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1、第七章 旱地农业节水灌溉工程技术第一节旱地农业节水灌溉技术的主要特点和增产机制一、节水农业和节水灌溉技术与旱地农业节水灌溉技术的区别和联系 随着全球范围水资源的日益匮乏和水的需求量日益增大，以及工农业和生活用水的浪费现象日趋严重，国内外对节水问题越来越重视，特别是在农业方面，有关农业节水问题的论述很多，从而产生了一系列与此有关的名词和述语。如“农业节水”、“节水农业”、“节水型农业”、“节水灌溉农业(或技术)”、“节水型灌溉农业(或技术)”、“早区节水灌溉技术”、“旱地农业节水灌溉技术”、“早地农业有限灌溉”、“旱地农业补充灌溉”、“旱地农业非充分灌溉”等。由于这些名词和述语的学科来源不同，致
2、使相互粘连而并非一体，极易混淆而且易造成误会，这些名词和述语虽然都是属于农业节水的范畴，们是它们的基本概念和内涵有些则不尽相同，从而它们所采用的技术措施及适用地区也有所不同。要明确旱地农业节水灌溉技术的概念和内涵，就必须对它们之间的关系进行具体的分析与探讨。这个问题对我们有针对性的研究旱地农业灌溉工程技术有重要的意义。1节水农业(亦称节水型农业) 它是一个比较广泛的概念，它应当被理解为住个既包括灌溉农业子系统，也包括旱地农业于系统或雨养农业子系统在内的大系统个，采取最优组合的方式、不仅在子系统之内，而且在于系统之间表现出明显的节约农业用水的特性和效应，从而形成一种节水高产的农业体系。或者说，节
3、水农业是充分利用降水利可利用的水资源，采取农艺和水利等措施提高水的利用率和水的利用效率的农业，也可谓节水灌溉农业和旱地农业的结合。从上述概念出发，节水农业的内涵是比较广泛的，在地区上既包括湿润地区也包括干旱地区，既包括灌溉农业区，也包括旱地农地区；在技术上既包括节水灌溉技术措施，也包括节水农业技术措施(如选用抗旱高产品种、调整作物种植结构、蓄水保墒技术、农田覆盖栽培技术、植物土壤水分消耗的化学控制、培肥地力提高水分生产率等)。2农业节水 指要求在农业领域节约用水，或者某个节水的人类活动发生在农业领域。而节水农业则是具有一定节水机制的农业生产方式或体系。3节水灌溉农业(亦称节水型灌溉农业) 在农
4、田灌溉中依靠科学技术的进步，从改进灌溉技术和灌溉管理制度及区域水资源平衡的基础上，努力提高灌溉水的有效利用率，以投人员少或较少的灌溉水，产出最多或较多的农产品，以获得单位灌溉水量的最高生产效率的一种灌溉技术。它既是遵循作物生长发育需水机制进行的适时灌溉，又是把各种水的损失降低到最小限度的适量灌溉。因此，节水灌溉兼有节水与高产双重要求。节水酒溉的内涵，包括农田节水灌溉技术，改进灌溉输水和配水系统杜绝或减少水的浪费和损失，改进灌溉管理和实施节水灌溉制度以提高水的利用效率，此外还有区域水源的平衡问题。节水灌溉是节水农业的重要组成部分，从灌溉农业的角度来说，它是灌溉农业的一个重要方面世可以说是灌溉农业
5、的新发展。因为水资源的短缺和浪费问题在灌溉农业中越来越严重，为了保证灌区农业的稳定和发展，就必须大力推行节水灌溉新技术和节水溜溉的管理制度。从旱地农业来说，由于旱农地区水资源更为匮乏，利用有限的水资源或集水结构的少量集水进行补充灌溉，对旱地农业生产有着重要意义。而进行补充灌溉，就必须特别注意推行节水灌溉技术和灌溉制度。因此，节水灌溉不仅适用于灌溉地区，对旱农地区还有更为重要的意义。4旱区节水灌溉技术 是节水灌溉技术在干旱地区的具体应用。由于干旱地区既有沼溺农业也有旱地农业，因此，它的内涵既包括灌区的节水灌溉，也包括旱地地区的节水灌溉。5早地农业节水灌溉技术(或称旱地农业补充灌溉、旱地农业有限灌
