一 概述
節(jié)水技術(shù)是指在維持目標(biāo)產(chǎn)出的前提下農(nóng)業(yè)節(jié)約和高效用水技術(shù)，其根本是在水資源有限的條件下實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益最大化，本質(zhì)是提高農(nóng)業(yè)單位用水量的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，達(dá)到節(jié)能增效目的。節(jié)水技術(shù)包括工程節(jié)水、農(nóng)藝節(jié)水和管理節(jié)水等。
進(jìn)入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的水，從水源到形成經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，在降水、地下水、地表水、土壤水、植物水轉(zhuǎn)換中有三個環(huán)節(jié)：第一，降水或灌溉水轉(zhuǎn)化為土壤水;第二，土壤水轉(zhuǎn)化為生物水;第三，通過作物生理生化過程形成經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。因此，農(nóng)業(yè)用水是否節(jié)約和高效不僅受到水循環(huán)本身的影響，也受到整個系統(tǒng)中土壤條件、養(yǎng)分條件、農(nóng)業(yè)生物條件等的綜合影響，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。
節(jié)約和高效用水的基本環(huán)節(jié)有三個：一是減少降水、渠系輸水、田間灌溉過程中的深層滲漏和地表流失量（包括渠系退水量和田間排水量），提高輸水效率，降低輸配水過程消耗;二是減少田間和輸水過程中的蒸發(fā)蒸騰量;三是提高灌溉水和降水的水分利用效率，減少農(nóng)田水分奢侈消耗而獲取更高的產(chǎn)量和效益。
節(jié)水技術(shù)與土壤、肥料、作物品種、耕作、栽培、植保、農(nóng)業(yè)設(shè)施等各項(xiàng)措施是密切聯(lián)系和不可分割的，因而農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)具有綜合的特征。工程節(jié)水技術(shù)包括降水蓄積和水庫（地上、土壤和地下水庫）建造技術(shù),減少輸水系統(tǒng)水分損失的工程技術(shù)，節(jié)水灌溉技術(shù)等；農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)包括適水種植技術(shù)，抗旱育種技術(shù)，節(jié)水灌溉技術(shù)，農(nóng)田保墑技術(shù)，培肥地力、水肥耦合技術(shù)，化學(xué)抗旱節(jié)水技術(shù)等。管理節(jié)水技術(shù)包括水資源合理開發(fā)和優(yōu)化配置技術(shù)，地表水、地下水聯(lián)合運(yùn)用技術(shù)，劣質(zhì)水開發(fā)利用技術(shù)，墑情監(jiān)測與控制灌溉技術(shù)，產(chǎn)權(quán)與水價管理等。
二 技術(shù)要點(diǎn)
1. 工程節(jié)水
工程節(jié)水是利用工程技術(shù)措施保障水源的有效供給以及減少水源輸送到田間土壤過程中的蒸發(fā)、滲漏等水分損失，提高水分利用率和效率。主要包括以下技術(shù)。
（1）集雨工程技術(shù)
① 特點(diǎn)
