌溉相比，采用设施棚面软体集雨＋水肥一体化技术，减肥药36.5%、省工44.4%、省电50%、增产11%~25%、售价平均提高0.5元/公斤、单棚经济效益增加5600~6100元。
经过30年发展，华北已成我国最大设施蔬菜种植区，面积逾3500万亩，产量超1.2亿吨，有效保障了首都经济圈、京津冀城市群蔬菜供应。作为与露地小麦并列的两大“用水大户”，设施蔬菜屏蔽自然降水，主要依靠抽取地下水，年耗水70多亿方，面临无水可用困境，成为节水压采难点和痛点。杜森说：“能不能解决用水问题，事关华北设施蔬菜产业生死存亡，事关京津冀城市群1亿人口蔬菜供应和700万菜农生计。”
2017~2018年，全国农业技术推广服务中心对京津冀和华北地区实施软体集雨技术情况调研、参数验证和效果试验。在北京市昌平区、大兴区，针对设施草莓、黄瓜、叶菜开展试验示范。在天津市西青区、静海县，设施黄瓜、番茄、白萝卜成为工作对象。在河北省衡水市、沧州市、承德市，建立设施青椒、草莓、韭菜、叶菜试验点。在陕西省延川县梁家河村、甘肃省天水市，果园用上了软体集雨技术。而在河北省承德市、天津市西青区、陕西省延川县，3次现场观摩教学有力推进项目实施。
“棚面集雨水质清洁，棚间建窖不占耕地，软体窖储水轻简成本低，水肥一体节水优质高效，实现雨水全集全用、全程节水、八成替代的目标。”杜森告诉记者。集雨补灌技术目前列入农业农村部绿色技术导则，结合旱作农业技术推广、地下水超采综合治理、高效节水灌溉等项目开展推广应用。与产业扶贫紧密结合，全国累计推广应用不同容积软体集雨窖1万余套。“全国农业技术推广服务中心将加大力度，与高标准农田建设、高效节水灌溉、地下水超采区综合治理、有机旱作农业、扶贫攻坚等工作紧密结合，从河北、华北、全国3个层次加快推广应用。”杜森说。
华北设施蔬菜软体集雨节水技术模式集成示范
□□全国农业技术推广服务中心 杜森 吴勇 张赓 陈广峰
以河北为核心的华北地下水超采严重，局部水位每年下降1~2米，最深超过300米，是世界最大超采漏斗区。华北农业有两大用水户：露地小麦和设施蔬菜。通过结构调整、抗旱品种、测墒节灌等措施，小麦节水正全力推进。设施蔬菜由于屏蔽自然降水，100%抽取地下水，面积3500多万亩，年耗水70多亿方，成为节水压采的难点，面临无水可用困境。能不能解决用水问题，事关华北设施蔬菜产业生死存亡，事关京津冀城市群1亿人口蔬菜供应和700万菜农生计。华北地表水开发殆尽，地下水严重超采，未来设施蔬菜唯一可用的水源就是降水。棚面屏蔽降水的同时也是天然集雨面，集成棚面集雨、软体窖储水和水肥一体化利用，以雨水替代地下水，是协调保生产和保生态双重目标的战略选择。通过项目实施，棚面集雨水质清洁，棚间建窖不占耕地，软体窖储水轻简低成本，水肥一体节水优质高效，实现雨水全集全用、全程节水、八成替代的目标。现将实施情况总结如下：
一、立项依据
蔬菜是我国第二大农作物，在日常生活中必不可少。华北是最大的设施蔬菜种植区，经过30年的发展，设施蔬菜从无到有、从小到大，面积超过3500万亩，产量超过1.2亿吨，有效保障了首都经济圈、京津冀城市群蔬菜供应，让大家盘中有菜、桌上有果。但华北设施生产完全依靠抽取地下水灌溉，华北超采问题越来越严重。如何解决用水问题，是新形势下华北设施蔬菜产业不得不面对、不得不探索、不得不解决的重大课题。
耗水量大、超采严重，不压采不可持续。华北设施蔬菜种植面积大，耗水量强度高，是华北仅次于小麦的第二农业用水大户。据调查，采用农民习惯的灌溉方式，设施蔬菜亩均用水量600~650立方米。因为设施棚面屏蔽，无法利用自然降水，几乎完全依靠地下水进行灌溉。华北设施蔬菜播种面积超过3500万亩，据估算每年抽取地下水超过70亿立方米。据监测数据，30年来华北局部地下水水位每年下降1~2米，目前地下水位最深已经下降到300米，总体形成12万平方公里的世界最大地下水超采漏斗区。近年来，国家实施华北地下水超采区综合治理，河北已压减小麦200万亩。为降低耗水量，部分院士专家联名呼吁要建立退出机制，大幅压减设施蔬菜种植。目前，华北设施蔬菜正面临无水可用的困境，已到了生死存亡的关键时刻，不解决用水问题，整个产业将难以为继。
