摘要：我国节水农业发展的历史源远流长，而且与灌溉农业的发展密切相连。在距今４０００多年以前就有了临河挖渠、凿井汲水的灌溉农业，在漫长的历史岁月中，灌溉农业的建设绵延不断，对促进当时的农业生产和社会经济发展起到了十分重要的作用。灌溉农业的发展主要受水资源的制约，古代的劳动人民在与旱灾进行的长期斗争中，已懂得采用一些简单的节水农业技术，如夯实输水土渠的渠床减少输水渗漏损失；在蒸发量大的西北农田上铺上石子以减少农田土壤水分的蒸发损失等，对节约农业用水起到了一定作用。但是，由于社会和技术的等原因，到１９４９年我国节水农业的基础十分薄弱，除了在少数灌区建设有少量渠道防渗外，基本上仍是空白。
关键词：节水 农业发展 发展现状
二、节水型农业技术应用及其主要技术经济特性与效益
对农作物进行灌溉，从水源引水、包括降用，到作物耗水形成产量要经过一系列的物理和生物过程。节水农业就是要充分有效地利用自然降水和灌溉水，根本目的是通过采用、农业、管理等措施，最大限度地减少水从水源通过输水、配水、灌水直至作物耗水过程中的损失，最大限度地提高单位耗水量的作物产量和产值。节水农业的内涵一般包含水资源的合理开发利用，输配水和田间灌溉过程的节水、用水管理节水以及农业节水增产技术措施４个方面。水资源的合理开发利用包括多水源的科学调度；地面水、地下水、降水、土壤水综合利用；废污水回收处理利用以及咸淡水混合利用；水库、蓄水池的防渗处理等。输配水和田间灌溉节水包括输水建筑物改造配套，防止跑、冒、滴、漏；渠道防渗；管道输水；喷灌、滴灌、渗灌、膜上灌、膜下灌以及传统的土地平整、大畦改小畦、坐水点种等措施。农业技术措施包括根据水资源状况调整作物种植，推广耐旱作物品种、节水栽培技术，采取深耕蓄水，塑膜或秸秆覆盖、聚肥保墒等旱作农业措施和施用保水剂、抗旱剂等抗旱保墒措施。用水管理节水包括制定不同作物科学的灌溉制度，健全节水政策法规。
１．水资源合理开发利用技术
（１）水资源优化分配技术。对水资源进行综合评价，提出能充分利用水资源并发挥最大效益的优化分配方案，进行水资源的开发利用。
（２）多水源联合运用技术。利用系统工程理论和模糊数学方法，建立优化调度模型，采用计算机管理，提高水资源的利用率，充分发挥水资源的效益，实现节水增产并保持灌区水资源的良性平衡。
（３）雨水汇集利用技术。在干旱缺水的丘陵山区，选择有一定产流能力的坡面、路面、屋顶，或经过夯实防渗处理的地方，作为雨水汇集区，将雨水引入位置较低的水窖或水窑内储存，经过净化处理，供农村人畜饮水和农作物灌溉用水。
（４）地下用技术。在利用地下水为灌溉水源的地区，在维持地下水生态平衡的前提下，确定开采强度，合理利用地下水。对机井进行测试改造，提高机井的出水效率和装置效率，降低能耗。在井渠结合的灌区，非灌溉季节时，可利用渠道引客水或利用排水沟集蓄雨季降水，入渗补给地下水。
（５）劣质用技术。劣质水包括城市生活污水、工业废水、微咸水和灌溉回归水。城市或工矿排放的污废水含有多种重金属元素、有害的无机物或有机化合物、病原生物等，必须经过严格净化处理达到灌溉水质标准，才能用于灌溉非直接食用的农作物。利用微咸水灌溉时，可根据土壤积盐状况，农作物不同生育期耐盐能力，直接利用微咸水或咸淡水掺混后使用。但应特别注意掌握灌水时间、灌水量、灌水次数，同时与农业耕作栽培措施密切配合，防止土壤盐碱化。对于灌区渠系和田间渗漏水、退水、跑水产生的回归水，可收集起来重复利用或作为下游灌区的灌溉水源，但使用回归水之前，要化验确认其水质已符合灌溉水质标准。
２．输配水和田间节水灌溉技术