集雨工程是在干旱半干旱及其他缺水地區(qū)，利用特殊處理的集水面截集雨水徑流并通過修建小水窖等蓄水設(shè)施予以貯存，以便作為水源加以有效利用的一種微型水利工程。利用集雨工程，不僅可攔蓄雨水徑流作為人畜飲用或灌溉水源，提高降水利用效率，同時可保持水土，改善小流域的生態(tài)環(huán)境。它具有以下特點(diǎn)：第一，應(yīng)用區(qū)域廣闊，不僅可作為旱作平原解決降水資源利用效率低下的矛盾，而且在地表水和地下水嚴(yán)重缺乏或季節(jié)性缺水地區(qū)，在山大溝深、溝壑縱橫，修建跨流域引水、調(diào)水等骨干灌溉工程條件十分困難的地區(qū)，均可選擇相應(yīng)的集雨工程技術(shù)。第二，雨水匯集的主要場所包括屋頂、庭院、硬化路面、自然荒坡、塑料大棚棚面和農(nóng)田等，集雨面材料有混凝土、磚瓦、塑料棚膜、混合土、黃土和瀝青等，集雨工程形式多樣，可以因地制宜選擇。第三，這項(xiàng)技術(shù)容易被農(nóng)戶掌握，投資小、見效快。
② 主要構(gòu)成
集雨工程一般由集流設(shè)施、存貯設(shè)施、提取設(shè)施和節(jié)灌設(shè)施組成。集流設(shè)施有自然坡面、路面、人工集雨場，其中西南地區(qū)主要依靠天然集流場，北方地區(qū)采用人工集流場和天然集流場與人工攔截措施相結(jié)合。存貯設(shè)施北方地區(qū)以水窖、旱井為主，南方地區(qū)以水池、水窖、塘壩為主。節(jié)水灌溉的方法有坐水種、點(diǎn)澆、輸水管道灌溉、滴灌、滲灌、噴灌及精細(xì)地面灌等。
③ 應(yīng)用情況
集雨技術(shù)已在我國許多地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，自20世紀(jì)80年代以來，我國的雨水集蓄利用已取得了較大的發(fā)展，尤以甘肅省的雨水集蓄利用研究最為深入，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、社會及生態(tài)效益十分顯著。目前，集雨技術(shù)已經(jīng)在我國半數(shù)以上的省、自治區(qū)、直轄市推廣應(yīng)用，覆蓋國土面積約200萬平方千米，人口2.6億。
（2） 渠道防滲技術(shù)
渠道防滲技術(shù)就是減少或杜絕由渠道滲入渠床而流失水量的各種工程技術(shù)和方法，常用土料、水泥土、石料、膜料、混凝土和瀝青混凝土等材料建立渠道防滲層，達(dá)到防滲的目的。渠道輸水是目前我國農(nóng)田灌溉的主要輸水方式，所以渠道防滲是當(dāng)前我國灌溉節(jié)水的主要措施之一。
推廣渠道防滲技術(shù)需要注意以下事項(xiàng)：一要因地制宜，例如南方渠道破損主要是渠基土的運(yùn)動產(chǎn)生破壞，北方渠道破損的主要原因?yàn)閮雒洠@就要求做好破損渠道的前期調(diào)查工作，針對不同成因采用不同的措施。二要注重設(shè)計(jì)和施工管理，例如混凝土渠道的接縫工程，清潔縫隙與否對填縫材料以及混凝土黏結(jié)強(qiáng)度的影響很大，從而直接影響到渠道防滲效果。
混凝土U形渠道具有防滲效果好、輸水能力強(qiáng)、抗凍脹等優(yōu)點(diǎn)。U形混凝土防滲渠道施工機(jī)械的生產(chǎn)制造和應(yīng)用已有一定的規(guī)模，保證了U形混凝土防滲渠道的大面積推廣。目前國內(nèi)采用的成套設(shè)備包括KU系列基槽開挖機(jī)，D系列小型U形渠道澆筑機(jī)，QJ系列可變斷面（U形、矩形、梯形）混凝土渠道澆筑機(jī)等。
（3） 節(jié)水灌溉技術(shù)
① 主要類型及特點(diǎn)
節(jié)水灌溉技術(shù)是農(nóng)業(yè)節(jié)水主攻方向之一，主要包括噴灌、微灌等。
噴灌是利用管道將有壓灌溉水送到灌溉地段，并通過噴頭分散成細(xì)小水滴，均勻地噴灑到田間，對作物進(jìn)行灌溉的一種灌水方式。噴灌的主要特點(diǎn)：節(jié)水效果顯著，水的利用率可達(dá)80％，與傳統(tǒng)地面灌溉方法相比，噴灌可節(jié)水30%～50％；灌水均勻，質(zhì)量高；能夠大大減少田間渠系建設(shè)及管理維護(hù)和平整土地等的工作量，節(jié)省勞力50%節(jié)省耕地10%以上；適應(yīng)任何地形和作物。常用的噴灌有管道式噴灌系統(tǒng)和平移式、中心支軸式、卷盤式等機(jī)組式噴灌系統(tǒng)。
