农业水资源增殖研究

 

姜文来

(中国农业科学院农业自然资源和农业区划研究所 北京 100081)

贾大林

(中国农业科学院 北京 100081)

 

 

摘要 我国的农业用水效率较低,为了解决16亿人口粮食安全、改善生态环境和满足工农业发展用水的需要,掀起一场提高农业用水效率的革命势在必行。这场革命的重点主要包括:转变水资源供需观念,由供水管理演变为需水管理;改变单项技术为综合技术;加强多部门联合是提高农业用水效率的组织保障;充分发挥农民的节水积极性;节水设备和服务产业化。实现农业用水效率革命的目标的主要技术途径是:减少无效蒸发;调整种植结构,开发培育节水高产品种;节水高产施肥、培肥技术;大力推进节水高产灌溉制度;积极发展研究农业节水高新技术。

 

关键词 节水农业 水资源 管理 价值

 

1、提高农业用水效率必要性

1.1 用水效率过低,有潜力可挖

我国是世界上13个贫水国之一,同时也是水资源浪费大国。我国农业用水量占总用水量的73.4%(若考虑农村生活用水则占81.7%),用水效率过低,潜力相当可观。当前我国灌溉用水的利用率只有0.3 0.4,与发达国家0.7 0.9相比,相差0.4 0.5;农作物水分生产率平均0.87kg/m3,与以色列2.32kg/m3相比,相差1.45kg/m3。从用水效率上来看,我国目前节水效益水平与国际上比较还是低的。椐有关资料分析,美国1990年用水效率为10.3美元/m3,1989年日本为32.4美元/m3,我国1995年用水效率为10.7元/m3,我国1995年的用水效率只有美国的1990年1/8,日本1989年的1/25(汇率按1995年1.32美元计算),说明我国节水潜力很大。

 

1.2 解决16亿人口粮食安全的需要

所谓的粮食安全是指“保证任何人在任何地方都得到为了生存和健康所需要的足够食品”,根据有关粮食安全评价,从总的情况来看,目前我国粮食安全低于美国、加拿大、澳大利亚和法国,高于世界平均水平。如果考虑我国庞大的人口群和水土资源供给状况,未来我国粮食安全水平同现在相比有可能下降。据预测,在2030年左右,我国人口将达到16亿高峰,届时,需要粮食增长到6.2 6.9亿吨。为了满足这种粮食需求,灌溉面积需要发展到9.5亿亩,此时,用水量将从现状的4000亿m3增长到6650亿m3。从目前我国水资源供需状况来看,如此大量的农业水资源供给是不可能的,必须通过节水来实现。据估算,如果科学地发展节水农业,到2030年我国灌溉水的利用率达到0.6 0.7,水分生产率达到1.5kg/m3,即在30年内,灌溉水利用效率提高0.3,按现状4000亿m3计算,则可提高用水潜力1200亿m3,按1.5kg/m3计,可增长1.2亿吨粮食,这对于保证未来粮食安全是非常重要的。

 

1.3 生态环境的需要

农业节水与生态环境密切相关。目前,我国的生态环境从整体上来看,还处于不断恶化阶段,因河流断流而带来的生态环境问题引人注目。黄河是我们的母亲河,由于多年不断的断流,有人将之戏称为“干娘河”。黄河断流不仅对对三角洲生态造成重要影响,而且对相应的海域生态环境产生极大不利影响。如黄河断流导致河道淤积萎缩,增加高水位威胁的风险,1986年~1995年在频繁断流和河道萎缩并存环境下,水沙运行失调,主槽淤积严重,年均淤积1.80亿t;滩地淤积量年均淤积0.31亿t。1986年~1994年下游同流量3 000 m3/s水位年均上升值花园口0.11m、利津达0.18m;同时导致农业生产依赖的生态环境恶化,受连续干旱少雨和黄河断流因素影响,导致三角洲地区不能及时播种、浇灌,农业减产甚至绝产,1992年东营、滨州两地经济损失13亿元;1994年牧草灌溉面积已减少到2*103 hm2以下,186.2万头大牲畜饮水困难,经济损失较重;1994年三角洲地区淡水养殖水面季节缺水,产量减少20%。这不仅仅是生态环境问题,而是牵涉到政治问题和民族问题。

