现代农业高效节水_应对干旱的新领域

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1、 第 1 页 共 3 页 中国水利报/2006 年/9 月/7 日/第 003 版 科技 在全球范围内，干旱是限制作物生产力的重要环境因子，提高作物的水分利 用效率备受人们关注，提高单位水量的生产率是缺水地区农业面临的严峻挑战。 加强生物节水的机制与途径的研究，提高各类水资源的利用效率，将为节水灌溉 和干旱作物栽培提供新的科学依据和技术。请看本期话题 现代农业高效节水应对干旱的新领域现代农业高效节水应对干旱的新领域 本版编辑 吴普特 西北农林科技大学 张正斌 背景新闻背景新闻 宁夏干旱 形势严峻 宁夏干旱 形势严峻 入夏以来，宁夏中部干旱带的中宁、同心、海原等 入夏以来，宁夏中部干旱带的中宁、

2、同心、海原等 12 个县个县(区区)26 个乡个乡(镇镇)、55 个行政村个行政村 184 个自然村遭受旱灾，共有超过个自然村遭受旱灾，共有超过 820 万亩农作物因旱减产减收，万亩农作物因旱减产减收，41.6 万人、万人、180 万头牲畜出现饮水 困难。万头牲畜出现饮水 困难。 摘编自新浪网 摘编自新浪网 链接链接 提高水分利用效率肥料有一手 提高水分利用效率肥料有一手 农谚道 农谚道“有收无收在于水，收多收少在于肥有收无收在于水，收多收少在于肥”。充分说明了水肥相互依赖和相互促进的科学关 系。长期土壤肥力定位实验表明，在约。充分说明了水肥相互依赖和相互促进的科学关 系。长期土壤肥力定位实验

3、表明，在约 500 毫米降雨的地区，无论什么高产品种，在没有施肥的 情况下，多年产量长期基本保持在每公顷毫米降雨的地区，无论什么高产品种，在没有施肥的 情况下，多年产量长期基本保持在每公顷 150450 千克，充分说明虽然水分不是限制因子，但 没有肥料就根本不可能高产，没有高水分利用效率。通过增施肥料，以肥调水，促进高产和水分 利用效率的提高，是我国在上世纪千克，充分说明虽然水分不是限制因子，但 没有肥料就根本不可能高产，没有高水分利用效率。通过增施肥料，以肥调水，促进高产和水分 利用效率的提高，是我国在上世纪 80 年代旱地农业研究中的一个重要成果。年代旱地农业研究中的一个重要成果。 目前在

4、全国广大地区的中低产田，仍然存在着施肥不足，作物品种高产和水分利用效率潜力 还没有发挥的现象。例如，我们在全国小麦品种区域实验目前在全国广大地区的中低产田，仍然存在着施肥不足，作物品种高产和水分利用效率潜力 还没有发挥的现象。例如，我们在全国小麦品种区域实验-中就可以看到，小麦水肥条件较高的 育种实验地，优良品种的小区产量可以达到每公顷中就可以看到，小麦水肥条件较高的 育种实验地，优良品种的小区产量可以达到每公顷 7500 千克甚至千克甚至 9000 千克以上，但在不同生态 地区的品种区域实验里，产量差异很大，大面积超高产田并不普遍。例如，在小麦黄淮旱地品种 区域实验基地，山东省、河北省许多地

5、方是有地下水位较高的旱地，土壤肥力较高，河南洛阳属 于土壤粘度高的旱肥地，山西省临汾的属于中等。陕西省的属于中下等，甘肃旱地的土壤肥力最 薄。从小麦品种区域实验的结果来看，抗旱高产的品种并不少，但高产地不是普遍有。另外在丰 水年份，有的旱地产量可达每公顷千克以上，但在不同生态 地区的品种区域实验里，产量差异很大，大面积超高产田并不普遍。例如，在小麦黄淮旱地品种 区域实验基地，山东省、河北省许多地方是有地下水位较高的旱地，土壤肥力较高，河南洛阳属 于土壤粘度高的旱肥地，山西省临汾的属于中等。陕西省的属于中下等，甘肃旱地的土壤肥力最 薄。从小麦品种区域实验的结果来看，抗旱高产的品种并不少，但高产地

6、不是普遍有。另外在丰 水年份，有的旱地产量可达每公顷 7500 千克，但大多数旱地产量在每公顷千克，但大多数旱地产量在每公顷 22504500 千克，这 也充分说明肥料在提高产量和水分利用效率方面的重要作用。千克，这 也充分说明肥料在提高产量和水分利用效率方面的重要作用。 概念 概念 生物节水： 生物节水： “生物节水生物节水”一语一语 1991 年在我国科技文献中出现。后有专文对此进行论述。生物节水与植物 高效用水的意义相同，主要通过提高植物水分利用效率来实现，也与植物的抗旱特性密切有关。 关于植物水分利用效率与抗旱性的关系，历史上曾有争议，现一般认为，两者相互联系，但非同 一性状。年在我国

