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1、农业用水转化过程 及提高转化效率的关键技术,水利部农田灌溉研究所 段爱旺,中国水利学会2014学术年会,2014.10 天津,提 纲,一、节水是解决农业用水短缺问题的唯一途径二、农业用水的主要转化环节三、提高农业用水转化效率的关键技术,一、节水是解决农业用水短缺 问题的唯一途径,总体：严重缺水人均：约为2100m3，世界1/4； 2030年（16亿人）：1760m3/人；国际警戒线：1700m3/人,1、我国水资源总体短缺严重,淮河以北：干旱常态土地面积：65%人口：40%耕地：51%水资源量：20%； 江淮以南：洪涝频发土地面积：35%人口：60%耕地：49%水资源量：80%；,2、水土资源
2、空间分布严重不均,黄淮海片(小麦主产区) 缺水尤为严重 土地面积：15%人口：34%耕地：38%水资源量：7.5%；人均475 m3，只有世界平均值的1/16，远低于以极度缺水著称的以色列。,3、黄淮海片缺水尤为严重,两个阶段1980年前：两者基本呈现平行快速增加的状态1980年之后：情况发生变化，粮食总产仍在不断增加，而灌溉面积则在经历了一个时期的徘徊后继续增加。,4、大力发展灌溉支撑了我国的粮食供给（1/2）,我国是世界上的灌溉大国耕地面积：占世界的9%；灌溉面积：占世界的21%；耕地中灌溉面积：超过50%；远高于世界16%的平均值；可以说，如此之高的灌溉面积比例，是保证我国用世界9%的耕
3、地，养活了世界21%人口的重要因素之一。,4、大力发展灌溉支撑了我国的粮食供给（1/2）,各流域水资源开发利用程度,5、过度用水引发严重的社会问题（1/2）,警戒线按照国际通用的标准，如果河流开发率超过40%，则会出现严重的的生态和社会问题。,问题严重，急需解决，刻不容缓！,（1）下游来水减少影响区域发展；（黄河、海河 断流）植被破坏，尾闾湖区荒漠化（内陆河，生态移民） （2）地下水严重超采海水倒灌；漏斗区加深加大（华北平原 机井成批报废）,待死的胡杨,荒抚的家园,5、过度用水引发严重的社会问题（2/2）,(1)人口增加及社会发展，对灌溉发展提出更高要求要求粮食等农产品数量增加质量提高,稳产性
4、更高灌溉是重要保证措施之一,必须得到充分的保证。 农田灌溉面积：1980年：7.2亿亩；2013年：9.1亿亩； 2020年：10.0 亿亩；2030年：11.0 亿亩；,需求强烈！,6、未来的农业发展面临更严峻的水短缺形势,（2）农业用水比例较高 用水总量：6022（108 m3）,6、未来的农业发展面临更严峻的水短缺形势,其中: 灌溉用水占90%以上,北方：75% 南方：51%,2010年各行业用水情况,总体趋势1、社会总用水量仍会不断增加； 2、工业、城市生活用水比例会进一步提高； 3、农业用水所占比例会不断下降； 4、农业总用水量将 维持在3600亿方左右。,6、未来的农业发展面临更严
5、峻的水短缺形势,（3）农业用水量难于增加,（4）农业用水被挤占难免生活用水工业用水随着经济的进一步发展，对农业用水的挤占会更加普遍和严重。,竞争激烈！,挤占农业用水,6、未来的农业发展面临更严峻的水短缺形势,（5）形势已经十分严峻部分地区灌溉面积长期过快发展，引发了严重的环境和社会问题，影响了农业和整个经济的可持续发展；1）华北地下水漏斗；2）西北内流河下游生态严重恶化；3）污染加剧。,已经过度开发， 潜力很小！,6、未来的农业发展面临更严峻的水短缺形势,唯一出路 发展节水农业，提高农业用水利用效率。（1）用有限的水资源满足农产品供给需求； （2）节约更多的水供给工业、生活、生态需求，满足社会
