试论提高农业用水效率

摘要：我国的农业用水效率较低，为了解决16亿人口粮食安全、改善生态环境和满足工农业发展用水的需要，掀起一场提高农业用水效率的革命势在必行。这场革命的重点主要包括：转变水资源供需观念，由供水管理演变为需水管理，改变单项技术为综合技术，加强多部门联合，充分发挥农民的节水积极性，节水设备和服务产业化。提高农业用水效率的主要技术造径是：减少无效蒸发，调整种植结构，开发培育节水高产品种，节水高产施肥、培肥技术，大力推进节水灌溉制度。积极发展研究农业节水高新技术。

关键词：节水农业 用水效率 水资源 管理 价值 农艺

1、提高农业用水效率必要性

1.1用水效率过低，有潜力可挖

我国是世界上13个贫水国之一，同时也是水资源浪费大国。我国农业用水量占总用水量的73.4％(若考虑农村生活用水则占81.7％)。当前我国灌溉用水的利用系数只有0.3—0.4，与发达国家O.7—0.9相比，相差0.4—0.5：农作物水分生产率平均1kg/m3左右，与以色列2.32kg/m3相比，相差一倍以上。从GDP用水效益上来看，美国1990年GDP用水效益为10.3美元/m3，1989年日本为32.4美元/m3，我国1995年用水效益为10.7元/m3，只有美国的1990年1/8，日本1989年的1/25(汇率按1995年1.32美元计算)，说明我国节水潜力很大。

1.2解决16亿人口粮食安全的需要

所谓的粮食安全是指“保证任何人在任何地方都得到为了生存和健康所需要的足够食品”，根据有关粮食安全评价，目前我国粮食安全低于美国、加拿大、澳大利亚和法国，高于俄国、日本、印度和世界平均水平。如果考虑我国庞大的人口群和水土资源供给状况，未来我国粮食安全水平同现在相比有可能下降。据预测，在2030年左右，我国人口将达到16亿高峰，届时，需要粮食增长到6.4—7.2亿吨。为了满足这种粮食需求，灌溉面积需要发展到9.0亿亩，此时，用水量将从现状的4000亿m3增长到6650亿m3。从目前我国水资源供需状况来看，如此大量的农业水资源供给是不可能的，必须通过节水来实现。据估算，如果科学地发展节水农业，到2030年我国灌溉水的利用系数达到0.65，水分生产率达到1.5kg/m3以上，加上10多亿亩旱地农业增产的潜力，可以基本满足我国未来粮食的安全。

1.3生态环境的需要

农业节水与生态环境密切相关。目前，我国的生态环境从整体上来看，还处于不断恶化阶段，因河流断流而带来的生态环境问题引入注目。黄河是我们的母亲河，由于多年不断的断流，有人将之戏称为“干娘河”。黄河断流不仅对三角洲生态造成重要影响，而且对全流域生态环境产生极大不利影响。如黄河断流导致河道淤积萎缩，增加高水位威胁的风险。解决黄河断流的对策有多种，其中最主要的根本性战略措施是农业节水，提高农业用水效率。目前黄河流域农业用水占总用水量的92％，大约有4/5灌溉水量是大水漫灌，节水灌溉面积仅2276万亩，仅占总灌溉面积的20％。另外，西北干旱、半干旱地区降水少，生态环境脆弱，首先应满足生态用水，当前尚未遵循这一原则，农业用水浪费，过量开荒超载放牧造成沙化面积不断扩大，沙尘暴增加，需要大面退耕还林还草，耕地减少需要提高单产，因此，只有不断提高农业用水效率才能有效地解决生态环境用水问题。

