1、2005年12月 3(4)：8791 中国水土保持科学 Science of Soil and Water Conservation Vo13 No4 Dec2005 我国保墒灌溉技术的潜力及其效益分析 汪有科 ，张慧莉 ，徐福利 ，贪学锋 (1中国科学院水利部水土保持研究所；2西北农林科技大学水利与建筑工程学院：712100，陕西杨凌) 摘要针对我国农业用水日趋紧张，农田环境污染严重，农产品中无公害产品减少，农业节水先进高效的技术由于 其昂贵不能在中国广泛推广等问题，首次提出了保墒灌溉的概念，它是将旱作农业中的保墒覆盖技术和灌溉农业 中的节水灌溉技术进行集成而形成新的节水技术体系。并对我国保
2、墒灌溉的适宜性和节水效益、节肥效益、生态 效益、经济效益进行系统分析。保墒灌溉在全国的灌区能推广应用一半的面积，其节水量可达19998亿m ，相当 于南水北调的东线年调水总量。 关键词保墒灌溉；节水；生态效益；节水技术；土壤肥力 Analysis on potentiality and benefits of soil moisture conservative irrigation technique in China Wang Youke 一，Zhang Huili ，Xu Fuli -，Yun Xuefeng2 (1Institute of Soil and Water Conserva
3、tion of Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources； 2College of Irrigation and Architecture Engineering，Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry：712100，Yangling，Shaanxi，China) Abstract To be aimed of the problems of water shortage in agriculture，severe pollution of
4、farmland and decreasing of safe agricultural products as well as that the modern effective water saving technologies are too expensive to extending in a large scale in China，the concept of technological system of soil moisture conserva- tion and irrigation(SMCI)was set up firstly in this study which
5、 is a new technological system of water saving formed by combination of soil moisture conservation coverage in the dry farming and water saving irrigation in irrigated agricultureAt the same time，systematic analysis suitability of the saving water，saving fertilizer， ecological and economica benefits
6、 of technical system of soil moisture conservation and irrigationWith the extension of technical system of soil moisture conservation and irrigation in half of farmland in China19998 billion m3 of water may be saved Key words soil moisture conservation and irrigation；water saving irrigation；ecologic
