陳 東，銀永安，王永強(qiáng)，陳伊鋒，范小勇

（新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司，石河子 832000）

當(dāng)前，中國水資源年均總量為2.8萬億立方米［1］，是世界上13個最缺水的國家之一，水資源不足已成為制約農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。中國農(nóng)業(yè)用水占全國總用水量的70%以上，而農(nóng)業(yè)灌溉用水占農(nóng)業(yè)總用水量的90%以上，約占全國總用水量的63%。為了實(shí)現(xiàn)對水資源的節(jié)約與保護(hù)，提高農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用效率，加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展改造已成為當(dāng)前擺脫水資源危機(jī)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。

1 中國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

中國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)始于20世紀(jì)50年代［2］，其發(fā)展經(jīng)歷了以下四個階段：

第一階段，20世紀(jì)50年代初期到70年代中期，主要推廣渠道襯砌，實(shí)施小畦灌、短溝灌等灌溉技術(shù)，同時(shí)從國外引進(jìn)噴灌和微灌節(jié)水灌溉技術(shù)及設(shè)備進(jìn)行示范性應(yīng)用。

第二階段，20世紀(jì)70年代中期到80年代后期，渠道防滲技術(shù)和低壓管道輸水技術(shù)發(fā)展較快，國內(nèi)開始生產(chǎn)噴灌、微灌等節(jié)水灌溉設(shè)備，噴灌和微灌節(jié)水灌溉技術(shù)有了一定的發(fā)展。

第三階段，20世紀(jì)90年代初期到20世紀(jì)末，國家開始推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，并逐年加大研究、示范和推廣力度，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展期，形成了一定的規(guī)模和初期市場。

第四階段，21世紀(jì)初至今，從事農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉產(chǎn)品制造和工程建設(shè)的企業(yè)已達(dá)500家，但大多數(shù)企業(yè)規(guī)模較小，節(jié)水灌溉設(shè)備行業(yè)集成度不高，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)和產(chǎn)品處于中低端節(jié)水市場水平。中國把提高灌溉水利用率、作物水分生產(chǎn)效率和單方水農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益作為主要目標(biāo)，向“低能耗、集約化、自動化、智能化”方向發(fā)展［3］。農(nóng)業(yè)發(fā)展開始由“規(guī)模擴(kuò)張”轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤豳|(zhì)增效”，從“高效節(jié)水”向“高效用水”轉(zhuǎn)變。

通過發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，中國有效灌溉面積由2000年的0.492億公頃增加至2015年的0.658億公頃；節(jié)水灌溉面積由2000年的0.144億公頃增加至2015年的0.311億公頃；農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)由2000年的0.41提高到2015年的0.532。按中國《水利改革發(fā)展“十三五”規(guī)劃》要求：到2020年，全國農(nóng)田有效灌溉面積達(dá)到0.667億公頃以上，新增高效節(jié)水灌溉面積0.067億公頃，農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)提高到0.55以上（表1）。與發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用率70%～80%（表2）相比，中國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)還處于初始發(fā)展階段，中國單方用水糧食生產(chǎn)能力只有1 kg左右，而發(fā)達(dá)國家為2 kg以上。

表1 2020年和2030年中國農(nóng)業(yè)灌溉用水預(yù)測

表2 主要節(jié)水灌溉國家噴滴灌面積占總灌溉面積情況

2 中國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉主要技術(shù)及其特點(diǎn)

2.1 渠道防滲技術(shù)

渠道防滲技術(shù)的特點(diǎn)：一是減少滲漏，降低水量流失，提高輸水利用率；二是減少渠道粗糙程度，提高水流流速，增加輸水能力，減少對渠道的沖刷；三是有利于調(diào)控地下水位，防止鹽堿化；四是提高渠道抗沖能力，減少坍塌和維護(hù)工作量。中國農(nóng)業(yè)灌溉總用水量的80%用于渠道水源。傳統(tǒng)的土渠輸水滲漏損失約占水量的50%～60%［4］，采用渠道防滲技術(shù)，可使渠系水利用系數(shù)提高到0.6～0.85，比土渠提高 50% ～80%［5］。