滴灌是利用塑料管道將水通過毛管上的孔口或滴頭送到作物根部進(jìn)行局部灌溉。它是目前最有效的一種節(jié)水灌溉方式。滴灌有效避免了輸水過程損失和深層滲漏損失，局部濕潤減少了地面蒸發(fā)，低灌水速率避免了徑流損失，且?guī)缀鯖]有噴灌和微噴灌出現(xiàn)的空中水分漂移，其水利用率可達(dá)95％。滴灌較噴灌的節(jié)水效果更好，與傳統(tǒng)地面灌溉方法相比，滴灌可節(jié)水50％～70％；滴灌可以結(jié)合施肥，提高肥效1倍以上；滴灌還具有節(jié)省耕地和勞力、使用不受地形條件限制的優(yōu)點(diǎn)。其不足之處是滴頭易結(jié)垢和堵塞，需要對水源進(jìn)行嚴(yán)格的過濾處理。滴灌分為地下滴灌和地上滴灌。我國新疆把滴灌技術(shù)與地膜應(yīng)用相結(jié)合發(fā)明了膜下滴灌。
微噴是新發(fā)展起來的一種微型噴灌形式，是利用塑料管道輸水，通過末級毛管上的微噴頭噴灑進(jìn)行局部灌溉。該技術(shù)主要應(yīng)用于果樹、經(jīng)濟(jì)作物、花卉、草坪、溫室大棚等灌溉。它比一般噴灌更省水，可節(jié)水60％以上，并能改善田間小氣候，如果結(jié)合施肥，還可提高肥效。
改進(jìn)的地面灌溉技術(shù)
地面灌溉是我國灌溉的主要方式，傳統(tǒng)的地面灌溉主要有三種方式：畦灌、溝灌和漫灌。傳統(tǒng)的地面灌水方法灌溉定額大，輸水損失嚴(yán)重，灌溉均勻度低。近年來水資源緊張狀況不斷加劇，迫使人們重視地面灌水技術(shù)的改進(jìn)與發(fā)展，目前已形成了多種節(jié)水的地面灌溉技術(shù)。例如優(yōu)化畦田規(guī)格，推廣小畦灌技術(shù)，利用激光平地技術(shù)進(jìn)行水平畦灌技術(shù)，涌流灌溉、閘管灌溉技術(shù)和膜上灌技術(shù)等。改進(jìn)的地面灌溉技術(shù)簡便實(shí)用、易于推廣，對節(jié)水和緩解水資源緊缺狀況起了很大作用。
③ 推廣節(jié)水灌溉技術(shù)的注意事項(xiàng)
因地制宜選用適宜的節(jié)水灌溉技術(shù)，不同灌溉技術(shù)具有不同的適應(yīng)性，最先進(jìn)的并不是最合適的；不要盲目追求低造價，降低了節(jié)水灌溉應(yīng)有的功能和質(zhì)量；節(jié)水灌溉技術(shù)推廣需要與配套農(nóng)藝技術(shù)相結(jié)合，工程建設(shè)與技術(shù)指導(dǎo)相結(jié)合才能發(fā)揮節(jié)水灌溉的效果。
2. 農(nóng)藝節(jié)水
農(nóng)藝節(jié)水是綜合運(yùn)用田間農(nóng)藝技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)田間水分高效利用，包括農(nóng)田蓄水保水技術(shù)和作物高效用水技術(shù)。
(1) 農(nóng)田蓄水保水技術(shù)
通過構(gòu)造農(nóng)田微地形、有機(jī)培肥和地面覆蓋等措施，聚集雨水，增加土壤水庫庫容，減少土面蒸發(fā)，從而提高降水利用率。國內(nèi)外已有許多行之有效的技術(shù)和方法，如溝壟種植技術(shù)、等高種植技術(shù)、有機(jī)培肥技術(shù)、地面覆蓋技術(shù)、保護(hù)性耕作技術(shù)、節(jié)水生化制劑（保水劑、吸水劑、種衣劑）等。其主要的技術(shù)性能和參數(shù)如下：
① 溝壟種植技術(shù)要點(diǎn)與效果
作物種在溝底，相當(dāng)于抗旱深種，種子在濕土中便于發(fā)芽出苗；同時壟溝可大量蓄水，防止或減少地表徑流，將雨水通過溝底滲入深層貯蓄起來；溝內(nèi)可避風(fēng)，使土壤蒸發(fā)小，有利于保墑防寒。適合西北地區(qū)川、臺、塬、壩和水平梯田、埝地等。
1997—2000年甘肅定西試驗(yàn)表明，農(nóng)田溝壟種植水分利用效率均明顯高于對照。春小麥水分利用效率平均提高3.1千克/（毫米·公頃），增幅達(dá)39.1%。
② 等高種植技術(shù)要點(diǎn)與效果
