调控亏缺度型实时变量高效环保田间节水灌溉技术体系的产业化问题

摘要：简述了水资源匮乏的现状，介绍了“国产化”了的技术体系的技术关键、技术路线、节水效果、适用性、投资情况。介绍了本技术的节水、节能、环保等社会经济效益，指出了实施本技术所面临的主要障碍和应采取的对策。

关键词：调控亏水度 实时变量 高效环保 田间节水

Key words:High effichion ;Field water saving

1.1水资源现状：

我国已被公认为贫水国家，在对149个国家和地区的统计中，中国人均水资源占有量：2300立方米/人，仅排在第109位。

河北省人口占全国的5%，耕地占全国的6%，水资源只占全国的0.7%，居全国第29位；降雨量居全国第23位。我省人均可用水资源量为305立方米/人，约为全国人均可用水资源的1/7左右。亩均208立方米，占全国亩均用水量的1/9。

河北省地下水超采已超过1000亿立方米，是全国之最。出现了全国最大、世界罕见的4万平方公里的地下水超采漏斗区和5万平方公里的地下沉降区，并因此引起一系列的地质、生态和环境问题。所超采的地下水中有一半是很难补给的深层后备水源；如不采取有效措施，中东部深层地下水有可能在20年内被采光。

有关院士和权威专家认为，解决北方干旱半干旱地区的水安全问题，仅靠南水北调，只能缓解远不能根本解决北方干旱缺水问题，必须大力推广先进实用型节水灌溉技术。

河北省属资源型缺水地区，解决水的问题，一方面要靠开源，一方面要靠节流。

缺水是我省经济与社会发展的关键性制约因素。缺水影响工业年产值约200亿元，由于缺水影响农业增产增收，加重农民负担，全省每年有150~250万公顷农田因干旱缺水而减产，40~60万公顷农田由春播转为夏种，年均减产粮食25亿公斤左右。因缺水全省有一半人口饮用水不合标准，其中940多万人饮用高氟水，300多万人饮水困难。大力推行节约用水及建立节水型社会已刻不容缓。

加速推广和建立高效环保田间节水灌溉技术体系势在必行。首先在占总用水量70%的农业用水领域开展节水，是我们面向21世纪，建设经济强省的重要而紧迫的战略任务，是我国我省节水农业发展的战略性要求。

针对我省严重用水形势，省委、省政府从全省经济可持续发展的战略出发，明确提出了河北省经济发展制约在水、潜力在水，希望也在水。强调发展经济首先要解决水的问题。并制定了在全省建立一个计划用水、节约用水、良性运行机制的节水战略。在省委、省政府节水战略指导下，各行各业都行动起来了。

在充分分析了国内外、省内外大量资料，针对我省水资源匮乏，农业用水理念陈旧，先进节水技术装备缺乏，广大农民参与不足的情况，河北省邀请中国工程院资深院士曾德超教授来我省讲解由他主持完成的经过农业部组织鉴定的研究成果“中国实用型现代高科技田间节水高效环保灌溉技术体系”，并征得其同意将该科研成果结合我省农业节水现实情况，进行大面积产业化示范推广。

该技术体系理念新颖、科学，易于实施，节水效果显著。该项目的实施符合国家和河北省节水农业发展规划，可带动农业节水高技术产业成长和相关产业发展，引导和调动社会资源的合理配置。

3.1国外现状：

在发达国家，普遍采用比我们更先进的田间灌溉技术，采用实时监测，按田块各部位土壤土层不同和作物生育期不同的生理需求而变量灌水的田间灌溉制度（或称田间灌水计划）。灌溉方式主要有喷灌、滴灌、低能耗精密灌溉（LEPA）、地下渗灌、波涌灌、沟灌、畦灌、大型机组灌溉等。