2.2 低壓管道輸水技術(shù)

低壓管道輸水技術(shù)就是用地埋管道替代傳統(tǒng)的明渠，通過管道分水口直接對溝、畦田進(jìn)行灌溉的技術(shù)，屬于地面灌溉方式，主要應(yīng)用在中國北方特別是井灌區(qū)，俗稱“小白龍”灌溉［5］。與渠道防滲技術(shù)相比，低壓管道輸水技術(shù)具有以下特點(diǎn)：一是節(jié)水，降低了水在輸送過程中的滲漏和蒸發(fā)，水的利用系數(shù)提高到0.95［5］；二是輸水迅速，縮短了輪灌周期；三是節(jié)電，因提高了水的利用率，抽水量減少，用電量可減少20%～30%［6］；四是省地，輸水管道埋于地下，不占用耕地，可減少2%～3%的渠道占地［5］；五是一次性投資低，設(shè)備簡單，操作方便。

2.3 噴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)是通過水泵、動力機(jī)等動力設(shè)備將水加壓或利用水的自然落差所產(chǎn)生的壓力將灌溉用水經(jīng)壓力管道輸送到田間，通過噴頭將水噴射到空中，形成細(xì)小水滴后均勻噴灑在田間進(jìn)行灌溉的一種灌溉方式，是目前國內(nèi)外節(jié)水增產(chǎn)效果最好的田間灌溉方式之一，也是目前農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的主要技術(shù)。噴灌技術(shù)與傳統(tǒng)灌溉方式相比，具有以下特點(diǎn)：一是節(jié)水效果顯著，節(jié)水量可達(dá)30%～50%；二是適用于各種地形和作物，能增加15%～20%播種面積，提高了土地利用率，增產(chǎn)幅度大；三是能適時(shí)適量灌溉，避免過量灌溉造成的土壤次生鹽堿化；四是灌水均勻，不易產(chǎn)生水土流失和土壤板結(jié)，改善了田間小氣候和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境［5］；五是省工，減少了田間渠系建設(shè)和維護(hù)以及土地平整工作；六是促進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械化、產(chǎn)業(yè)化和現(xiàn)代化。但是噴灌技術(shù)也存在受風(fēng)影響大、一次性投資較大、技術(shù)含量高、管理難度大等缺點(diǎn)。

2.4 微灌技術(shù)

微灌技術(shù)是按照作物需求，通過管道系統(tǒng)與安裝在末級管道上的灌水器，將水和作物生長所需的養(yǎng)分以較小的流量，均勻、準(zhǔn)確地直接輸送到作物根部附近土壤的一種局部灌溉技術(shù)，可分為微噴灌、滴灌和滲灌三種，主要以滴灌為主［7］。微灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：一是節(jié)水，能夠根據(jù)農(nóng)作物需水要求適時(shí)適量地對其根部區(qū)域進(jìn)行灌水，減少了灌溉用水及其損失；二是灌水均勻，能夠有效地控制灌水器出水量，可使灌水均勻度達(dá)到85%以上；三是省工，微灌僅對農(nóng)作物根部灌水，大部分地表處于干燥狀態(tài)，因而作物周邊雜草少，減少了除草用工，肥料和藥劑可經(jīng)系統(tǒng)同灌溉水一起直接施到農(nóng)作物根系附近，減少了施肥和打藥人工，且微灌系統(tǒng)便于自動化控制，省工明顯；四是地形適應(yīng)性強(qiáng)，可在任何地形條件下有效工作。但是微灌系統(tǒng)投資高，灌水器易被礦物質(zhì)或有機(jī)物質(zhì)堵塞。

2.5 膜下滴灌技術(shù)

