社會農業節水管理論文

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我國是一個水資源十分短缺的國家，人均水資源量僅占世界平均水平的四分之一。社會經濟用水安全保障已經成為制約我國社會經濟發展的重要因素，是我國當前社會經濟發展面臨的一個迫切問題。一些國際組織已經將中國的水資源供需和糧食安全自給聯系起來，認為中國的水資源短缺將超越洪澇災害而成為中國政府最大和最難解決的水問題，甚至會引發全球糧食市場的變動和其他國際問題。

1.我國水資源利用現狀及存在問題

1.1用水現狀

新中國成立50多年來，用水增長迅速，各項用水指標發生了很大變化（見表1）。全國用水總量從1949年的1031億m3到2004年的5548億m3，其中生活用水占11.7%，工業用水占22.2%，農業用水占64.6%，生態用水占1.5%。1949～1980年為用水高速增長期，人均年用水量從187m3增長到450m3；其后用水需求繼續增長，但受資源制約供水難以同步增加，人均年用水量在450m3上下徘徊；20世紀末期，人均用水量開始出現下降趨勢，但是經濟發展的需求導致下降幅度不大，2004年人均用水量427m3。全國按目前的正常需要和不超采地下水，缺水總量約為300～400億m3，一般年份農田受旱面積600～2000萬hm2。從總體上說，因缺水造成的經濟損失超過洪澇災害。因此，建設節水型社會意義重大。

表1我國用水指標變化

項目

1980

1993

1997

2000

2001

2002

2004

人均用水量/m3

450

443

450

430

436

428

427

萬元GDP用水量/m3

3028

1017

744

610

580

537

399

畝均用水量/m3

583

539

516

479

479

465

450

人均

生活

城市/升

117

178

220

219

218

219

212

農村/升

71

73

84

89

92

94

68

工業萬元

用水量/m3

產值

635

190

136

78

增值

288

268

241

196

1.2用水結構

隨著我國經濟建設的發展，節水灌溉技術的應用，農業用水比重一直呈遞減趨勢，由1949年的97.1%逐步下降到2004年的64.6%（見表2）?？紤]到近期我國供水量不會有過大增長，這一比例還將維持一定時間，我國農業用水將基本控制在4000億m3左右，預計到2030年可供水量達到6640億m3時，農業用水比重可降低到60%

表2我國用水構成變化

年份

用水總量/億m3

用水量構成/%

總計

農業

工業

生活

農業

工業

生活

1949

1031

1001

24

6

97.1

2.3

0.6

1980

4437

3699

457

280

83.4

10.3

6.3

1993

5198

3817

906

475

73.4

17.4

9.1

1997

5566

3920

1121

525

70.4

20.1

9.4

2000

5498

3467

1139

575

63.1

20.7

10.5

2002

5497

3736

1142

619

68.0

20.8

11.3

2004

5548

3584

1232

732

64.6

22.2

13.2

注：2004年前的生活用水包括了包括生態用水，而2004年開始采用新的劃分標準，生活用水只是居民生活用水，而將生態用水單獨劃分出來，為了能更好地與前面序列對比，將2004年的生態用水（占1.5%）暫時算入生活用水。

可以看出，我國農業發展是在節水和內部挖潛的基礎上穩定發展的。隨著農業產業結構的大調整和高科技高附加值產品的提高，農業用水可望在穩定現狀的前提下，保持農業產值的穩定提高。但農業依然是我國的第一用水大戶。必須依靠節水灌溉措施來實現灌溉發展。

1.3存在的主要問題

目前，水資源供需矛盾突出、水資源緊缺與用水浪費并存、用水效率低是我國水資源利用的主要問題。

1.3.1水資源供需矛盾突出

2004年全國總用水量5548億m3，占我國水資源總量的23%，占世界總用水量的12%，是用水最多的國家之一。作為經濟高速發展中的人口大國，面臨的水資源壓力更為緊迫。目前，我國正常年份需水量約為6000億m3，而各類水利設施年供水能力約5600億m3，污染加劇使可用水量減少，水危機嚴重制約我國經濟社會的發展。由于人口持續增長和經濟高速發展，工農業和人民生活用水將持續增加，使目前存在的水資源供求矛盾更趨激化。其主要表現為：供求總量更加不平衡，需水量增長速度超過可供水量的增長速度，供水狀況趨于惡化；北方地區和沿海工業發達地區等地域性水資源供求矛盾日趨惡化，將嚴重制約社會經濟的發展；巨大的人口壓力對發展耕地灌溉事業提出更加緊迫的要求，而工業城市將是增加用水量的主要部門。用水量驟增，將對農業灌溉用水構成嚴重的威脅，部門用水矛盾更加尖銳。據預測，到21世紀30年代，在全國需水量實現零增長之前，全國需水總量將可能達到7000億m3，比目前需水量要增加2000億m3左右，每年平均需增加可供水量近100億m3，這需要投入龐大的資金，要解決一系列復雜的社會環境問題，可見任務之艱巨。