3.2国内现状：

我国水利部门在水资源开发利用、跨流域供水，修建大、中、小型水库和机井，对灌区水资源进行优化调配管理，推广渠道衬砌，管道化输水，喷灌、微灌等先进的灌溉技术设备等方面，获得了辉煌的节水效果。

在田间灌溉制度方面，我国农业上有大水漫灌的习惯和多灌多产的错误观念。这一方面是用水不花钱，另一方面是来水时间不可靠所造成。既然灌溉水来了就多灌饱灌，以防下一次来水时间和数量上的不可靠。另外，一般农民对地下水污染和地下水持续下降所带来的对人类生存的潜在危机难于体会和把握。

50年代后期，在丁颖院士等科学工作者的建议下，全国建立了400多个灌溉试验站，通过蒸渗仪等设备，对水稻、小麦、玉米、棉花等主要作物的需水量、需水规律进行了长期的系统研究，提出了适合各地区主要作物的灌溉制度。同时，各地农业科研机构和农业试验站通过长期的、大量的试验研究工作，对我国各地区的作物需水量、灌溉制度和节水高效栽培模式及本地区的主要作物一年灌几次水，在哪个生育期灌，灌多少等进行了大量的研究工作。对水利工程的规划设计、水资源管理、流域水量分配计划、水权谈判等提供了依据，对节水灌溉亦提出了范例和模式。

3.3存在的问题：

但是，在灌溉流程的最后一个环节，即占我国灌溉总面积97％的田间地面灌溉，落后的理念仍处于支配地位。粗放的田间灌溉制度和灌溉方式造成田间水资源浪费严重，几乎使前功尽弃。针对我国国情，选择投资低的先进适用的调亏型实时变量高效环保田间节水灌溉技术和新的节水装备进行推广应用，是现代节水农业发展的战略性要求。

在我国目前的情况下，要大面积普遍应用常规的技术密集的工程节水措施，如：采用大型喷灌机和固定式喷灌等技术与设备，投资过大（见表1），是不现实的。

表1 到2030年我国要解决水安全问题所需投资对比表

采 用 技 术 投 资（亿元） 传统工程节水技术 4417 调亏型实时变量高效环保田间节水灌溉技术 72~135

采 用 技 术

投 资（亿元）

传统工程节水技术

4417

调亏型实时变量高效环保田间节水灌溉技术

72~135

注：以上为到2030年全国灌溉面积要发展到9亿亩，灌溉水保持在4000亿米3要解决水安全问题所需投资

3.4推广本技术的意义：

随着水资源的日益紧缺，农业用水实行收费势在必行，陈旧落后的灌溉理念和传统粗放的灌溉模式必将退出历史舞台，取而代之的是先进的按需供水的调控亏缺度型实时变量田间高效节水环保灌溉技术，实现精确灌溉是科学灌溉的必然结果，是我国节水农业发展的必然趋势。不仅是农业节水发展的要求。也是国民经济可持续发展之急需。对国民经济发展和农业节水产业优化升级有重大意义。

