浅议农业节水技术的发展与创新-

1、第40卷第4期2004年12月甘肃水利水电技术G ansu Shuili Shuidian Jishu Vol 140,No 14Dec 1,2004决策参考浅议农业节水技术的发展与创新赵建平(甘肃省水利水电学校,甘肃兰州730020摘要:分析阐述了当前国内外农业节水的主要技术途径、方法、技术措施以及各种节水技术的发展背景、发展状况和存在问题,对当前农业节水技术的发展和技术创新进行了全面系统的概要总结。关键词:农业;节水技术;发展;创新中图分类号:TV21319文献标识码:B 1引言世界性的水资源日益紧缺,为人类的发展敲响了警钟。要进一步发展灌溉面积,解决人类的生存和发展问题,推进经济社会的可

2、持续发展,就必须大力推动节水灌溉,发展节用。2农业节水技术途径与方法211生物节水技术进入90年代以来,生物技术领域极为活跃。随着水资源的日益紧缺,合理利用劣质水资源进行灌溉的问题受到世界各国的普遍重视,利用基因工程培育耐盐作物品种已成为生物节水的新途径。另外,目前的有关研究还试图在改变植物的遗传特性,即通过基因工程手段,在弄清抗旱、耐盐分子机制和基因功能的基础上,将重要的基因转入植物体,使其获得某个或某些自身不具备的遗传特性或生化途径,从而获取植物抗旱特性的重大变化,达到生物节水的目的。212信息节水技术近年来,随着计算机网络技术在农业节水领域迅速发展,卫星定位系统(GPS 技术的民用化,推

3、动了信息技术在农业节水领域的广泛实践。运用计算机技术进行灌溉管理和监控在发达国家已逐渐得到普及。美国的一些灌区均不同程度地建立了自动监测与控制系统。安装在野外的各种电子仪器,将受控制的多处建筑物处的渠道水位、闸门开启度、其他输配水信息和灌区土壤水分监测状况,通过微波中继站传送到控制中心的计算机终端,在那里分析作物需水情况,对每个闸门计算流量,把数据自动转换成模拟信号,再由计算机进行分析和管理。配水员可根据需水要求在中心室即可操纵闸门和机泵的启闭,其运行情况及结果均显示在屏幕上,并由打印机随时随地可按指令打印,作为永久记录。在发展中国家信息节水技术也有强劲的发展势头。国内在甘肃景泰川灌区也已初步

4、实现了灌区调度管理的信息化,由计算机对灌区提水泵站、渠道输水闸门的启闭及开度等进行灌区用水管理上也利用计算机技术进行优大大提高了灌区水的利用率。甘肃张掖。70年代,我国科学家发(FA 是一种理想的抗旱材料。河南省科学院化学所等单位协作首先研制成功了抗旱剂1号(FA 。近10多年来,国内部分科研院所也相继开发研制出了多种类型的抗旱剂。据有关文献报道,FA 旱地龙具有抗旱和生长营养的双重功能,具有缩小气孔开度,减少水分蒸腾的作用,能够提高多种酶的活性和叶片叶绿素的含量,同时它还是农药增施缓释剂,能够络合金属元素,提高作物对微量元素的吸收和运转能力,有利于作物产量的提高。FA 旱地龙有喷施、拌种和浸

5、种、蘸根、随水浇灌、复配农药等方式,已在全国28个省区推广6617万hm 2(1000多万亩。施用FA 旱地龙可使粮食作物增产10%15%,节水20%30%,经济作物增产15%40%。今后需要进一步研制可用于不同作物和适用于不同施用方式的多型制剂。214管道输水节水技术管道输水灌溉简称“管灌”,是利用低压输水管道代替输水土渠将水直接送到田间沟畦灌溉作物,以减少水在输送过程中的渗漏和蒸发损失的技术措施。它的主要优点:一是省水,可使亩毛灌水定额减少30%左右;二是节能,与土渠输水相比,可节约能耗25%以上;三是可以减少土渠占地;四是管理方便,省工省时。国外许多国家都在新建灌区实行管道化输水。美国自

6、20年代在加利福尼亚的图尔洛克灌区采用混凝土管道代替明渠输水,经过多年的推广发展,目前一半以收稿日期:2004-06-02作者简介:赵建平(1962-,女,甘肃武威人,讲师,主要从事水利水电教学工作。上的大型灌区实现了管道化。以色列在50年代,政府力排众多国际顾问提出的修建成本低的衬砌输水渠系的建议,建成了覆盖全国主要用水地区、堪称世界第一的国家管道输水工程。日本新建灌溉系统50%以上都实现了管道化输水。我国在80年代,低压管道输水灌溉节水技术在北方平原井灌区发展较快。为了保证该项节水技术的健康发展,“七五”期间国家科委将其列人重点科技攻关项目,从系统规划设计、管材管件、配套设备、施工安装、运