解决黄河断流的对策有多种,其中最主要的根本性战略措施是农业节水。目前黄河流域灌溉面积为1.2亿亩,年引水量超过300亿m3,占黄河年径流50以上,大约有4/5灌溉水量是大水漫灌,节水灌溉面积仅2276万亩,仅占总灌溉面积的20%,最少的内蒙仅占3.45%,灌区灌溉用水利用系数平均在0.3 0.5之间。水资源的高效利用是解决生态环境问题的重要途径。

 

1.4 工农业发展的需要

由于工农业用水效率的差异,农业用水大量被转移,“农转非”现象极其严重。1949年我国农业用水量约为1001亿m3,占全国总用水量1031的亿m397.1%,到1997年,该比例下降到75.5%,与此同时,工业和城市生活用水比例由2.9%上升到24.6%,如果仍以1949年的比例为基准进行估算,那么1997年约有1206亿m3水资源被转移到工业和城市生活,其中工业用水接受了993亿m3,城市生活用水接纳了223亿m3,即便是以1980年为基准,也有710亿m3水资源总量被转移利用。如果我们努力发展节水农业,所节约的水完全可以进一步支援工业和城市生活,这对社会的可持续发展是非常重要的。

 

2、提高农业用水效率革命的重点

2.1 转变水资源供需观念,由供水管理演变为需水管理

传统的水资源管理可以统称为供水管理,其主要的特征是根据工农业用水需求,建立大中型水利工程来实现水资源供需平衡,它为缓解甚至彻底解决水资源供需矛盾发挥了重要作用,并且在今后相当长的一段时间内,在某些地区仍将发挥重要的作用。随着水利工程不断兴建,工程难度愈来愈大,成本也不断增加,而且随着径流开发加大,带来了系列的生态环境问题,水资源供需矛盾也不断加剧,完全依靠增加工程解决水资源问题已经成为不可能,运用综合手段缓解水资源供需矛盾成为一种必然。供水管理的最大缺陷是忽略了用水者节水的可能性,它将水资源供需矛盾的解决寄托在水源供给上,其结果是水资源浪费的增加和低效。必须改变供水管理为需水管理。所谓的水资源需水管理就是综合运用行政的、法律的和经济的手段来规范水资源开发利用中的人类行为,从而实现对有限水资源优化配置和合理利用,它强调把水资源作为一种稀缺的经济资源,对水资源的优化利用应着眼于现存的水资源供给,而不是自发的向新的供水能力投资以满足未来的水的需求。在今后相当长的一段时间内,农业水资源供给量不可能增加,我们必须依靠现在的4000亿m3左右水实现农业的可持续发展,通过需水管理是实现这一目标的关键所在。

 

2.2 改变单项技术为综合技术

农业节水效率的提高依赖科学技术。目前,有关农业节水技术很多,它包括农业水资源合理开发利用技术(多水源联调技术、雨水汇集利用技术、地下水利用技术、劣质水利用技术)、节水灌溉工程技术(低压管道输水灌溉技术、渠道防渗技术、喷灌技术、微灌技术、膜上灌技术、地下灌溉技术、坐水种技术、平地技术、沟畦改造技术)、农业节水技术(耕作保墒技术、覆盖保墒技术、水肥耦合技术、节水作物品种筛选技术、化学剂保水节水技术)、节水管理技术(节水灌溉制度、土壤墒情监测预报技术、灌区配水技术、灌区量水技术、现代化灌溉管理技术)等,在实际应用中,不同的地区往往偏向于某单项技术,缺乏将这些技术根据各地的实际情况进行综合,特别是缺乏将节水技术与作物栽培技术、优良抗旱品种、节水管理技术等技术有效地结合起来,致使农业用水效率没有达到相应的高度,今后的发展方向是将单项技术节水逐步调整为综合技术发展节水农业,实现“合力”效应综合配套使用。

