我国节水灌溉产品需求预测与产业化发展重点

我国节水灌溉产品需求预测与产业化发展重点龚时宏1，2，许迪1，2（1．国家节水灌溉北京工程技术研究中心；2．中国水利水电科学研究院，北京100044）大力发展节水灌溉，采用先进的节水灌溉产品和设备装备节水农业，不仅可有效地推动节水灌溉事业的发展，还可拉动相关产业的发展，对促进我国国民经济的增长，加速我国农业现代化的进程具有十分重要的意义。近年来，节水灌溉作为解决我国水资源日益短缺的一项革命性措施，正得到党和国家领导人前所未有的高度重视。全国节水灌溉事业的快速发展，带动了节水灌溉产品市场的迅速增长，市场需求量大幅增加，从事节水灌溉产品生产的企业逐渐增多，迎来了我国节水灌溉产业化发展的大好时机。1、我国节水灌溉产品需求预测根据节水灌溉和旱作农业分区发展规划预测，“十一五”期间全国计划发展农田节水灌溉面积1.5亿亩，其中的1.3亿亩是对现有灌溉面积进行节水技术改造，0.2亿亩是新增节水型灌溉面积；发展牧区饲草节水灌溉面积0.4亿亩；发展旱作农业雨水高效利用面积1.24亿亩。在相应的投资方面，发展1.5亿亩农田节水灌溉面积需投入1000亿元，其中渠道防渗工程350亿元，低压管道输水灌溉工程250亿元，喷灌工程250亿元，微灌工程150亿元；发展0.4亿亩牧区饲草节水灌溉面积需投入200亿元；发展1.24亿亩旱作农业雨水高效利用面积需投入280亿元。在以上各项投入中，对节水灌溉产品、材料和制剂的投入约占总投入的50%70%，市场份额应在150200亿元/年。根据“十一五”期间全国节水灌溉和旱作农业的发展规模，国内市场对节水灌溉产品、材料和制剂的需求预测为：1．1管道输水灌溉产品管道输水灌溉产品包括：管道给水栓和出水口配件、Φ200以上规格的大管径管材及与之配套的大管件及控制阀、闸管灌溉系统的管材与管件等。按年均新增管道输水灌溉面积800万亩计算，产品的年市场需求量为：管材0.8亿m，管件480万件，出水口320万个。1．2喷灌设备产品喷灌设备产品包括：适用于大型喷灌机组的组合式节能低压小流量喷头、园林专用喷头系列产品、半固定式铝合金和镀锌薄壁钢管管材与管件、控制阀及安全保护阀、轻小型喷灌机、中型卷盘式喷灌机组和少量大型喷灌机等。按年均新增喷灌面积500万亩计算，产品的年市场需求量为：喷头225万只，管件90万件，管材600万m，轻小型喷灌机组3万台，大、中型喷灌机1600余台。1．3微灌设备产品微灌设备产品包括：内镶式补偿滴灌管、重力滴灌管、薄壁滴灌带、多孔微喷灌带、各类微喷头、过滤器、专用储肥液装置、化肥罐及配套产品、压力流量调节器等。按年均新增微灌面积200万亩计算，产品的市场需求量为：塑料管材及管件3万t，微灌管（带）产品6亿m，微喷头0.8亿套，小型和中型筛网或叠片式塑料过滤器分别为200和1.25万只，砂石或离心式过滤器0.8万套，小型和中型施肥罐装置分别为200万台和1.25万套。1．4渠道防渗材料渠道防渗材料包括：钢材、水泥等。发展万亩渠道防渗工程平均需用钢材33.5t和水泥1572t吨，若按年新增渠道防渗面积1500万亩计算，产品的年市场需求量为：钢材5.03万t，水泥235.8万t。1．5制剂与地膜制剂包括：土壤改良剂、多功能保水剂、多功能种衣剂、植物蒸腾抑制剂等。若按每亩制剂用量36kg计算，年新增420万亩生物节水工程面积需各类制剂1.262.52万t。地膜包括：普通地膜、液体地膜、可降解地膜等。若按每万亩面积的地膜用量18.2t估算，年发展2060万亩保护地耕作及抗旱工程面积需各类地膜3.7万t。2、我国节水灌溉产品产业化发展重点随着全国节水灌溉事业的快速发展，从事节水灌溉产品生产的企业迅速得到发展，在生产规模、产品规格种类、技术水平、产品质量等方面已取得了较大进展，能够生产从渠道防渗、管道输水到喷灌、滴灌、制剂和地膜等多种节水灌溉产品。支撑我国节水灌溉事业发展的支柱性产业为：节水灌溉产品与设备和节水制剂与材料，其产业化发展的重点如下：2．