保供给、保生计责任重大，压减影响大。华北设施蔬菜种植面积约占全国的60%，年生产蔬菜1.2亿吨以上，是首都经济圈、京津冀城市群及大华北地区最主要的蔬菜供应基地。据统计，北京市每年消耗蔬菜超过1000万吨，华北产区占供应量的88%，主要来自山东、河北和北京本地。尤其是冬春季节，南方供京蔬菜路途遥远，华北设施蔬菜是最直接和最可靠的供应来源。设施蔬菜也是农民的主要收入来源，是脱贫攻坚的支柱产业。华北设施蔬菜年产值超过3000亿元，解决了300多万农户近700万农民就业、生计和增收问题。正常情况下，1个标准大棚一年两季生产平均纯收入2万~3万元，是种植小麦玉米等大田作物收益的10倍以上，1个贫困户种植2个棚就可快速脱贫。如果不能保住华北设施蔬菜产业，京津冀城市群1亿多城市人口的蔬菜供应难以有效保障，华北700万菜农的生计也难以正常维持。
以集雨替代井水是协调生产生态的战略选择。华北地区干旱缺水十分严重，地表水已经开发殆尽，地下水已经严重超采，南水北调的水优先用于城市生活和工业。设施农业未来生产用水的唯一来源就是自然降水。但华北地区降水在年度内分布不均，主要集中在6~9月份，与生产季节错位。且设施农业屏蔽自然降水，不能直接利用。因此，创新设施蔬菜软体集雨节水技术，集成棚窖一体化集雨、新型软体窖储水和节水高效利用，以蓄集雨水替代地下水，用活天上水，少抽地下水，部分、甚至全面替代地下水，实现设施蔬菜雨养或半雨养，是拯救华北设施蔬菜产业、保障京津冀城市群蔬菜供应和促进华北菜农稳定增收的战略选择。
二、组织实施
项目实施以来，我单位坚持问题导向和目标导向，在组织上强协同，在设计上求高效，在应用上重绿色，在推广上抓带动，确保项目顺利开展。
融合聚力，协同攻关。单位领导班子高度重视创新项目，成立了以主要负责同志任组长的领导小组，按照“行业整合、专业融合、凝心聚力、协同攻关”的思路，组织节水施肥、设施栽培、病虫防控、蔬菜品种等4个专业10多个处室聚力攻关。主要领导带队赴山东寿光、河北承德调研设施蔬菜种植与集雨模式，赴华北地下水超采最严重的衡水、沧州等地开展设施农业灌溉情况摸底调研。整合科研院校、推广体系和生产企业力量，形成纵横结合、上下联动、多方参与的联系协调机制，为技术攻关、试验中试、示范推广提供支撑。加强部门协同，邀请水利部灌排中心、水规总院等单位参与水资源测算和灌溉方式等研究，组织相关企业开展软体集雨窖材料、设计和制造创新。试验示范中充分发挥种植大户、新型经营主体的作用，将农户需求与软体集雨窖设计、试验示范、效果监测等融合，以需求端引领技术和产品创新，确保技术模式贴近生产、易于落地。
研讨交流及会议交流
不同模式集成示范
新型水窖，绿色应用。采用新型软体水窖，在水窖安装、使用过程中充分考虑绿色可持续利用。一是棚间空地绿色使用。为保证足够的阳光照射，大棚之间应留6~8米的空地。华北地区耕地紧张，农民建设大棚时往往将棚间距缩小。这些空地被大棚分割、光照不足，不便耕种。为避免影响棚内作物生长，通常空闲或随意种植露地菜。软体集雨窖安装在棚间，不额外占用耕地，不影响棚内作物生长，实现了棚间空地的绿色使用。二是窖体材料绿色创新。软体集雨窖采用环保高分子EPVC织物涂层材料为膜材，在性能上全面超越传统砖石水泥集雨窖。