 

2.3 加强多部门联合是提高农业用水效率的组织保障

节水农业是一个系统工程,涉及到众多方面,如农业、水利、科技、气象、城建、环保、宣传、计划和行政部门等,所以,提高用水效率单靠某一部门是难以实现,必须通过有关部门的大力协作来完成。农业部门在节水农业发展过程中具有不可替代的重要作用,它能够充分利用降水、提高水的利用效率、促进节水工程发挥最佳效益等,水利部门主要作用是将工程建好、管好,同时将工程经济水利逐步转向生态经济型环境水利。目前,有关部门缺乏有效的合作机制,各自为战,难以形成合力发挥最大效益,效率低下。所以,我们应该(1)设立综合协调机构,从组织上为部门的联合创造条件,如国务院成立全国节水农业工作领导小组,宏观指导全国节水农业工作开展。国家计委设办公室,其职责是制定发展规划,审批国家财政支持的节水农业项目,组织协作按项目管理。在国务院节水办的领导下,在农业部和水利部分设两个节水农业办公室,分工负责主管本部的节水农业事宜,各省计委和农、水二厅也设立办公室管理本省节水农业事宜;(2)按项目管理的办法联合有关部门组织实施,有关部门的联合采用项目管理办法进行。如黄淮海平原中低产田改良项目,国家成立黄淮海平原农业综合治理项目办公室,联合有关部门组织实施;(3)制订多部门参与的可行的节水农业规划,节水农业发展必须有一个切实可行的节水农业发展规划,并且将此规划作为有关部门工作重要组成部分。为此,首先应该下大力气完善规划基础工作,明确节水农业技术体系,制定科学的节水农业规划,为多部门联合提供实现的基础,(4)充分重视发挥地方部门的联合效益,地方是节水的真正主力,只有充分发挥地方各部门积极性,才能事半功倍。如山东桓台县是老井灌区,县委组织水利、农业、气象、财务和宣传部门参与,目前成为全国第一个节水吨粮县。

 

2.4 充分发挥农民的节水积极性

提高农业用水效率,离不开用户的参与,一切技术和措施最终通过用户的实践来实现,用户是节水提高效率的主体,其行为和素质在某种程度上决定节水效率的提高。因此,建立用户参与管理决策的民主管理机制是节水环节不可缺少的重要因素之一。在有条件的地区,可成立由各级地方行政、水行政、节水专管单位负责人和用户组成节水管理委员会,一切重大决策通过该委员会决定,或者成立用户自己选举具有法人地位的自我管理组织 用水者协会,有关节水工作由灌区和协会共同协商解决。

目前,一种新型的经济自立灌排区的水管理机制值得关注和探讨。它是世界银行推荐的水管理体制改革的模式,已在我国江苏、山东、安徽、河南和河北等五省进行了试点,效果较好。所谓的经济自立灌排区,是指在水利界限清晰、相对独立的灌排区上建立的旨在逐步减少并最终消除对政府财政依赖、按照市场经济体制自主经营、独立核算、经济上自负盈亏、管理与服务相结合的、强调民众参与的、非赢利的经济实体,其主要模式是供水公司+用水者协会。江苏试点表明,自流灌区可节水量3000 4500m3/hm2(无工程投入)或4500 7500m3/hm2(预计有工程投入),安徽畀史杭灌区1997年试点也表明,基本实现了支渠以下的自我管理、自动维修、自主供水、自发交费、按方结算的有效管理机制,充分调动了农户参与的管理的积极性,无论是在供水管理、工程管理还是水费计收方面都取得了较好的成绩。

 