1.4工农业发展的需要

1972-1993年，我国工业和城市生活用水量从19.1亿立方米增加到1403亿立方米，净增加了1384亿立方米。30年来，工业和生活用水基本上引自于农村或灌溉水源地，其中相当一部分是农业节水的支持。在全国范围出现干旱，农业用水源大量支持工业和城市建设的条件下，粮食总产量由1970年2400亿公斤增至1996年4900亿公斤，增加了一倍多，这充分地说明了我国农业用水效率的提高，和农业综合能力的增长，我国在21世纪将成为世界中等发达国家，为了工农业的进一步发展，还要提高工业和农业的用水效率。

2、提高农业用水效率需要变革

2.1转变水资源供需观念，由供水管理演变为需水管理

传统的水资源管理可以统称为供水管理，其主要的特征是根据工农业用水需求，建立大中型水利工程来实现水资源供需平衡，它为缓解甚至彻底解决水资源供需矛盾发挥了重要作用。随着水利工程不断兴建，工程难度愈来愈大，成本也不断增加，而且随着径流开发加大，带来了系列的生态环境问题，水资源供需矛盾也不断加剧，完全依靠增加工程解决水资源问题已经成为不可能，运用综合手段缓解水资源供需矛盾成为一种必然。供水管理的最大缺陷是忽略了用水者节水的可能性，它将水资源供需矛盾的解决寄托在水源供给上，其结果是水资源浪费的增加和低效。必须改变供水管理为需水管理。所谓的水资源需水管理就是综合运用行政的、法律的和经济的手段来规范水资源开发利用中的人类行为，从而实现对有限水资源优化配置和合理利用，它强调把水资源作为一种稀缺的经济资源，对水资源的优化利用应着眼于现存的水资源供给，而不是自发的向新的供水能力投资以满足未来的水的需求。在今后相当长的一段时间内，农业水资源供给量不可能增加，我们必须依靠现在的4000亿m3左右水实现农业的可持续发展，通过需水管理是实现这一目标的关键所在。

2.2改变单项技术为综合技术

提高农业用水效率决非一项或几项工程措施所能实现，而要形成一套节水农业技术体系。首先是充分利用当地水资源，包括降水、地表水、地下水、土壤水和劣质水资源化。在此基础上引水、调水。在工程措施方面，前两年给人以误导，以为节水农业就是喷灌滴灌。现在国家将节水的重点，放在以节水为中心的大中型灌区改造上是正确的，但有的灌区把渠道防渗视为节水的唯一措施，各级渠道防渗到底，不但投资巨大，水的有效利用系数不高，如7级渠道水的利用系数达到O.9，也不过只有0.48，若为0.95也就是0.7。大中型区灌区改造应以骨干渠道防渗、井渠结合，渠系配套和平整土地为节水灌溉的基础，再加上灌溉技术的改进，提高水的利用率。在农艺措施方面，首先是结合当地自然、资源和经济条件，进行农业生产结构的调整，推行节水灌溉制度和节水栽培措施，减少农作物蒸发蒸腾，增加产量，提高水的利用效率。在节水管理方面，按流域统一管理地表水和地下水，改革管理体制和机制，建立科学的水价政策。山东桓台县是个老井灌区，年降水量550毫米，采取以转变耗水观念为突破口，充分利用降水、开发利用土壤水，合理调控地下水，达到采补平衡，农水措施紧密结合实现节水“吨粮县”。在管理上，建立全县、乡、村三级管水体系，加强技术培训，3年来办班1035期次培训班，发放节水明白纸28万份，受训25万人次，使当地水的利用系数达到0.9，水的利用效率达到2.0kg/m3，成为我国农业高效用水的典范。

2.3提高农业用水效率需要多部门联合

节水农业是一个系统工程，涉及到众多部门，如农业、水利、科技、气象、城建、环保、宣传、计划和行政等部门，所以，提高用水效率单靠某一部门是难以实现，必须通过有关部门的大力协作来完成。提高农业用水效率就需要农业和水利部门联合，目前，有关部门缺乏有效的合作机制，各自为战，难以形成合力发挥最大效益。所以，我们应该(1)设立综合协调机构，从组织上为部门的联合创造条件；(2)按项目管理的办法联合有关部门组织实施；(3)制订多部门参与的可行的节水农业规划，为多部门联合提供实现的基础；(4)充分重视发挥地方部门的联合效益，地方是节水的真正主力，只有充分发挥地方各部门积极性，才能事半功倍。如上所述，桓台县组织水利、农业、农家宣传和乡、村行政部门联合共建节水吨粮县。