强度高、抗拉伸、抗撕裂，拉伸强度（经纬）3800/3200牛/5厘米，撕裂强度（经纬）420/380牛，在5 厘米的长度上能够承受400公斤，相当于5个成年人重量的拉力；耐高温耐严寒，可在-30℃至70℃范围内正常使用；耐酸碱盐、阻燃性好，可在pH 1~12范围中使用，耐火烧。北方地区冻融和干湿交替情况下，砖石水泥窖很容易出现裂缝渗漏，新型软体窖则不受影响，使用寿命长达15~20年。三是制造安装生态环保。软体水窖根据实际尺寸在工厂里预制生产，采用无缝衔接一体成型，密封性好。现场安装简单，不需要水泥砖石，不需要硬化。施工速度快，200立方米的软体窖4~5个人1天就可装好，而同样人数修建200立方米 传统砖石水窖至少需要一周以上。
不同规格水窖与设施大棚结合
试点验证，示范引领。点上做验证，面上促示范。2017年我单位下发通知，在京津冀和华北地区开展情况调研、参数验证和效果试验。其中在北京市昌平区、大兴区设施草莓、黄瓜、叶菜上开展软体集雨技术试点验证和示范；在天津市西青区、静海县设施黄瓜、番茄、白萝卜上开展软体集雨节水技术试验示范；在河北省衡水市、沧州市、承德市建立试验点，开展设施青椒、草莓、韭菜、叶菜等软体集雨节水技术试验示范。此外，还在陕西省延川县梁家河村、甘肃省天水市开展果园软体集雨节水技术示范。在河北承德、天津西青、陕西延川组织召开3次现场观摩交流活动，开展现场教学，交流经验、分析问题、改进模式，有力推进了项目实施。利用各类媒体开展宣传，先后在农民日报、中国农技推广网等做了10多次专题宣传，拍摄《集雨补灌润田园》专题电视片，营造良好的舆论氛围。
专题片宣传及农民日报报道
现场观摩及技术培训
三、取得成效
本项目通过对设施蔬菜棚面集雨+软体集雨窖储水+节水灌溉高效利用模式的探索和验证，在点上取得了“四个实现”的效果，在面上有利于推动“两保两促”，为华北设施农业绿色高质高效发展奠定坚实基础。
点上集雨节本增收“四个实现”：
一是降水全量收集，种植全年使用。棚窖集雨面无下渗外流，窖体密封无蒸发损失，实现全量集雨。在雨季收集储存，避免涝害及水土流失；生产季节调剂使用，满足作物需求。
二是窖体绿色环保，降低投入成本。不额外占地。充分利用设施农业特点，软体集雨窖布置于大棚之间的空地，集雨面充分利用设施棚面，不额外占用耕地资源，提高土地利用率。软体集雨窖可定制，能够根据大棚间空地因地制宜设计形状、大小，满足实际需求。不破坏耕地。相对于传统砖石水泥集雨窖，新型软体集雨窖建设不需硬化土地，对耕地的破坏性小。水窖材质为绿色环保新材料，对环境无不良影响。水窖为可移动式设备，可在需要时铺设，不需要时回收，易于恢复耕地原状。投入成本下降。传统砖石水泥集雨窖建材多、工期长、成本高，新型软体集雨窖整体制作、一次安装到位，成本下降50%以上。如建设100 立方米传统集雨窖需7~10万元，新型软体窖只需约4万元左右，而且安装简便、无需频繁清淤、维护，降低了投入成本。
下表为软体集雨窖与传统砖石水泥集雨窖对比
注：包含土方、安装、施工等成本。传统砖石水泥窖因施工难度及安全性考虑，通常100立方米以上只能做成开放式的集雨池。
三是水肥耦合利用，提高农民收益。根据集雨数量和设施生产特点，集成高效灌溉和水肥一体化技术，建立灌溉施肥制度，实现水肥耦合。保证作物全生育期水分养分持续有效供应，最大限度发挥雨水资源作用，提高水肥资源利用效率。
在河北饶阳县黄瓜上的试验示范结果表明，与传统地面灌溉相比，采用设施棚面软体集雨水肥一体化技术，减少化肥农药投入成本36.5%、减少人工投入44.4%、省电50%、黄瓜产量提高11%~25%、销售价格平均提高0.5元/公斤、单棚经济效益增加5600~6100元。