7、科技文献中出现。后有专文对此进行论述。生物节水与植物 高效用水的意义相同，主要通过提高植物水分利用效率来实现，也与植物的抗旱特性密切有关。 关于植物水分利用效率与抗旱性的关系，历史上曾有争议，现一般认为，两者相互联系，但非同 一性状。 抗旱、节水与水分利用 抗旱、节水与水分利用 抗旱是一个笼统的生态学和生物学概念。 是指生物在干旱条件下的抗旱和耐旱能力以及生存 抗旱是一个笼统的生态学和生物学概念。 是指生物在干旱条件下的抗旱和耐旱能力以及生存第 2 页 共 3 页 能力。从实质上来讲。是指在缺水地区对深层土壤、沙漠中有限水分的利用能力和在大气干旱和 土壤干旱条件下对有效水分的保存能力， 即具有

8、更多的束缚水的能力。 又有一定水分利用的能力。能力。从实质上来讲。是指在缺水地区对深层土壤、沙漠中有限水分的利用能力和在大气干旱和 土壤干旱条件下对有效水分的保存能力， 即具有更多的束缚水的能力。 又有一定水分利用的能力。 节水的概念首先是指节约用水，也包括高效利用水的含义。提高灌溉水利用效率和生物水分 利用效率是节水农业研究中的两个关键问题。 通过选育和栽培、 养殖抗旱节水的动植物品种资源。 利用有限供水生产出较大的生物学和经济产量及经济效益，是跨水利学和农艺学范畴的概念。节水的概念首先是指节约用水，也包括高效利用水的含义。提高灌溉水利用效率和生物水分 利用效率是节水农业研究中的两个关键问题

9、。 通过选育和栽培、 养殖抗旱节水的动植物品种资源。 利用有限供水生产出较大的生物学和经济产量及经济效益，是跨水利学和农艺学范畴的概念。 技术 节水高效农业中的几个研究重点 我国现阶段灌溉水利用率仅为 45%左右，旱作雨水利用率较低。有效利用率仅为 30%。未来 15 年应首先解决农业用水过程中的水浪费问题，即首先提高现有灌溉水的利用率和利用效率，其 次提高雨水资源的利用效率。并大力开发污水和劣质水。在此基础上，还应作好技术储备，即生 物节水技术的研究与开发。 现代生物节水技术 现代生物节水技术包括以下几个方面：以主要农作物和林草为重点，进行种质资源的田间或 室内抗旱性鉴定、评价，筛选抗旱节水

10、优异资源，建立农作物抗旱节水特性鉴定评价指标体系与 方法；应用分子标记辅助选择、转基因、基因聚合技术结合常规育种的方法，建立简便、有效的 抗旱节水和水分高效利用型种质改良与育种技术；创制抗旱节水型或水分高效利用型的优异育种 新材料，选育抗旱节水新品；筛选具有控制蒸腾功能的外源物质，研究作物对外源物质的生理生 态响应；综合应用化学合成与耦合技术，研究植物蒸腾抑制剂；研究适用于旱作和非充分灌溉条 件下具有抗旱节水、防病杀虫、高效环保等多种功能的种衣剂；研究不同区域主要农作物调亏灌 溉指标体系与灌溉模式。主要作物局部控水灌溉技术与方法等。 非传统水资源高效安全利用技术 该技术重点研发适合旱区应用的新

11、型高效工程和生物雨水集蓄形式。低成本、高效、绿色环 保型的集雨材料，新型集雨设施结构形式和现场成型技术，提出雨水集蓄与高效利用工程系统设 计软件，建立区域雨水资源高效利用技术体系和最优开发模式及智能决策系统软件。研究再生水 灌溉对土壤和地下水及作物品质的影响，提出作物污染安全指标量化体系，再生水与净水混灌或 轮灌的应用技术，不同再生水灌溉方式下的作物灌溉制度等。研究低成本、节能型的微咸水开发 利用技术与设备， 微咸水灌溉下的控制指标体系和作物灌溉制度， 土壤水盐运动规律与调控技术， 咸淡水轮灌的模式。提出改善区域生态与环境的微咸水利用成套技术等。 节水灌溉技术与装备 研究土地精平标准与激光控制