十五届三中全会决定要把推广节水灌溉当作一项革命措施来抓，即将现代化灌溉带动农业现代化，如北京发展喷管200万亩，改变两年三熟为一年两熟，小麦玉米可以平播，减少田埂和渠系，扩大了耕地10％-15％，增产增收，促进了农业现代化。但对小麦后期喷灌易倒伏和灌浆不饱满，需要农业部门联合，采用矮杆抗倒伏和灌浆效率高的品种及栽培技术，只有农水部门联合，才能达到节水增产的目的。又如河南唐河县为砂姜黑土，有水不敢灌溉，因渠水灌了，湿粘干裂，农田灌溉所帮助发展喷管、滴灌种菜，亩产收入8000元，深受群众欢迎，节水灌溉推动了当地农业的发展。

2.4提高农业用水效率，需要充分发挥农民的节水积极性

提高农业用水效率，离不开农民的参与，一切技术和措施最终通过农民的实践来实现，农民是节水提高效率的主体，其行为和素质在某种程度上决定节水效率的提高。因此，建立农民参与管理决策的民主管理机制是节水环节不可缺少的重要因素之一。

目前，一种新型的经济自立灌排区的水管理机制值得关注和探讨。它是世界银行推荐的水管理体制改革的模式，已在我国江苏、山东、安徽、河南和河北等五省进行了试点，效果较好。所谓的经济自立灌排区，是指在水利界限清晰、相对独立的灌排区上建立的旨在逐步减少并最终消除对政府财政依赖、按照市场经济体制自主经营、独立核算、经济上自负盈亏、管理与服务相结合的、强调民众参与的、非赢利的经济实体，其主要模式是供水公司+用水者协会。江苏试点表明，自流灌区可节水量200—300m3/亩(无工程投入)或300 500m3／亩(预计有工程投入)，安徽畀史杭灌区1997年试点也表明，基本实现了支渠以下的自我管理、自动维修、自主供水、自发交费、按方结算的有效管理机制，充分调动了农户参与的管理的积极性，无论是在供水管理、工程管理还是水费计收方面都取得了较好的成绩。

2.5提高农业用水效率，需要节水设备和服务产业化

节水效率的提高，要依靠灌溉工具和设备的提高，就要通过节水灌溉的产业化形式来实现。节水灌溉产业化包括节水设备的产业化和服务产业化。

目前，我国生产节水灌溉设备企业已初具规模，但从巨大的需求和产品质量来看，尚处于幼龄期，企业小而分散，产品品种单一，质量得不到保证，由于一些节水灌溉设备不过关，造成不少己建节水灌溉工程不能发挥效益，甚至报废，生产国产优质的节水灌溉设备，是提高水资源利用效率的重要环节，我们必须将其当作一件大事来抓，从多角度来促进节水灌溉设备的产业化。从国家角度来看，国家采取有利措施，制订和尽快实施节水灌溉设备产业化计划，同时加强产品质量监控，规范市场行为；从企业的角度来看，实施创名牌的战略，有关企业通过强强联合，在国家有关部门的协调下，组织优势科技力量，创出一批名牌产品和若干龙头企业。