2.5 节水设备和服务产业化

节水效率的提高,仅靠单个用户行为是难以实现的,必须通过农业节水的产业化形式来实现。节水产业化包括两方面,其一是节水设备的产业化,其二是服务产业化。

目前,我国生产节水灌溉设备企业已初具规模,但从巨大的需求和产品质量来看,尚处于幼龄期,企业小而分散,产品品种单一,质量得不到保证,由于一些节水灌溉设备不过关,造成不少已建节水灌溉工程不能发挥效益,甚至报废,生产国产优质的节水灌溉设备,是提高水资源利用效率的重要环节,我们必须将其当作一件大事来抓,从多角度来促进节水灌溉设备的产业化,从国家角度来看,国家采取有利措施,制订和尽快实施节水灌溉设备产业化计划,同时加强产品质量监控,规范市场行为;从企业的角度来看,实施创名牌的战略,有关企业通过强强联合,在国家有关部门的协调下,组织优势科技力量,创出一批名牌产品和若干龙头企业。

节水灌溉服务产业化是节水效率提高的另一重要途径,也是节水农业发展的必然趋势。目前,节水灌溉服务走产业化具有市场、技术队伍和企业等有利条件。从实践上来看,节水灌溉服务产业化初见端睨。80年代中后期,我国一些地方出现了以喷灌机为手段的服务专业户,受到农民的欢迎。农民不需购置设备,设备产权明确,由熟练人员操作,设备周转使用率高,减轻了农民繁重的体力劳动,其运行符合市场经济规律,在抗旱节水中发挥重要作用。目前据统计,全国已组建县级抗旱服务组织1210个,乡镇级6400个,从业人员5.2万人,拥有各种抗旱机具设备32万台套,抗旱固定资产11.6亿元,年抗旱浇地能力6500万亩。当前,小型水利设施的管理和经营机制正在改革,对小水源,小渠道,小泵站采取服务合作制、拍卖,承包,租赁等改革方式,我们应充分利用灌区改革的机会,促进节水灌溉服务产业化。服务产业化向综合性的技术转化,包括发展以科、工、贸相结合,产学研一体化的服份公司,使之具有咨询、规划、设计、营销与培训相结合为一体的经济实体,通过多种形式的综合性的服务,使节水灌溉服务产业化走上健康之路。

 

3、提高农业用水效率和效益的主要技术途径

3.1 减少无效蒸发

降低无效蒸发是提高农业用水效率的重要技术途径,具体是减少土壤蒸发和作物奢侈蒸腾。为了简捷起见,我们这里只讨论减少土壤蒸发。土壤表面蒸发浪费水分惊人,特别是在干旱和半干旱地区更是如此,据估算,半干旱区蒸发量占降水量的55 65%,相当于作物总耗水量的1/4 1/2,所以,减少土壤蒸发成为提高农业用水效率的重要途径。为了减少土壤蒸发,目前比较成熟的技术采用地膜覆盖和秸秆覆盖。实践表明,地膜覆盖不仅具有增温保湿、保墒提墒、改善土壤理化性质的作用,而且可以促进种子萌发,促进作物早出苗、出壮苗且早熟高产。地膜覆盖的作物同不覆盖相比,一般增产20 50%左右,而且产品的质量也有一定的提高。秸秆覆盖是一种资源丰富、发展前景广阔、效益明显的节水技术,它具有改土培肥、保持水土和增产效果明显的特点,据有关实验,砂壤质和中壤质连续覆盖后,土壤有机质由0.88%、0.94%逐渐增至1.06%和1.17%,农田冬闲期秸秆覆盖减少土壤蒸发48%,冬小麦夏闲期秸秆覆盖一般增产10 20%,干旱年份达50%以上,水分利用效率提高4.8 8.6kg/mm·hm2

 

3.2 调整种植结构,开发培育节水高产品种

由于品种的差异,作物水分利用效率(WUE)存在较大的差别,如冬小麦WUE为1.03(山西屯留,1989)、春小麦为0.45(内蒙古武川,1989)、春玉米为1.61(山西屯留,1988),春谷子为0.75(山西屯留,1989)、马铃薯为0.79(内蒙古武川,1987)。有关资料表明,通过调整作物布局,建立适应抗逆型种植制度,一般可使农田整体WUE提高0.15-0.26kg/m3,增产15-30%。从总的情况来看,玉米等碳4植物比小麦等碳3植物水分利用效率高,根据区域和种植区的实际情况,调整和优化种植结构,对提高农田整体水分利用效率是非常有利的。

