农业水资源的高效利用与可持续发展_胡和平

1、农业水资源的高效利用与可持续发展胡和平雷志栋杨诗秀(清华大学 北京市 100084摘要 从农业现代化及农业可持续发展的角度 , 论述了 21。 我国的水 资源总量是有限的 , 随着国民经济的发展和城市化进程的加快 ,长 , 甚至是负增长 , 所以 , 提高农业水资源的利用率 , 。 我国目前一方 面水资源十分短缺 , 而另一方面却存在农业用水效率低下 、 , , 也 是可行的 。 现代高新技术 , 。关键词1的重大挑战 “ 21, 这一话题在前一阶段 被闹得沸沸扬扬 , 尽管问题的提出者似乎是别有用心 , 但是他提出的这个问题是值得我们深思的 。 中国是一 个拥有 12亿人口的国家 , 占世界

2、人口的 22%, 估计到 2000年将达到 12. 94亿人口 , 2010年达到 14. 43亿人 口 。 解决中国人的吃饭问题是一个十分艰巨的任务 。 要解决吃饭问题 , 首先要有资源 , 最重要的就是土 地资源和水资源 。 中国幅员辽阔 , 地大物博 , 自然资源 丰富 , 绝对量居世界前列 。 然而这些资源由 12亿人来 分摊 , 人均资源量就非常少 , 远远低于世界水平 。 所以 说土地资源和水资源的短缺是制约 21世纪中国农业 发展的一个极为重要的因素 。中国的河川径流总量居世界第 6位 , 水资源总量 为 28000亿 m 3, 人均只有 2480m 3, 仅为世界平均数 的 1

3、 4。 中国国土的大部分地区都存在着不同程度的 水资源短缺问题 , 并成为制约 21世纪中国社会经济 、 工农业发展的主要因素 , 尤其是对用水量占总用水量 80%的农业起着决定性的制约作用 。对于农业水资源来说 , 问题还不仅仅是短缺 , 更为 严峻的是在 21世纪 , 农业用水量只能是零增长 , 甚至 是负增长 。 随着社会经济的发展 , 人们生活水平的提 高 , 对水的需求量急剧增加 。 然而 , 地球上的水资源是 有限的 , 用水的增长不可能是无限的 , 当达到一定的极 限状态时就会出现零增长 , 世界上有些水资源贫乏的 地区 , 如以色列就已经或将要出现这种现象 。在水资源相对贫乏的

4、中国 , 随着社会经济持续稳 定的发展 , 城市化进程的不断加快 , 工业用水和生活 用水将会出现大幅上升 , 在总量有限的条件下 , 农业 用水势必减少 , 从这个意义上说 , 农业水资源将出现 负增长 。例如北京市的密云水库 , 50年代末修建初期 其主要目的是灌溉 , 而现在主要是供应北京的工业及 生活用水 。2现代农业是高效用水的农业水利是国民经济和社会发展的命脉 , 更是农业的 命脉 。 水是一切农作物生长的基本条件 , 农作物在整个 生长期中都离不开水 , 没有水就没有农业 , 中国能以占 世界 8%的耕地养活占全球 22%的人口 , 其根本条件 之一就是有 40%的耕地是灌溉农田

5、以及建立在灌溉 条件下的作物多熟制与高产栽培综合技术 。 联合国粮 1984年出版的 发展中国家土地潜在供给能 估计在无水利投入的情况下 , 中国的土地仅能养活 . 12亿人口 。 新中国成立以后 , 粮食产量有了大幅增 长 , 而这个增长是和灌溉面积的增长同步的 , 所以说要 达到 2000年时粮食产量达 5000亿 kg 的目标及 21世纪农业的持续稳定发展 , 必须扩大灌溉面积 。 据专家 , 要解决中国的粮食问题 , 灌溉面积必须达到 667万 hm 2左右 。要扩大灌溉面积 , 必须有足够的农业水资源 , 然而 现实是农业不可能长期维持用水第一大户的地位 , 未 来的农业用水只能是零