6、、经济发展对水资源的需求。,7、我国农田灌溉用水问题解决方案,农田灌溉用水总量大： （效果显著）农业用水占总用水量65%左右；农田灌溉用水占农业用水90%以上（总60%左右）,8、农田节水潜力大，技术可行,农田用水效率低： （潜力巨大）灌溉农田：灌溉水利用系数：0.52;WUE（粮食作物）：1.3 kg/m3雨养农田：降水利用率：0.56WUE（粮食作物）：0.75 kg/m3,二、农业用水的主要转化环节,1、农业节水的基本含义,节水的原初含义：通过各类措施，减少农田用水量。用于：扩大灌溉面积，或提高灌溉保证率；供给工业和城市用水；维护区域生态平衡； 不完善、不全面无法涵盖农田节水的许多方面（
7、增产，旱作）新的含义：节水（water saving）= 高效用水(efficient water use),2、农业节水状况的判别指标,水分利用效率（Water Use Efficiency, WUE）单位水量消耗所产出的目标农产品数量；WUE = YE / WUYE ：目标农产品产量（籽实、果实、干草、皮棉等）；WU ：消耗的总水量；（降水、灌溉水、土壤贮水、地下水等）；（灌溉农田：灌溉用水量，农田总用水，农田实际耗水量）；（旱作农田：降水量，生育期实际耗水量） 标准单位：kg/m3,3、提高WUE的基本途径,WUE = YE / WU（1）减少WU：减少单位面积上的水量消耗保证作物正常生
8、长，获得一定的产量，并且保证农产品的质量。（2）增加YE：提高单位面积的产量在水资源供给许可的情况下，尽可能地满足作物需求，提高目标农产品的产出量。影响因子很多，面太大,4、农田用水的几个关键转换环节,水源,灌溉用水:,三、提高农业用水转化效率的 关键技术,（一）,1、评价指标：渠系水利用系数 （进入田间水量/引水量）,2、主导因素：渠系建设标准及管理水平,3、关键技术：（1）渠系的建设及防渗处理，包括：高效、低成本新渠型的开发，以及配套渠道成型机械的研制；高效、低成本防渗新技术与新材料；高寒地区及特殊土质条件的渠道防冻涨、防盐涨新技术；井渠结合灌区，以及需要充分考虑生态用水的地区适宜渠道防渗
9、模式的研究；,渠道防渗,输水 干渠,未级 渠道,（2）以管代渠新技术管道输水技术；地埋低压管道输水技术；,（3）渠系的运行管理渠系的良好管护（防损害、防淤积）；渠系运行状况的自动监测与控制；渠系运行的科学调度；,（一）,（二）,1、评价指标：田间水利用系数,2、主导因素：田间配水系统的建设标准及管理水平,3、关键技术：（1）良好的田间配水系统，包括：a. 土地平整技术：激光平地技术：控制设备及配套机具；2cm级别；,b. 灌水技术要素：以灌水均匀度（DU）和灌溉效率（Ea）为评价指标，研究适宜的畦田规格，单宽流量及改水成数等畦田灌水技术要素。与施肥均匀度及肥料利用效率相结合；,c. 改进地面灌
10、水技术：包括水平畦田灌、波涌（畦、沟）灌，闸管灌溉、膜上灌等方式，相关的优化技术参数及配套设备研制；,（二）,d. 新型田间量水设备：新型量水槽、量水堰及量水计的研制。向数字化、自动化方向发展。,（2）适度发展喷灌和微灌喷灌：优化喷灌系统设计参数，开发自动控制灌溉系统； 管材、管件标准化、系列化、配套化；喷灌系统均匀性及提高技术；向着节能、精灌（LEPA）、低成本方向发展；与施肥、施药紧密关联，提高肥料利用率及防止环境污染；,（二）,微灌：提高抗堵塞（物理、化学）性能；改善灌水均匀度；压力补偿式滴头、毛管级流量调节器、各类压力补偿式流道设计；管材、管件标准化、配套化；完善灌溉施肥技术和自动控制
11、技术；新疆的膜下滴灌技术不断成熟，得到大面积应用。,（二）,先进的灌溉技术,改进沟灌,膜下 滴灌,地表滴灌,（3）适宜的田间用水管理技术a. 作物需水规律、灌溉制度及灌溉控制指标研究；各种作物的需水规律，特别是在气候、品种、施肥、产量水平等条件发生明显变化后，作物需水规律的变化；（与气候条件、作物生长状况、土壤水分条件及其他 因素之间的量化函数关系）。 ETa = f（Env Crop Soil Others）,（二）,b. 非充分灌溉技术不同作物、不同时期、不同程度水分亏缺影响定量化表达；非充分灌溉技术：有限水量在作物生育期内优化分配，保证取得最大效益（通常是目标农产品产量最高）。调亏灌溉技
