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节水农业概论山西农业大学孙敏山西农业大学第二章农业用水现状及对策农业用水现状1农业用水战咯对策2第一节农业用水现状我国以补充灌溉为主，目前80%的粮食产于灌溉农田，灌溉面积为0.5×108hm2，居世界首位，占全国耕地面积的50%，灌溉用水量约为4000×108m3，占全国总用水量的61.4%左右（2002年统计），约占世界农业总用水量的17%，是用水大户，而全国95%的灌溉土地使用传统的漫灌和沟灌，水的利用率仅为30%~40%，水的浪费极为严重。在我国北方地区，水资源短缺己成为严峻的现实问题，然而，农田用水中的损失和浪费相当严重。据调查，北方灌区，渠系利用系数一般为0.4~0.5，如新疆、宁夏、甘肃和青海的灌区都在0.4~0.45之间。海河流域的渠系利用系数一般约为0.45，就是井灌区，灌溉水的利用率也不过0.6~0.7。农业用水主要包括种植业灌溉、林地和草场灌溉，畜牧水产养殖用水等大农业的生产用水。我国一方面水资源十分紧缺，另一方面农业用水浪费现象又十分严重，表现如下：①水资源意识淡薄。农户普遍认为水是天上落下来的，取之不尽，用之不竭，不用白不用的思想比较严重。②灌水不科学，灌水量远远地超过作物的生态需水量。在田间灌水中，我国北方灌区灌溉定额达7500~12000m3/hm2，高出作物实际需要的9~5倍，西北地区每年灌水定额可达16537.5m3/hm2，是全国平均的1.4倍。我国南方水稻灌区，水稻田内常流水，加上长期采用深灌、串灌、串排，不但造成水资源的大量浪费，而且使大量水、肥流失、人渗，使地下水位抬高，造成土壤潜育化、稻田冷浸，产量降低。（土壤潜育化是土壤长期滞水，严重缺氧，产生较多还原物质，使高价铁、锰化合物转化为低价状态，使土壤变成蓝灰色或青灰色的现象。③用水管理不善。绝大多数水库、灌区大部分没有较好的用水计量装置，对其承担的灌溉区域在某一灌溉期所需水量缺乏较准确的掌握，放水灌溉具有较大的任意性和盲目性。④灌溉工程经营管理不力。我国现有的大中型灌区的管理单位都属于行政系统事业管理单位，对灌区工程建设和水量调度缺乏自主权，不能通过收取水费和资产经营达到经费自给。目前，灌溉工程均亏本运行，难以维持简单再生产。⑤多部门从不同侧面管水，缺乏协调。目前，我国农业水资源的管理涉及水利、环保、农业、林业、气象、交通等部门，部门分割，各行其是，难以协调。⑥我国现有灌区有相当一部分工程不配套，工程老化失修，个别水库还存在着严重的病险问题。⑦从灌溉设施来看，有的水库没有主干渠，靠河道输水；许多灌渠只修建了干支渠，以下的渠系不健全，配套率不到40%。现在的设施有50%以上需要维修和更新。工程的老化，加之大多数水库淤积严重，使水库的防洪、蓄水能力降低，灌溉面积缩小，发电量减少。一、全国有效灌溉面积历年变化情况大规模水利工程的建设，尤其是以增加农田灌溉面积，改善农业生产条件为重点的农田水利建设，使我国农业灌溉事业得到了迅速发展。表2-1为全国各历史时期有效灌溉面积的历年变化，有效灌溉面积由1949年的1540×l04hm2增加到2001年的5554.443×104hm2。该变化趋势基本上反映了我国的粮食生产水平。全国有效面积的变化分为3个阶段1949～1977年：首先是恢复、改建和扩建了原有灌区，提高了灌区抗旱能力；其次是全国以兴建蓄水工程为主，建成一大批水源工程，再次是全国大搞农田基本建设。1978~1988年：由于水利建设投资大量减少，致使工程老化失修，效益衰减，全国灌溉面积减少。1989~2001年：水利建设投人增加，还加大了农业综合开发和农田水利田间工程配套的力度，大力推广节水灌溉，较好地发挥了原有水利工程效益，在灌溉水量基本没有增加的条件下，灌溉面积增加二、农业水资源的利用率和利用效率1、衡量输水工程的输水有效程度的渠系水利用系数它是指由末级固定渠道放出进入田间的总水量与渠首引进的灌溉总水量之比，包含渗漏、蒸发损失，也包含泄水、退水以及工程失事后造成的跑水损失，它反映了输配水工程质量，也反映了水源调度及渠系管理运行的质量。