現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢

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　我國水資源總量為28100億m3，人均水資源量約2200 m3，僅為世界平均值的1/4。預(yù)計(jì)到21世紀(jì)30年代，我國人口達(dá)到16億高峰時(shí)，在降水總量不減少的情況下，人均水資源量將下降到1760 m3，逼近國際公認(rèn)的1700 m3的嚴(yán)重缺水警戒線。我國水資源的突出特點(diǎn)是時(shí)空分布不均，水土資源不匹配，水資源分布狀況與國民經(jīng)濟(jì)的布局和發(fā)展之間嚴(yán)重錯(cuò)位。其中地處長江、淮河沿線以北地區(qū)的土地面積約占全國總面積的65%，耕地占全國總面積的51%，人口占全國總數(shù)的40%，我國多數(shù)的重要能源及化工基地均分布在該地區(qū)，但水資源量卻只占全國總量的20%，許多區(qū)域的人均水資源已大大低于1700 m3的缺水警戒線，缺水問題相當(dāng)嚴(yán)重。

　　水資源緊缺已成為嚴(yán)重制約我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。農(nóng)業(yè)是我國的用水大戶，用水總量4000億m3，占全國總用水量的70%，其中農(nóng)田灌溉用水量3600-3800億m3，占農(nóng)業(yè)用水量的90%-95%。農(nóng)業(yè)用水中的浪費(fèi)現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，首先是農(nóng)田灌溉水的利用率低，平均僅為45%左右；其次是農(nóng)田對自然降水的利用率低，僅達(dá)到56%；最后是農(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 kg/m3左右，旱地農(nóng)田水分的利用效率為0.60-0.75 kg/m3。根據(jù)權(quán)威部門的預(yù)測結(jié)果，在不增加現(xiàn)有農(nóng)田灌溉用水量的情況下，2030年全國缺水高達(dá)1300-2600億m3，其中農(nóng)業(yè)缺水500-700億m3。若將農(nóng)田灌溉水的利用率由目前的45%提高到發(fā)達(dá)國家的水平70%，則可節(jié)水900-950億m3，如同時(shí)提高水的利用效率，農(nóng)業(yè)節(jié)水后不僅可滿足7億t左右的食物生產(chǎn)用水，還能節(jié)約出400-500億m3的水量用于國民經(jīng)濟(jì)的其他重要行業(yè)，這無疑會(huì)對未來的國家經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和社會(huì)安全穩(wěn)定作出重大貢獻(xiàn)。

　　農(nóng)業(yè)節(jié)水不僅是我國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展所要求的，也是我國農(nóng)業(yè)資源，尤其是水資源短缺、水土資源配置失衡等嚴(yán)峻形勢所決定的。農(nóng)業(yè)節(jié)水對保障國家水安全、糧食安全和生態(tài)安全，推動(dòng)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的戰(zhàn)略地位和作用。我國農(nóng)業(yè)缺水的問題在很大程度上要依靠節(jié)水予以解決，加強(qiáng)對我國節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究，以科技創(chuàng)新促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展，建立與完善適合我國國情的現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，將成為促進(jìn)我國節(jié)水農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措之一

1 現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究進(jìn)展

　　隨著全球性水資源供需矛盾的日益加劇，世界各國，特別是發(fā)達(dá)國家都把發(fā)展節(jié)水高效農(nóng)業(yè)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。發(fā)達(dá)國家在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，把提高灌溉（降）水的利用率、單方水的利用效率、水資源再生利用率作為研究重點(diǎn)和主要目標(biāo)。在研究節(jié)水農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)上，將生物、信息、計(jì)算機(jī)、高分子材料等高新技術(shù)與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)相結(jié)合，提升節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的高科技含量，建立適合國情的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，加快由傳統(tǒng)的粗放農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的進(jìn)程。

世界各國采用的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)通?？蓺w納為工程節(jié)水技術(shù)、農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)、生物（生理）節(jié)水技術(shù)和水管理節(jié)水技術(shù)等四類。節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用可大致分布在四個(gè)基本環(huán)節(jié)中:

　　一是減少灌溉渠系（管道）輸水過程中的水量蒸發(fā)與滲漏損失，提高農(nóng)田灌溉水的利用率；

　　二是減少田間灌溉過程中的水分深層滲漏和地表流失，在改善灌水質(zhì)量的同時(shí)減少單位灌溉面積的用水量；

　　三是減少農(nóng)田土壤的水分蒸發(fā)損失，有效地利用天然降水和灌溉水資源；

　　四是提高作物水分生產(chǎn)效率，減少作物的水分奢侈性蒸騰消耗，獲得較高的作物產(chǎn)量和用水效益。節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國家始終把提高上述環(huán)節(jié)中的灌溉（降）水利用率和作物水分生產(chǎn)效率作為重點(diǎn)，在建立了以高標(biāo)準(zhǔn)的襯砌渠道和壓力管道輸水為主的完善的灌溉輸水工程系統(tǒng)和采用了以噴（微）灌技術(shù)和改進(jìn)的地面灌技術(shù)為主的先進(jìn)的田間灌水技術(shù)后，節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究重點(diǎn)正從工程節(jié)水向農(nóng)藝節(jié)水、生物（生理）節(jié)水、水管理節(jié)水等方向傾斜，尤其重視農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)技術(shù)的密切結(jié)合。

1．1 農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)

　　利用耕作覆蓋措施和化學(xué)制劑調(diào)控農(nóng)田水分狀況、蓄水保墑是提高農(nóng)田水利用率和作物水分生產(chǎn)效率的有效途徑。國內(nèi)外已提出許多行之有效的技術(shù)和方法，如保護(hù)性耕作技術(shù)、田間覆蓋技術(shù)、節(jié)水生化制劑（保水劑、吸水劑、種衣劑）和旱地專用肥等技術(shù)和產(chǎn)品正得到廣泛的應(yīng)用。如美國中西部大平原由傳統(tǒng)耕作到少耕或免耕，由表層松土覆蓋到作物殘茬秸稈覆蓋，由機(jī)械耕作除草到化學(xué)制劑除草，都顯著提高了農(nóng)田的保土、保肥、保水的效果和農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。法國、美國、日本、英國等開發(fā)出抗旱節(jié)水制劑（保水劑、吸水劑）的系列產(chǎn)品，在經(jīng)濟(jì)作物上廣泛使用，取得了良好的節(jié)水增產(chǎn)效果。法國、美國等將聚丙烯酰胺（PAM）噴施在土壤表面，起到了抑制農(nóng)田水分蒸發(fā)、防止水土流失、改善土壤結(jié)構(gòu)的明顯效果。美國利用沙漠植物和淀粉類物質(zhì)成功地合成了生物類的高吸水物質(zhì)，取得了顯著的保水效果。

　　節(jié)水農(nóng)作制度主要是研究適宜當(dāng)?shù)刈匀粭l件的節(jié)水高效型作物種植結(jié)構(gòu)，提出相應(yīng)的節(jié)水高效間作套種與輪作種植模式。例如，在澳大利亞采用的糧草輪作制度中，實(shí)施豆科牧草與作物輪作會(huì)避免土壤有機(jī)質(zhì)下降，保持土壤基礎(chǔ)肥力，提高土壤蓄水保墑能力。

　　在抗旱節(jié)水作物品種的選育方面，發(fā)達(dá)國家已選育出一系列的抗旱、節(jié)水、優(yōu)質(zhì)的作物品種。如澳大利亞和以色列的小麥品種、以色列和美國的棉花品種、加拿大的牧草品種、以色列和西班牙的水果品種等。這些品種不僅具備節(jié)水抗旱性能，還具有穩(wěn)定的產(chǎn)量性狀和優(yōu)良的品質(zhì)特性。特別是近年來，在植物抗旱基因的挖掘和分離、水分高效利用相關(guān)的基因定位以及分子輔助標(biāo)記技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、基因聚合技術(shù)等在抗旱節(jié)水作物品種的選育上取得了一些極富開發(fā)潛力的成果。

　　近年來，水肥耦合高效利用技術(shù)的研究已將提高水分養(yǎng)分耦合利用效率的灌水方式、灌溉制度、根區(qū)濕潤方式和范圍等與水分養(yǎng)分的有效性、根系的吸收功能調(diào)節(jié)等有機(jī)地結(jié)合起來。通過改變灌水方式、灌溉制度和作物根區(qū)的濕潤方式達(dá)到有效調(diào)節(jié)根區(qū)水分養(yǎng)分的有效性和根系微生態(tài)系統(tǒng)的目的，從而最大限度地提高水分養(yǎng)分耦合的利用效率。美國、以色列等國家將作物水分養(yǎng)分的需求規(guī)律和農(nóng)田水分養(yǎng)分的實(shí)時(shí)狀況相結(jié)合，利用自控的滴灌系統(tǒng)向作物同步精確供給水分和養(yǎng)分，既提高了水分和養(yǎng)分的利用率，最大限度地降低了水分養(yǎng)分的流失和污染的危險(xiǎn)，也優(yōu)化了水肥耦合關(guān)系，從而提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