节水灌溉服务产业化是节水效率提高的另一重要途径，也是节水农业发展的必然趋势。80年代中后期，我国一些地方出现了以喷灌机为手段的服务专业户，受到农民的欢迎。农民不需购置设备，设备产权明确，由熟练人员操作，设备周转使用率高，减轻了农民繁重的体力劳动，其运行符合市场经济规律，在抗旱节水中发挥重要作用。当前，小型水利设施的管理和经营机制正在改革，对小水源，小渠道，小泵站采取服务合作制、拍卖，承包，租赁等改革方式，我们应充分利用灌区改革的机会，促进节水灌溉服务产业化。服务产业化向综合性的技术转化，包括发展以科、工、贸相结合，产学研一体化的服份公司，使之具有咨询、规划、设计、营销与培训相结合为一体的经济实体，通过多种形式的综合性的服务，使节水灌溉服务产业化走上健康之路。

3、提高农业用水效率的主要技术途径

3.1减少无效蒸发

降低无效蒸发是提高农业用水效率的重要技术途径，具体是减少土壤蒸发和作物奢侈蒸腾。据估算，半干旱区蒸发量占降水量的55—65％，相当于作物总耗水量的1/4—l/2，所以，减少土壤蒸发成为提高农业用水效率的重要途径。为了减少土壤蒸发，目前比较成熟的技术采用地膜覆盖和秸秆覆盖。实践表明，地膜覆盖不仅具有增温保湿、保墒提墒、改善土壤理化性质的作用，而且可以促进种子萌发，促进作物早出苗、出壮苗且早熟高产。地膜覆盖的作物同不覆盖相比，一般增产20—50％左右，而且产品的质量也有一定的提高。秸秆覆盖是一种资源丰富、发展前景广阔、效益明显的节水技术，它具有改土培肥、保持水土和增产效果明显的特点，据有关实验，砂壤质和中壤质连续覆盖后，土壤有机质由0.88％、0.94％逐渐增至1.06％和1.17％，农田冬闲期秸秆覆盖减少土壤蒸发48％，冬小麦夏闲期秸秆覆盖一般增产10—20％，干旱年份达50％以上，水分利用效率提高0.48—0.85k8/m3。减少奢侈蒸腾在干旱时叶面喷洒黄腐酸可使小麦水分生产率提高15.5％。

3.2调整种植结构，开发培育节水高产品种

由于品种的差异，作物水分利用效率(WUEkg/mm．亩)存在较大的差别，如冬小麦WUE为1.03(山西屯留，1989)、春玉米为1.61(山西屯留，1988)，春谷子为0.75(山西屯留，1989)、春小麦为0.45(内蒙古武川，1989)、马铃薯为0.79(内蒙古武川，1987)。有关资料表明，通过调整作物布局，建立适应抗逆型种植制度，一般可使农田整体WUE提高O.15 0.26kg/m3，增产15-30％。从总的情况来看，玉米等碳4植物比小麦等碳3植物水分利用效率高，根据区域和种植区的实际情况，调整和优化种植结构，对提高农田整体水分利用效率是非常有利的。

值得说明的是，水分利用效率的提高，并不一定意味着经济效益的提高，在布局调整时，还必须充分考虑市场这只“看不见的手”的调节作用，将水分利用效率和市场有机的结合起来，达到增效增收的目的。

节水高产品种的培育是提高作物产量的重要途径，培育抗旱增产品种是现代作物育种的一个新方向，也是提高农业用水效率的不可缺的举措。目前已经初步完成了小麦、水稻、玉米等作物品种染色体基因图的绘制，使人类按照自己的意愿实现作物基因的重组成为可能。一些品种没有将抗旱和增产有效地结合起来，出现了抗旱不增产或者增产不抗旱的情况。所以，开发培育节水高产品种，还有一段相当长的路，我们必须利用现代技术，如生物技术、基因工程技术等克隆或者发现抗旱增产基因，为提高水分利用效率作出更大的贡献。

3.3节水高产施肥、培肥技术

“以肥调水”技术是提高水资源利用效率的重要手段。研究结果表明，作物的产量与温度、光照、水分、肥料等因素有密切关系，在其他因素不变的条件下，作物的需水量与肥力相互耦合，呈现出规律性变化关系。表l是不同施肥水平作物产量(Y)及水分利用效率(WUE)。

