蔡煥杰，趙西寧，孫世坤

（西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西楊凌 712100）

“國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”

西北典型農(nóng)區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)與集成應(yīng)用

蔡煥杰*，趙西寧，孫世坤

（西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西楊凌 712100）

“西北典型農(nóng)區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)與集成應(yīng)用”（項(xiàng)目編號(hào)：2016YFC0400200）是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“水資源高效開(kāi)發(fā)利用”專(zhuān)項(xiàng)在農(nóng)業(yè)節(jié)水領(lǐng)域首批啟動(dòng)項(xiàng)目，項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)3000萬(wàn)元。本項(xiàng)目由西北農(nóng)林科技大學(xué)中國(guó)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院蔡煥杰教授主持，項(xiàng)目集合了西北農(nóng)林科技大學(xué)、武漢大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、寧夏水利科學(xué)研究院、西安交通大學(xué)、新疆自治區(qū)水利科學(xué)研究院、甘肅省農(nóng)科院等一批節(jié)水灌溉領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)單位。

圖1 項(xiàng)目技術(shù)路線圖

水資源短缺是制約西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸。實(shí)施節(jié)水灌溉，提高作物水分利用效率已經(jīng)成為緩解該區(qū)水資源短缺的重大戰(zhàn)略舉措，也是支撐我國(guó)目前和未來(lái)該區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)適度可持續(xù)發(fā)展的公益性關(guān)鍵技術(shù)。項(xiàng)目針對(duì)西北典型農(nóng)區(qū)干旱缺水與生態(tài)環(huán)境脆弱并存，農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)嚴(yán)重，主要糧油作物和經(jīng)濟(jì)作物水分利用效率較低的實(shí)際，以提高作物水分利用效率和降低農(nóng)業(yè)用水總量為目標(biāo)，按照應(yīng)用基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)、區(qū)域技術(shù)集成與示范應(yīng)用科技創(chuàng)新鏈條，重點(diǎn)研究作物高效用水機(jī)理與調(diào)控，研發(fā)綠色高效節(jié)水灌溉裝備和灌溉輸配水系統(tǒng)與田間工程關(guān)鍵技術(shù)，在陜西、甘肅、寧夏、新疆、內(nèi)蒙古等?。▍^(qū)）建立具有明顯區(qū)域特色的節(jié)水灌溉技術(shù)試驗(yàn)示范區(qū)，進(jìn)行技術(shù)集成與示范應(yīng)用，建立不同區(qū)域典型作物節(jié)水灌溉制度，提出不同區(qū)域節(jié)水灌溉系統(tǒng)技術(shù)解決方案與標(biāo)準(zhǔn)體系，形成相應(yīng)高效節(jié)水灌溉技術(shù)模式，推動(dòng)西北地區(qū)全面實(shí)施規(guī)?；咝Ч?jié)水灌溉行動(dòng)，提升節(jié)水灌溉領(lǐng)域自主創(chuàng)新能力。

項(xiàng)目立足西北典型農(nóng)區(qū)，以“機(jī)理識(shí)別—技術(shù)創(chuàng)新—設(shè)備研發(fā)—集成應(yīng)用”為主線，融應(yīng)用基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)集成應(yīng)用于一體，開(kāi)展作物高效用水機(jī)理與調(diào)控、綠色高效節(jié)水灌溉裝備研制與開(kāi)發(fā)、灌溉輸配水系統(tǒng)與田間工程關(guān)鍵技術(shù)、典型農(nóng)區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)集成創(chuàng)新與應(yīng)用4個(gè)方面研究，項(xiàng)目技術(shù)路線如下。

研究?jī)?nèi)容包括：

（1）作物高效用水機(jī)理與調(diào)控研究

研究不同水分條件下作物相關(guān)代謝調(diào)控基因/蛋白的表達(dá)和鑒定，探究作物節(jié)水增產(chǎn)相關(guān)的生物學(xué)調(diào)控機(jī)制；研究作物在不同時(shí)間-空間水分脅迫環(huán)境下的水分利用與產(chǎn)量形成過(guò)程；研究作物水分脅迫環(huán)境下產(chǎn)生的生長(zhǎng)、光合和代謝補(bǔ)償?shù)念?lèi)型、強(qiáng)度與產(chǎn)量形成過(guò)程的生理轉(zhuǎn)換機(jī)制；研究水分脅迫條件下作物體內(nèi)水分來(lái)源及根系吸水活躍區(qū)，探明不同生育期農(nóng)田灌溉合理計(jì)劃濕潤(rùn)層的土壤水分調(diào)控深度；研究作物根區(qū)環(huán)境及加氣灌溉對(duì)土壤特征、作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)影響；研究西北地區(qū)主要作物需水量時(shí)空變化規(guī)律。