1．2 生物（生理）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)出諸如調(diào)虧灌溉（RDI）、分根區(qū)交替灌溉（ARDI）和部分根干燥（PRD）等作物生理節(jié)水技術(shù)，可明顯地提高作物和果樹的水分利用效率。與傳統(tǒng)灌水方法追求田間作物根系活動(dòng)層的充分和均勻濕潤的想法不同，ARDI和PRD技術(shù)強(qiáng)調(diào)在土壤垂直剖面或水平面的某個(gè)區(qū)域保持土壤干燥，僅讓一部分土壤區(qū)域灌水濕潤，交替控制部分根系區(qū)域干燥、部分根系區(qū)域濕潤，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)氣孔保持在適宜的開度，達(dá)到不犧牲作物光合物質(zhì)積累而又大量減少其奢侈的蒸騰耗水的目的，與此同時(shí)，還可減少作物棵間的土壤濕潤面積，降低棵間蒸發(fā)損失和因水分從濕潤區(qū)向干燥區(qū)側(cè)向運(yùn)動(dòng)帶來的深層滲漏損失。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)育的某些階段主動(dòng)施加一定的水分脅迫（即人為地讓作物經(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)器官的生長量及有機(jī)合成物的總量。因營養(yǎng)生長減少還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)。國際上有關(guān)調(diào)虧灌溉的研究主要是針對果樹和西紅柿等蔬菜作物，對大田作物的研究較少。

　　近年來，國內(nèi)外相繼開展了對作物需水量計(jì)算方法的大量研究，但這些研究大多以單點(diǎn)的和單一作物的耗水估算為主，在此基礎(chǔ)上采用插值法和面積加權(quán)平均法確定的區(qū)域作物耗水量的精度會(huì)受到氣象等因素的空間變異性的影響。目前的重點(diǎn)是將單點(diǎn)的單一作物耗水估算模型的研究擴(kuò)展到區(qū)域尺度多種作物組合下的耗水估算方法與模型研究上，根據(jù)作物及其不同生育期的需水估算，使有限的水最優(yōu)分配到作物的不同生育期內(nèi)，為研究適合不同地區(qū)的非充分灌溉制度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支撐。隨著遙感技術(shù)的應(yīng)用使得采用能量平衡法估算區(qū)域作物耗水量成為可能，通過遙感獲得的作物冠層溫度來估算區(qū)域耗水量分布的研究變得十分活躍，并在一些發(fā)達(dá)國家得到了一定的應(yīng)用。

1．3 水管理節(jié)水技術(shù)

　　為實(shí)現(xiàn)灌溉用水管理手段的現(xiàn)代化與自動(dòng)化，滿足對灌溉系統(tǒng)管理的靈活、準(zhǔn)確和快捷的要求，發(fā)達(dá)國家的灌溉水管理技術(shù)正趨朝著信息化、自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。在減少灌溉輸水調(diào)蓄工程的數(shù)量、降低工程造價(jià)費(fèi)用的同時(shí)，既滿足用戶的需求，又有效地減少棄水，提高灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行性能與效率。

　　建立灌區(qū)用水決策支持系統(tǒng)來模擬作物產(chǎn)量和作物需水過程，預(yù)測農(nóng)田土壤鹽份及水分脅迫對產(chǎn)量的影響，基于Internet技術(shù)和RS、GIS、GPS等技術(shù)完成信息的采集交換與傳輸，根據(jù)實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)模型，為用戶提供不同類型灌區(qū)的動(dòng)態(tài)配水計(jì)劃，達(dá)到優(yōu)化配置灌溉用水的目標(biāo)。為適應(yīng)灌區(qū)用水靈活多變的特點(diǎn)，做到適時(shí)、適量地供水，需對灌溉輸配水系統(tǒng)的運(yùn)行模式和相應(yīng)的自控技術(shù)開展研究。目前，國外多采用基于下游控制模式的自控運(yùn)行方式，利用中央自動(dòng)監(jiān)控（即遙測、遙訊、遙調(diào)）系統(tǒng)對大型供水渠道進(jìn)行自動(dòng)化管理，開展灌區(qū)輸配水系統(tǒng)的自控技術(shù)研究。在明渠自控系統(tǒng)運(yùn)行軟件方面，著重開展對供水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度計(jì)劃的研究，采用明渠非恒定流計(jì)算機(jī)模擬方法結(jié)合閘門運(yùn)行規(guī)律編制系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)控制軟件。