7、al benefits；water sav- ing technology；soil fertility 我国水资源短缺，农业用水比重大，浪费严重， 随着人口的增加和国民经济的发展，工业及生活用 水的逐年增加，均加剧了我国水资源的紧张程度。 节水是我国经济社会建设的一个长期目标，要实现 这个目标需要有效的节水技术体系来保障。农业节 水是我国的一个重要目标，为此目标，我们已经付出 了巨大的努力，而且这种努力还将长期坚持下去。 由于我国的“三农”(农业、农村、农民)的特点不同于 发达国家，所以节水技术模式也不同于发达国家。 先进的节水技术虽然节水效益显著，但由于其经济 成本过高，超出了我国农户的承
8、受能力，或经济效益 不明显，而无法在我国农业节水中占有较大比重。 对农业中的大宗作物，必须寻求高效低成本的节水 技术。目前国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心提 收稿日期：2005-05-08修回日期：2005-07-08 项目名称：国家863项目“西北半湿润渠灌类型区综合农业节水技术体系集成与示范”(2002AA2Z4211) 第一作者简介：汪有科(1956一)，男，研究员，博士生导师。主要研究方向：节水灌溉新技术。E-mail：giq,kvipsinaCOB 维普资讯 http:/ 中国水土保持科学 2005焦 出了保墒灌溉发展战略，近年来围绕这个主题开展 了大量的试验研究，试验证明该技术效益
9、十分显著。 前人也在保墒节水方面做了大量研究l1 ，均证明 保墒覆盖有十分明显的节水作用；但保墒灌溉内涵 是什么，有多大意义，在我国农业中有多大作用，人 们并不是十分清楚。笔者就其在我国农业中的意 义、必要性、效益潜力进行分析，以期正确认识保墒 灌溉这一项新技术。 1保墒灌溉的背景 11水资源供需矛盾日益尖锐 据预测l4 J，到2050年我国工业需水量将由1997 年的1 122亿m3增加到1 998亿m ；我国农业粮食 总产量将达到7亿t，需水量由1997年的4 064亿m3 增加到2030年的4 257亿m3，到2050年下降到 4 200亿m3；全国生活需水量到2050年将增加到 1 1
10、0o4L m3；全国可供水量到2030年将为6 990亿 m3，缺水129亿m3，到2050年可供水量为7 300亿 m3，供需基本持平。应该看到，上述供需分析是在充 分挖掘供水效率和用水效率的基础上得出的，而且 参与平衡的还包括了450亿m3的“南水北调”水量， 因此21世纪水资源的供需矛盾仍然十分尖锐。 根据我国经济增长预测(按1990年不变价格) 和市镇人口增长态势，2000年全国工业、市镇生活 需水量为1 378亿m3，2010年为1 816亿m3，2020年 为2 399亿m3，2030年为2 841亿m3。可见，从1993 年到2010年，仅工业和市镇需水量平均每年就需增 加54亿
11、m3；从2010年到2030年，平均每年需增加 49亿m 。届时新增的可供水量，有可能全部被工 业、城市和生活用水所占用。 12农业用水浪费严重。开发难度加大 我国农田灌溉的水利用系数比较低。据山西省 调查资料_5 J，大型灌区灌溉水利用系数仅0，389，中 型灌区0618，小型灌区0672；据“七五”国家科技 攻关专题“农业节水的研究”调研资料_6 J，华北地区 土渠输水的渠区渠系水利用系数只有037050。 我国目前采用传统畦、沟地面灌的面积约占总灌溉 面积的97，而渠道防渗率约为20；田问因土地 不平整、畦块过大和管理不善等原因，田问水利用系 数也很低。粗略估算，全国现状灌溉水利用系数大
12、 致为043。也就是说引人灌区的灌溉用水有一半 以上是在输水和田问灌水过程中损失掉了，没有被 作物利用。上述问题，除管理体制和机制外，在节水 方面需要加大投人，提供低成本高效益的节水技术。 我国19491996年共修建各类水库85万座， 总库容4 600多亿m3，平均每年增加100多亿m3。 其中，19491979年平均每年增加水库蓄水库容 136亿m ，19801996年平均每年只增加39亿m3， 1979年前的发展速度是为其后阶段的4倍以上。 可见，我国水源开发经过几十年的大发展后，比较容 易开发的水源大多数已被开发，尤其是北方地区，地 表水资源开发程度已基本接近极限，地下水开采利 用已超
