节水型灌区建设中农业节水关键技术的应用_李强强

DOI：10.20028/j .zhnydk.2022.22.019

节水型灌区建设中农业节水关键技术的应用

李强强

(新疆兵团勘测设计院(集团) 有限责任公司，乌鲁木齐 830000)

摘 要：尽管中国的水资源总量排名世界第六，但人均水资源可利用率约为世界平均水平的 1/4，此外，水资源在时空的 不均匀分布严重影响农业生产发展。基于此，该文分析国内节水农业技术发展现状和存在的不足， 并结合现代节水农业的发 展需要， 概述节水型灌区节水关键技术的应用研究和发展方向，以此提高农业发展效率。

关键词：节水型灌区；农业节水；关键技术；现状；决定因素

中图分类号：S274 文献标志码：A 文章编号：2096-9902(2022)22-0059-03

Abstract: Although the total amount of water resources in China ranks sixth in the world, the per capita utilization rate of water resources is about 1/4 of the world average. In addition, the uneven distribution of water resources in time and space seriously affects the development of agricultural production. Based on this, this paper analyzes the current situation and shortcomings of domestic water -saving agricultural technology, and combined with the development needs of modern water - saving agriculture, summarizes the application research and development direction of water-saving key technologies in water- saving irrigation areas, so as to improve the efficiency of agricultural development.

Keywords: water-saving irrigation area; agricultural water-saving; key technology; current situation; determinant

近年来，面对快速增长的农业发展需求，中国部分 地区出现严重缺水等情况，地下水位迅速下降，引发地 面沉降、咸水入侵，可以说日益减少的水供应对国内农 业生产有着重要影响 。作为世界上重要的农业生产区， 灌溉状况对作物产量和农户收入都有不可忽略的影响， 水资源将影响粮食安全和农业收入 。基于此，政府必须 对迫在眉睫的水资源使用危机作出反应，应用节水关键 技术实现农业高质量发展。

1 农业节水关键技术发展现状

1.1 发展成果

随着人口增长迅速，城市化进程加快，经济发展和 水资源之间冲突变得越来越尖锐。农业作为中国节水潜 力最大的产业，发展现代节水农业是确保国内粮食、水 和生态安全的重要战略措施 。国内部分地区由于气候、 环境以及资源的差异，使得发展农业必须充分利用好现 有禀赋， 由此发现在节水型灌区发展节水农业的重要 性。目前国内正处于传统技术升级与高新技术发展交织 的关键时期， 通过分析现代节水农业的发展现状和技术 需求，如何确定节水技术的研究重点和发展方向，对于 国内农业的发展、保障生态和粮食安全具有重要意义[1]。

国内目前虽然面临着日益尖锐的水资源供求矛盾 和农业用水过度消耗等问题， 但侧面反映出国内节水潜 力很大，农业技术发展也进入了一个新阶段。因此，节水 技术的分析开发被列为国家重点科技项目，主要从节水 灌溉新技术、水资源合理利用、主要作物节水灌溉系统 和设备等方面进行了深入全面的研究，同时在有关部门 的支持下实施了“现代节水农业技术体系及新产品研究 开发”的重大技术项目，并被列入国家 863 高技术研究 发展计划，重点突破国内节水农业技术发展的“瓶颈”问 题。这些项目的实施，既可以夯实节水研究的理论基础， 也可以为农业生产提供新的节水产品，通过技术水平的 提升为实现国内农业产业化提供有力支持。

1.2 存在的不足

当前， 国内农业节水技术的发展已有了一定的基 础，并取得了一些突破性的科研成果，在生产中也起到 了很大的作用。但仍存在一些不足制约着未来节水技术 的进一步发展：①农业节水基础资料积累不足，缺少全 面有效的数据信息支撑，对农业用水的监控分析也不到 位；②从基本原理到实际运用都存在着一些不足，没有 形成标准化、集约化的节水技术体系和应用模式；③节

作者简介：李强强(1987-) ，男，硕士，工程师。研究方向为农业水利工程。

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水设施及产品功能单一，使用寿命短，节水材料及工艺 研究相对落后，不能维持长期的发展使用，与世界先进 水平有一定差距；④干旱作物的开发与利用不足，缺少 一种有效的评估手段和指标，无法迅速地对农作物的抗 旱能力进行评估；⑤农业中使用的信息技术水平很低， 虽有智能手段但水资源管理的信息收集和传输可靠性 较差。上述原因阻碍了节水技术进一步在节水型灌区的 广泛应用， 不利于国内农业的高质量发展。

2 节水型灌区农业节水关键技术应用

目前国内在农业节水的发展方面取得一定进展，在 养分迁移理论、节水灌溉理论、作物水分转换等理论研 究上取得了重要突破 。将水养分转移动态模拟、作物需 水量计算模型与农业节水机制相结合，以此提高农业节 水技术水平， 同时为建立具有自主知识产权的现代节水 农业技术体系奠定了坚实的技术基础，促进中国农业的 高质量发展 。具体来看，农业节水技术主要分为以下几 个方面。