　　美國、澳大利亞等國已大量使用熱脈沖技術(shù)測定作物莖桿的液流和蒸騰，用于監(jiān)測作物水分狀態(tài)，并提出土壤墑情監(jiān)測與預(yù)報(bào)的理論和方法，將空間信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)用于監(jiān)測土壤墑情。根據(jù)土壤和作物水分狀態(tài)開展的實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)的研究進(jìn)展也很快，一些國家已提出幾種具有代表性的節(jié)水灌溉預(yù)報(bào)模型。在此基礎(chǔ)開展的適合不同地區(qū)的非充分灌溉模式的研究是干旱缺水條件下灌溉用水管理的基礎(chǔ)，隨著水資源短缺的不斷加劇，其研究在國內(nèi)外得到普遍重視。

　　多采用系統(tǒng)分析理論和隨機(jī)優(yōu)化技術(shù)，開展灌區(qū)多種水源聯(lián)合利用的研究，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持的智能化配水決策支持系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立起多水源優(yōu)化配置的專家系統(tǒng)，提出不同水源組合條件下的優(yōu)化灌溉與管理模式，合理利用和配置灌區(qū)的地表水、地下水和土壤水，對其進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和管理。在最大限度地滿足作物對水分需求的同時(shí)，改善灌區(qū)的農(nóng)田生態(tài)環(huán)境條件。

1．4 工程節(jié)水技術(shù)

　　隨著現(xiàn)代化規(guī)模經(jīng)營農(nóng)業(yè)的發(fā)展，由傳統(tǒng)的地面灌溉技術(shù)向現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)的轉(zhuǎn)變是大勢所趨。在采用高精度的土地平整技術(shù)基礎(chǔ)上，采用水平畦田灌和波涌灌等先進(jìn)的地面灌溉方法無疑是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的重要標(biāo)志之一。精細(xì)地面灌溉方法的應(yīng)用可明顯改進(jìn)地面畦（溝）灌溉系統(tǒng)的性能，具有節(jié)水、增產(chǎn)的顯著效益。激光控制土地精細(xì)平整技術(shù)是目前世界上最先進(jìn)的土地平整技術(shù)，國內(nèi)外的應(yīng)用結(jié)果表明，高精度的土地平整可使灌溉均勻度達(dá)到80%以上，田間灌水效率達(dá)到70%-80%，是改進(jìn)地面灌溉質(zhì)量的有效措施。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在采用地面灌溉實(shí)時(shí)反饋控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)學(xué)模型對地面灌溉全過程進(jìn)行分析已成為研究地面灌溉性能的重要手段。應(yīng)用地面灌溉控制參數(shù)反求法可有效地克服田間土壤性能的空間變異性，獲得最佳的灌水控制參數(shù)，有效地提高地面灌溉技術(shù)的評價(jià)精度和制定地面灌溉實(shí)施方案的準(zhǔn)確性。

　　除地面灌溉技術(shù)外，發(fā)達(dá)國家十分重視對噴、微灌技術(shù)的研究和應(yīng)用。微灌技術(shù)是所有田間灌水技術(shù)中能夠做到對作物進(jìn)行精量灌溉的高效方法之一。美國、以色列、澳大利亞等國家特別重視微灌系統(tǒng)的配套性、可靠性和先進(jìn)性的研究，將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)、自控技術(shù)、先進(jìn)的制造成模工藝技術(shù)相結(jié)合開發(fā)高水力性能的微灌系列新產(chǎn)品、微灌系統(tǒng)施肥裝置和過濾器。噴頭是影響噴灌技術(shù)灌水質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，世界主要發(fā)達(dá)國家一直致力于噴頭的改進(jìn)及研究開發(fā)，其發(fā)展趨勢是向多功能、節(jié)能、低壓等綜合方向發(fā)展。如美國先后開發(fā)出不同搖臂形式、不同仰角及適用于不同目的的多功能噴頭，具有防風(fēng)、多功能利用、低壓工作的顯著特點(diǎn)。