值得说明的是,水分利用效率的提高,并不一定意味着经济效益的提高,在布局调整时,还必须充分考虑市场这只“看不见的手”的调节作用,将水分利用效率和市场有机的结合起来,达到增效增收的目的。

节水高产品种的培育是提高作物产量的重要途径,培育抗旱增产品种是现代作物育种的一个新方向,也是提高农业用水效率的不可或缺的举措。目前已经初步完成了小麦、水稻、玉米等作物品种染色体基因图的绘制,使人类按照自己的意愿实现作物基因的重组成为可能。一些品种没有将抗旱和增产有效地结合起来,出现了抗旱不增产或者增产不抗旱的情况。所以,开发培育节水高产品种,还有一段相当长的路,我们必须利用现代技术,如生物技术、基因工程技术等克隆或者发现抗旱增产基因,为提高水分利用效率作出更大的贡献。

 

3.3 节水高产施肥、培肥技术

“以肥调水”技术是提高水资源利用效率的重要手段。研究结果表明,作物的产量与温度、光照、水分、肥料等因素有密切关系,在其他因素不变的条件下,作物的需水量与肥力相互耦合,呈现出规律性变化关系。表1是不同施肥水平作物产量(Y)及水分利用效率(WUE)。

 

表1 不同施肥水平作物产量(Y)及水分利用效率(武川) (kg/亩,kg/mm亩)

作物

品种

试验

年份

低肥

中肥

高肥

超高肥

 

 

Y

WUE

Y

WUE

Y

WUE

Y

WUE

春小麦

1993

31.5

0.12

55.2

0.21

82.9

0.34

80.1

0.31

莜麦

1993

24.6

0.09

45.5

0.17

76.5

0.28

61.3

0.22

马铃薯

1993

466.5

1.21

728.6

1.84

896.5

2.31

768.0

1.98

牧草

1993

189.5

0.75

249.0

0.97

316.0

1.29

378.5

1.47

 

从表可以看出,在一定的阈值范围内,作物的产量与肥料水平呈现正相关关系,水分利用效率却表现出倒U型,最大的WUE值并非出现在超高肥阶段,而是出现在高肥区。尽管不同实验区所得结果略有差异,但所表现出的通过调肥可以获得较高的WUE结论是一致的。

此实验给我们的启示是,通过调节土壤肥力可以获得较大的WUE。由于在一些地区,特别是干旱或半干旱地区,水分是影响作物生长主导限制因子,因此,可以通过以肥调水,提高农业用水利用效率。各地区应该根据各地的实际情况,寻求以肥调水的最佳方案,在实践中大力提高水资源利用效率。

 

3.4 大力推进节水高产灌溉制度

节水灌溉制度是农业高效用水的基础,它针对农作物的生理特点,通过灌溉和农艺措施,调节土壤水分,对农作物的生长发育实施促、控结合,以获得最佳经济产量的灌溉方式。

实践表明,各种农作物不同发育阶段对水分的需求有很大差异,并非全生长期都要求土壤湿润才能稳产高产。一般而言,在作物营养生长盛期和受粉、受精期需水量较多,而在苗期和营养生长结束,生殖生长开始阶段,可以适度水分亏损而不减产。许多旱作物苗期保持较低土壤含水量,可以促进应该根系深扎,为充分利用土壤水奠定坚实的根基;成熟期为了防止倒伏,保持较低土壤含水量是非常必要的。这是开展节水灌溉的理论基础。此外,节水灌溉具有投入低、见效快、适合我国国情的特点。

以冬麦为例,如冬前生长旺盛,分蘖已达到产量要求的成穗数,则在春季返青的拔节前期不应灌水,以抑止无效分蘖,减少水分和养分的无效消耗。中国农业科学院农田灌溉所在山西夏县的试验结果表明,冬小麦浇3水(127m3/亩)处理,亩产256.41kg,浇5水(220m3/亩)处理,亩处理272.4kg,仅低5.9%,但节水93m3/亩,水分利用效率提高0.24-0.28kg/m3。河北省的试验也说明了类似规律,过去小麦要灌水5~7次,实施节水灌溉以后,现在仅灌2~3次,产量有增无减。近年来许多地方水稻栽培实行“浅湿晒”的灌溉方式,或“控制灌溉”方式,都达到高产省水效果,证明科学的节水灌溉制度是高效用水的基础。