本项目所采取的技术将以很小的投入，解决国内常规方法无法解决的田间灌溉节水、节能和防止地下水污染等问题。

4.1核心技术：

其核心技术是“实时变量灌溉”和“调亏灌溉”。 该成果通过了农业部组织的鉴定。项目总体达到了国内领先水平。

调亏灌溉——调整并保证作物最佳亏水度，确保作物高产出高效益。

实时变量灌溉——根据作物品种、生育期、地块位置、气象等诸多因素的不同，实时制定灌溉制度，变量灌溉。

采用本技术将实现“测土施水”、“变浇地为浇作物”——这是以极小投入实现大幅度节水节能的关键，也是现代精准农业核心思想在农业节水上的应用。

4.2技术路线：

本技术采用的技术路线不同于传统的技术路线，它体现了精准农业的实时地变量地对待灌溉问题的思想，即“测土施水（灌溉），变浇地为浇作物”。

其技术路线如下：

作物根区土壤水分实时监测——作物需水短期预报——选定灌溉策略（调亏类型MAD、EAD 、RDI）——确定灌水方式——确定灌水时间和灌水量——定时定量灌溉。

实用型现代高科技田间节水高效环保灌溉技术体系包含如下技术环节：（1）通过在田区、田块代表地点，对根区土壤水势在作物生长过程中进行实时监测；（2）利用气象数据对作物耗水量进行短期预报；（3）根据可资利用的植物水生理规律，农业技术试验总结，作物节水高效栽培模式与经验（如商丘模式、吴桥模式等），或从高效利用水资源，从最优经济效益、生态效益上考虑选定灌溉策略；（4）在根区土层有效水量收支平衡的基础上，制定田块灌水日期、灌水量、灌水顺序与部位等，对田块灌溉作出日程安排，这就是田块实时灌溉制度制定技术；（5）开发或选用适当的地面灌（畦灌、沟灌、软管灌——小黑龙）、喷灌和各种微喷滴灌的量水装置，以求灌水定量；（6）进一步改进现行各种田间灌水方法的技术细节，尤其是量大面广的各类地面灌，采用低能耗灌水设备与技术，实现按时按量按所要求的部位灌水。

4.3本技术体系的节水效果及实用性：

本技术采用的核心设备为高度智能化设备，高度集成，简便易行，操作十分方便。初高中毕业水平的农民经短期培训即可掌握。

本技术适合于各种作物，不论现有灌溉方式如何，均可以实施本项技术，并实现高效节水。在河北省，从张家口坝上风蚀沙化区到邯郸的井灌区，从西部太行山小流域区到沿海盐碱地区，均可应用本技术。

本技术对各种灌溉方式下均可适用，无论在喷灌、滴灌、管灌还是地面灌都可以与本技术结合，实现显著的节水效果。

4.4投入与产出分析：

达到同样节水效果（节水30%~40%），采用本技术仅需要传统技术的几十份之一（1/80~1/20），仅是南水北调工程投资的1/10。

表2 本技术与几种节水技术的比较

技 术 措 施

节 水 率

（%）

投 资

（元/亩）

备 注

现有工程节水灌溉技术

渠道衬砌与输水管道化

30~40

200

半移动式喷灌

30~40

300

平移式喷灌

30~50

400

微灌、滴灌

50~80

800

本技术

调亏型实时变量高效环保田间节水灌溉技术

~35

8~15

微灌条件下

~40

8~15

软管畦灌条件下

本技术具有社会、经济、生态三大效益，也是一项以社会效益巨大为特征，关系到子孙后代生存的德政工程。

我国现有耕地20亿亩，有效灌溉面积8亿亩，其中节水灌溉面积为2.8亿亩（到2000年）。到2030年，全国缺水高达1300-2600亿米3，其中农业缺水500-700亿米3，要解决水粮安全问题，灌溉面积要发展到6000万hm2用水量要从现在的4000亿米3增加到6650亿米3，农业节水有很大的发展空间。

本技术体系具有节水、节电、节肥和环保多重效益。若投资9000万元，用五六年的时间，推广203万亩，每年可实现节水1.83亿立方米，折合人民币2.9亿元；节电0.33亿度，折合人民币0.15亿元; 减少大量肥力损失；减少潜在污水0.25亿吨；五年增加就业机会5万人。

若投资22亿元，推广4000万亩，则每年可实现节水36亿立方米，折合人民币60亿元；节电6.6亿度，折合人民币3.1亿元; 并可减少大量肥力损失；减少潜在污水5.0亿吨；增加就业机会100万人。