2.1 发挥传统节水技术效能

在农业改革开始之前传统技术就得到广泛使用，主 要包括畦灌、沟灌和农田平整，这些灌溉方法成本相对较 低，而且可以独立使用，不受其他农民所使用技术的影 响，因此具有明显优势。例如，农田平整可以使水更均匀 地分布在地块上，而无需设计堤坝或渠道来引导水流。除 提高产量外，还可以增加水分入渗，减少土壤侵蚀[2]。

考虑到农业发展存在较强的独立性，在节水技术选 取上家用技术在传统技术中占有较大比重。家用节水技 术主要包括塑料薄膜、抗旱品种、留茬少耕和高效节水 灌溉。这些技术的使用比传统技术时间晚。具体来说， 塑 料薄膜可以提高土壤温度， 从而使种植和收获时期提 前，以此提高产量和水分利用效率；抗旱品种包括任何 能够承受相对较低水分条件的种子品种，包括小麦、玉 米、棉花、小米、高粱、荞麦和亚麻都得到了广泛的推广 使用 。在某些情况下， 这些品种的产量比那些在降雨量 低于平均水平的年份不耐旱的品种增加了 10%以上； 留 茬少耕作为一种家用节水技术，意在表明作物收获后留 一部分茬在田间，以此通过减少土壤蒸发和提高产量来 发挥更大的水分利用效率 。从某种意义上讲，这项技术 类似于许多发达国家和发展中国家使用的免耕做法，但 在大多数情况下，只有在小麦作物和玉米作物收获后保 留残茬才能开始新一轮耕地；高效节水灌溉多使用一种 软管，将灌溉水输送到农民的田地。经过专家研究表明， 与大水漫灌不同，使用灌溉管每年可以节约多达 30%的 水资源，但因为该技术需要前期较大的资金投入，一般

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由村集体共同使用。使用时借助高效节水灌溉系统可以 提高用水效率、节省劳动力，同时减少输水过程中的水 资源渗漏， 降低供水成本。

2.2 利用生物技术挖掘节水潜力

农业节水技术是一项重要的研究课题，而利用生物 技术是其中的一个重要方面， 主要从作物自身提高产量 和用水效率， 实现高耗能农业生产向低能效高收益方面 转变 。 目前已经在多国得到广泛使用，例如通过转基因 技术来培育一些抗旱物种， 包括澳大利亚小麦品种、美 国棉花品种等 。这种农作物不但能节约水资源，还能耐 旱，产量稳定， 品质优良 。 目前，国内一些单位也利用转 基因技术的基因定位、分子标记及遗传改良，对部分作 物的水分生理机制进行研究，初步建立了培育一批节水

抗旱新品种的操作方法和指标体系，包括调节亏缺灌溉 (RDI) 、交替分根灌溉(ARDI) 和部分根系干燥(PRD) 技 术， 以此显著提高作物水分利用效率。可以说，与传统灌

溉方式相比， 上述灌溉技术可以在不减产的情况下减少 灌溉总水量， 降低蒸腾作用。

因此，生物节水的实质是通过生物途径高效利用水 资源，即利用、开发生物体的生理机能和遗传潜力，通过 利用少量或等量的水获得更多的农业产出和更好的经 济生态效益， 以带动农业发展的转型升级 。而生物节水 不仅应优先应用于作物生产， 还应该应用于农业和工业 的其他方面，如畜牧业、水产养殖、园林绿化、污水管理 和土壤环境保护 。利用生物技术节约用水的潜力，发挥 其在建设资源节约型和环境友好型社会方面的作用 。 2.3 促进高科技与农业节水的融合

目前，信息技术、智能技术和 3S 技术促进节水管理 的高效现代化，通过作物水分监测、信息采集、作物生长 模拟等多种手段实现农业信息的实时采集，可以说借助 计算机管理系统灌溉用水的管理从静态变为动态， 通过 信息整合，将数据库、模型库、知识库和地理信息系统结 合起来。比如，通过对作物水分蒸发的分析，得出了不同 季节的作物耗水量和气候因素的相关性，从而得出了不 同的土壤含水量和合理的灌溉时间。同时借助地面红外 测温器测定种植作物的冠层、叶片表面和周围大气环境 变化，从而判断作物所需的水分，以实现精准灌溉。在此 基础上，热脉冲技术也得到广泛使用，用于监测作物根茎 的水分流动和蒸腾作用，并提出了土壤水分监测预测的 理论方法。随着国内对于水资源重视程度不断增加，目前 已经形成了独具特色的节水灌溉模式，并逐步向信息化、 集约化、高效化方向发展。尤其是近几年，3S 技术在最大 程度上实现农业资源的高效利用，最大程度地发挥各地