6、增长或负增长 , 用水量是不能 31中国农村水利水电 (农田水利与小水电 1999年第 1期 扩大的 。 因此 , 唯一的选择只能是提高水的利用效益 , 减少水的浪费 , 从农业节水上挖潜 , 从而达到扩大灌溉 面积 、 提高粮食产量的目的 。由于中国对农业水资源管理不善 , 先进的农业节 水技术和现代化的管理措施没有得到大面积的应用和 推广 , 水资源的浪费是非常严重的 。 中国主要灌区的渠 系水利用系数只有 40%60%, 也就是说大约有一半 , 在田间灌水中 , 习惯了大畦漫灌 , 每次的灌水量过大 , 总的灌溉定额也偏大 , 北方灌区的 25倍 , 浪费是惊人 的 。 有人估计 , 每

7、年农业浪费的水量达 1000亿 m 3。 所以说发展高效用水的农业不仅是必须的 , 因为 农业水资源的零增长或负增长 ; 同时也是可能的 , 因为 农业用水还存在着很大的浪费 。 提高水的利用率 , 发展 节水农业是解决未来农业水资源短缺的根本出路 , 也 是现代农业的基本要求 。3发展高效用水的现代化农业是长期的战略任务 若按中国未来人口 15源量每人每年仅为 1875m 37m 3, 而可供水量仅 有 6000亿 m 3。 , 作为用水量占 80%, 让有限的农业 水资源满足农业生产的需要 , 农业节水是长期的战略 任务 。农业灌溉将水自水源输送到农田 , 满足作物需要 可以划分为三个环节

8、 , 第一个环节是通过灌溉输配水 系统 , 将水自水源引至田间 ; 第二个是在田间地表水 入渗到土壤中 , 在土壤中再分配转化为土壤水 , 而后 被作物吸收 ; 第三个是作物吸收水分后通过光合作用 将辐射能转化为化学能 , 碳水 化合物 。高效用水的目标是极大地提高上述三个环节水的 转化和产出效率 , 既节水又高产 。 在第一个环节上 , 要 提高输水的效率 , 其措施是通过工程的投入 , 实行输 水渠道的配套 、 防渗 , 将来实行输配水管道化 , 从而 大大减少渗漏损失和蒸发损失 。 在第二个环节上 , 要 合理地调控农田水分状况 , 使引进田间的水最大限度 地为农作物所利用 。 在第三环

9、节上就是要调控土壤和 地表面附近的大气环境 , 使农作物的生长有一个良好 的外在环境 。 对于第二 、 三环节要逐步推广喷灌 、 滴 灌等先进灌水技术 、 田间覆盖保墒技术 , 并加强田间 。中国高效用水农业的形成必须以农业灌溉技术变 革为前提 ,溉理论为先导 。 其理论框架和技术体系是 :以高效用水为节水高产的灌溉目标 ; 以土壤水分转化和消耗规律 为中心的农田土壤 -植物 -大气 (SPA C 理论 ; 以作 ; 以水分调控 指标和手段为中心的技术体系 。目前 , 先进灌水技术的推广步伐正在加快 , 但受经 济实力的制约 , 在相当长的时间中国仍将以地面灌水 为主要灌溉方式 , 因此 ,

10、地面节水灌溉技术应是目前推 广先进灌水技术的重点 。 其主要方法有 :加大田间流 速以减少渗流 ; 实行输配水的管道化以减少用土渠 输配水的沿程损失 ; 对现有渠道进行防渗改造以减 少渗漏损失 ; 发展间歇灌溉 , 以增加灌水流速 , 减少 深层渗漏损失 。另外 , , 还要重视非技术措 施 , , 农业水资源立 法 , , 从而提高农业用水的 , 。现代农业是以现代科学的高新技术的应用为标志 的 。 目前已进入信息时代 , 信息技术在农业上的应用是 未来农业发展的重要技术措施 。 在西方发达国家 , 通过 遥感 (R S 、 地理信息系统 (G IS 、 地球定位系统 (GPS 及计算机网络

11、获取 、 处理 、 传送各类农业信息的应用技 术已到了实用化的阶段 , 欧共体将信息及信息技术在 农业上的应用列为重点课题 , 美国农业部建立了全国 农作物 、 耕地 、 草地等信息网络系统 , 可以说信息技术 已成为现代农业不可缺少的一部分 。为了建立高效用水的农业 , 将信息技术 , 尤其是 “三 S ” 技术 (R S 、 G IS 、 GPS 引入农业节水的非工程措 施中是十分必要的 。 中国在这方面的工作也开始起步 , 如作物估产 、 土壤含水率分布的监测等 , 但在实际应用 上还有一定的困难 。 但是在 21世纪 , 空间遥感将会得 到大力发展 , 将有更多的卫星被送上太空 , 特