（2）綠色高效節(jié)水灌溉裝備研制與開(kāi)發(fā)

根據(jù)西北農(nóng)區(qū)水源條件和作物特征，開(kāi)發(fā)精量水肥一體化灌溉技術(shù)與水氣耦合灌溉技術(shù)；研究高彈性PE高分子樹(shù)脂配方、基于PE同性材料的彈性變形壓力補(bǔ)償式滴頭、新型微孔迷宮流道滴灌帶生產(chǎn)線與產(chǎn)品；研究高效過(guò)濾技術(shù)與清洗裝置，開(kāi)發(fā)高效過(guò)濾裝置；開(kāi)展滴灌控配水設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和流量調(diào)節(jié)方式、工作原理等技術(shù)研究，開(kāi)發(fā)具有多變流量、抗堵塞功能的滴灌控配水設(shè)備；研發(fā)適用于西北典型農(nóng)區(qū)的多功能折疊桁架式平移噴灌機(jī)；研究變工況下光伏水泵內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理，提出不同揚(yáng)程光伏水泵的設(shè)計(jì)方法，開(kāi)發(fā)多工況高效太陽(yáng)能泵。

（3）灌溉輸配水系統(tǒng)與田間工程關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)從水源到田間輸配水過(guò)程中水量損失主要環(huán)節(jié)，重點(diǎn)研究寒冷地區(qū)灌區(qū)輸配水渠道防滲防凍脹結(jié)構(gòu)型式及材料性能指標(biāo)；研究灌區(qū)尺度內(nèi)高效節(jié)水的田塊規(guī)格和合理的田間渠系布置模式；研究從水源調(diào)度到骨干渠系、田間渠系優(yōu)化配水和灌溉制度優(yōu)化的全灌區(qū)協(xié)調(diào)的整體調(diào)度與配水模式，集供需水中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)、實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)、短期渠系動(dòng)態(tài)配水與調(diào)度方案實(shí)時(shí)修正為一體的灌區(qū)全過(guò)程滾動(dòng)配水技術(shù)；研究開(kāi)發(fā)出適用于西北多泥沙灌區(qū)緩坡渠道的新型量水建筑物；研制灌溉系統(tǒng)水量監(jiān)測(cè)信息傳輸技術(shù)與低成本自動(dòng)量水設(shè)備；開(kāi)發(fā)灌溉用水效率計(jì)算模型，提出灌溉用水效率的快速測(cè)評(píng)技術(shù)。

（4）典型農(nóng)區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)集成創(chuàng)新與應(yīng)用

針對(duì)西北典型農(nóng)區(qū)實(shí)際，以區(qū)域主要糧油作物和特色經(jīng)濟(jì)作物為研究對(duì)象，針對(duì)陜北黃土高原特色經(jīng)濟(jì)林、內(nèi)蒙河套灌區(qū)糧經(jīng)作物、寧夏揚(yáng)水灌區(qū)經(jīng)濟(jì)作物、甘肅內(nèi)陸河區(qū)制種玉米和溫室作物、南疆綠洲主要作物分別開(kāi)展節(jié)水灌溉技術(shù)集成創(chuàng)新與應(yīng)用，重點(diǎn)開(kāi)展區(qū)域水土資源優(yōu)化配置、典型節(jié)水高效灌溉制度、適宜的節(jié)水灌溉技術(shù)及其配套技術(shù)研究，建立試驗(yàn)示范區(qū)，進(jìn)行技術(shù)組裝集成與典型示范，探討節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用保障機(jī)制，形成不同區(qū)域節(jié)水灌溉綜合技術(shù)解決方案與標(biāo)準(zhǔn)體系。