1.3.2水資源緊缺與用水浪費并存

盡管我們國家水資源如此緊張，但用水浪費現象更是普遍存在，大大加劇了水資源供需矛盾。據統計，目前農業灌溉缺水300億m3左右，工業、城市缺水約58億m3。600余座設市城市中有300多座缺水，較嚴重缺水的有110多座，年損失產值1600億元，并不同程度地影響城鎮居民生活?？墒牵壳案饔盟块T較普遍存在浪費現象，水資源未能得到有效合理地利用，用水效益不高。我國的用水總量和美國相當，但GDP僅為美國的1/8。農民仍然習慣于大水漫灌，全國農業灌溉水的利用系數平均約為0.43，而先進國家為0.7甚至0.8。我國正處在工業化初期階段，大量工業生產設備陳舊，生產工藝落后。工業結構中新興技術產業比重低，加上管理水平低，因此絕大多數地區工業單位產品耗水率高于先進國家數倍甚至十余倍。而水的重復利用率也低得多，據統計大批城市工業水重復利用率為30%～40%，實際可能更低，而發達國家為75%～85%。

1.3.3用水效率較低，節水潛力很大

目前我國的用水效率還很低，單方水的GDP產出明顯低于發達國家，單位產品耗水量比國際先進水平高幾倍甚至幾十倍。如生產1t鋼耗水60%～100m3，先進國家僅需要3～4m3；生產1t油耗水2～30m3，先進國家僅為0.2～1.2m3；生產1t紙耗水400～600m3，先進國家為50～200m3。隨著經濟實力的增長，通過經濟結構的調整，用水效率的提高，節水尚有較大潛力。節約用水和科學用水，應成為水資源管理的首要任務。對農業和城市工業用水的研究分析說明：通過全面建設節水高效農業，可以大大提高農業的用水效率；通過推行工業的清潔生產，使工業用水量降低，這不僅可以節約水資源，而且可使城市廢水量相應減少，大大削減污染負荷。目前全世界灌溉面積中，噴微灌面積已占總灌溉面積的1/10，我國節水灌溉技術推廣力度較大，但所占比例仍然較低，是世界上現代灌溉技術應用程度最低的國家之一，噴微灌面積僅為80萬hm2，占有效灌溉面積的1.5%。我國作物水分生產率平均為0.8kg/m3糧食，只相當于發達國家的40%。不少學者研究指出，如果能積極采取有效節水措施，我國農業用水的節水潛力十分巨大。

2.農業節水面臨的形勢和任務

我國農業是國民經濟的基礎，農業的發展直接關系到人民生活、物價穩定、經濟發展和社會安定。要實現到2030年我國人口達到16億高峰期糧食自給的戰略目標，糧食生產是人們普遍關注的嚴峻問題。20世紀50年代以來，隨著世界人口急劇增加和人類開發能力大幅度提高，農業生產由于應用了良種、化肥、農藥和灌溉等方面的新技術成果，有了突飛猛進的發展。水資源和土地資源等農業資源得到了極大的開發利用，但這種掠奪式資源開發方式，帶來了資源與環境等方面的負面效應，使得農業進一步發展面臨著新的難題。旱地農業和灌溉農業的節水工作面臨著十分艱難的形勢。

2.1人口增加，人均耕地進一步減少

按照我國1978年至1994年耕地平均年減少28.67萬hm2計算，至2030年人口高峰期人均耕地將降至0.053hm2，接近國際糧農組織(FAO)規定的臨界值。若按日本或美國的工業化道路實現我國未來的工業化，人口高峰期人均耕地將降到0.04hm2或0.025hm2。耕地資源嚴重短缺，將成為我國農業可持續發展的最大障礙之一(人均耕地變化見表3)。