12、术：根据作物生长发育特性，有目的的在某些时段施加一定程度的水分胁迫，以调控作物营养和生殖生长，获取最大经济收益。分根交替灌溉技术：利用局部干旱根区提供的胁迫信号，减少作物用水量，同时保证干物质积累不明显降低。作物水分亏缺补偿技术：水分亏缺后的补偿机制与效应，充分利用作 亏缺补偿机制的技术措施。作物-水分生产函数：描述作物产量与不同时期、不同程度供水之间的定量关系，是有限水源优化调配的重要基础。,（二）,（二）,c. 作物水分状况信息监测与灌溉预报技术土壤水分状况监测技术及监测设备；作物水分状况的监测技术及监测设备。区域作物水分状况监测技术及设备。重点放在提高监测精度、增加可靠性、降低成本上；
13、灌溉预报理论与技术：主要基于土壤墒情的变化进行灌溉 预报。研究的重点集中于作物需水模型精度的提高，以及未来天气预报信息的科学处理上。,墒情监测与灌溉预报,研制的SWR便携式墒情分布监测仪,华北平原冬小麦 墒情分布图,墒情监测与灌溉预报 河南焦作广利灌区,（三）,1、评价指标：降水利用率,2、主导因素：创造良好的接纳天然降水的土壤环境,3、关键技术：（1）土地平整技术（旱地修筑梯田） 减少地面径流，特别是耕地上的地面径流，增加降水的就地入渗率,（降水利用）,（2）良好的土壤剖面结构的构建培肥地力，提高土壤的团聚性，增加降水入渗和土体的保水性能；采取措施，防止地面形成板结；形成后通过耕作措施及时破
14、除；结合免耕或少耕，增加地面残茬覆盖度；,（降水利用）,（三）,（3）等高耕作，以及田间微区集水技术适度增加地面粗糙度，创造良好的田间集水环境；另外还有覆膜微区集水，以及积水区与种植区间布的异地积水。,（4）修建水窑、水窖，集蓄非耕地径流技术使非耕地径流转化为农业可利用水量；,（5）水田的贮水与排水的科学管理提高降水的利用率； 减少灌水和排水，节水、减污；,（四） （休闲期降水）,1、评价指标：（土壤贮水）利用率,2、主导因素：减少地面蒸发损失，满足作物生长需求,3、关键技术：（1）营造良好的土层结构（上松下实）减少休闲期土壤表面蒸发损失；,（2）休闲期覆盖保墒地膜覆盖：最适宜与增温需求相结合
15、，注意环境污染问题；液膜、可降解地膜是近几年的研发重点。秸秆覆盖：宜结合免耕、少耕及秸杆还田进行；其他覆盖措施：注意因地制宜；,（3）适宜的休闲期田间耕作保墒技术；,（五）,1、评价指标：田间水有效利用率,2、主导因素：减少田间无效水分消耗,（2）覆盖保墒技术：地膜覆盖：最适宜与增温需求相结合，注意环境污染问题；液膜、可降解地膜是近几年的研发重点。秸秆覆盖：适宜与秸杆还田相结合，注意配置适宜的灌溉技术；其他覆盖措施：注意因地制宜；,（五）,（3）局部灌溉技术：隔沟灌溉，地表滴灌；可以有效地降低作物生育期间的棵间蒸发损失；,（4）新的灌溉技术：地下滴灌、渗灌、浸润灌溉等。正在不断改进与完善之中,
16、（六）,1、评价指标：（蒸腾）水分利用效率（WUEt）,2、主导因素：尽可能地提高作物产量,3、关键技术：（1）高水分利用效率的品种选育及选用在抗旱基因的定位、克隆及育种利用，以及高WUE品种的筛选方面做了很多研究工作，有可能在未来的高效用水中发挥重要作用；预报，指导生产；,（2）适时适量的供水技术建立良好的供水系统，确保作物正常生长，取得高产、优质效果对水分的需求；开展墒情监测与预报，指导生产；,（六）,3）高效的水、肥耦合施用技术配方施肥；通过灌溉系统进行的灌溉施肥（Fertigation）；适宜的栽培、耕作技术措施；其他一些配套的农田管理技术；需要整个农业生产过程的良好配置与建设；,（七）其他相关技术措施,1、水资源优化配置技术2、非常规水资源化利用技术3、农田节水减排防污技术4、节水政策与法规5、节水活动的组织管理等等,为作物生长创造良好的环境条件； 为农业节水的发展提供可靠的政策与法制保障；,