达到每年节约或引入单方水的投资：本项目为0.61元/立方米；南水北调为：5.71元/立方米。

节水36亿立方米/年，相当于南水北调（中线）工程投资200多亿元才能达到入口水量（见表3）。

表3 调亏型实时变量灌溉技术产业化项目社会效益分析汇总表

采用

技术

推 广

面 积

（万亩）

总投资

（亿元）

年节/增水

节 电

减少肥力损失

（亿吨）

减少潜在污 水

（亿吨）

增加每

方水的

投资

（元/米3）

增加就

业机会

（万人）

节水量

（亿米3）

折价

(亿元)

节电量

（亿度）

折 价

(亿元)

氮

磷

钾

调亏型实时变量灌溉技术

203

0.9

1.83

2.9

0.33

0.15

0.25

0.61

5

2000

11

18.3

30

3.3

1.5

2.5

0.61

50

4000

22

36

60

6.6

3.1

5.0

0.61

100

南水北调中线工程

>200

35

5.71

本项目的实施将对增加就业机会，拉动经济增长，促进农业节水产业优化升级，促进农村新的劳动组织形式的诞生，促进农村城镇化，解决我省现实问题和国民经济可持续发展等问题都具有重大积极意义。

6.1实施本技术的主要障碍：

目前，农村经营规模普遍较小，水资源政策体系和水价体系尚未建立，不利于调动农民积极参与节水。另外，农民对水危机问题和农业的可持续发展问题难于体会和把握。节水事业应以政府投入为主，而我国目前经济尚欠发达，政府投入严重不足，并且一时难以大幅度提高，而且传统理念仍占统治地位，基层干部群众对水资源危机认识严重不足，造成节水灌溉先进技术难以大面积推广。

6.2应采取的对策：

针对存的问题与当前面临的障碍，我们只能积极应对。本技术以极小的投入产生显著的节水、节能、环保效益，大力推广本技术是我们发展精确农业和推进农业工业化的必由之路。推广本技术，应从大农场和经营规模较大的地方做起，向周边地区辐射，强化水危机意识，加强教育培训，转变观念。打好示范基地建设的基础，抓好主要点仪器设备的产业化、国产化这一关键。以政府资金为引导，充分发挥政府、地方、农民和企业及中介机构的积极性。

调控亏缺度型实时变量高效环保田间节水灌溉技术具有简便易行，投资较小，适应面广等特点，发达国家均已普遍应用。针对国情采用“国产化”了的技术和“中国化”的技术路线及中国特色的推广方案，以较小的投入解决我国北方田间节水灌溉问题，投入少，且具有显著的节水、节能、环保等社会效益，可以为水资源的可持续利用，农业及国民经济可持续发展做出应有的贡献。

参考文献：

1、中国工程院“21世纪中国可持续发展水资源战略研究”项目组。中国可持续发展水资源战略研究综合报告。中国工程科学2000年2卷8期。

2、中国农业大学 。 中国实用型现代高科技田间节水高效环保灌溉技术体系的开发与示范。 鉴定资料。

3、喷灌工程设计手册编写组编。 喷灌工程设计手册 北京 水利水电出版社 1989，8 342—382 486—522.。

4、曾德超，彼得.杰里。 果树调亏灌溉密植节水增产技术的研究与开发 北京农业大学出版社 1994，4。.

5、曾德超，彼得.杰里。 果树调亏灌溉密植节水增产技术指南 北京农业大学出版社 1994，4。

6、李光永，黄兴法，曾德超。 面向用户的果树微灌灌溉计划实时制定技术体系与实施方法.。

7、李光永，王小伟，黄兴法。 充分灌溉与调亏灌溉条件下桃树的耗水量研究 水利学报 2001，9。

8、黄兴法，李光永，曾德超。 果树调亏灌溉技术的机理与理论实践 农水工程学报 2001，174）.

9、刘洪禄，曾德超，杨培岭，马廷玺。 波涌灌田间面行水流动的数值模拟及其灌水技术 中国农业大学学报 1998，3（2）：75~79.

10、 曾德超，因.古德温，黄兴法，王小伟，李光永。节水灌溉技术指南 北京：中国农业出版社 2001，10。