膜下滴灌技術(shù)是將水利、農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝相結(jié)合的農(nóng)業(yè)灌水技術(shù)，是由農(nóng)業(yè)機(jī)械牽引，將鋪管、鋪膜與播種一次性復(fù)合作業(yè)完成，將滴灌帶（毛管）鋪于地膜之下進(jìn)行灌溉，是滴灌技術(shù)和覆膜栽培技術(shù)相結(jié)合的新型農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)。膜下滴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：一是節(jié)水，因僅濕潤作物根系發(fā)育區(qū)，覆膜減少了作物棵間蒸發(fā)，同時(shí)提高了降雨利用率，節(jié)水效果明顯。有研究表明，膜下滴灌用水量是傳統(tǒng)灌溉的12%，噴灌的50%，滴灌的70%［8］；二是提高了肥料利用率，可利用滴灌將可溶性肥料隨水滴到作物根系處，使肥料利用率提高到50%～60%［9］；三是增產(chǎn)效果明顯，能適時(shí)適量地向農(nóng)作物根系區(qū)域供水供肥，調(diào)節(jié)棵間溫度和濕度，為農(nóng)作物生長提供良好條件，增產(chǎn)效果明顯，可使棉花、玉米、蔬菜、西甜瓜等分別增產(chǎn) 30%、38%、40%、25%［9］；四是省工。同時(shí)，膜下滴灌技術(shù)存在農(nóng)膜回收率偏低、農(nóng)膜殘留污染問題。

3 中國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的主要問題

經(jīng)過多年研究與發(fā)展，中國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)經(jīng)歷了示范、推廣和大面積應(yīng)用三個階段，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。但是，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)在發(fā)展過程中仍存在一些問題，影響并制約了其進(jìn)一步發(fā)展。

3.1 節(jié)水灌溉工程建設(shè)質(zhì)量差

節(jié)水灌溉較傳統(tǒng)灌溉技術(shù)含量高，其工程設(shè)計(jì)和建設(shè)質(zhì)量直接決定了系統(tǒng)的可操作性和運(yùn)行質(zhì)量。造成節(jié)水灌溉工程質(zhì)量問題的主要原因在于：

一是工程設(shè)計(jì)因素。目前節(jié)水灌溉工程的設(shè)計(jì)單位長期主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)，節(jié)水灌溉技術(shù)接觸少，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，沒有經(jīng)過實(shí)際地塊的現(xiàn)場勘察所設(shè)計(jì)的圖紙難以施工，設(shè)計(jì)變更大。二是施工建設(shè)因素。因節(jié)水灌溉行業(yè)沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)水工程企業(yè)缺乏相應(yīng)等級認(rèn)證，工程建設(shè)主要由沒有節(jié)水灌溉工程施工能力和經(jīng)驗(yàn)的非節(jié)水灌溉行業(yè)的施工企業(yè)施工，項(xiàng)目建設(shè)管理人員缺乏必要的節(jié)水灌溉專業(yè)知識，工程建設(shè)質(zhì)量和后期維護(hù)工作無保障。三是工程監(jiān)理因素。目前節(jié)水灌溉工程的監(jiān)理人員基本都是從事水利水電工程的專業(yè)技術(shù)人員，對節(jié)水灌溉技術(shù)了解不足，對量大、面廣及工程分散的節(jié)水灌溉工程無經(jīng)驗(yàn)，也無國家或行業(yè)頒布的相關(guān)監(jiān)理規(guī)范來指導(dǎo)，難以對工程實(shí)行全面監(jiān)理。

3.2 節(jié)水產(chǎn)品單一

因生產(chǎn)科技、工藝、設(shè)備等技術(shù)水平相差較大，節(jié)水產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，雖然品牌多，但產(chǎn)品單一，簡陋、低水平的家庭式、作坊式生產(chǎn)廠家較多。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)各企業(yè)生產(chǎn)的滴灌帶的合格率較低，近3年的平均合格率為64%，2011年的合格率僅為53%［3］。