（１）渠道防渗技术。渠道是我国灌溉的主要输水方式，但传统的土渠输水渗漏损失大，约占到水量的５０％～６０％，一些土质较差的渠道渗漏损失高达７０％以上，据有关资料分析，全国渠系每年渗漏损失水量约为１７００多亿ｍ３，是灌溉水损失的最主要方面。因此，渠道防渗一直是我国发展高效用水灌溉的主要技术措施。渠道防渗不仅可以显著地提高渠系用系数，减少渠水渗漏，而且可以提高渠道输水安全保证率，提高渠道抗冲能力，增加输水能力。渠道防渗还具有调控地下水位，防止次生盐碱化，减少渠道淤积，防止杂草丛生，节约维修费用，降低灌溉成本的附加效益。据测定，浆砌石防渗较土渠减少渗漏损失５０％～６０％；混凝土防渗较土渠减少渗漏损失６０％～７０％；塑料薄膜防渗较土渠减少渗漏损失７０％～８０％。
渠道防渗的方法很多，根据所使用的防渗材料可分为土料压实防渗、三合土料护
面防渗、石料衬砌防渗、混凝土衬砌防渗、塑料薄膜防渗和沥青护面防渗等。混凝土衬砌防渗是使用最广泛的一种渠道防渗措施，可分为现场浇筑和预制装配两种，防渗效果好，使用寿命长，特别是使用混凝土“Ｕ”形渠槽防渗还可提高渠道流速和输沙能力。塑料薄膜防渗具有重量轻、造价低、运输方便、简单及抗腐蚀能力较强的优点。沥青护面防渗是用沥青与其他材料如塑料薄膜、砂石料、玻璃纤维等联合使用起到防渗作用。
（２）低压管道输水灌溉技术。低压管道输水灌溉简称“管灌”，是利用低压输水管道代替输水土渠将水直接送到田间灌溉作物，以减少水在输送过程中的渗漏和蒸发损失的技术措施。这项高效用水灌溉技术近几年在我国北方平原井灌区发展非常快。低压管道输水灌溉具有许多优点：一是省水，由于以管代渠可以减少输水过程中的渗漏和蒸发损失，使渠系用系数提高到０．９５以上，可使亩毛灌水定额减少３０％左右。二是节能，与土渠输水相比，由于提高了渠系水的利用系数，使从井中抽取的水量大大减少，因此可减少能耗２５％以上。三是可以减少土渠占地，提高土地利用率，一般在井灌区可减少占地２％左右，在扬水灌区可减少占地３％左右。四是管理方便，省工省时，由于低压输水管道埋于地下，便于机耕和养护，耕作破坏和人为破坏大大减少，另外由于管道输水流速比土渠大，灌溉速度大为提高，可显著提高灌水效率。
低压管道输水灌溉系统一般由水源、水泵及动力机、连接保护装置、输水管道、给配水装置及其他附属设备（如量水设备、排水阀、逆止阀和田间灌水设施）等部分组成。一般可分为移动式、固定式和半固定式３种。移动式是除水源外，机泵和输配水管道都是可移动的，特别适合与小水源、小机组和小管径的塑料软管配套使用。其优点是一次性成本低、适应性强、使用比较方便。缺点是软管使用寿命短、易被草根、秸秆等划破，在作物生长后期，尤其是高秆作物灌溉比较困难。固定式是包括机泵、输配水管道、给配水装置等建筑物都是固定的，水从管道系统直接进入沟畦进行灌溉。半固定的机泵、干（支）管和给水装置都地埋固定，而地面灌溉管是可移动的。通过埋设于地下的固定管道将水输送到计划灌溉的地块，然后通过给水栓供水给地面移动管进行灌溉。由于具有移动式和固定式两者的优点，是国内外低压管道灌溉较常用的一种形式。
（３）喷灌技术。喷灌是喷洒灌溉的简称，它是利用专门的设备（动力机、水泵、管道等）把水加压，或利用水的自然落差将有压水送到灌溉地段，通过喷洒器（喷头）喷射到空中散成细小的水滴，均匀地散布在田间进行灌溉。要实现喷灌首先要建立喷灌系统，一般包括水源工程、动力机、水泵、各种管道、喷头及控制设备等。喷灌系统分为固定式、半固定式和移动式三种：固定式喷灌系统各组成部分在整个灌溉季节中（甚至长年）都是固定不动的，或除喷头外，其它部分固定不动；半固定式喷灌系统除喷头和装有许多喷头的支管可在地面移动外，其余部分均固定不动，支管与干管常用给水栓快速连接；移动式喷灌系统除水源工程（塘、井、渠道等）固定外，动力机、水泵、管道、喷头都可移动。固定式喷灌系统操作方便、生产效率高、占地少，易于实现自控和遥控作业，但建设投资较高，适合蔬菜和经济作物地区采用；移动式喷灌系统简单，投资较低，使用灵活，设备利用率高，但移动时劳动强度较大，路渠占地较多，运行费用相对较高，比较适用于抗旱灌溉的地区，是我国目前发展最多的喷灌形式；半固定式喷灌系统的特点介于上述两者之间，是我国今后应提倡发展的主要喷灌形式。
