农田水利论文：农业节水抗旱技术的研究进展研究

摘 要：通过文献调查的方法，从工程节水、生物节水、农艺节水和管理节水 4 个方面对当前中国农业节水抗旱技术的研究进行了归纳总结，并且简要论述了农业节水抗旱过程中存在的问题和不足之处，对农业节水抗旱技术的实施提出展望，旨在推动节水农业的发展。
　　
　　关键词：农业用水；节水农业；节水抗旱；研究进展。
　　
　　Abstract: By the method of literature survey, from engineering water saving, biological water-saving, agronomic water saving and wa-ter-saving management four aspects of the research on the current China agricultural water-saving technology were summarized, andbriefly discussed the existing agricultural water-saving and drought resistance in the process of problems and shortcomings, the imple-mentation of agricultural water-saving technology was put forward, in order to promote the development of water-saving agriculture.
　　
　　Key words: agricultural water use; water saving agriculture; water saving and drought resistance; research progress.
　　
　　农业用水危机随着频发的自然灾害和人口、经济的增长而变得日益突出。中国以全球 8%的水资源，供养着全球 22%的人口，水资源的短缺和浪费成为了制约中国农业发展的重要因素[1].而水资源紧缺、低效用水、旱灾频发等问题直接或间接导致人类直接使用的水资源不断减少，可利用的农业用水减少，从而给农业生产带来严重危害[2].中国近年来的年供水量大约为 5 500 亿 t,而农业用水量约占总量的 70%,其中就农田灌溉用水来说，都要占到农业用水的 90%左右[3].由此看来，农业也是最能节水的行业，而解决农业缺水问题将主要依靠建立节水农业和推广节水灌溉。农业节水不仅具有巨大的潜力，而且对农民增收、农村经济的发展以及社会稳定都具有深远的意义。通过推广先进节水技术，既有利于农村经济体制的改革以及土地和作物布局的调整，又有利于实现水利化和农业机械化，同时还能节水、节工、节地、省肥、增产，达到规模效益，以及改善生态环境。
　　
　　节水农业进一步推进面临的主要制约因素有3 个方面：认识、技术和制约问题[4].其中农业节水抗旱技术的研究直接影响到节水农业的持续发展。通过文献查阅发现，目前大家研究的内容集中在以下 4 个方面，即工程节水、生物节水、农艺节水、管理节水。工程节水如喷灌、滴灌等；生物节水有抗旱品种选育等；农艺节水包括节水种植业制度、（耕作、覆盖、化学）保墒技术、水肥耦合调控技术；管理节水是指管理水资源所制定的政策和措施。不管是从发展农业还是发展经济的角度出发，都应关注节水农业发展的重要性，而农业节水抗旱技术的开发研究则成为了发展节水农业的一个必要条件[5].目前，中国节水农业随着时代的发展涌现了许多新技术、新产品、新方法，笔者对工程节水、生物节水、农艺节水和管理节水这 4 个技术的特点和研究进程进行了归纳总结，并对未来的节水农业技术提出了展望，旨在推动节水农业的发展。