表1不同施肥水平作物产量(Y)及水分利用效率（武川）（公斤/亩，公斤kg/mm·亩）

从表可以看出，在一定的阈值范围内，作物的产量与肥料水平呈现正相关关系，水分利用效率却表现出倒U型，最大的WUE值并非出现在超高肥阶段，而是出现在高肥区。尽管不同实验区所得结果略有差异，但所表现出的通过调肥可以获得较高的WUE结论是一致的。

此实验给我们的启示是，通过调节土壤肥力可以获得较大的WUE。由于在一些地区，特别是干旱或半干旱地区，水分是影响作物生长主导限制因子，因此，可以通过以肥调水，提高农业用水利用效率。各地区应该根据各地的实际情况，寻求以肥调水的最佳方案，在实践中大力提高水资源利用效率。

3.4大力推进节水灌溉制度

节水灌溉制度是农业高效用水的基础，它针对农作物的生理特点，通过灌溉和农艺措施，调节土壤水分，对农作物的生长发育实施促、控结合，以获得最佳经济产量的灌溉方式。

实践表明，各种农作物不同发育阶段对水分的需求有很大差异，并非全生长期都要求土壤湿润才能稳产高产。一般而言，在作物营养生长盛期和受粉、受精期需水量较多，而在苗期和营养生长结束，生殖生长开始阶段，可以适度水分亏损而不减产。许多旱作物苗期保持较低土壤含水量，可以促进根系深扎，为充分利用土壤水奠定坚实的根基：成熟期为了防止倒伏，保持较低土壤含水量是非常必要的。这是开展节水灌溉的理论基础。此外，节水灌溉具有投入低、见效快、适合我国国情的特点。

以冬麦为例，如冬前生长旺盛，分蘖已达到产量要求的成穗数，则在春季返青的拔节前期不应灌水，以抑止无效分蘖，减少水分和养分的无效消耗。中国农业科学院农田灌溉所在山西夏县的试验结果表明，冬小麦浇3水(127m3／亩)处理，亩产256.41kg，浇5水(220m3/亩)处理，亩处理272.4kg，仅低5.9%，但节水93m3/亩，水分利用效率提高O.24-O.28kg/m3。河北省的试验也说明了类似规律，过去小麦要灌水5～7次，实施节水灌溉以后，现在仅灌2～3次，产量有增无减。近年来许多地方水稻栽培实行“浅湿晒”的灌溉方式，或“控制灌溉”方式，都达到高产省水效果，证明科学的节水灌溉制度是高效用水的基础。

3.5积极发展研究农业节水高新技术

节水农业的发展和效益的提高最终依靠科学进步来实现，特别是高新技术，它代表了节水农业发展方向，是中国农业能够在21世纪跨入世界前列的重要支撑力之一。它包括分子生物学技术、信息技术、精准农业技术、化学节水技术、新材料技术、自动化管理技术、灌溉新技术以及低水耗高产农业的综合技术等以化学节水中黄腐酸(FA)为例，它是一种理想的抗旱剂，它以黄腐酸为主要原料，并配以植物所需的30多种元素生产出的旱地龙，已经在全国推广1000多万亩，使用此产品可使作物增产10-15％，节水20-30%，投入产出比为1：15，经济作物则达1：20以上。依靠科技进步，减少农田蒸发和作物奢侈蒸腾及增加产量，提高农业用水效率是我们长远的奋斗目标。

4、结束语

提高农业用水效率是关系到21世纪中国人能否养活、养好16亿人口的重大问题，我们必须站在战略和政治高度处理这个问题。我们的目标是利用农业4000亿立方米左右的水，生产出16亿人口所需要的富裕的餐桌食物，为了实现这个宏伟的目标，掀起一场提高农业用水效率的革命势在必行。