　　為減少來自農(nóng)田輸水系統(tǒng)的水量損失，許多國家已實(shí)現(xiàn)灌溉輸水系統(tǒng)的管網(wǎng)化和施工手段上的機(jī)械化。近年來，國內(nèi)外將高分子材料應(yīng)用在渠道防滲方面，開發(fā)出高性能、低成本的新型土壤固化劑和固化土復(fù)合材料，研究具有防滲、抗凍脹性能的復(fù)合襯砌工程結(jié)構(gòu)形式。如已在德國、美國應(yīng)用的新型土工復(fù)合材料GCLS就具有防滲性能好、抗穿刺能力強(qiáng)的明顯特點(diǎn)。此外，管道輸水技術(shù)因成本低、節(jié)水明顯、管理方便等特點(diǎn)，已作為許多國家開展灌區(qū)節(jié)水改造的必要措施，開展渠道和管網(wǎng)相結(jié)合的高效輸水技術(shù)研究和大口徑復(fù)合管材的研制是渠灌區(qū)發(fā)展輸水灌溉中亟待解決的關(guān)鍵問題。

2 現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究發(fā)展趨勢

　　現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)是在傳統(tǒng)的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)中融入了生物、計(jì)算機(jī)模擬、電子信息、高分子材料等一系列高新技術(shù)，具有多學(xué)科相互交叉、各種單項(xiàng)技術(shù)互相滲透的明顯特征。現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)涉及的既不是簡單的工程節(jié)水和水管理節(jié)水問題，也不是簡單的農(nóng)藝節(jié)水和生物節(jié)水問題。從支撐現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)理論而言，需將水利工程學(xué)、土壤學(xué)、作物學(xué)、生物學(xué)、遺傳學(xué)、材料學(xué)、數(shù)學(xué)和化學(xué)等學(xué)科有機(jī)地結(jié)合在一起，以降水(灌溉)－土壤水－作物水－光合作用－干物質(zhì)量－經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的轉(zhuǎn)化循環(huán)過程作為研究主線，從水分調(diào)控、水肥耦合、作物生理與遺傳改良等方面出發(fā)，探索提高各個(gè)環(huán)節(jié)中水的轉(zhuǎn)化效率與生產(chǎn)效率的機(jī)理。另一方面，現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)又需要生物、水利、農(nóng)藝、材料、信息、計(jì)算機(jī)、化工等多方面的技術(shù)支持，來建立適合國情的技術(shù)體系。

　　隨著20世紀(jì)中葉以來科學(xué)技術(shù)出現(xiàn)的重大突破，節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中大量借助于土壤水動(dòng)力學(xué)、植物生理學(xué)的理論和現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法及計(jì)算模擬手段，試圖從整體上來考慮水-土-作物-大氣間的互動(dòng)作用與關(guān)系，定量描述土壤-植物-大氣連續(xù)體中水分和養(yǎng)分運(yùn)移的轉(zhuǎn)化過程，據(jù)此制定科學(xué)的水、肥調(diào)控方案，這使得對節(jié)水農(nóng)業(yè)的研究已由以往單純的統(tǒng)計(jì)或?qū)嶒?yàn)性質(zhì)變?yōu)橐婚T有著較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ)與定量方法的科學(xué)。計(jì)算機(jī)技術(shù)、電于信息技術(shù)、紅外遙感技術(shù)以及其它技術(shù)的應(yīng)用，使得在土壤水分動(dòng)態(tài)、土壤水鹽動(dòng)態(tài)、水沙動(dòng)態(tài)、水污染狀況、作物水分狀況等方面的數(shù)據(jù)監(jiān)測、采集和處理手段得到長足發(fā)展，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)用水管理水平的提高，而高分子復(fù)合材料和納米材料的研制創(chuàng)新正在促使渠道防滲、管道灌溉、覆膜灌溉、坡面集雨等方面孕育著技術(shù)上的重大突破。

　　在提高農(nóng)業(yè)用水的利用率和水的生產(chǎn)效率的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究中，不僅涉及到與土壤-植物-大氣系統(tǒng)中的界面過程，水分傳輸和系統(tǒng)反饋的機(jī)制，水分調(diào)控的途徑以及大氣水、地表水、地下水、土壤水轉(zhuǎn)化關(guān)系等相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的前沿技術(shù)，還與利用現(xiàn)代高新技術(shù)對水資源、土壤水分和作物水分進(jìn)行監(jiān)測調(diào)控，根據(jù)作物需水規(guī)律進(jìn)行精量灌溉等關(guān)鍵技術(shù)有關(guān)。為此，必須以具有學(xué)科交叉性的重大前沿性技術(shù)研究為基礎(chǔ)，研發(fā)與農(nóng)業(yè)節(jié)水相關(guān)的重要關(guān)鍵技術(shù)，探索建立適合國情的現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系。

3 我國現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究重點(diǎn)與內(nèi)容

3．1 現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)前沿技術(shù)