6、溉、旱地农业非充分灌溉) 是节水灌溉技术在旱地农业中的具体应用。由于旱农地区的农业生产主要是依靠有限的天然降水进行的，它是属非灌溉农业，但是在有条件进行灌溉的地方，也可以应用节水灌溉技术进行补充灌溉。由于这种补充灌溉在旱农地区是有限度的，因此也可称之为有限灌溉或非充分灌溉。旱地农业节水灌溉技术既然是属于补充灌溉、有限灌溉或非充分灌溉，因此，它与灌区的节水灌溉技术在内涵上也有很大的不同，灌区的一套技术措施和管理制度有的可以应用，有的就不能应用。另外，旱地农业节水滔溉技术在节水灌溉中还有一些特定的条件和特定的技术要求，这就决定了它的一些基本特点。 二、旱地农业节水灌溉技术的主要特点1旱地农业在水资
7、源的利用方面，由于水资源特别匮乏，一般只能利用人工集蓄的天然降水(即农用蓄水池、小水库)或小的河川径流，以及可能开发的地下水源(泉水或井水)。因此，它的灌溉只能是有限的补充性的灌溉，只能起到抗旱救命水或关键水的作用，搞得好的，也只能使旱地农业获得较高的产量不可能象灌区那样达到丰产和高产的目的。2早地农业在地理条件上，由于主要处于山区、沟壑区或台塬区，引水、输水、平整土地和灌溉面积都受到很大的限制，因此，即使有大的水源(加大水库或地下水)也难以利用，很难形成一个较大的灌溉区，灌区的一些设施条件和灌溉技术在这里不能完全得到有效的应用。这就决定了它除了引用一般灌区某些节水灌溉设施和技术外还应通过改造
8、形成它自己特有的节水灌溉设施和洒溉技术措施。 3旱地农业地区由于自然条件和社会经济条件的限制，基本上是属于贫困落后地区。 因此旱地农业节水灌溉的设施和机具也只能以中小型或廉价为主，在有条件的地区可以引进一些现代化的设施，但是由于供水条件的有限性，也只能以中小型适用为主。三、旱地农业节水灌溉的增产机制 1节水灌溉技术与作物需水量和作物需水规律关系的研究和掌握各种作物的需水量和需水规律是搞好节水灌溉的重要的理论基础，这对于旱地农业节水灌溉技术来说，有着更为重要的意义。 作物需水量是指农作物在其各个生长期内消耗于作物植株蒸腾量、棵间蒸发量及构成作物组织的水量。由于构成作物组织的水量为数很少，仅占1左
9、右，所以一般都以作物植株蒸腾量和棵间蒸发量之和代表旱地农作物的需水量。因此，作物需水量是在土壤水分适宜的条件下获得与农业措施相适应的最高产量基础上的田问蒸腾蒸发量。大量试验资料表明，在适宜的土壤水分条件下，尽管由于生产条件和农业措施有所不同，作物产量有较大变化，但作物需水量都比较稳定。由此可得出结论，在保证适宜的土壤水分条件以后，水就不再成为作物高产的限制因素、此时若想提高作物产量，只能依靠栽培环境和其他农业措施的改进与优化组合。作物的需水规律是不同作物在不同生育阶段的耗水规律和适宜水分指标。充分利用天然降水和土壤调蓄能力在保证作物正常生理需要的前提下，确保作物需水关键时期的水分供给，减少灌水
10、次数，抑制田间水分的无效消耗，使有限的水资源获得较高的产量，提高田间水分的利用率和单位耗水星的效益。为了达到节水灌溉的目的，有时不能按照作物各生育期对土壤水分的需求适时适量进行灌溉，只能满足作物个别生育期对土壤水分的要求。但是各个生育期作物对缺水敏感程度差异很大，通常把作物需水量最多，对缺水最敏感时期称为“作物需水临界朗”。确定出“作物需水临界期”，就能为旱地农业在非充分供水条件下浇“关键水”提供依据。各种作物都有自己的需水临界期，一般都在营养生长转向生殖生长的阶段。对小麦来说，孕穗期是第一个需水临界期，此期缺水，小穗分化不佳或畸形发展，茎的生长受阻，结果植株矮小，产量减低。从灌溉初期到乳熟末
11、期是第二个需水临界期，此期缺水，有机物运输变慢，籽粒灌浆受阻，粒重下降，产量降低。在作物需水临界期，作物不但对缺水最敏感，而且还由于此期作物生长较快，水分利用率高，因此要特别加强需水临界期的水分管理。在这个关键时期进行适时适量的灌溉，与在整个生育期多次灌水相比产量相差无几，而用水量却显著减少。如美国内布拉斯州密歇耳地方的试验表明，玉米在整个生长期内灌水6次，共灌水544mm，每亩产量为635kg。而在玉米抽穗、吐丝时及时灌水3次，共灌水395mm，每亩产量也达6263kg，产量相差不多，而用水量却省了272，这与我国栽培玉米的“出花受旱，减产一半”，要防止“卡脖旱”的经验是完全相符的。因为在各