由于耕地資源不足，新墾荒地難度加大，增加農作物產量的重點將轉向提高單位面積產量。因此，大力發展節水農業將成為糧食生產的有效途徑之一。

表3人均耕地變化

年份

人均耕地/hm2

年份

人均耕地/hm2

1949

1952

1957

1962

1965

1970

1975

1976

1977

1978

1979

1980

0.165

0.188

0.173

0.153

0.143

0.121

0.108

0.106

0.105

0.103

0.102

0.101

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

2000

2004

0.099

0.097

0.096

0.095

0.093

0.091

0.090

0.088

0.087

0.085

0.067

0.094

2.2資源型缺水、用水結構性缺水及水質性缺水，制約了農業可持續發展

我國水資源總量為2.8萬億m3，僅占世界水資源總量的5%。每平方公里平均占有量約25萬m3，人均水資源占有量不足世界人均占有量的1/4。資源性缺水嚴重。若水資源總量能保持基本穩定，人口高峰期人均資源占有量還將減少25%～30%，水資源供需矛盾將更加突出。不同典型年份灌溉農業情況見表4.1.5。

表4不同典型年份灌溉農業情況

年

份

有效灌溉面

積/億hm2

灌溉用水量

/億m3

灌溉用水占總用水量比例/%

人口/億

耕地面積

/億hm2

糧食總產量

/億kg

1949

1957

1965

1980

1988

1993

2004

0.14

0.25

0.32

0.49

0.48

0.50

0.56

956

1853

2350

3570

3874

3440

/

92

90

85

80.5

/

66.5

/

5.40

6.46

7.25

9.87

10.96

11.85

13.00

0.978

1.118

1.036

0.993

0.957

0.951

1.225

1132

1950

1945

3206

3941

4565

5658

我國農業還面臨著結構性缺水，灌溉用水量占全國總用水量的比例逐年下降。隨著社會經濟的迅速發展，工業用水和城鎮供水的比例還將增加，農業用水將進一步被擠占，優質和較優質的水資源將轉向非農業供水，灌溉用水更為緊缺。

全國年排放污水總量近600億m3，其中80%未經處理直接排入水域。在700多條重要的河流中，有近50%的河段、90%以上的城市沿河水域遭到污染，使70%的地面水源遭受不同程度的污染，其中30%～40%的水源已不符合灌溉水質標準。每年全國農田污染事故造成的損失超過1億元，糧食減產100萬t以上。如不采取有效措施，地面水和地下水的水質還將下降，農業用水還面臨著水質性缺水。

灌溉水量的減少和水質惡化，加劇了農業用水供需矛盾，干旱缺水造成的農業損失日益加大。據統計，目前農業灌溉缺水300億m3左右，每年因干旱缺水受災面積平均達0.27億hm2，成災面積0.13億hm2，減產糧食1000億kg，且有逐年增長的趨勢。因此，在水源性、結構性及水質性缺水較嚴重的形勢下，必須發展節水農業，才能促進農業的可持續發展。

2.3水資源開發程度較高，利用率偏低

聯合國及其他有關國際組織出版的《全面評估世界淡水資源》一書中給出了用水緊張程度的劃分標準：用水量和可用水量之比小于10%時，為低度緊張；10%～20%時，為用水中度緊張，說明水可用量正成為一個限制因素，需要通過努力和加大投資來增加供應和減少需求；20%～40%時，為中高度緊張，需要解決人類用水的爭搶問題，對于發展中國家，需要大量投資來提高用水效率，而且水資源管理所需開支在國民生產總值中所占份額要加大；超過40%時，為用水高度緊張，表明出現嚴重水荒，日益依賴咸水淡化，超采地下水，原有的用水格局和取用水量不可持續下去，水荒成為經濟增長的限制因素。

若用全國水資源總量2.8萬億m3代替可用水量(考慮水資源開發能力限制和水質污染，實際可用水量要小于水資源總量)，2004年全國用水總量為5548億m3，用水量占可用水量的比值為19.8%，屬用水中度緊張類型。同時，我國的水資源分布極不均勻，按流域劃分，長江流域及其以南各流域水資源開發利用率為12%，屬用水中度緊張型；黃、淮、海、松遼等北方流域水資源開發利用率高達46%，其中黃、淮流域超過50%，海河流域達80%以上，屬用水高度緊張型，出現嚴重水荒。若考慮可用水量受水資源開發條件和能力限制還要小以及水質性缺水等因素在內，21世紀將面臨著用水爭搶問題。水危機已成為國際國內廣為關注的焦點。采取一切有效的節水措施，開源節流，實現水資源的高效利用實屬迫切，農業水資源的高效利用尤顯重要。因此，在實行雨水資源利用、水源工程建設、水質保護等開源措施的同時，應用新的節水灌溉技術，減少不同環節上的耗水，提高農業水資源的利用效率，將是今后節水農業追求的根本目標。