　　圍繞作物生理需水與用水、精量控制灌溉等領(lǐng)域，對現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)前沿技術(shù)開展原創(chuàng)性研究。通過對水－土－植物關(guān)系、干旱條件下植物根信號傳輸和氣孔反應(yīng)的機(jī)制、干旱脅迫鍛煉對植物超補(bǔ)償功能的刺激等問題的研究，帶來農(nóng)業(yè)節(jié)水原理與技術(shù)的創(chuàng)新，促進(jìn)節(jié)水農(nóng)業(yè)新思路的問世和源頭高技術(shù)的產(chǎn)生，為我國現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供基礎(chǔ)理論和技術(shù)儲(chǔ)備。

　　作物高效用水與生理調(diào)控技術(shù)：

　?。?span lang="EN-US">1）研究主要作物節(jié)水條件下產(chǎn)量形成及可視化的生產(chǎn)模型，獲得維持農(nóng)作物較高水分生產(chǎn)效率的生理和生態(tài)學(xué)過程參數(shù)，提出農(nóng)作物根系微生態(tài)系統(tǒng)水分吸收功能調(diào)控模型和水分利用整體超補(bǔ)償功能環(huán)境反應(yīng)模型；

　?。?）研究不同生態(tài)區(qū)域內(nèi)主要農(nóng)作物(小麥、玉米、棉花、水稻)非充分灌溉條件下的需水量季節(jié)分布和計(jì)算模式和不同節(jié)水灌溉技術(shù)條件下的作物需水和耗水模型，提出作物水分生產(chǎn)函數(shù)與有限水量條件下的非充分灌溉制度，得到不同節(jié)水灌溉方式下實(shí)施非充分灌溉制度的技術(shù)；

　?。?）研究主要農(nóng)作物(小麥、玉米、棉花、水稻、果樹)調(diào)虧灌溉的指標(biāo)體系(最佳凋虧階段和調(diào)虧程度)，提出不同養(yǎng)分水平或施肥條件下調(diào)虧灌溉的模式及相應(yīng)的指標(biāo)，獲得作物調(diào)虧灌溉的田間實(shí)施技術(shù)；

　　（4）研究主要農(nóng)作物(小麥、玉米、棉花、水稻) 控制性分根交替灌溉的指標(biāo)體系，提出不同養(yǎng)分水平或施肥條件下控制性分根交替灌溉的模式及相應(yīng)參數(shù)，獲得不同土壤、作物下控制性分根交替灌溉的灌水技術(shù)要素最優(yōu)組合設(shè)計(jì)方法及的田間實(shí)施技術(shù)；

　　作物需水信息采集與精量控制灌溉技術(shù)：

　　（1）研究作物對水分虧缺信息的感受、傳遞與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程，建立作物水分信號診斷指標(biāo)體系，獲得利用作物莖桿變形測量診斷作物缺水狀況的新技術(shù)與新產(chǎn)品；

　?。?）研究作物水分區(qū)域分布監(jiān)測技術(shù)和作物蒸騰過程快速監(jiān)測技術(shù)，提出區(qū)域土壤水分空間變異性與最佳動(dòng)態(tài)監(jiān)測布點(diǎn)方式和區(qū)域土壤墑情監(jiān)測預(yù)報(bào)技術(shù)，獲得土壤水分動(dòng)態(tài)快速測定與預(yù)報(bào)技術(shù)及新產(chǎn)品；

　?。?）以土壤墑情監(jiān)測預(yù)報(bào)、作物水分動(dòng)態(tài)監(jiān)測信息與作物生長信息的結(jié)合為基礎(chǔ)，研究運(yùn)用模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立具有監(jiān)測、傳輸、診斷、決策功能的作物精量控制灌溉系統(tǒng)，研制開發(fā)智能化的灌溉信息采集裝置和智能化的灌溉預(yù)報(bào)與決策支持軟件。

　　農(nóng)田水肥調(diào)控利用與節(jié)水高效作物栽培技術(shù)：

　　（1）以小麥、玉米、棉花等主要作物為對象，研究不同區(qū)域、種植制度、地力基礎(chǔ)和水資源狀況下主要作物農(nóng)田養(yǎng)分供應(yīng)與利用模式，提出不同水分條件下獲得最高水分利用效率的水分與養(yǎng)分最佳參數(shù)組合；

　　（2）研究不同灌溉方式下作物根區(qū)水分養(yǎng)分遷移、轉(zhuǎn)化和吸收的動(dòng)力學(xué)過程，提出相應(yīng)的作物根際水肥耦合循環(huán)與調(diào)控模型，獲得以提高水肥耦合利用效率為目標(biāo)的田間節(jié)水灌溉技術(shù)參數(shù)的最優(yōu)組合；