4 節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展對策

4.1 加強(qiáng)工程管理

國家應(yīng)明確節(jié)水工程企業(yè)的等級認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，出臺和完善節(jié)水灌溉工程國家或行業(yè)相關(guān)監(jiān)理規(guī)范；企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對相關(guān)人員進(jìn)行節(jié)水灌溉技術(shù)知識培訓(xùn)，加大節(jié)水灌溉技術(shù)相關(guān)的高素質(zhì)人才培養(yǎng)，加強(qiáng)企業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)，提高其業(yè)務(wù)管理水平，從設(shè)計(jì)、建設(shè)和監(jiān)理三方面確保節(jié)水灌溉工程質(zhì)量。

4.2 加大政策扶持與資金投入力度

國家和地方各級政府應(yīng)將農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工作納入議事日程，大力宣傳農(nóng)業(yè)節(jié)水政策，加大政策扶持力度，同時(shí)加大對節(jié)水灌溉技術(shù)培訓(xùn)和資金的投入，確立農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的重要性，引導(dǎo)全民關(guān)心、愛惜、節(jié)約和保護(hù)水資源。

4.3 發(fā)展因地制宜的灌溉技術(shù)

根據(jù)不同地區(qū)、灌區(qū)及作物種植區(qū)實(shí)際情況，發(fā)展與其相適應(yīng)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，確保效益最大化。干旱和山丘地區(qū)發(fā)展微灌與滴灌技術(shù)，干旱、半干旱山丘地區(qū)利用雨水收集技術(shù)；河灌區(qū)發(fā)展渠道防滲技術(shù)，井灌區(qū)推廣低壓管道輸水技術(shù)；經(jīng)濟(jì)作物灌區(qū)發(fā)展微灌與滴灌技術(shù)，蔬菜種植區(qū)推廣滲灌技術(shù)。

4.4 完善節(jié)水灌溉制度與節(jié)水技術(shù)體系

根據(jù)氣象條件及農(nóng)作物需水規(guī)律，制定和完善節(jié)水灌溉制度并科學(xué)合理執(zhí)行，將灌溉用水及時(shí)應(yīng)用到農(nóng)作物關(guān)鍵期，實(shí)現(xiàn)灌溉用水的有效利用。調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和農(nóng)村家庭式經(jīng)營方式，由政府制定一套完整、切實(shí)可行的節(jié)水技術(shù)體系，建立不同層次和規(guī)模的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉模式，讓農(nóng)民自愿選擇適合自己的灌溉模式。

4.5 加大實(shí)用型節(jié)水技術(shù)及產(chǎn)品的研究

應(yīng)加大農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)投入，促進(jìn)新型實(shí)用型節(jié)水技術(shù)及產(chǎn)品研究，提升其性能和實(shí)用性，研發(fā)更準(zhǔn)確、更智能化的節(jié)水技術(shù)及產(chǎn)品，使農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)向自動化、智能化發(fā)展，提高效率。

4.6 推行農(nóng)業(yè)節(jié)水獎罰制度

政府出臺農(nóng)業(yè)節(jié)水獎罰制度，嚴(yán)格執(zhí)行“農(nóng)業(yè)灌溉用水定額”標(biāo)準(zhǔn)，對灌溉超定額用水實(shí)行階梯型加價(jià)收費(fèi)制度，對沒有超定額的給予一定經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，同時(shí)以實(shí)施各項(xiàng)惠農(nóng)政策作為變相補(bǔ)償，激發(fā)農(nóng)民的積極性，推動農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展。

4.7 強(qiáng)化節(jié)水系統(tǒng)后期運(yùn)行管理

節(jié)水系統(tǒng)后期運(yùn)行管理是節(jié)水灌溉實(shí)現(xiàn)高效的關(guān)鍵，是節(jié)水系統(tǒng)能夠長期運(yùn)行、發(fā)揮長期效益的保證。加強(qiáng)節(jié)水系統(tǒng)后期運(yùn)行管理，建立健全節(jié)水工程管理制度，鄉(xiāng)鎮(zhèn)村協(xié)調(diào)合作，明確其管理職責(zé)，將管理制度落實(shí)到具體人員，保證節(jié)水系統(tǒng)后期運(yùn)行管理落到實(shí)處，確保節(jié)水灌溉工程能夠長期、高效地發(fā)揮其作用。