3.農業節水技術措施

農業節水的內涵包括了水資源的合理開發利用與配置、輸配水系統的節水、田間灌溉過程的節水、作物生長水分轉化過程的節水、用水管理的節水以及農藝節水增產技術措施等方面。

從用水角度看，灌溉就是通過給農田補充水分來滿足作物需求，創造作物生長的良好環境條件，以獲得較高的產量。從水源到形成作物產量要經過以下四個環節：①通過渠道或管道將水從水源輸送到田間，對應的技術稱為輸配水工程技術；②將引至田間的灌溉水，盡可能均勻地分配到指定的面積上轉化為土壤水，對應的技術稱為灌水技術(如噴灌、微灌、地面灌等技術)；③作物吸收利用土壤水，以維持它的生理活動；④通過作物復雜的生理過程，形成經濟產量。可見，后兩個環節中常采用灌溉模式來提高灌溉水及降水的生產效率。通過調蓄土壤水分狀況，創造作物根系土壤中水、肥、氣、熱的適宜環境，獲得節水高產優質的效果。因此，凡能增加天然降水的有效利用(包括徑流調蓄與利用、集雨技術等)、減少輸水損失、提高水的利用率和水分生產率的措施、技術和方法均屬農業節水范疇。前兩個環節的節水潛力比較大，是當前節水的主要途徑之一。后兩個環節中節水新技術新成果的應用，對提高水的生產率作用顯著，是節水條件下增產的主攻方向。因此，農業節水技術是由水源、工程、農業、管理等環節的技術措施組成的一個綜合技術體系。

3.1充分利用天然降水技術措施

提高天然降水的有效利用量，減少灌水次數和灌水定額，是最省投資的節水措施。對于有一定降水量的缺水地區，意義尤為重大。

通過平整土地，修水平梯田，機械深松和耕翻，秸桿還田覆蓋保墑，筑畦埂和使用保水劑等農業技術措施，增加土壤入滲能力和保水能力。降雨量在200～500mm的山丘區，可通過人工集流場匯集雨水，存放在調蓄池或水窖中，作為點播澆灌(如坐水種)的水源，有條件的可配上簡移式噴灌，進行作物關鍵生長期灌溉，變雨養農業為集雨農業。井渠(河)結合，天然降水、地表水和地下水聯合運用，雨季回補地下水，既增加了水源調蓄能力和抗旱水源，又減輕了洪澇威脅。旱季利用地下水灌溉，可彌補地表水之不足。在不影響防洪排澇的情況下，經合理規劃及調節，在河道或排水溝適當位置修堤建閘，梯級攔蓄雨季洪水，既能直接作為灌溉水源，又可增加對地下水入滲補給，改變因超采形成地下水位急劇下降的狀況。在半干旱、半濕潤及濕潤地區，采用科學的節水灌溉制度，可人為地利用田間(土壤)水分進行調蓄，擴大作物對降水的利用，直接減少灌溉補水，其節水效果面廣量大。

3.2輸配水工程節水技術措施

渠道防滲技術能最有效地減少渠道滲漏損失，提高農業用水利用率，更有效地利用水資源。漿砌塊石襯砌防滲較土渠減少滲漏損失50%～60%；混凝土襯砌防滲較土渠減少滲漏損失60%～70%；塑料薄膜防滲較土渠減少滲漏損失70%～80%。低壓管道輸水技術是我國北方井灌區發展較快的一種節水技術。管道水利用系數平均在0.95以上，與土渠灌相比，平均畝次毛灌水量減少30～40m3，減少渠道占地10%，減少提水能耗30%～40%。低壓管道輸水地面灌溉系統以其節水(30%)、節地(7%～13%)、造價低廉、快速輸水和便于管理等優點，迅速地應用于灌區。

3.3田間節水技術

田間灌水技術常分為全面灌溉和局部灌溉。全面灌溉是指全面濕潤整個農田根系活動層的土壤，包括地面灌溉(如畦灌、溝灌、淹灌和漫灌)及噴灌。局部灌溉只濕潤作物周圍的土壤，行間或棵間的土壤仍保持干燥，又稱微量灌溉，如滴灌、微噴灌、涌灌(涌泉灌)，膜上灌及滲灌等。主要有以下幾種：

（1）節水型地面灌溉地面灌溉在我國占主導地位，占灌溉面積的98%，節水潛力很大。節水型地面灌溉技術包括小畦灌、波涌灌(波涌溝灌比一般溝灌節水50%以上，灌水效率由50%～60%提高到70%～80%)、細流溝灌、膜上灌（與常規溝灌相比，節水40%～60%，增產5%～50%）、水平畦田灌等。