　　
　　1 农业节水抗旱技术的研究进展。
　　
　　1.1 工程节水技术的研究。
　　
　　工程节水技术就是采取工程措施，实现农业的节约水量并高效用水的一项重要节水技术。查阅文献发现其主要包括输水工程、集水工程、灌水工程和现代喷微灌等措施，以下就围绕这几个措施进行论述。
　　
　　余群英等[6]对陇东旱塬果园地区进行研究，采用垄膜沟灌为主的节水灌溉技术和微灌、渠道灌溉和小畦田灌溉等节水灌溉方式，对工程节水技术进行了研究，提出以垄膜沟灌为主的节水灌溉技术，形成区域化、标准化的高效农田节水技术体系。石屹等[7]在烟草上摸索滴、喷灌适宜的供水时间及强度和简易的滴、喷灌设备，认为发展工程节水灌溉和集水技术是非常必要的。高野等[8]
　　
　　通过在试验区采取 4 种不同集水措施（覆膜、撒水泥、刨光、自然坡面），表明覆膜、撒水泥、刨光 3 种措施的土壤含水量都比自然状态下的高。丁林等[9]测定膜下滴灌洋葱不同灌水处理下的效果。黎时光等[10]研究发现，喷、滴、微灌技术比常规的大田灌溉节水可达 50%~90%.在 20 世纪 70 年代至21 世纪初期，研究员们在河南许昌、山东安丘、河南郑州、河南襄县等地的烟草试验场进行了烟草喷灌、滴灌试验，均取得了良好的抗旱效果。我国烤烟主要产区大都地处丘陵山地，合理运用集水工程、充分利用雨水无疑是今后此类地区实现烟草生产持续发展的必由之路。万惠娥等[11]研究表明，径流农业是将降水资源进行空间富集以及把集水技术与农业生产技术相结合的水分利用技术，该技术在我国乃至世界干旱、半干旱地区得到了重视和推广。张学科等[12]通过田间试验，研究了不同灌溉方式（滴灌、沟灌）及施肥量（氮、磷、钾用量分别为 800,450,975,640,450,780 kg·hm-2）对番茄水分利用率和经济效益的影响。程积民等[13]在宁南山区根据不同坡度，采用工程措施整地，分别修筑水平阶、水平沟、鱼鳞坑拦蓄径流 13%~15%,建立集流灌草立体配置，充分利用不同层次的光、热、水、肥资源，使有限的降水较集中使用。夏秋等[14]对衢州市果园进行研究，采用倒虹吸设计和“U”形钢筋水泥预制槽管作渠道、喷灌、滴灌等工程技术方法，且根据丘陵红壤区地形复杂、山塘水库少的特点，提倡大力建设小型节水灌溉设施、挖建蓄水池等。
　　
　　以上研究发现，工程节水技术对旱区或半干旱区的作物水分利用作用较大。但这些技术大多从国外引进，前期设备成本较高；研制简易的滴、喷灌设备，降低设备投入成本，有利于工程节水灌溉的发展。
　　
　　1.2 生物节水。
　　
　　生物节水是指发掘和利用植物的抗旱节水遗传潜力，在获得相同产量的条件下消耗较少的水分，或者在消耗相同水分条件下获得较高的产量[15].山仑等[16]通过研究表明，生物节水包括了遗传改良、生理调控和群体适应（作物互补）3 个方面。
　　
　　1.2.1 遗传改良 选择抗旱 、耐旱 、节水作物及品种，是利用生物适应环境，以生物机能提高作物水分利用效率的一条重要途径。王法宏等[17]发现如果当年某地区遭遇持续干旱，导致土壤墒情不佳，则可以选择种植荞麦、绿豆等耐旱性和生育期较短的作物，能充分利用剩下的水分。隋鹏等[18]对海河低平原区小麦进行了两年的定位研究，结果显示，节水抗旱小麦品种具有较强的节水高产特性。已有资料证明[19],旱麦抗旱或耐旱机理除了叶片较厚，蜡质层也较厚，能减少气孔水分蒸腾量外，另一个重要原因是其根系发达，对土壤表层及较深的土壤层的水分利用效率都高。于亮等[20]根据沧麦 028 的选育经验，探讨小麦育种亲本选择和育种方法对多抗节水丰产类型品种选育的作用。李晓航等[21]通过对不同灌水处理下小麦干物质分配、转运及其产量的研究，发现对水分的敏感性较差、抗旱能力优的小麦品种改良育种材料。