12、种作物的全部生育时期内，有些生育时期缺水对产量降低起着关键的作用，而在其他生育时期内缺水，对产量降低的影响却不明显，或当时虽有所影响，但在水分恢复正常供应时又能逐渐恢复。如有时作物在苗期及成熟期适当干旱，反而有利于控制茎杆的徒长而促进早熟。掌握这个作物需水的基本规律，对旱地农业的节水灌溉是很重要的。 2缺水农田有限供水对产量增进的跃进效应 关于在早地农田利用有限供水进行补充灌溉的增产作用问题，国内外进行了不少的研究，一般认为其增产作用是显著的，但又是有限的。最近甘肃省农业科学院旱地农业研究所马天恩等在国外有限灌溉、亏缺灌溉和集水措施的启示下，在黄土高原半干旱区进行了集水高效利用技术体系的研究，
13、从1989年开始经过3年的试验研究，确认缺水农田依靠外加水资源或依靠当地降水叠加富集，改善作物微生境，进行有限的补充灌溉可明显提高农艺措施的增产效果。如在年雨量为420 mm的黄土区连续3年进行春小麦有限供水与措施产量效益试验，在露地、地膜和草覆盖条件下，产量均因供水量的增加而显著增加，在设计供水期，只要供水就能显著增产，每亩每毫米供水增产为0.901.17。如表71所示。 又如玉米在大喇叭口期(7月6日)，补充供水75mm，合50 m3亩，试验证明在一定程度干旱之后供水，水分效率甚高。如表72所示。从多个试验中发现低水平含量农田(田间持水量55以下)，少量供水时，水分效率可以超常规发挥。如1
14、993年在肥料不成为生育限制因子、品种适宜、管理良好的条件下春小麦在抽穗初期补供35mm水时，水分生产效率达208(亩mm)。结合其他试验，玉米达388(亩mm)，地膜小麦达289（亩mm），34484kg水可增产10kg梨。表明在土壤持水量50左右时有限供水会表现出跃进效应。第二节 旱地农业节水灌溉工程技术措施旱地农业地区由于自然条件和社会经济条件的限制，节水灌溉技术应当根据当地的地理条件、水源情况、社会经济条件和文化科学技术的发展水平，因地制宜地选用和改进国内外的一些工程技术措施和配套设施。根据我国北方早农地区的实际情况，参考国内外的一些实践经验，认为在我国北方旱农地区进行节水灌溉应当采取
15、以下一些工程技术措施。一、地面节水灌溉技术 地面灌溉法是灌溉水通过地面渠道系统或地下管道系统输送到田间，水流在田块表面形成薄水层或细小的水流向前移动，通过土壤毛纫管作用和重力作用渗入土壤中。这种灌水方法，设备较为简单，成本低，便于掌握运用。但目前地面灌溉技术在应用中仍存在着一些问题，地面灌溉灌水技术粗放，使得田间跑水、流失、蒸发、废泄和深层渗漏损失严重，田间水量损失可达引入田间水量的27一43%。另外，地面灌溉所需劳力较多，劳动强度大，灌水劳动生产率低，灌水质量不容易得到保证，致使田块首、尾受水小均，湿润上层不匀，既浪费水又流失了养分，甚至出现沼泽化和盐碱化。这种灌水方法在旱地农田水源短缺的情
16、况下是很不经济的，因此，必须重视地面灌水方法和灌水技术的改进和提高。改进地面灌木技术应以节水、省工、增产取得最大经济效益为总目标，具体要求是：1节水、适量 改进的地面灌水技术应能保证按作物需水要求，按时供给适量的灌溉水。2田间水的有效利用系数高 优良的地面灌水技术，应能在灌水的全程中控制各种水分损失。例如，能够严禁田间跑水、串流、流失和废泄，避免深层渗漏，减少灌水后地表强烈蒸发等。3灌水均匀，灌水质量高 这是衡量地面灌水技术优劣的一项重要指标。优良的地面灌水技术，要求灌溉农田田面受水均匀，渗入田间各点的灌溉水量均匀或者基本相等。避免土壤水分过多或者不足。维持适宜的土壤溶液浓度，不使土壤养分流失。尽量不破坏或少破坏土境结构，而且不会板结表层土壤。4高效低能耗，简易经济，便于推广应用 改进的地面灌水技术应以最少的人力、物力消