　　（3）以小麥、玉米、棉花等主要作物為對象，研究農(nóng)田高效用水的作物群體時(shí)空分布特征，影響農(nóng)田整體抗旱特性和水分利用效率的群體因素和調(diào)控技術(shù)；構(gòu)建主要農(nóng)作物高效用水群體優(yōu)化結(jié)構(gòu)的綜合栽培技術(shù)體系。

3．2 現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)

　　以田間節(jié)水灌溉、灌溉用水管理、農(nóng)藝與化控節(jié)水等為重點(diǎn)，適當(dāng)考慮干旱缺水地區(qū)特殊水源的開發(fā)與高效利用，研究現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)制一批新型的農(nóng)業(yè)節(jié)水新產(chǎn)品與新材料，促進(jìn)節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的提升，為我國農(nóng)業(yè)節(jié)水提供適合國情的實(shí)用性應(yīng)用技術(shù)。

　　田間節(jié)水灌溉技術(shù)：

　　（1）研制抗堵、耐用、價(jià)廉的微灌灌水器，開發(fā)新型微灌過濾器、注肥器及系統(tǒng)控制設(shè)備；

　?。?）研究節(jié)能異形噴嘴噴頭、可調(diào)仰角及可調(diào)霧化程度的噴頭、噴灑區(qū)域?yàn)榫匦蔚膰婎^，開發(fā)適宜于園林噴灌的升降式噴灌裝置，改進(jìn)扇形轉(zhuǎn)動(dòng)的搖臂式噴頭，研制新型移動(dòng)式輕小型噴灌機(jī)組和智能控制低壓變量自走式噴灑機(jī)組；

　?。?）研究土地精平標(biāo)準(zhǔn)與激光控制平地技術(shù)，開發(fā)國產(chǎn)激光控制平地鏟運(yùn)設(shè)備和相應(yīng)的液壓升降控制系統(tǒng)，提出與激光控制平地技術(shù)實(shí)施相配套的田間灌排工程系統(tǒng)模式，研究地面灌溉技術(shù)控制參數(shù)，開發(fā)田間波涌灌溉控制設(shè)備、田間多孔閘管灌溉系統(tǒng)和田間灌溉自動(dòng)控制設(shè)備；

　?。?）研發(fā)適合家庭規(guī)模的可調(diào)式小型免耕坐水播種技水與設(shè)備，創(chuàng)制集灌水、播種、施肥于一體的新型多功能行走式局部施灌機(jī)。

　　灌溉系統(tǒng)輸配水監(jiān)控與調(diào)配技術(shù)：

　　（1）研發(fā)水分損失小、價(jià)廉、精度高、抗干擾性強(qiáng)的渠系量水設(shè)備，研制具有量水和控制雙重功能的取水口量水設(shè)施、新型管道量水儀表、適合高含沙渠道采用的量水裝置等，開發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的灌區(qū)自動(dòng)化量水二次儀表及設(shè)備、井灌區(qū)計(jì)量與控制用水裝置等；

　?。?）開發(fā)基于局域網(wǎng)絡(luò)、Internet網(wǎng)絡(luò)與RS和GPS技術(shù)相結(jié)合的灌區(qū)動(dòng)態(tài)管理信息采集、傳輸和分析技術(shù)，研究灌溉系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)識(shí)別技術(shù)和動(dòng)態(tài)配水系統(tǒng)下非恒定流模擬仿真技術(shù)和水量與流量的實(shí)時(shí)調(diào)控技術(shù)；

　?。?）研究灌區(qū)中央控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)和水力自動(dòng)控制技術(shù)，開發(fā)灌溉配水系統(tǒng)的閘門控制模式及基于模糊控制方法的靈活方便的控制器。

　　農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)：

　?。?）以小麥、玉米等大田作物及林草為重點(diǎn)，應(yīng)用分子標(biāo)記輔助選擇、轉(zhuǎn)基因、基因聚合技術(shù)結(jié)合常規(guī)育種的方法，創(chuàng)制抗旱節(jié)水型、水分高效利用型的優(yōu)異育種新材料，選育抗旱節(jié)水與高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)相結(jié)合型的新品種（組合）；

　?。?）研究主要生態(tài)區(qū)域節(jié)水高效型的作物種植結(jié)構(gòu)和適合區(qū)域特點(diǎn)的節(jié)水高效間作套種與輪作等種植模式，提出主要種植制度周期內(nèi)農(nóng)田水分高效利用技術(shù)控制要素和集成化參數(shù)，得到節(jié)水型農(nóng)作制度優(yōu)化技術(shù)及其量化指標(biāo)；