正因为如此,我们应该将节水灌溉制度作为提高用水效率的革命性措施来抓。

 

3.5 积极发展研究农业节水高新技术

节水农业的发展和效益的提高最终依靠科学进步来实现,特别是高新技术,它代表了节水农业发展方向,是中国农业能够在21世纪跨入世界前列的重要支撑力之一。它包括分子生物学技术、信息技术、精准农业技术、化学节水技术、新材料技术、自动化管理技术、以及灌溉新技术等。

可以预计,在21世纪,高新技术在提高农业水资源用水效率将扮演越来越重要的角色。仅以化学节水中黄腐酸(FA)为例,它是一种理想的抗旱剂,它以黄腐酸为主要原料,并配以植物所需的到30多种元素生产出的旱地龙,已经在全国推广1000多万亩,使用此产品可使作物增产10-15%,节水20-30%,投入产出比为1:15,经济作物则达1:20以上。

喷灌、滴灌技术是灌溉新技术的重要组成部分,它是一种先进的灌溉技术,在一些发达国家普遍使用,我国一些经济较发达的地区也在采用。例如,北京市政府出资9000万元支持喷灌,10多年来已达到200万亩,节水增产显著,而且高产及获得额外的效益,以改过去农业二年三熟种植制度,采用喷灌可以平播一年两熟,增产增收,减少畦埂、田间渠系,增加耕地面积10%~15%,增产比例很大,大大地提高了农业水资源效率。

值得说明的是,农业节水高新技术发展还受到多方面因素的制约,我们应该采取有利的措施,突破制约障碍,为提高农业用水效率奠定坚实的后备技术储备。

 

4、结束语

      提高农业用水效率是关系到21世纪中国人能否养活、养好16亿人口的重大问题,我们必须站在战略和政治高度处理这个问题。我们的目标是利用农业4000亿立方米左右的水,生产出16亿人口所需要的富裕的餐桌食物,为了实现这个宏伟的目标,掀起一场提高农业用水效率的革命势在必行。

 

参考文献

1、贾大林.农业用水危机与粮食安全对策.农业技术经济,1999(2)

2、贾大林.节水农业是缓解我国21世纪水危机途径,见:陈万金等主编,21世纪中国农业,江西科技出版社,1998

3、贾大林. 节水农业是提高用水有效性的农业,农田水利与小水电,1995(1)

4、姜文来.水资源价值论.北京:科学出版社,1998

5、姜文来.中国21世纪水资源安全对策研究,水科学进展,2000

6、姜文来.农业水资源管理机制研究,农业现代化研究,2000(2)

7、罗其友,姜文来,宫连英,陶陶编著.旱地农业决策基础研究,气象出版社,1999

8、罗其友.21世纪节水农业持续推进的战略思考.农业技术经济,1999,(3)

9、罗其友.北方旱区农业资源可持续利用决策模型研究,干旱地区农业研究,1999,(1)

10、薛志士,罗其友,宫连英,陶陶编著.节水农业宏观决策基础研究,气象出版社,1998

11、冯国斌,阮本青.黄河流域节水灌溉的探讨,中国水利,1999(5)

12、李应能.我国节水农业发展模式研究,节水灌溉,1998(2)

13、山仑,黄占斌,旱地农业建设途径,中国可持续发展水资源战略研究专题报告,1999年8月

14、中国农业科学院编著,中国北方旱农区域治理与发展,北京:中国农业科技出版社,1997 176。

                       


站主:姜文来

单位:中国农业科学院农业自然资源和农业区划研究所

地址:北京市海淀区白石桥路30号

邮编:100081

电话:86-10-68919630,68919624(O)

E-mail: sidalin@sina.com  wenlaij@mail.caas.net.cn

 

                  返回主页    返回主要论著目录