四是雨水清洁适用，实现高产优质。传统集雨窖模式收集的雨水为地表径流，泥沙、杂物多，淤积导致水窖实际容积不断减少，清淤周期缩短，水质下降，用于灌溉时需多次过滤。常规灌溉用水尤其是浅层地下水和部分地区地表水矿化度较高，难以满足蔬菜种植水质要求。如天津市滨海地区土壤盐分含量高，井水pH为8.2，EC值高达3000μs/cm，含盐量高的灌溉水对番茄黄瓜等果蔬生长产生明显的抑制作用，导致产量下降、品质降低。天津、河北滨海地区一些地方的地下水已经不适宜进行设施果蔬的种植，菜农不得不忍痛放弃设施大棚。通过棚窖收集的雨水，很少有杂质进入，含盐量低，EC值不到200μs/cm，水质明显优于浅层地下水，甚至优于深层地下水和地表河水，一方面适合微灌水肥一体化利用，另一方面有助于提高蔬菜产量和品质。软体集雨窖所集雨水干净卫生，还可为家畜饮用水。
面上实现“两保两促”：一是新辟水源保产业。以收集雨水代替地下水实现设施蔬菜雨养生产，使华北设施生产用水从完全依靠抽取地下水转变为基本依靠天然降水，从根本上解决华北设施蔬菜产业缺水困境，保住了华北设施蔬菜产业，保住了京津冀城市群蔬菜供给。二是节水压采保生态。单个标准大棚一年可循环集雨400 立方米左右，可以替代抽取地下水，按一年两季中等耗水蔬菜生产计算，节水压采率为80%，为华北地下水超采综合治理提供全新的技术路径。三是提质增效促增收。设施蔬菜产业在，华北广大菜农增收致富的“钱袋子”就还在。同时由于雨水水质好，水肥耦合利用率高，蔬菜产量提高、品质提升，棚均节本增收5000元以上，农民“钱袋子”更加充实。四是绿色发展促转型。以绿色发展为导向，充分利用自然降水，减少地下水资源消耗，建立集雨节水为主的设施蔬菜种植体系，实现适水种植、以水定产，推动华北设施农业生产实现绿色转型。
此外，从区域水循环分析，设施棚面屏蔽了自然降水，这部分水一般通过径流汇入沟塘河流，大部分通过杂草吸收蒸腾和蒸发损失，小部分渗入土壤回补浅层地下水。软体集雨技术虽暂时阻隔了雨水的下渗，但最终是把原本应渗入棚内土壤的降水收集起来，回灌到设施农业中，大部分作物吸收利用，小部分深入土壤回补地下水，没有改变水资源的去向。且软体集雨实现密封储水，减少蒸发损失，提高了水分利用率。总体来看，集雨模式对区域水资源平衡和地下水补给的影响不大。
四、推广应用
经过项目实施，形成了适合华北设施蔬菜不同生产模式的软体集雨节水技术模式，验证了应用效果，为大面积推广奠定了坚实基础。在华北地区20多个市县区设立50多个示范区，针对10多种作物开展试验示范和模式集成。各级组织技术培训和观摩交流活动80多次，专家技术指导活动12次，培训指导农民4000多人次。集雨补灌技术列入了农业农村部绿色技术导则，结合旱作农业技术推广、地下水超采综合治理、高效节水灌溉等项目开展推广应用。与产业扶贫紧密结合，全国累计推广应用不同容积软体集雨窖1万多套。
下一步我们将加大力度，与高标准农田建设、高效节水灌溉、地下水超采区综合治理、有机旱作农业、扶贫攻坚等工作紧密结合，从河北、华北、全国3个层次加快推广应用。
河北省：2016年河北省设施蔬菜播种面积约1100万亩，年均降雨量500毫米，如果全面推广可集雨18亿方，可替代抽取地下水量的80%。
华北地区：以北京、天津、河北、山东、河南和山西6省为主，区域设施蔬菜播种面积3500多万亩，若全部实施软体集雨节水技术，按照降雨量500~600毫米计算,可实现集雨约60亿方，为2016~2017年度南水北调中线调水量44.92亿方的1.5倍，可替代抽取地下水80%。
河北应用
陕西应用
全国范围：我国设施面积5900万亩，软体集雨节水技术发展前景广阔。在西北地区，特别是陕西、甘肃、山西等地，针对2000多万亩果树种植推广旱地果园软体集雨节水技术模式；在西南地区，以四川、重庆、贵州、云南等丘陵山区为重点，针对3000万亩果树开展山地果园软体集雨节水技术模式。软体集雨节水技术模式对拯救华北设施蔬菜产业、保障京津冀城市群蔬菜供给、促进农民脱贫致富、服务国家节水行动具有重大的战略意义。