13、过或接近极限开发程度，进而引发了一系列 的生态环境问题。 13农业用水及土壤污染严重 1996年仅北方17个省、市、自治区的城镇废汗 水排放量就达到265亿t，其中，工业废水占73，其 增长速率约为每年20亿t，而平均处理率仅为 335。也就是说，约665的工业废水未经任何 处理，就被直接排人江、河、湖、海。根据1996年河 流枯水期的水质监测评价_7吨，北方17个省、市、自 治区水质较好(工、类水)的河流长度仅为总河长 的226；水质污染比较严重(、V类水)的是长 江流域、海河流域、黄河流域、淮河流域。内陆河流 域污染比较严重的河长分别占总长的66、694、 55、773和105。目前，我国
14、东部地区大部分 灌溉水源已被严重污染，绝大多数为、V类水，含 有大量有害物质。随着对食品卫生安全要求的提 高，水源污染将越来越成为农业用水的另一个重要 制约因素。水质的污染加上现今农业中广泛大量使 用化肥农药等，致使农田受到严重污染，农产品中的 化学有害指标过高，既影响着人民的健康，又影响到 农产品的出口创汇。 14缺乏低成本的节水技术 目前，我国具有先进高效的喷、微灌技术和设 备，但这些技术的应用必然增加农业的投入，所以近 年来虽然做了很大努力，但发展的面积仍然很有限， 占90的农田灌溉面积还是采用传统的地面灌水 技术。传统的地面灌水方式成本很低，利用率也很 低。要提升我国农业节水的整体水平
15、，就必须寻求 适合我国国情的低成本节水新技术。 2保墒灌溉及其意义 所谓保墒灌溉，是指在田问采用不同保墒覆盖 条件下的灌溉技术，它是将旱农中的保墒覆盖技术 和灌溉农业中的节水灌溉技术进行集成，从而形成 新的节水技术体系。该技术涉及田问覆盖技术、田 问覆盖条件下的灌水、施肥、除草及种植等一系列新 维普资讯 http:/ 第4期 汪有科，等：我国保墒灌溉技术的潜力及其效益分析 89 的节水灌溉技术体系。保墒灌溉技术涉及很多新的 技术标准，同时该技术具有成本低和效益显著的特 点，所以在我国目前的国情下，保墒灌溉技术研究具 有十分重要的理论和生产应用意义。 覆盖保墒是一种极有效的节水措施。各种覆盖 方
16、式均有减少土壤蒸发的明显效果，但其对土壤综 合因子及作物生长的影响，却因覆盖材料、覆盖时期 以及覆盖厚度等而有所不同。 地面覆盖是在土壤表面覆盖一层作物秸秆等植 物废弃物，或塑料薄膜、砂石、化学药剂等，以减少土 壤水分蒸发、调节土壤温度等的技术措施。地面覆 盖保墒技术在我国有着悠久的应用历史。据我国农 业历史记载，早在公元6世纪中叶，齐民要术中便 有蔬菜地盖草越冬保温保湿技术。20世纪70年代 以来，随着工业的发展，各种覆盖材料应运而生，地 膜、乳化沥青、土壤表面增温剂、水温上升剂、叶面保 湿剂等使用非常广泛，对秸秆、砂石、草、粪肥覆盖技 术有了进一步深入研究，覆盖技术在抗旱生产中起 着日益重
17、要的作用。 地面覆盖使土壤与大气问存在一个降温的物理 界面，覆盖材料将大部分热量反射回大气，从而降低 了土壤蒸发，有效抑制了土壤蒸发率，涵养了土壤水 分。同时，灌溉技术也很成熟。各种灌溉技术如喷 灌、滴灌及多种地面灌水技术，均可与不同的覆盖措 施进行结合，以形成不同的保墒灌溉技术。 保墒灌溉扩展了现有农业节水技术的范畴。它 将田问灌溉技术与旱地覆盖节水技术有机地结合起 来，使在此环境下的田问微环境、水分、养分变化规 律，及微生物活动等，均不同于旱地和常规的灌溉农 田，其节水机理、灌溉定额和灌溉制度也发生了变 化。以往我国对旱地农业中覆盖研究和应用都很 多_l 1 ，技术也十分成熟，保墒覆盖技术
18、已在旱 农中得到广泛应用，收效显著。在广大灌区采用节 水灌溉技术更加普及，技术灌溉设备与技术研究成 果也很丰富。如何更进一步提高上述2项技术的效 益，降低节水灌溉成本，成为我国政府和广大科技人 员所面临的重大课题。国家节水灌溉杨凌工程技术 中心率先提出了保墒灌溉概念，并布设了大量试验 小区，为系统地开展保墒灌溉研究奠定了坚实的 基础。 保墒灌溉涉及许多学科的问题，如秸秆覆盖灌 溉方式中，秸秆分解速度的问题，就涉及微生物学、 农田水利学、肥料学、养分学等学科，远不是一个学 科能解决的问题。研究在此复合条件下的许多问 题，必然会从试验中得出新的结论，为生产实践和技 术推广提供有力的理论支撑，对农业