1喷微灌设备国外非常重视喷微灌系统的配套性、可靠性和先进性，注重新设备和产品的研制及产业化，特别重视设备和产品的标准化、系列化和通用化，不断推出新的产品或品种，并不断改进老产品的性能。如以色列的微灌产品不仅具有较好的材质和制造工艺，在防堵性能、出水均匀度等方面均属一流水平，且规格品种齐全，仅微灌塑料器材品种就达近160个，规格有2000多种，产品的制造工艺和规模化水平达到较高程度，技术集成度亦具备相当程度。我国研制开发的微灌设备在品种、性能和质量上都落后于国外同类产品，在产品的耐久性、配套性、系列化、标准化等方面亟待改进与提高。喷微灌设备产业化发展的重点是：（1）高性能的一体化灌水器，包括内镶补偿式滴灌管、具有压力补偿功能的滴灌带、抗堵塞性强的内镶式灌水器、适用于温室的小管径滴灌管（带）等；（2）地下滴灌成套设备，包括抗堵塞性强的地下滴灌灌水器、高性能的过滤设备、真空破坏设备、地下滴灌管铺设机械、系统设计软件等；（3）高性能的微灌配套设备，包括连续作业性强的滴灌管（带）收放设备、压力调节设备、小型一体化过滤设备等；（4）多功能的喷灌灌水器，包括具有景观作用（能形成特殊造型）的喷洒器、节能性喷头、适应施肥（施药）灌溉的灌水器等；（5）轻型高性能的移动式喷灌设备；（6）具有精量控制功能的喷微灌灌溉控制设备。2．2管道输水灌溉设备国外正在开发的适用于农田管道输水的高分子管材主要有硬聚氯乙烯管（最大口径可达800mm）和聚乙烯管（最大口径可达3000mm）、玻璃钢复合管（最大口径可达3000mm）等产品，其对大口径管材和管件的生产具备统一的标准，在相应的管网规划设计、配套建筑物结构的型式、施工安装和运行管理上都有着较为成熟的经验。我国研制开发的直径为300600mm的PVC和PE塑料管材已开展试点应用，但其生产工艺仍为挤出方式，无法生产更大口径的产品，还不能满足农用管道输水的要求，生产工艺和设备有待改进。农用输配水管材产品产业化发展的重点是：（1）高分子复合材料大口径管材及管件；（2）大口径PE管材及管件；（3）适合大口径管材的控制与调节设施和安全设施；（4）大口径管道的现场施工设备。2．3渠道防渗材料和设备在高效输配水设备与新产品研发方面，国内外普遍将高分子材料应用在渠道防渗中，尤其是在高分子膜料的应用上已取得不少实用的成果。如宽幅高分子膜料的规模化生产、齐全的规格品种都能满足目前市场的需求，但薄膜易刺破和在冻胀地区易受冻融破坏的问题还没有很好的解决。因此，各国都正在不断研究开发技术可靠、经济合理的高分子合成新材料，如德国和美国开始研究应用一种新型复合土工合成防渗材料GCLS，该材料利用膨润土遇水膨胀防渗的性能，利用土工织物承载和护面结构，具有防渗性能好、抗刺穿性能强的特点。目前，我国利用的渠道防渗防冻材料多以保温、整体刚性的防渗防冻胀措施为主，适应性较差、易损坏且成本较高。近年来，正在应用高分子材料研制结构简单、经济合理的刚柔混合结构或纯柔性结构的防渗防冻胀措施。其中刚柔结构具有适应冻融变形、胀而不裂和防渗、减轻冻胀的特性，可同时有效地解决渠道渗漏和冻胀的问题。渠道防渗机械设备得到一定程度的开发应用，特别是小型U型渠道衬砌机得到较广泛的应用。但中、大型渠道衬砌机械相对缺乏。目前，国际上大型渠道防渗（包括开挖渠床、铺设塑料薄膜到填土或浇筑混凝土保护层）工程的施工广泛采用机械化和自动化，渠道衬砌中削坡、衬砌、修整、养护成套机组联合作业，基面平整、混凝土摊铺、振捣、抹面、切缝、修整、喷膜养护等一次完成。渠道衬砌机是为进行长距离、大断面的渠道衬砌的施工机械。它既可完成平面、又可完成斜面的衬砌施工，是一种多功能的机械化、智能化、自动化连续作业的施工机械。具有施工速度快、施工质量高，降低工程成本等特点。渠道防渗材料和渠道衬砌设备产业化发展的重点是：（1）土壤固化剂；（2）复合土工膜料；（3）保温复合材料和环保型混凝土补强新材料、填缝材料；（4）盐渍土和膨胀土等特殊土类渠道的专用防渗材料；（5）可一次性完成作业过程的大型渠道刚性砌体衬砌机械；（6）适用于膜料防渗的衬砌机械；（7）适用中小渠道衬砌的预制件加工及现场连续衬砌施工机械。