播種時，沿坡地等高線開溝，緊接著施入底肥，然后用耩子沖溝。隨開溝隨下籽，小粒種子點(diǎn)在溝內(nèi)半坡上，大粒種子可播入溝底。采用通行條播，然后用犁再耕一犁進(jìn)行覆土，并及時鎮(zhèn)壓。覆土后要做到溝壟明顯，無土塊、無露籽。播種第二行時，要先空一犁的寬度不耕，再如上法播種第二行。中耕時結(jié)合培土，使原來的溝改為壟，原來的壟變?yōu)闇希赃_(dá)到攔泥蓄水的目的。適用于25°以下的坡耕地，可以種植小麥、糜谷、馬鈴薯等多種作物。試驗(yàn)表明，一般可增產(chǎn)20%～60%，減少土壤沖刷23%～85%以上。
③ 地面覆蓋技術(shù)要點(diǎn)與效果
在土壤的表面設(shè)置不透水的擋水層和抑制蒸發(fā)的覆蓋物，抑制土面蒸發(fā)，節(jié)約灌溉用水。在多數(shù)情況下，擋水層能穩(wěn)定松散的土壤，阻止風(fēng)蝕，改變地貌和抑制鹽分累積。該技術(shù)主要包括地膜覆蓋技術(shù)（全生物降解地膜）和秸稈覆蓋技術(shù)（休閑期或生育期）。河北省灌溉站的試驗(yàn)結(jié)果表明，有秸稈覆蓋的農(nóng)田，能增強(qiáng)降雨入滲。在相同的條件下，玉米地覆蓋1米土層的含水率比不覆蓋的提高0.4%～4.5%，麥田能提高0.8%～2.2%。
（2） 作物高效用水技術(shù)
在不減少或適度減少作物產(chǎn)量的前提下，通過降低作物的水分消耗以提高水分的利用效率。包括有限灌溉技術(shù)、水肥聯(lián)合調(diào)控技術(shù)、節(jié)水生化制劑調(diào)控技術(shù)等。
① 有限灌溉技術(shù)原理和效果
有限灌溉是根據(jù)水資源狀況和作物需水規(guī)律，在充分利用自然降水的基礎(chǔ)上進(jìn)行低限補(bǔ)充灌溉，供水量一般在450～900立方米/公頃。在寧夏固原春小麥補(bǔ)充灌溉研究發(fā)現(xiàn)，在補(bǔ)充灌水量為60毫米的情況下，供水量相當(dāng)于充足灌溉處理的1/4，但產(chǎn)量卻相當(dāng)于3/4，水分利用效率和灌水效率也最高，分別達(dá)到11.82千克/（毫米·公頃）和29.0千克/（毫米·公頃）。
② 水肥聯(lián)合調(diào)控技術(shù)原理
作物根系對水分和養(yǎng)分的吸收雖然是兩個相對獨(dú)立的過程，但水分和養(yǎng)分對于作物生長的作用卻是相互制約的，無論是水分虧缺還是養(yǎng)分缺乏，對作物生長都有不利影響。這種水分和養(yǎng)分對作物生長的作用相互制約和耦合的現(xiàn)象，稱為水肥耦合效應(yīng)。利用水肥耦合效應(yīng)，合理施肥，達(dá)到“以肥調(diào)水”的目的，能夠提高作物的水分利用效率，增強(qiáng)抗旱性，促進(jìn)作物對有限水資源的充分利用。
3. 生物節(jié)水
該技術(shù)是指發(fā)掘和利用植物自身的節(jié)水抗旱潛力，在獲得相同產(chǎn)量的條件下消耗較少的水分，或者在消耗相同水分的條件下獲得較高的產(chǎn)量或利用效果。主要包括節(jié)水抗旱作物品種選育技術(shù)、生理調(diào)控節(jié)水技術(shù)和建立合理節(jié)水農(nóng)作制度。
（1） 節(jié)水抗旱作物品種選育技術(shù)
應(yīng)用包括常規(guī)育種技術(shù)和植物抗旱基因的挖掘和分離，水分高效利用基因定位以及分子輔助標(biāo)記技術(shù)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)及基因聚合技術(shù)等生物新技術(shù)，培育節(jié)水抗旱優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的農(nóng)作物新品種。
（2） 生理調(diào)控節(jié)水技術(shù)