19、生产提供理论 上的指导。 保墒灌溉技术具有广阔的推广前景，特别是秸 秆保墒灌溉技术，既解决了多年秸秆焚烧带来的空 气污染和土地干化问题，又通过秸秆还田增加了土 壤肥力，改善了土壤理化性质，减轻了化肥使用过多 带来的土地污染，同时还大大减少了田问无效蒸发 损失，达到节约灌溉的效果。秸秆保墒灌溉技术在 我国灌溉农业中应用前景十分广泛，有待加强研究， 快速推广。 3保墒灌溉的效益 保墒灌溉，顾名思义，其前提是有灌溉条件下的 覆盖保墒或有保墒措施下的灌溉。可以说，在我国 大约5 333万hm2的灌区均能推行保墒灌溉。保墒 灌溉的综合效益十分显著，以下分别从它的节水效 益、节肥效益、生态效益和经济效益来
20、分析。 31节水效益 就覆盖保墒而言，节水效益研究较多，均证明效 益显著L3,6,1o ；但有关节水效益的研究，多是局部地 区的成果，还不能十分准确地推算出全国范围内的 节水效益。在此仅以减少蒸发的研究结果，对其进 行估算。据研究L6，作物株问蒸发占总耗水量的 20 60，通过覆盖可减少50以上。如果把作 物株问蒸发取值为总耗水量的40(平均值)计算， 以小麦和玉米为例，我国不同省区的小麦和玉米在 保墒覆盖条件下的可节约灌溉用水如表1所示。 在有保墒覆盖时，灌溉定额会大大降低。从总 体来看，采用覆盖措施每hm2每年可节约750 1 200 m3水。如果全国在50的灌区推广保墒灌溉 后，每年至少
21、可节约水199987 5亿m3，相当于黄河 年径流量(563亿m3)的355、黄河可供水量(370 亿m3)的54、黄河可供农业灌溉水量(28393亿 m3)的70，也相当于南水北调西线调水量(150亿 m3)的13倍、中线调水(130亿m3)的15倍、东线 调水量(200亿m3)的1倍。如果采用不同的节水灌 溉措施(喷灌、滴灌、地面灌等)，结合保墒覆盖，其节 水效益将更为显著。 维普资讯 http:/ 中国水土保持科学 2005焦 表1 中等干旱年份我国各地区主要农作物生长期需水与覆盖节水量 Tab1 The wate r amount needed and water saving amo
22、unt of main crop in growth season in middle drought year of main province(city，municipality)in China m3hm2 地区 篡票 善 小麦 覆盖 玉米 覆盖 地区 需水量 节水 需水量 节水 辽宁4 200 84O 5052 1 010 湖北4 500 9OO 41500 900 吉林4 800 960 4650 930 湖南4050 810 4 950 990 黑龙江4 500 9OO 4 350 870 四J JI 4 500 9OO 4650 930 北京 6000 1 200 4 500 9
23、00 贵州4 350 870 4650 930 天津 6000 1 200 4 500 900 云南4 350 870 4650 930 河北 6000 1 200 4 500 900 内蒙古东 5 550 1 110 4650 930 山东 6000 1 200 4 800 960 山西4 800 960 4650 930 河南 5 700 1 140 4 500 900 陕西4 800 960 4650 930 福建4 500 900 4 950 990 甘肃东4 800 960 4 800 960 广东4 500 9OO 4950 990 宁夏南 5 550 1 110 4650 930
24、 广西4 500 9OO 4 950 990 内蒙古西 5 550 1 110 4650 930 海南4 800 960 4 950 990 甘肃西4 800 960 4 800 960 上海4 200 840 4425 885 宁夏北 5 550 1 110 4 800 960 江苏4 350 870 4 350 870 新疆 5 700 1 140 5 250 1 050 浙江 3 9OO 780 4 350 870 西藏 5 250 1 050 4 500 900 安徽4 500 9OO 4 500 900 青海 5 250 1 050 4 500 900 江西4050 810 4 50