2．4灌区水管理产品为实现用灌区水管理手段的现代化与自动化，满足对灌溉系统管理的灵活、准确、快捷的要求，发达国家非常重视灌溉管理，特别是灌溉量水设施的开发应用，以提高灌溉系统的运行性能与效率。我国灌区水量配水监测设备与技术落后，灌区用水效率低，特别是大、中型渠道及管道量水设施缺乏。渠道及管道量水仪表与设备产业化发展的重点是：（1）具有水头损失小、价廉、精度高、抗干扰性强的量水设备，包括渠系建筑量水设备及二次仪表、管道旁通式及智能型、非接触式量水设备等；（2）具有量水和控制双重功能的取水设备；（3）灌区用水管理信息与决策支持系统软件。2．5田间精细平地及精量控制灌溉设备作物用水已逐渐从传统的“丰水高产型”灌溉转向“节水优产型”的非充分灌溉。对作物需水量的估算也由以往充分供水下的最大作物需水量估算转向基于水分胁迫条件下的最佳耗水量估算。作物高效用水研究已由单纯的水量时间分配转向根区空间调节的研究，通过建立适当的“湿润边界”、“控制边界”与“湿润方式”，达到节水增产的目的。作物精量控制灌溉设备由两大系统组成，一是作物需水信息采集和土壤墒情监测及信息采集设备，二是实施农田精量灌溉的设备。在作物水分信息采集手段上国外已大量使用红外枪技术，采用热脉冲技术测定作物茎杆的液流和蒸腾，用于指导精量灌溉。在土壤墒情监测与信息采集设备上，国内外已提出用于土壤水分快速测量的数十种方法，开发出多种土壤墒情信息采集的设备。农田精量灌溉设备与“精准农业”的实施密切相关，美国和以色列等国的一些科研机构与生产企业联合，开发了可实现精量控制灌溉的喷、微灌设备。激光控制土地精细平整技术是改进地面灌溉的有效技术措施之一，我国对激光控制平地设备主要依赖进口，较高的设备价格制约了该技术在我国农田平整作业中的广泛应用。田间精细平地及精量控制灌溉设备产业化发展的重点是：（1）精细平地铲运机具、液压控制系统等设备；（2）激光发射与接受控制设备；（3）与国产拖拉机相配套的控制设备；（4）作物需水信息采集设备及二次仪表；（5）土壤墒情监测与信息采集设备；（6）智能化灌溉信息自动采集与传输装置；（7）智能化精量灌溉控制装置与设备。2．6制剂与地膜产品在节水、抗旱、保墒生化制剂开发利用方面，法国、美国、日本、英国等国家已开发出一系列产品，并在经济作物上广泛使用。法国和美国等将聚丙烯酰胺（PAM）施用在土壤表面，用以抑制农田土壤蒸发，改善土壤结构，防止水土流失。我国在农用制剂开发与应用研究开始于80年代初期，但发展速度较快，目前巳有40多个单位进行研制和开发，但产品生产还比较落后，总产量不过1000t。固体塑料薄膜以其特有的作用，在农业生产中被广泛应用。但由干塑料薄膜分解周期长，降解困难，给后续农业生产带来极大的不便，并破坏和污染了土壤生态环境。而液体生态地膜，既能固结表土，又能改良土壤结构，可广泛用于农业生产、固沙造林、植树种草、保持水土、盐碱地治理改良、道路护坡等方面。制剂与地膜产品产业化发展的重点是：（1）多功能保水剂；（2）抗旱剂与种衣剂；（3）可降解地膜；（4）多功能液体地膜。【作者简历】龚时宏，男，1961年8月生，湖北天门人。现任国家节水灌溉北京工程技术研究中心总工，兼任中国水利学会农田水利专业委员会微灌工作组组长、中国农业工程学会农业水土工程专业委员会委员、西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室学术委员会委员，《节水灌溉》杂志副主编，研究员、博士生导师。长期从事与节水灌溉应用基础理论、应用技术研究和节水灌溉产品研发工作等方面的工作，先后主持和参加国家重大科技攻关计划、国家重大科技专项、国家863计划、国家自然科学基金、国家“948”项目及其它省部项目30余项，多次获得奖励。主（参）编专著5部，主笔发表论文50余篇。【通讯地址】北京车公庄西路20号国家节水灌溉北京工程技术研究中