因此，渠系水利用系数越低，则表明灌溉水从水源输送至田间过程中的水量损失越大，反之亦然。在我国0.52×108hm2灌溉面积中，渠灌区面积为0.39×108hm2，井灌区面积为0.13×108hm2。占总灌溉面积75%的渠灌区，渠系水利用系数一般只有0.50左右，约有一半的水被浪费。北方旱区表现更为严重，海河流域渠系利用系数约为0.45，如新疆、宁夏、甘肃和青海的灌区都在0.4~0.45之间。海河流域的渠系利用系数一般约为0.45，就是井灌区，灌溉利用率也不过为0.6~0.7。宁夏、内蒙古引黄灌区达1.2×104~7.5×104m3/hm2，豫鲁引黄灌区达4500~6000m3/hm2，分别超过农业需水量的3~4倍和1~2倍，引黄灌区下游输水损失达30%~50%；甘肃河西走廊一些渠道，水量损失浪费竟高达60%~80%。陕西江、洛、渭三大灌区，每千米渠道渗漏损失率一般为0.4%~0.5%，每年渗漏损失的水量可灌溉10×104hm2的耕地，相当于一个大型灌区。2、田间水利用系数田间水利用系数是衡量水输送过程中蒸发漂移、深层渗漏和地面径流等损失大小程度的指标，它是指同一时期内，田间实际灌水面积计划湿润层内土壤中得到的净水量与灌区末级固定渠道供给田间总水量的比值。田间水利用系数越大，则田间灌溉水损失越小；在田间工程配套齐全、质量良好、灌水技术合理的情况下，一般为0.95~0.98。与旱田地区相比，水田地区的田间水利用系数较高。造成田间水利用系数低，田间用水量浪费大的主要原因有两个。：第一，田间工程不配套。斗渠、农渠以下的渠道大多没有控制建筑物和量水设施，田间土地不平整，在水稻灌区的格田没有独立的进水、出水口，基本上是串灌串排，水、肥流失严重。第二，田间用水管理水平低。进入田间，甚至进入农渠的水量都没有一个比较精确的计量概念，许多数字都是大致估计出来的。加之水价低，又不按量计征水费，因此用水量大，浪费水量严重。3、灌溉水利用系数灌溉水利用系数是衡量从水源引水到田间形成土壤水过程中，灌溉水有效利用程度的指标，它是从渠首引进灌溉水量扣除渠系和田间损失水量后与总引水灌溉水量的比值，是集中反映灌溉工程质量、灌溉技术水平和管理水平的一项综合性指标。4、农业水资源的利用效率农业水资源的利用效率即单位水量的产值。水分的利用效率表示的是作物对田间水分的转化效率WUE，可用下式表示:WUE=YD/WUYD粮食产量，kg;WU田间耗水量，m3。两者取值时的基础面积相同。水分利用效率的高低由两方面的因子共同决定。一方面是产量水平，它与水分利用效率成正比；另一方面为田间耗水量，与水分利用效率成反比。要提高水分利用效率，就需提高产量水平，或减少田间耗水量，或是同时发挥作用。产量水平的提高涉及的因素太多，而减少田间耗水量的主要途径包括选用节水作物和品种，实行节水灌溉制度，采用地面覆盖减少无效蒸发，施用抑蒸剂等化学制剂减少叶面蒸腾等。我国目前农业用水效率也很低，每单位净耗水的粮食生产效率仅为1.10kg/m3，（有资料认为只能达到0.8kg/m3），而与一些发达国家单位净耗水2~3kg/m3的水平相比差距很大。同时我国是个以补充灌溉为主的国家，全国平均每生产lkg粮食补充灌溉1.l0m3水，加拿大、美国生产同样多的粮食，只分别补充灌溉0.07m3和0.93m3，而我国比这些国家补充水量多1.3~17.6倍，因此要使农业水分利用效率达到发达国家的水平，为了满足人口及社会经济发展的需求，我国农业发展在提高产量的同时，应大力发展节水农业。三、农业灌溉区地下水利用程度地下水资源在我国水资源中占有举足轻重的地位，由于其分布广、水质好、不易被污染、调蓄能力强、供水保证程度高，正被越来越广泛地开发利用，在全国总用水量中地下水约占1/6。尤其在中国北方、干旱半干旱地区的许多地区和城市，地下水成为重要的甚至唯一的水源。我国地下水开发利用主要是以孔隙水、岩溶水、裂隙水3类为主。