　　
　　遗传改良是一种使作物自身达到高效利用水分的有效手段。以往研究表明，选择耐旱性和生育期较短的作物，其作物的叶片气孔能减少蒸腾作用，有较为发达的根系，能充分利用有限的水分；而且在较为干旱的地区选择节水抗旱品种不仅提高了水分的利用率，还能提高作物的产量。但是目前还需开发更多的新型节水抗旱品种，为现有的节水品种提供育种材料。

1.2.2 生理调控 生理调控包括有限灌溉、合理施肥和化学调控。研究显示，我国现阶段每生产1 t 粮食，平均需要耗水 1 173 m3,其中水稻耗水1 109 ~1 295 m3、小麦耗水 736~1 144 m3、玉米耗水 750~607 m3.研究显示，全国平均水分生产率为0.85 kg·m-3,其中华北地区为主的中部地区最高，可达到 1.08 kg·m-3,而西北只有 0.40 kg·m-3,西南仅 0.68 kg·m-3 [2].由此可见，我国农业用水消耗之大且利用率极低。所以要进行有限灌溉，根据作物生理期来灌溉，充分利用水资源。合理施肥能提高干旱地区作物水分利用率。此外，化学调控即进行了种子药剂处理试验，都在不同程度上取得了抗旱增产的效果。杨首乐等[22]采用灌溉定额和施氮量二因素完全随机试验，研究水氮耦合效应对棉花生长性状及产量的影响。
　　
　　采用灌溉定额和有限灌溉对作物进行灌溉，能充分利用水资源，提高水分利用率，且在合理施肥的情况下，作物的产量和品质都有很大的提升。
　　
　　1.2.3 群体适应 通过改变播期、增减密度、调整种植结构、改进轮作方式以及实行间套混种等技术方法降低作物蒸腾量，增大蒸腾对蒸发比例，以节约田间或区域耗水的目的，称为群体适应。郭大辛等[23]研究了山西中部地区谷子不同栽培模式（精量条播、传统穴播、覆膜穴播）对土壤水温环境、谷子叶片及群体水分利用率的影响，结果表明，覆膜穴播处理与不覆膜的精量条播和传统穴播处理相比，显着提高了谷子各生育阶段的叶片水平水分利用效率和群体水平水分利用效率，促进了谷子的生长发育，产量显着增加。
　　
　　1.3 农艺节水。
　　
　　农艺节水指利用耕作、覆盖措施和化学制剂进行调控，达到节水高产目的的一项节水技术。查阅文献发现主要包括节水种植业制度、（耕作、覆盖、化学）保墒技术、水肥耦合调控技术。
　　
　　李旭毅等[24]研究表明，秸秆覆盖的田间生态状况优于地膜覆盖。乔荣等[25]研究发现通过使用地膜和 LS 地布能有效减少地表无效蒸发，提高根际土壤含水量，还能抑制各种杂草生长。保水剂是一种能吸收自身重量数百倍甚至上千倍的去离子水或数十倍的含盐水分的新型功能性高分子材料，它能提高土壤吸水、保水、保肥能力。李炎明等[26]建议在实际生产中，要使保水剂的节水抗旱效果充分发挥，需综合考虑气候、地区、土壤、作物等因素，降低保水剂的施用成本，提高投入产出比，才能促进保水剂在农业上的规模化应用。张信宝等[27]研究了地下地膜截水墙节水抗旱技术，它能阻断土壤水分侧向运移、保持耕地土壤水分，起到抗旱增产的作用。关军锋等[ 28]研究发现，小麦对 N、P 的吸收随土壤含水量的增加而增加，当土壤相对含水量从 54%增加到 80%时，水肥交互作用则由李比希协同作用类型转变为顺序加和性类型。黄伟等[29]采用温室结合田间试验的方法，研究了不同保水剂对甜菜植株生长和产量的影响。