7、行管理等方面进行了系统研究,取得了成套的技术成果。期间研制出了适合我国国情的多种管材和配套管件,开发出了数十种管灌用出水口和给水栓以及安全保护装置,形成了各种管材的施工工艺。实践证明,管灌是我国北方地区发展节水灌溉的重要途径之一,是一项很有发展前途的节水灌溉新技术。目前影响我国低压管灌发展的主要问题:一是投资较大;二是渠灌区低压管道输水灌溉适应条件和管渠衔接的技术问题;三是管灌工防渗的方法很多,根据所使用的防渗材料可以分为土料压实防渗、三合土料护面防渗、石料衬砌防渗、混凝土衬砌防渗、塑料薄膜防渗和沥青护面防渗等。混凝土衬砌防渗是使用最广泛的一种渠道防渗措施,可以分为现场浇注和预制衬砌两种,防渗

8、效果好,使用寿命长。塑料薄膜防渗效果好,重量轻、造价低、运输方便、施工简单及抗腐蚀能力较强,应用较为普遍。据有关资料分析,我国渠系每年渗漏损失水量约为1700多亿m3,水量损失非常严重。所以,在我国大力发展渠道防渗技术,减少渠道输水损失是缓解我国水资源紧缺的重要途径,是发展节水农业不可缺少的技术措施。目前我国的渠道防渗技术研究与应用中存在的主要技术问题是:衬砌成本较高;高寒地区渠道衬砌防冻胀技术有待进一步完善;特殊土如湿陷性黄土、盐胀土层上渠道衬砌变形问题。216地面灌溉节水技术灌溉水在田间流动过程中呈一定深度的水层,借重力和毛管作用下渗或浸润土壤,这种灌水方法称为地面灌溉,也称重力灌水法。传

9、统的地面灌有畦灌、沟灌、格田淹灌和漫灌4种形式。地面灌水技术仍然是目前世界上,特别是发展中国家普遍采用的灌水方法,我国绝大部分灌溉面积采用的仍是地面灌水。传统的地面灌溉方法灌水定额大,灌水均匀度差,田间水利用率低,因此,许多国家都投人力量对其进行改进,形成了多种比传统地面灌水方法显著节水的地面灌水技术。这些技术主要是改进灌水沟畦规格(如小畦灌等或改进灌水方式(如波涌灌、隔沟灌、膜上灌、绳索灌等以及利用先进的激光平地技术开展水平畦灌等。我国从70年代开始采用平整土地,大畦改小畦,长畦改短畦,宽畦改窄畦,推行短沟灌和细流沟灌等技术措施,大大降低了灌水定额,作物生育期灌水量明显减少。同时,对膜上灌和

10、波涌灌的节水机理进行了一定的探索与研究。此外,我国在地面灌理论研究方面也取得了新进展,根据水流连续方程、动量方程和入渗方程求解非恒定畦流运动方程,用以确定最佳的入畦流量和畦长,从而综合多种因素制定最佳灌水技术方案,实际应用表明,可以明显提高田间灌溉效率,节约灌溉水量。日前,地面灌溉在改进地面灌水技术的节水机理,灌水均匀度对作物产量的影响,地面灌水技术要素之间的优化组合等问题还有待进一步研究。217喷灌、滴灌节水技术喷灌是利用专门的系统(动力设备、水泵、管道等将水加压(或利用水的自然落差加压后送到喷灌地段,通过喷洒器(喷头将水喷射到空中,并使水分散成细小水滴后均匀地洒落在田间进行灌溉的一种灌水方

11、法。同传统的地面灌水它具有地形适应性强,自动化程度高,减少占地,不产生地表径流和深层渗漏,节水效果显著等优点。近几十年喷灌技术发展很快,美国、英国、德国、奥地利、丹麦、瑞典、日本等国的旱地灌溉面积中大部分采用喷灌。我国从70年代开始发展喷灌技术。经过30多年的努力,喷灌已被广泛、增产效益。统计结果表明,喷30%50%,提高土地利用率15%30%,省工50%。目前,我国喷灌设备,数量和种类基本可以满足现阶段的,关键设备耐久性差以及运行管理的方式等,在一定程度上制约了喷灌的发展。微灌是一种新型的节水灌溉技术,包括滴灌、微喷灌等。它是根据作物需水要求,通过低压管道系统与安装在末级管道上的灌水器,将作

12、物生长所需的水分和养分以较小的流量均匀、准确地直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中的灌水方法。微灌一般只湿润作物根部附近的部分土壤,灌水流量小,不易产生地表径流和深层渗漏,一般比地面灌省水1/31/2,比喷灌省水15%20%,比喷灌能耗低,灌水均匀,水肥同步,有利于作物生长。同时,微灌地形适应性强,操作方便,可实现自动控制灌水。以色列在70年代中期把发展重点由喷灌转向微灌,90年代初微灌面积已占总灌溉面积的2/3,并且在微灌产品的开发利用上走在世界的前列。我国的微灌技术发展是从1974年开始的,经历了引进、消化、试制、试验示范、逐步推广几个阶段。90年代后期以来,由于北方连年干旱,水资源更