25、0 900 注：表中数据由文献8推算而得。表中分栏依据的是各个大区不同气候条件下农作物种植种类划分。 32节肥效益 作物覆盖物通过太阳辐射、雨水和土壤微生物 共同作用后，会逐渐分解，其碳源和营养物质将进入 土壤，改善了土壤生态环境，提高了土壤有机质含 量，特别是氮、磷等速效养分含量及腐殖质比例。土 壤蔗糖酶是土壤生物活性的重要指标之一，主要参 与高分子有机物的分解，酶促蔗糖水解为葡萄糖和 果糖，可改善土壤碳素营养状况2,12-15。覆盖秸秆 能激活土壤中蔗糖酶活性，激活土壤中的蔗糖进行 水解，为有机物的分解提供能量，调节了土壤中碳氮 比值，微生物活动加强，有机质积累增加，使土壤容 重降低，增加
26、了土壤孔隙度，从而提高了土壤蓄水保 墒能力。麦田稻草覆盖研究表明，覆盖比裸地有机 质含量、总孑L隙度分别增加139 gkg、321，密度 降低010 m3。另据报道，2年连续覆盖可增加有 机质14 gkg、腐殖质27 gkg、全氮02 gkgl 。 此外，在盐碱土覆盖抑制土壤蒸发，保蓄土壤水分， 达到有效脱盐的目的；连续2年覆盖田脱盐可达 80，连续3年覆盖的轻度盐渍化土壤耕层含盐量 由02降至01 J。 在采用保墒灌溉技术中的秸秆覆盖保墒灌溉技 术后，腐化分解的秸秆在土壤中转化为作物吸收的 养分，增加了土壤有机质的含量，这种效应往往在第 2年就会显示出来，而且后期将更加明显。据研究 统计【1
27、1-12，每年节约氮肥尿素75120 kghm，节约 过磷酸钙225300 kghm。 33生态效益 采用保墒灌溉技术中的秸秆覆盖保墒灌溉技 术，可以防止秸秆焚烧现象。以前，农作物收获后， 农民无法处理大量秸秆，只好放在田间地头焚烧，既 污染了空气，又将土壤中大量的有益的微生物烧死， 将地表20 em以上的土壤烧干，减少了土壤中水分 和有机质的含量，这对于下茬作物的播种极为不利。 有时，将秸秆靠在树干上焚烧，更将农田林网中的绿 树活活烧死。土表采用各种不同的保墒覆盖措施， 可减少土壤风蚀及发生沙尘暴的机会，对于生态环 境的保护和改善具有十分重要的作用。 杂草与作物争水、争肥、争光、争空间，阻碍
28、了作 物生长，覆盖麦田可减少杂草30一84。覆盖量 为3 000、4 500、6 000和7 500 kghm 时，每m2杂草 维普资讯 http:/ 第4期 汪有科，等：我国保墒灌溉技术的潜力及其效益分析 91 量分别较不覆盖减少了274、5342、4658和 6164。 覆盖物阻止了大气与土壤温度直接交换，冬季 覆盖可防止土壤温度散失，提高地温，减小昼夜变 幅，有效地防止冻害及”倒春寒”危害，降低死苗率， 保证作物安全越冬，促进根系生长，地膜覆盖增温尤 其明显。在炎热夏季，覆盖物可反射太阳辐射，近邻 地面位置的覆盖物下空气流动非常小，有效地防止 了土壤水分散失和外界热量侵入地面，从而有利于
29、 防御干热风危害，促进作物生长。据测定，冬季秸秆 覆盖平均提高地温0520，夏季秸秆覆盖5 cm 地温比对照低133413,15-16。 34经济效益 采用覆盖节水技术，年约节水7501 200 m hm2，按水价01元m3计，每年可节约水费75120 元hm ；每年有1次秸秆覆盖，可节约尿素75120 kghm2，过磷酸钙225300 kghm2，每年节约化肥投 入24023元hm 。仅上述2项投入，对农户来讲 每年减少支出315465元hm213-14。全国5 333万 hm2灌溉农田，按50的推广面积计算，每年可节约 农业投入8399亿12399亿元，换句话说，就是农 民每年可增收839
30、9亿12399亿元的收入，这对 于解决我国“三农”问题是有利的。 4结论 1)保墒灌溉是将旱地农业中的保墒覆盖技术和 灌溉农业中的节水灌溉技术集成后形成的一种新的 节水技术体系，该技术体系是对传统节水技术的提 升和创新。 2)虽然保墒灌溉技术其中的覆盖保墒技术和灌 溉技术均为目前成熟的技术，但将这二者融合在一 起，则形成了新的技术体系和标准。这方面还缺乏系 统的研究，无法在生产应用中直接推广应用，必须加 强这方面的技术标准研究和理论研究。 3)保墒灌溉技术适宜范围广泛，成本低、节水效 益、节肥效益、生态效益、经济效益均十分明显。是解 决我国“三农”问题的一条有效途径。 5 参考文献 1胡春胜，
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