12、别是微型 卫星 、 小型卫星阵列 、 高光谱扫描卫星 、 高分辨率卫星 等 , 这就有可能为我们提供更多的信息 , 从而使信息技 术和 “三 S ” 技术应用到农业生产的实际中去 。应用 “三 S ” 技术可以提高水的利用效益 , 发展高 效用水农业 。 例如 , 建立 , 对全 国的农田墒情进行监测 , 为农业灌溉用水和抗旱减灾 服务 。监测土壤墒情 , 同时与当时当地的作物需水量相 结合 , 从而确定灌溉用水是精确管理田间用水的最有 效 、 最直接的方法 。 目前发达国家的先进灌区都以墒情 监测作为节水和用水管理的主要依据 , 根据气象观测 资料 、 土壤墒情资料 、 作物长势资料确定作物

13、的灌溉水 量及灌溉时间 , 及时提供用水信息 , (下转第 17页 41农业水资源的高效利用与可持续发展胡和平雷志栋杨诗秀 表 3灌水均匀度滴头形式孔口式v C u发丝管v C u内镶式 v C u日期 (月 2日 0621806218062190622006221062220622319. 170. 91722. 430. 79323. 760. 85024. 930. 89828. 130. 91628. 230. 91527. 170. 93927. 400. 94730. 470. 89629. 480. 94329. 480. 95531. 540. 94130. 210. 9582

14、9. 010. 94817. 890. 915 21. 700. 907 22. 750. 911 24. 970. 923 28. 070. 924 28. 760. 932 27. 370. 962灌水前的数据 。5分析与讨论(1 孔口式滴头与台风滴灌带的灌溉前初始含水 量分别为 19. 17%、 17. 89%, 初始土壤含水均匀度系 数均为 0. 92, 二者基本相当 ; 而发丝式滴头的灌前初 始含水量为 27. 4%, , 初始含水均匀度系数为 0. 95,含水量分布较为均匀 。(2 m 3hm 2, 即每小 区实际灌水 272L , 、 发丝微管 、 台风带的 灌水历时依次为 34

15、、 51、 182m in ; 各自灌水完成后立 即测得的土壤含水量均有所提高 , 但土壤含水量均匀 度系数均有所降低 , 其中孔口式滴头降幅最大 , 均匀度 系数仅为 0. 79, 这是由于孔口式滴头流量大 , 灌水历 时短 , 水在土壤中分配时间短所致 。 (3 随着灌水次数的增加及累计灌水量的增加 , 灌 水均匀度有所提高 , 其中管内式滴灌带 (台风带 至灌 水结束 48h 后达 0. 96, 发丝管达 0. 95, 孔口式滴头达 0. 94, 而且孔口滴头 、 台风带在停灌后所测土壤含水量 虽有所下降 , 但在土壤水分浸润作用下 , 灌水均匀度一 直平滑上升 ; 发丝管在停灌 24h

16、 后均匀度略有降低 。 (4 在整个灌水过程中及停灌 48h 后 , 孔口式滴, 而发丝管则有所 下降 , . 94。(5, 而且在土壤不饱和 。以孔口式滴头 、 发丝式滴头 、 内镶式滴灌带作为地 下滴灌的灌水器经 2年多的应用后 , 其灌水均匀度仍 保持在相当高的水平 ; 孔口式滴头和台风带内镶式滴 头抗堵塞性能较好 , 发丝式滴头流量降低幅度较大 , 原 因待查 。对三种滴头的地下滴灌的 2年实验表明 , 地下滴 灌技术在实际中是可以运用的 , 但仍须对灌水器选择 及系统布置等方面继续开展研究 。 作者简介 吕谋超 , 男 , 30岁 , 助理研究员彭贵芳 , 男 , 58岁 , 研究员(收稿日期 :1998206230(本文编辑 :杨华 (上接第 14页 从而使农业灌溉管理更加科学化 、 精确化 , 达到农业用 水的科学管理和节水的目的 。旱灾是威胁中国农业生产的主要自然灾害 , 在干 旱灾害的防治上 , 墒情监测无论是在掌握区域性旱情 分布及受旱程度上 , 还是在水资源日益紧缺情况下的 农业用水管理上 , 都是一个十分重要的指标 。 根据土壤 墒情及气象观测资料 , 可以及时了解旱灾的分布及旱 情的严重程度 , 从而为建立