区的水肥优势，从而实现了作物的增产增收[3]。 2.4 实现数字节水的广泛使用

考虑到农业对于经济发展的推动作用，中国农业科 学院、中国水利水电研究院联合完成对于农业水资源监 测与数据采集的技术研究， 并在此基础上提出了数字节 水的理念和理论设想，并研制了一套农业节水综合决策 系统，以期在实践中取得一定的效益，逐步缩小与发达 国家在此方面的技术发展差距 。可以说，先进制造技术 和新材料技术推动了节水产品的开发和升级， 多功能、 低功耗、高效环保以及智能控制是节水灌溉产品发展的 新趋势。在此基础上，国内利用先进制造技术和新材料， 加快节水产品的开发进度，以此提高产品性能，在节水 型灌区得到一定的推广使用，取得较好的效果。例如，利 用生物技术提高灌溉和施肥精度，借助信息技术和监测 技术获取大量信息，从而开发出能够从人工层面出发高 效利用水和肥料的专家管理系统， 使产品开发周期大大 缩短 。与此同时，西安交通大学和华中科技大学在中国 北方应用了先进的激光技术，研制了一种新型的低压滴 灌系统，借助新材料、新工艺通过大口径高强度塑料管 材实现农业滴灌区域全覆盖，以缓解北方地区天然存在 的农业用水不足等问题 。因此，随着国内节水农业投入 的增加，节水设备的技术进步和更新换代将迅速带动节 水型灌区相关产业的发展。

3 农业节水技术应用的决定因素

目前国内在农业节水产品的技术提升方面取得了 一系列成果，产生了显著的节水效益，包括温室微灌系 统设备、多功能保水装置以及自动喷灌机组等 。通过开 发一系列节水产品和设备，在节水农业技术体系整合与 示范方面初步建立了适合中国国情和不同地域特点的 现代节水农业技术发展模式。不仅提出了适合北方干旱 内河灌区、半干旱平原井灌区、半干旱平原沟渠灌区等 9 种区域性现代节水农业发展模式，还在国内华北、东 北以及华东季节性干旱地区建立了众多示范区，已节约 水资源约 24 亿 m3，农作物产量增加 25 亿 kg，经济产量 增加 48 亿元 。可以说，应用节水关键技术，建设节水型 灌区农业发展面临的窘境得到有效解决，但还有一些地 区、一些技术没有得到充分重视， 具体原因如下。

3.1 农民的农业节水意识

随着资源变得更加稀缺， 灌溉成本随着用水的增加 而增加，例如随着地下水位下降，使用抽取地下水的农 民平均灌溉成本也会提高， 在此基础上农民可以通过改 变作物的供水量或改变目前生产的作物组合来应对不 断上涨的水价， 由此减少灌溉次数，而这是理想的状态。

农民通过采用节水技术控制水量 。但现实情况是，许多 农民对于农业节水的意识不高， 没有节约用水的动力， 甚至认为频繁地学习并使用节水技术增加了播种难度 却没有产生较好的效果， 这似乎可以解释为什么经济发 达地区的农民使用农业节水技术的比例高于经济欠发 达地区的农民。

3.2 是否提供相关技术支持

在没有有关部门帮助的情况下，投资并使用成本高 效果好的新技术对农民来说难度较大，因为存在认知短 缺。对于传统农业来说，投资主要来自于农民自身、小部 分村庄和各级政府。而只有自动灌溉系统这种惠及全体 农民的设备才能得到政府投资，其他情况都需要个人出 资购买， 因此财富不足限制了农民购买此类设备的能 力，因此受各地经济发展水平的影响，在部分地区表现 为农业发展技术支撑的不平衡。

3.3 是否做到了有效推广

推广工作可能是农业节水技术能否在节水型灌区 广泛使用的一个重要因素 。作为一种潜在的信息来源， 推广的信息发布效果比其他渠道影响更为广泛，尤其是 农业相关的技术， 其信息来自网络、村委通知以及政府、 企业宣传 。因此，虽然仍有一些农民没有采用节水技术 发展农业令人失望， 但说明未来推广工作有很大的进步 空间 。考虑农村地区接收信息较为闭塞，可以通过点对 点的走访宣讲、邀请农学专家进村提供技术指导，能够 在一定程度上激励节水技术的广泛使用， 并由村委申 请、政府拨款购买相关设备以减轻农民的财政负担。

4 结束语

由于国土面积大、水资源分布不平衡等原因，国内 许多地区水资源短缺，严重制约了农业生产的发展 。因 此，实施节水灌溉在相应区域具有十分重要的意义 。在 此基础上，政府通过创新管理，在政策指导上予以支持； 相关机构继续发挥研究能力， 以新技术不断提升农业生 产力和节水能力，最终提高农业收入，并结合灌区的实 际情况，积极探索节水技术的应用， 以达到建设节水型 社会的目的，更好地带动国内农业经济的发展。

参考文献：

[1] 张兰.建设节水型灌区农业节水关键技术的推广应用[J]. 河南 水利与南水北调， 2020，49(2) ：27-28.

[2] 张欲铃.建设节水型灌区农业节水关键技术支撑的应用[J].农 业科技与信息， 2017(7) ：101-102.

[3] 哈斌，田学林.建设节水型灌区农业节水关键技术支撑的应用 [J].农业科学研究， 2007(4) ：61-63.

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