喷灌和地面灌溉相比，具有节约用水、节省劳力、少占耕地、对地形和土质适应性强、能保持水土等优点。因此被广泛应用于灌溉大田作物、经济作物、蔬菜和园林草地等。喷灌可以根据作物需水的要求，适时适量地灌水，一般不产生深层渗漏和地面径流，喷灌后地面湿润比较均匀，均匀度可达０．８～０．９，由于用管道输水，输水损失很小，灌溉用系数可达０．９以上，比明渠输水的地面灌溉省水３０％～５０％，在透水性强、保水能力差的土地，如沙质土，省水可达７０％以上。由于喷灌可以采用较小的灌水定额进行浅浇勤灌，因此能严格控制土壤水分保持肥力，保护土壤表层的团粒，促进作物根系在浅层发育，以充分利用土壤表层肥分。喷灌还可以调节田间小气候，增加近地表层空气湿度，在天热季节起到凉爽作物，而且能冲掉作物茎叶上的尘土，有利于作物的呼吸和光合作用，故有明显的增产效果。多年大面积应用证明，与传统地面灌溉相比，喷灌粮食作物增产１０％～２０％，喷灌经济作物增产２０％～３０％，喷灌果树增产１５％～２０％，喷灌蔬菜增产１～２倍。但喷灌也有一定的局限性，如受风影响大，风大时不易喷洒均匀，以及投资比一般地面灌水技术要高。
喷灌几乎适用于灌溉所有的旱作物，如谷物、蔬菜、果树、食用菌、药材等，既适用于平原也适用于山区，既适用于透水性强的土壤也适用于透水性弱的土壤。不仅可以灌溉农作物，也可以灌溉园林草地、花卉，还可以用来喷洒肥料、农药，防霜冻、防暑降温和防尘等。但为了更充分发挥喷灌的作用，取得良好的效果，应优先应用于：当地有较充足的资金来源，且经济效益高、连片、集中管理的作物；地形起伏大或坡度较陡、土壤透水性较强，采用地面灌溉比较困难的地方；灌溉水资源不足或高扬程灌区；需要调节田间小气候的作物，包括防干热风或防霜冻；劳力紧张或从事非农业劳动人数较多的地区；水源有足够的落差，适宜修建自压喷灌的地方；不属于多风地区或灌溉季节风大的地区。
（４）微灌技术。微灌是一种新型的最省水节水灌溉技术，包括滴灌、微喷灌和涌泉灌。它是根据作物需水要求，通过管道系统与安装在末级管道上的灌水器，将作物生长所需的水分和养分以较小的流量均匀、准确地直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中，相对于地面灌和喷灌，微灌一般属于局部灌溉。微灌一般包括首部枢纽、输配水管网和灌水器。首部枢纽由水泵及动力机、控制阀门、水质净化装置、施肥装置、计量和保护设备组成。输配水管网包括管道和管件，常用塑料管道。灌水器是微灌的专用设备，也是微灌系统中最重要的组成部分，有滴头、微喷头、涌水器和滴灌带等形式。
根据不同的作物和种植类型，微灌系统可分为固定式和半固定式两类。固定式全部管网固定在地表或埋入地下，灌溉时不再移动，常用于宽行作物，如果树、葡萄等；半固定式的干、支管固定，田间毛管可在数行作物中移动，灌完一行后，移至另一行再灌，常用于密植的大田作物和宽行瓜类等作物。根据管网安装方式不同，又可分为地表式和地埋式两种。地表式一般支管和毛管铺设在地面上，安装方便、易于检修，但有碍耕作且易老化损坏；地埋式可避免地表式的缺点，但不便检修。
微灌有着显著的优点：因全部由管道输水，基本没有沿程渗漏和蒸发损失，灌水时一般实行局部灌溉，不易产生地表径流和深层渗漏，水的利用率较其它灌水方法高，可比地面灌省水５０％～７０％，比喷灌省水１５％～２０％；又因省水显著，对提水灌溉来说节能也显著；能有效控制压力，使每个灌水器的出水量基本相等，均匀度可达８０％～９０％；能为作物生长提供良好的条件，较地面灌一般可增产１５％～３０％，并提高的品质。