黄凤球等[30]研究发现，在干旱条件下以抗旱剂浸种和喷施效果最好。作物应用保水剂以施于土壤效果最好，种衣剂拌种与抗旱剂喷施配合施用亦能明显增强作物抗旱增产的能力。蒋菊芳等[31]通过对石羊河流域灌溉区大田春玉米进行试验，表明滴灌、喷灌和漫灌 3 种灌溉方式中滴灌最有利于提高春玉米叶片的水分利用效率。米艳华等[32]在干热河谷燥红土果园开展实验发现，通过开沟埋草沟灌、地面覆盖，使灌溉水渗透土壤，能有效减少地表径流和蒸散损失，提高灌溉水的利用率和果园经济效益。
　　
　　农艺节水中覆膜保墒的作物产量明显高于秸秆覆盖，这是因为其减少了土壤表面水分的蒸发，提高了作物的水利用率，但是覆膜措施相对于秸秆覆盖来说也存在污染土壤、田间生长状况较差的缺点。N、P 等营养元素能随土壤含水量的升高而增加，因此良好的水肥耦合制度能有效提高水分利用率和增加作物产量。在干旱条件下，选择合适的保水剂施用，能明显增强作物抗旱增产的能力，但由于保水剂用量少，形状不规则，不利于机械施用，而影响了在大田农业中的应用。
　　
　　1.4 管理节水。
　　
　　管理节水技术就是依据农作物不同时期的需水情况合理配置水源，尽其最大限度地满足作物生长所需水分，达到地区最佳综合效益的灌溉水分调节控制的管理技术。主要包括水资源优化调度、灌溉自动化控制、节水灌溉制度、节水种植制度、价格杠杆、农户参与等措施。赵馀等[33]采用不同水量交替灌溉方式研究木薯的生长、产量及水分利用效率的变化规律。黄彦等[34]根据玉米调亏水分灌溉指标、作物受旱生态表现及土壤干旱状况分级，确定了 4 种抗旱节水灌溉集成技术模式。
　　
　　有研究[35-44]认为水资源管理的政策和措施应该适合于各流域、各地区的实际情况，而且国外一些专家认为水作为一个系统，它同时还支撑着其他自然环境系统。所以我们在制订水资源管理的政策和措施时，要综合考虑技术与社会、经济、生态环境的协调发展和可持续发展。他们还认为水作为一种稀缺的资源，应该通过适当提高水价，特别是要对农用水费制度的改革，对促进用水主体节约用水起到关键作用。从理论上来说，如水价提高，农民用水量减少，再生水或循环水的利用就相应产生，这样不仅可减少用水量，还能减少污水的排放量，是一种较好的节水管理措施。同时也要意识到农业节水不仅仅是技术问题，更是一个惠及民生的问题，它牵涉社会经济和生态环境的可持续发展[45].
　　
　　2 总结与展望。
　　
　　从以上研究来看，工程节水、生物节水、农艺节水和管理节水仍是近几年的研究热点，然而随着社会经济快速的发展，开发更多的新科技、新技术以及将这几种节水技术相互融合运用到节水农业中，从而产生更大的经济效益，是下一步研究的重点。我国在节水农业方面虽然取得了一定的成就，但是仍然面临着许多的问题。例如，水源保障不充分、农田基础设施布局不衔接、农田基础建设与农业生产结合不紧密、农机作业与农艺技术不衔接等问题的存在，导致农业技术的效益日益下降，从而使农业生产成本和抗旱减灾成本逐年攀升，成为提高粮食生产能力的重大限制因子。因此，怎样挖掘出更多抗旱品种资源，建立完善作物及品种的抗旱鉴定和抗旱育种体系；怎样解决地膜覆盖所造成日渐严重的白色污染以及土壤质量下降；怎样建立和完善各个节水技术的综合应用，提高综合抗旱能力；怎样充分发挥农民们在节水抗旱中的主体地位；怎样将节水农业与其他高新技术联系起来，做到学科之间的相互交叉和互相渗透等。这些都需要我们去进一步研究，努力寻找到更实用、更便捷的农业节水抗旱技术，以推动节水农业的发展。
　　
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