將作物水分生理調(diào)控機(jī)制與作物高效用水技術(shù)緊密結(jié)合，開發(fā)出調(diào)虧灌溉（RDI）、分根區(qū)交替灌溉（ARDI）等作物生理節(jié)水技術(shù)，提高作物的水分利用效率。與傳統(tǒng)灌水方法追求田間作物層的充分和均勻濕潤不同，ARDI技術(shù)僅讓一部分土壤區(qū)域灌水濕潤，交替控制使根系部分區(qū)域干燥、部分濕潤，以利于使不同區(qū)域的根系交替經(jīng)受一定程度的水分脅迫鍛煉，刺激根系的吸收補(bǔ)償功能，使根源信號ABA向上傳輸至葉片，調(diào)節(jié)氣孔保持在適宜開度，達(dá)到不犧牲作物光合物質(zhì)積累而又減少其奢侈蒸騰耗水的目的，并降低棵間蒸發(fā)損失和深層滲漏損失。RDI是基于作物生理生化過程受遺傳特性或生長激素的影響，在作物生長發(fā)育的某些階段人為地讓作物經(jīng)受適度的缺水鍛煉來影響其光合產(chǎn)物向不同組織器官的分配，進(jìn)而提高其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量而舍棄營養(yǎng)器官的生長量。營養(yǎng)生長減少可提高作物的種植密度，提高總產(chǎn)量，減少棉花、果樹等作物的剪枝工作量，改善產(chǎn)品品質(zhì)。
（3） 節(jié)水農(nóng)作制度
以水分高效利用為目標(biāo)，根據(jù)作物的水分生態(tài)適應(yīng)原理和水資源時空分布規(guī)律，建立適水種植結(jié)構(gòu)；依據(jù)作物需水規(guī)律和可供水資源量建立節(jié)水型灌溉制度；根據(jù)生物間協(xié)調(diào)與競爭的原理，優(yōu)化種植模式。
三 適宜推廣情況分析
1. 農(nóng)業(yè)是我國用水大戶，年用水總量4000億立方米，占全國總用水量的70%，其中農(nóng)田灌溉用水量3500億立方米，占農(nóng)業(yè)用水量的90%左右。農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)嚴(yán)重，農(nóng)田灌溉水的利用率僅為45%左右；農(nóng)田對自然降水的利用率低，僅達(dá)到56%；農(nóng)業(yè)用水的效率不高，其中農(nóng)田灌溉水的利用效率僅有1.0千克/立方米左右，旱地農(nóng)田水分的利用效率為0.6～0.8千克/立方米，具有較大節(jié)水潛力。
（1） 節(jié)水灌溉的潛力
目前耕地灌溉率43%，約5333萬公頃，其中水田占54%。，未來15年將灌溉水的利用率提高10個百分點(diǎn)，可節(jié)約灌溉用水350億立方米；提高15個百分點(diǎn)，可節(jié)約用水525億立方米。
（2） 提高降水利用率的潛力
目前旱耕地降水利用率50%，其中北方56%，南方不到40%。用15年的時間將降水利用率提高10個百分點(diǎn)，全國8000萬公頃旱耕地可增加水資源320億立方米，提高15個百分點(diǎn)則可增加水資源480億立方米。
（3） 提高水分利用效率的潛力
我國噸糧耗水量約1150～1200立方米，發(fā)達(dá)國家低于1000立方米。按照作物遺傳特性，生產(chǎn)1噸玉米、小麥、水稻的需水量分別為500～600、550～700、850～900立方米，平均為700立方米，比生產(chǎn)實(shí)際低450～500立方米。將水分利用效率提高0.1千克/立方米，相當(dāng)于噸糧耗水降低100立方米，按照現(xiàn)有糧食總產(chǎn)計(jì)算，則可節(jié)約用水500億立方米；提高0.2千克/立方米，則可節(jié)約用水1000億立方米。
2. 近期推廣的重點(diǎn)區(qū)域
我國北方干旱、半干旱地區(qū)是節(jié)水技術(shù)推廣的重點(diǎn)地區(qū)。近期可重點(diǎn)建設(shè)3333萬公頃高標(biāo)準(zhǔn)節(jié)水農(nóng)田，其中旱耕地2000萬公頃，水澆地1333萬公頃。目前按每公頃旱地推廣節(jié)水技術(shù)投資3750元（主要是節(jié)水技術(shù)配套設(shè)施建設(shè)）、水澆地推廣節(jié)水技術(shù)投資4500元（主要是節(jié)水灌溉技術(shù)改造）估算，在未來的5年內(nèi)建設(shè)好3333萬公頃高標(biāo)準(zhǔn)節(jié)水農(nóng)田，需要投資1350億元，每年需要投資270億元。（待續(xù)）