13、加短缺,国家对节水农业十分重视,投入相对增加,改进和研制出了新的微灌设备,促进了微灌技术的发展。目前,我国微灌技术主要存在的问题:一是微灌工程造价仍很高;二是国产设备种类少、性能差、材质易老化;三是主要作物仍是果树和蔬菜等经济作物,大田作物难以推广;四是管理水平差。218雨水汇集利用技术雨水汇集利用技术是在干旱半干旱丘陵地区,将较大强度降雨所产生的地表径流汇集起来,并在最需要的时候供给(下转第314页型缺水,灌区水资源缺乏,水费不能按成本计取,多年来在为社会提供优质服务的同时,造成自身贫困。因而工程大修更新改造未能及时进行,加速了工程的老化失修。(4高效节水灌溉技术推广不足。受灌区以农业供水为

14、主,用水户收入低,社会经济条件的制约,对有限水资源的节流投入不足,不能高效利用。3对策和建议(1转变观念,提高认识。以超前的观念和主导意识对待灌溉工程潜在的危机,彻底转变“重建轻管”的观念。把灌区的建设和管理提高到区域社会经济发展的战略高度来认识。(2努力建设节水型社会,促进灌区协调发展。水是基础性的自然资源和战略性的经济资源,水资源的可持续利用,是实现经济社会可持续发展的极为重要的保证。但水资源短缺已成为制约灌区经济发展的主要因素,节水是解决灌区水资源短缺的有效途径之一。因此要抓住凉州区被甘肃列为节水型社会扩大试点之一的机遇,建立以水权、水市场理论为基础的水资源管理体制,形成以经济手段为主的

15、节水机制,不断提高水资源的利用效率和效益,促进灌区经济、资源、环境协调发展。(3进一步深化灌区改革。在搞好水电经营的同时,大力发展多种经营,不断壮大灌区实力,增强自我维持能力,尽快实现水管单位的良性运行。(4加大水费征管力度,逐步向成本收取过渡。水费是水管单位的主要经济收入来源,由于水价背离价值成了制约水管单位发展的“瓶颈”之一。要深化水费改革,建立合理的价格体系,逐步向成本收取过渡,在政策考虑农民承受能力问题未按成本计收时,政府应补偿政策性亏损,以改变水管单位由于政策性亏损造成的入不敷出的局面。(5加强水利科技队伍建设。科学技术是第一生产力,建设一支认真实践“三个代表”重要思想的水利科技队伍

16、,是实现工程水利向资源水利、可持续发展水利转变的迫切需要。因此要大力培养大胆引进科技人才,在保证本行业先进技术能得到及时推广应用的同时,研究开发水利市场,以壮大水利经济。(上接第300页作物利用的技术。雨水利用是一项古老且具有巨大发展潜力的水利与节水技术。随着干旱加剧,水资源短缺,人们已高度重视雨水这一可再生资源的开发及高效利用,特别是在干旱半干旱地区尤为突出。近年来,世界各国掀起了雨水利用热潮,并成立了国际雨水利用协会。美国、以色列、澳大利亚和印度等国,在雨水高效利用方面已取得一些成功经验。以色列在中部山区,利用汇集雨水发展喷灌、滴灌技术已相当先进和普及。日本、新加坡、肯尼亚、泰国、菲律宾等

17、国,这一技术也在迅速发展。在研究上,本世纪50年代初,国外注重雨水的汇集措施,特别是地表处理材料和提高汇集效率方面的研究,从混凝土板、水泥抹面、塑料薄膜和橡胶等材料对汇流表面处理到用钠盐、粗石蜡、沥青和硅有机树脂等化学材料的表面处理技术均取得显著的进展。我国对雨水汇集利用源远流长。80年代以来,甘肃等地相继开展了人工汇集雨水利用的研究,如汇流表面薄层水泥处理技术、窑窖构建及布局技术、汇流效率、汇流面与种植面比例的确定等,经过长期实践,取得了多项研究成果,形成了适用于不同地区的多项雨水汇集利用成套技术。219综合农业节水技术为了充分、高效地利用农田水分所采用的农作技术称为农业节水技术。其主要内容

18、包括:节水增产的水肥综合管理技术,蓄水保墒的耕作技术,适雨种植的作物合理布局,提高作物抗旱能力的栽培技术,秸杆、地膜覆盖的增温保墒技术等。大量的研究结果表明,水肥在作物生长发育过程中是两个相互影响、相互制约的因子,适宜的灌水可以促进肥料转化及吸收利用,提高肥料的利用率,而适宜的施肥也可以调节水分利用过程,提高水分利用效率。通过肥水同步监测确定作物灌水与施肥的时期和数量组合已在许多先进国家的农田管理中普遍应用。在利用耕作措施调控农田水分利用状况,充分发挥水、光、热及自然资源的作用,提高农田生产率及水分利用效率方面,美国等国家做了大量的研究工作,也提出了许多行之有效的技术措施。对于地面覆盖保墒技术,国外的许多研究机构也做了大量细致的研究工作,特别是对覆盖后农田的水、气、热交换规律及水盐运动规律进行了较为详细、深入的分析研究,取得了许多研究成果。我国的节水农业技术研究在提高工程节水技术的同时,也已开始将注意力放在综合农业节水技术的研究上。根据不同节水农业区的自然、经济特点,采取合理施肥