12、平地技术，开发国产激光控制平地铲运设备和相应的液压升降 控制系统。提出与激光控制平地技术实施相配套的田间灌排工程系统模式；研究地面灌溉技术控 制参数，开发田间波涌灌溉控制设备、田间多孔闸管灌溉系统和田间灌溉自动控制设备；研究根 系分区交替灌溉技术要素设计方法和田间配套设备，建立保墒灌溉技术体系。建设喷微灌产品数 字化设计及快速成型平台，开发喷微灌系统设计软件，研制节能异形喷嘴喷头、轮小型移动式喷 灌机组、适用于低压管道输水灌溉系统的新喷灌机组。研制微压超薄壁滴灌带，抗堵、耐用、价 廉的微灌灌水器、自动反冲洗过滤器、精量注肥器、压力调节器、精量控制阀及微灌自动控制系 统。利用纳米技术改进防渗材料

13、性能，开发新型土壤固化剂、新型复合土工膜料和填缝材料；研 制用于管道输水的高分子复合材料大口径管材、管件及配套设备；开发标准化与系列化的新型金 属管材及管件、加筋高密度聚乙烯(PE)喷灌移动支管及管件。 旱作高效用水技术与新材料 建立主要农产品水分需求与水资源保障之间的关系模型和基础数据库。提出主要区域节水稳 产型的作物种植结构；建立与降水和水资源相协调的适雨种植参数，提出适合区域特点的节水高 效间作套种与轮作等种植模式、农田蓄水保墒的少免耕技术、区域节水型农作制度优化设计软件 和决策支持系统。研究多功能行走式抗旱播种机具的结构形式及主要部件性能参数，研究适合旱第 3 页 共 3 页 区小水源

14、条件下应用的微型提水机具及局部灌溉系统。 研究由天然材料和改性天然材料(重点是植 物纤维和淀粉类)制成的生物全降解塑膜、 田间生物材料成膜技术与工艺及相关设备， 开发具有增 温、保墒、增产、无残留的多功能液体覆盖材料，改性和创制新型液膜等。 区域高效节水农业综合技术 研究区域作物水分信号监测技术与诊断指标体系，区域土壤墒情快速测定与预报技术；研究 基于网络技术与 3S 技术相结合的灌区动态管理信息实时采集、传输和分析技术，灌溉系统计算 机识别技术。渠系配水模拟仿真和水量流量实时调控技术；研究灌区多种水源联合利用下的水资 源优化配置与管理模型， 区域多水源优化配置与管理智能决策支持系统： 探索虚

15、拟灌区实现技术。 选择 10 种不同节水农业类型区，建立 20 个左右的现代节水农业技术集成示范区，以农业节水高 新技术和产品应用为载体，将生物节水技术、节水灌溉技术、农艺节水技术和用水管理技术组装 配套后，在示范区形成各具特色的现代节水农业技术体系与模式，探讨以农民用水者协会为主的 示范区管理机制与模式，探索有利于调动科研、企业、灌区和农民积极性的示范区建设多元化投 入机制。 问题 如何提高水分利用效率 在上世纪 80 年代以前，人们对植物被动的耐旱性研究比较重视，主要进行如离体耐脱水、 抗旱形态结构变化等研究。上世纪 80 年代以后对植物主动抗旱性有了深入研究。如通过增施磷 肥，促进小麦根

16、系生长，吸取深层土壤水分，进行抗旱。到上世纪 90 年代主要进行节水研究， 发展节水农业；今后将要转到高水分利用效率(WUE)研究这个方向。因为 WUE 是一个可以定量 化的综合研究指标，包括抗旱、耐旱、节水、高效用水和高效产出等多方面的内容。 提高 WUE 途径有四个方面：一是在干早土壤有限水分条件下吸取更多的水分；二是在大气 和土壤干旱条件下，保存更多的束缚水分，以保证生命活力；三是无论在缺水和不缺水的条件下， 都要提高蒸腾效率，产生更多的光合产物和生物学产量；四是将更多的光合产物转运到籽粒产量 中，获得高的收获指数和经济产量。目前我国在干旱半干旱地区，对通过栽培措施如增加土壤蓄 水、减少蒸发、增施肥料、节水灌溉等农艺措施，提高 WUE 方面。进行了大量的研究。但在作 物 WUE 的遗传育种研究方面却刚起步，有人认为改良作物的 WUE 遗传特性将成为未来抗旱节 水和提高 WUE 研究的重点，需要开拓与 WUE 相关功能基因的研究领域。一是必须深人研究控 制 WUE 的直接主效基因的遗传规律，如控制水分子运输的水通道蛋白等与水分