項(xiàng)目探索以節(jié)水灌溉試驗(yàn)站為依托、以“高等院校+科研院所+地方農(nóng)業(yè)與水利技術(shù)推廣部門(mén)+分散農(nóng)戶+國(guó)有農(nóng)場(chǎng)或公司”為主要特征的干旱內(nèi)陸區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水綜合技術(shù)應(yīng)用示范合作機(jī)制與組織模式。項(xiàng)目有效地將基礎(chǔ)研究、技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)集成與應(yīng)用融為一體，通過(guò)技術(shù)示范，促進(jìn)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，輻射帶動(dòng)區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益的協(xié)同提升，可有效避免技術(shù)“碎片化”，改變以往基礎(chǔ)研究與技術(shù)集成示范相對(duì)分離的現(xiàn)象。項(xiàng)目課題設(shè)置以西北典型農(nóng)區(qū)優(yōu)勢(shì)糧食作物和特色經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展為主線，開(kāi)展節(jié)水灌溉技術(shù)創(chuàng)新和集成示范，緊扣生產(chǎn)實(shí)際，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的實(shí)際問(wèn)題。項(xiàng)目集成創(chuàng)新灌溉節(jié)水和降水資源利用技術(shù)，建立基于土壤水分消耗與補(bǔ)給相平衡的黃土高原特色經(jīng)濟(jì)林綜合節(jié)水技術(shù)模式。針對(duì)河套灌區(qū)鹽漬化問(wèn)題，提出地面畦溝灌、膜下滴灌及地表水、地下水聯(lián)合灌溉技術(shù)模式。針對(duì)高含沙水特征，構(gòu)建適用于噴、微灌的復(fù)雜水質(zhì)（高含沙水、藻類(lèi)及微生物）綜合凈化處理技術(shù)模式。針對(duì)極端干旱南疆綠洲區(qū)，集成作物生理、化學(xué)、工程、管理調(diào)控措施，耦合水、鹽、熱關(guān)系，構(gòu)建“節(jié)水、增效、優(yōu)質(zhì)”的典型經(jīng)濟(jì)作物水肥高效利用技術(shù)模式。項(xiàng)目將為西北典型農(nóng)區(qū)提供具有針對(duì)性的技術(shù)措施和節(jié)水灌溉綜合技術(shù)解決方案。

通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施，闡明主要作物高效用水機(jī)理，完善作物節(jié)水-優(yōu)質(zhì)-高效水分調(diào)控體系，形成適宜西北典型農(nóng)區(qū)的綠色高效節(jié)水灌溉裝備和輸配水新產(chǎn)品、新設(shè)備 10 套。在陜北黃土高原、甘肅內(nèi)陸河區(qū)、寧夏揚(yáng)水灌區(qū)、南疆綠洲灌區(qū)和內(nèi)蒙河套灌區(qū)建立5個(gè)節(jié)水灌溉技術(shù)試驗(yàn)示范區(qū)，核心示范區(qū)面積 2500 畝（每個(gè)示范區(qū)面積 500 畝），技術(shù)輻射推廣面積 20 000 畝以上（每個(gè)示范區(qū) 4000 畝以上）。技術(shù)成果應(yīng)用后，與示范區(qū)所在區(qū)域當(dāng)前最好水平相比，作物水分利用效率提高 15%以上，灌溉效率提高 10%以上。建立不同區(qū)域典型作物節(jié)水灌溉制度，提出節(jié)水灌溉系統(tǒng)技術(shù)解決方案與標(biāo)準(zhǔn)體系。培養(yǎng)研究生和青年學(xué)術(shù)骨干 140 名，培訓(xùn)農(nóng)民 5000人次以上，形成 8個(gè)左右具有區(qū)域特色的節(jié)水技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，凝聚一支 100 人左右的技術(shù)創(chuàng)新隊(duì)伍。項(xiàng)目實(shí)施可為節(jié)約農(nóng)業(yè)用水、緩解該區(qū)水資源短缺提供重要科技支撐，為該區(qū)節(jié)水灌溉的發(fā)展起到重要引領(lǐng)和示范作用。

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.01.113

*責(zé)任作者： 蔡煥杰（1962—），男，教授，西北農(nóng)林科技大學(xué)，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)節(jié)水及水資源高效利用，E-mail:caihj@nwsuaf.edu.cn。