（2）噴灌技術噴灌技術是當前世界上最先進的節水灌溉技術。近幾年來，在我國發展較快，現有噴灌面積130多萬hm2，占總灌溉面積的2.5%。與地面灌相比，可節水30%～50%。噴灌具有灌水均勻（可達80%～90%）、水的利用率高（達到60%～80%）、省水（20%～30%）、作物產量高、適應性強等優點。

（3）微灌技術微灌技術是較噴灌更為省水的灌水技術。近年來在我國發展也很快，灌溉面積達到13.3萬hm2，占總灌溉面積的0.25%。微灌是利用低壓管道系統和灌水器，將水和作物所需的養分直接送到作物附近的土壤中。由于是局部灌溉，濕潤土壤面積小，蒸發損失少，故比噴灌更節水。比地面灌節水45%～75%。按灌水時水流出流方式的不同，微灌可分為滴灌、微噴灌及涌泉灌。

3.4作物節水灌溉模式

在掌握作物耗水特性、生長發育、干物質形成和水分供應之間關系的基礎上，通過適宜的灌溉模式與農業技術措施相結合，實現高產(優質)節水之目的，這是從作物本身去挖掘節水潛力，以內涵為主、提高水分生產率的重要環節。

（1）水稻節水灌溉模式我國先后研究出一批水稻節水灌溉模式，其共同點為：在保證水稻正常生長發育的條件下，通過稻田土壤水分或水層深層上、下限灌水指標的適宜組合，以適時適量的灌溉供水調節土壤中水、氣、熱、養分協調狀況，調動水稻自身的調節機能和適應能力，促進和控制水稻根系和植株生長，減少無效水分消耗，獲得高產條件下的節水。代表性成果有控制灌溉(河海大學、山東)、淺濕調控灌溉(江蘇)、薄露灌溉(浙江)、薄淺濕曬灌溉(廣西)、葉齡模式灌溉(揚州大學、江蘇)以及非充分灌溉(武漢水利電力大學)等。這些模式的節水幅度為10%～50%，增產幅度在10%左右，有些模式能使稻米品質改善。

（2）旱作物節水灌溉模式目前國內外正在研究和應用的旱作物節水灌溉模式有非充分灌溉、調虧灌溉、控制性分根交替灌溉等。

4.以人與自然和諧共處新理念，審視未來農業節水創新研究思路

在近20年的農業節水領域，取得了一批先進、實用的科研成果，被較為廣泛地示范應用，產生了顯著的社會經濟效益。與此同時，也出現或將要出現至今未被重視的生態與環境問題。例如，在較大區域（灌區）或大尺度（行政區域、全流域）推廣應用渠系防滲等工程節水和田間節水技術，改變了地面水與地下水的自然轉換規律，引起區域內和周邊地區非灌溉范圍的生態植被生長失衡、萎縮、甚至死亡；水田濕地功能減退；動植物生長環境改變而影響多樣性。因此，必須對未來農業節水的理論研究作出新思考。

（1）高度重視植物高效用水機理及其需水時空變異規律與耦合尺度效應，開展農業節水理論創新研究

開展節水灌溉條件下作物需水時空變異規律規律及其尺度效應模擬、精準灌溉條件下作物高效用水生理調控指標及其群體生長補償效應、節水灌溉條件下SPAC系統水分運移與調控指標、節水灌溉條件下水、肥、環境—作物產量模擬及其空間變異，預測節水灌溉和植被生產力提高對水土環境的中長期影響等方面的基礎理論研究。研究設施農業精量灌溉技術及最佳控制模式，研究不同灌溉技術要素組合對作物根區水分養分利用效率的影響。通過前沿性理論創新研究，為現代農業可持續發展提供技術儲備。

（2）高度重視節水灌溉對生態環境的影響機理及其互動效應，促進節水農業的可持續發展開展劣質水灌溉的污染物遷移轉化規律及其稻田生態效應、區域尺度節水條件下生態環境動態響應模擬、節水灌溉條件下稻田生態環境因子的變化規律及其對大氣環境的影響、水稻水肥耦合效應與生態環保型運籌、農業節水對生態系統需水、濕地演化與保護及其水生態系統修復的影響等節水與生態環境之間的關系研究。

（3）高度重視節水技術模式與管理的創新研究，充分挖掘工程和管理節水潛力

開展生態環保型節水高效灌溉技術模式、數字化灌區灌溉系統水量水質實時監控與水管理閉環自動控制系統、灌區尺度墑情測報與實時灌溉決策支持系統、節水農業補償機制及其經濟、社會、環境響應模型等方面的研究。

總之，應自覺地將人與自然和諧共處的新理念應用于未來節水農業創新研究之中，以期取得前瞻性的科研成果，促進我國農業的可持續發展。