微灌的灌水孔径很小，最怕堵塞。故对微灌的用水一般都应进行净化处理，先经过沉淀除去大颗粒泥沙，再进行过滤，除去细小颗粒的杂质等，特殊情况还需进行化学处理。由于微灌只湿润作物根区部分土壤，会引起作物根系因趋水性而集中向湿润区生长，造成根系发育不良，甚至发生根毛堵塞出水孔，故在干旱地区微灌果树时，应将灌水器在平面上布置均匀，并最好采用埋深式。为防止鼠类咬坏塑料输水管，应将管道埋入鼠类活动层以下，约距地面８０ｃｍ。
微灌适应所有的地形和土壤，特别适用于干旱缺水的地区，我国北方和西北地区是微灌最有发展前景的地方。南方丘陵区的经济作物因常受季节性干旱也很适宜微灌。北方的苹果宜采用滴灌、微喷灌和涌泉灌；北方和西北的葡萄、瓜果采用滴灌最理想；南方的柑橘、茶叶、胡椒等经济作物及苗木、花卉、食用菌等宜采用微喷灌；大田作物如小麦、玉米等宜采用半固定式滴灌。
（５）膜上灌技术。是在地膜栽培的基础上，把以往的地膜旁侧灌水改为膜上灌水，水沿放苗孔和地膜旁侧渗水对作物进行灌溉。通过调整膜畦首尾的渗水孔数及孔的大小，来调整沟畦首尾的灌水量，可获得较常规地面灌水方法相对高的灌水均匀度。膜上灌投资少，操作简便，便于控制灌水量，加快输水速度，可减少土壤的深层渗漏和蒸发损失，因此可显著提高水的利用率。膜上灌适用于所有实行地膜种植的中耕作物，与常规沟灌玉米、棉花相比，可省水４０％～６０％，并有明显增产效果。
（６）地下灌溉技术。是把灌溉水输入地面以下铺设的透水管道或采取其他工程措施普遍抬高地下水位，依靠土壤的毛细管作用浸润根层土壤，供给作物所需水分的灌溉工程技术。地下灌溉根据供水方式的不同可分为地下浸润灌溉、地下管道灌溉和地下排灌两用系统。地下水浸润灌溉适用于地下水位较高、地下水及土壤含盐量较低，土壤透水性较好，又有一定排水条件的地区。地下管道灌溉适用于水资源紧缺、地下水位较深，灌溉水质较好，计划湿润土层以下有弱透水土层的地区。地下灌排两用系统适用于地下水位较浅，土壤无盐碱化的低洼易涝渍又有干旱威胁的地区。地下灌溉可减少表土蒸发损失，灌溉水的利用率较高，与常规沟畦灌相比，一般可增产１０％～３０％。
（７）坐水种技术。是利用坐水种单体播种机，使开沟、浇水、播种、施肥和覆土一次完成，特别适用于我国有小水源的旱地农业区。与常规沟灌玉米相比，可节水９０％，增产１５％～２０％。
（８）沟畦改造技术。沟畦灌是我国当前最主要的田间灌水方式，为了节水增产，可在精细平整土地的基础上大畦改小畦、长沟改短沟，以使沟畦规格合理化。一般可比常规沟畦灌减少灌水定额５０％，增产１０％～１５％。有条件的地方可采用间歇灌或利用激光平地实现水平畦田灌，以大幅度提高田间灌水的利用率。
３．农业节水增产技术
（１）耕作保墒技术。采用深耕松土，镇压、耙耱保墒，中耕除草，改善土壤等耕作方法，可以疏松土壤，增大活土层，增强雨水入渗速度和入渗量，减少降雨径流流失，切断毛细管，减少土壤水分蒸发，既可提高蓄集降水的能力，又可减少土壤的蒸发，使土壤水的利用效率得到显著提高。据测定，采用深松耕作法，疏松深度在２０ｃｍ以上，耕层有效水分可增加４％～５．６％，渗透率提高１３％～１４％，粮豆增产１０％。在伏雨前深松，可使４０～１００ｃｍ土体蓄水量增加７３％，小麦增产６％～３０％。
（２）覆盖保墒技术。在耕地表面覆盖塑料薄膜、秸秆或其他材料可以抑制土壤蒸发，减少地表径流，蓄墒，提高地温，培肥地力，改善土壤物理性状。因此起到蓄墒、提高水的利用率，促进作物增产的良好效果。秸秆覆盖一般可节水１５％～２０％，增产１０％～２０％。覆盖塑料薄膜可增加耕层土壤水分１％～４％，节水２０％～３０％，增产３０％～４０％。