其中以孔隙水分布最广，资源量最大，开发利用得最多;溶水在分布、数量和开发上均居其次;而裂隙水则最小。在调查的1943个水源地中，属孔隙水类型的有846个，占68%；属岩溶水类型的有315个，占25%；而属裂隙水类型的82处，仅占7%。目前，北方五大流域片的平原区除内陆河流域片外，其他各片平原区的地下水资源开发利用率都已超过或接近极限开发程度。其中：海河滦河流域片平原地下水开采量已达到了多年平均可开采量的105%~143%；黄河流域片平原地下水开采量达到了多年平均可开采量的92%；淮河流域片平原地下水开采量达到了多年平均可开采量的65%~77%；松花江、辽河流域片平原地下水开采程度也分别达到了65%和75%（含深层水）。由此可见，我国北方平原地区的地下水超采程度已相当严重了。第二节农业用水战略对策随着我国工业化、城市化进程的加快，生活用水和工业用水的比例急剧增加，用水矛盾日益突出，为保障城镇用水，许多地区不得不把原先以农业灌溉为主的水库水源转向城镇供水。这就要求农业用水在农业产业结构调整的基础上，通过节水灌溉、调整种植结构等措施尽可能节约用水，以缓解日益突出的用水矛盾。一、发展节水型农业，持续高效地利用水资源目前，适用于我国大规模推广应用的节水灌溉技术有渠道防渗、低压管道输水、喷灌、微灌、田间节水地面灌溉等。当前，我国传统的以沟灌、畦灌为主的地面灌溉面积占到总灌溉面积的97%，由于受到资金、能源和喷灌、微灌设备条件的限制，在一个相当长的时期内仍会以地面灌溉为主，不可能在短期内大量发展喷灌、微灌。因此，当务之急是充分利用好现有北方旱区的水利设施，改进地面灌溉的灌水技术，重点推广应用田间节水地面灌溉技术。田间节水地面灌溉技术主要有大畦改小畦、长沟改小短沟、平整土地、坐水种等，是投人少、见效快、农民易掌握的节水技术，应大规模推广应用。对于其他节水灌溉技术，各地应严格按照因地制宜的原则进行选择。节水农业并非就是节水灌溉农业，即节水仅是灌区的事情，忽视节水旱作农业。我国目前的灌溉率只有52%，即使完成南水北调工程后，也只能达到60%，还有大量的耕地没有或缺少灌溉条件，而这部分耕地主要分布在降雨量不足的北方地区，只能发展旱地雨养农业。雨养农业使平均年降雨量少到100mm的田地，也能进行作物生产。从岗坡地汇集降雨径流并用于农业生产，这就是雨养（径流）农业。其基本要求是集水区来供应种植区足够的水量。根深的多年生作物更能适应径流农业，因为它能利用贮存在土层深处的土壤水。对某些深根、耐早的果树，可能取得良好的效果。生育期短的农作物（缩短了植物蒸腾和土壤蒸发损耗水分的时间）也能适应径流农业。用径流种植饲草可以增加产草量，大大增加草原的载畜量。雨养（径流）农业可以延长富含营养的多汁饲料的供应季节，甚至可在特别需要时提供青饲料。旱地雨养农业的集水区分为大型积存雨水的方法和微集水面积种植。所谓微集水面积种植，就是在雨水过少、难以形成较大地面径流的地区，在微集水面积周围建起集水区，从集水区上收存雨水形成径流，集中到较低的平坑内，只在坑里种一棵树。微集水面积比起大型集存雨水方法，效率提高了。节水并不是简单的建设节水灌溉工程，安装滴微灌设施，同时还要重视农艺节水、生物节水、管理节水的作用，培育节水抗旱品种，推广节水栽培技术。新中国成立以来，我国在农作物育种工作方面取得了很大的成就，但是以往的育种目标多偏重于追求早熟、高产、优质、抗病、耐寒等方面。今后，为了缓解水资源短缺的压力，应适当调整育种目标，把品种的节水或抗(耐)旱性放在和产量、品质、熟性等同甚至优先的地位。政府应加大对抗旱、节水品种培育和推广工作的投入，并对抗旱节水农产品的生产和销售给予适当的扶持。二、合理布局农业种植结构，实现水资源优化配置农业种植结构发生了较大的变化，粮食作物种植面积将大幅减少，其他各种经济作物的种植比例大幅度增加，传统农业正向着效益农业逐步转变，同时分析主要作物用水占用比例、农业用水量和作物种植结构的关系等的变化趋势。不同作物具有不同的需