（３）水肥耦合技术。通过对土壤肥力的测定，建立以肥、水、作物产量为核心的耦合模型和技术，合理施肥，培肥地力，以肥调水，以水促肥，充分发挥水肥协同效应和激励机制，提高抗旱能力和水分利用效率。可在不增加施肥量的条件下，获得较大的经济效益，以节约水肥资源，减少污染，改善生态环境，增产增收。在不增加施肥量和水量情况下，肥料利用率可提高３％～５％，产量增加２０％～３０％。
（４）节水作物品种筛选技术。根据当地的降水分布、干旱发生规律和作物水分特性，因地制宜压缩需水量大易旱的作物，扩大雨热同步和秋熟作物，选择耗水少而水分利用效率高的作物。通过调整作物布局，建立适应型高效种植制度，一般可使整体水分利用效率提高１．５～２．２５ｋｇ／（ｍｍ．ｈｍ２），增产１５％～３０％。在优化种植制度下，选用抗旱、节水、高种一般可较原主栽品种增产１０％～２５％，水分利用效率提高１．５～２．５５ｋｇ／（ｍｍ．ｈｍ２）。
（５）化学制剂保水节水技术。合理施用保水剂、复合包衣剂、黄腐酸及多功能抑蒸抗旱剂和“ＡＢＴ生根粉”等，可在作物生长发育中抑制过度蒸腾，防止奢侈耗水，减轻干旱危害，以及促进根系提高对土壤深层储水的利用，起到显著增强作物抗旱能力和提水分生产效率。小麦、玉米用保水剂拌种后，出苗率比不拌的提高２０％～３０％，增产１５％～２５％。喷黄腐酸可使作物叶片蒸腾速率降低１９％～２７％，田间耗水量减少７％～９％，增产９％～１２％，水分利用效率提高２５％～３５％。用“ＡＢＴ和根粉”拌种或浸种，可提高土壤储用率２０％以上。
４．节水管理技术
（１）节水灌溉制度。是把有限的灌溉水量在作物生育期内进行最优分配，以提高灌溉水向作物可吸收的根层的储水的转化，以及光合产物向经济产量转化的效率。可采用非充分灌溉、抗旱灌溉和低定额灌溉等，限制对作物的水分供应，巧灌关键水，增加有效降雨的利用，加大土壤调蓄能力，同时对作物进行抗旱锻炼，采用“蹲苗”、“促控”等技术，降低田间腾发量，提高作物对水的利用效率。一般采用低定额灌溉可节水３０％～４０％，而对产量无明显影响。
（２）土壤墒情监测与灌溉预报技术。用先进的科学技术手段，如张力计、中子法、电阻法等监测土壤墒情，数据经分析处理后配合天气预报，对适宜灌水时间、灌水量进行预报，可以做到适时适量灌溉，有效地控制土壤含水量，达到节水又增产。
（３）灌区配水技术。根据灌区各级输配水渠道的技术参数和灌溉及作物分布情况，按照水源可供水量和作物某生育阶段需水量及水分生产函数，以输配水过程中水量损失较小，而增产值较大为目标，应用系统工程手段，编制灌区水量优化调度方案，合理调配灌溉水量，做到增产又节水。
（４）灌区量水技术。采用量水设备对灌区用水量进行量测是搞好灌区经营管理、提高经济效益、实行按量收费、促进节约用水的重要手段。常用的量水设备有量水堰、量水槽、灌区特种量水器和复合断面量水堰。随着电子技术、计算机技术的发展，半自动式或自动式量水装置已开始应用，可大幅度提高灌区的量水效率和量水精度。
（５）现代化灌溉管理技术。采用电子技术对河流、水库、渠道的水位、流量、含沙量乃至抽水灌区的水泵运行工况等技术参数进行采集，输入计算机，利用预先编制好的计算机对数据进行处理，按照最优方案用有线或无线传输方式，控制各个闸门的开启度或调节水泵运行台数，实现自动化监测控制。可节省大量的管理劳动力，实现最优化用水管理。
应用上述节水农业技术措施时，应根据当地具体情况因地制宜地选用，并将各种适宜的技术措施组装配套，形成技术体系，以充分发挥这些技术措施的综合节水增产效益。
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