　?。?）以旱地土壤水庫增容為核心，研究等高種植集雨蓄水保墑技術(shù)和田間集雨栽培技術(shù)、少耕免耕保水保肥技術(shù)、地力培肥有機(jī)旱作技術(shù)、降低田間蒸發(fā)的覆蓋保墑技術(shù)等雨水就地高效利用技術(shù)，提出旱地農(nóng)田節(jié)水抗旱能力的糧草輪作技術(shù)、糧經(jīng)飼作物立體種植高效用水技術(shù)等。

　　新型農(nóng)業(yè)節(jié)水材料與產(chǎn)品：

　　（1）研究利用納米技術(shù)改進(jìn)防滲材料的性能，研制新型土壤固化劑、新型復(fù)合土工膜料和填縫材料，鹽漬土和膨脹土等特殊土類渠道的專用防滲材料，開發(fā)新型保溫復(fù)合材料和環(huán)保型混凝土補(bǔ)強(qiáng)新材料，創(chuàng)制用于管道輸水的高分子復(fù)合材料大口徑管材和管件；

　?。?）研發(fā)適合旱區(qū)應(yīng)用的新型低成本、高效率的坡面集雨固化土材料、綠色環(huán)保型集雨面噴涂材料、生物集雨材料和田間集雨材料等；

　?。?）篩選具有控制蒸騰功能的外源物質(zhì)，研究植物蒸騰抑制劑，研制具有抗旱節(jié)水、防病殺蟲、高效環(huán)保等多種功能的種衣劑，開發(fā)以生物材料（藻類、纖維、沙漠植物等）或化學(xué)材料為基質(zhì)的新型保水劑，創(chuàng)制低成本的高效多功能水土保持劑與土壤結(jié)構(gòu)改良劑；

　?。?）研發(fā)由天然材料和改性天然材料（重點(diǎn)是植物纖維和淀粉類）制成的可被微生物完全分解為對環(huán)境無害物質(zhì)的新型覆蓋材料，開發(fā)具有增溫、保墑、增產(chǎn)、無殘留的多功能液體覆蓋材料，改性和創(chuàng)制新型液膜等。

　　水源開發(fā)與高效利用技術(shù)：

　?。?span lang="EN-US">1）建立區(qū)域雨水資源高效利用技術(shù)體系和最優(yōu)開發(fā)模式及智能決策系統(tǒng)軟件，研發(fā)適合旱區(qū)應(yīng)用的新型、高效工程和生物雨水集蓄形式，提出新型集雨設(shè)施結(jié)構(gòu)形式和現(xiàn)場成型技術(shù)，獲得雨水集蓄與高效利用工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件；

　?。?）研究低成本、節(jié)能型的微咸水開發(fā)利用技術(shù)，建立微咸水灌溉下的控制指標(biāo)體系和作物灌溉制度，提出微咸水灌溉下土壤水鹽運(yùn)動(dòng)規(guī)律與調(diào)控技術(shù)，得到咸水與淡水混灌和輪灌的應(yīng)用模式；

　?。?）研究再生水灌溉對土壤、地下水及作物品質(zhì)的影響，提出再生水作物安全高效利用指標(biāo)量化體系，開發(fā)利用再生水灌溉的不同灌水方式、再生水與潔凈水混灌或輪灌的應(yīng)用技術(shù)以及不同再生水灌溉方式下的作物灌溉制度。

4 現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究帶來的貢獻(xiàn)

　　在現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)前沿技術(shù)萬面，將提出作物高效用水生理調(diào)控指標(biāo)體系、作物非充分灌溉下的需水指標(biāo)體系和灌溉制度、作物調(diào)虧灌溉的指標(biāo)體系，建立作物水分信號采集與缺水敏感指標(biāo)測定和作物精量控制灌溉方法、動(dòng)態(tài)配水系統(tǒng)下的非恒定流模擬仿真技術(shù)和水量實(shí)時(shí)調(diào)控方法等。研究內(nèi)容無論是在應(yīng)用基礎(chǔ)理論上還是在技術(shù)上均具有源頭創(chuàng)新性，會(huì)加速我國現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的建立。

　　在現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)方面，主要表現(xiàn)在對新技術(shù)的研發(fā)和對現(xiàn)有技術(shù)的升級換代上。一方面，對噴微灌系統(tǒng)智能化自功控制、噴微灌條件下水肥高效利用調(diào)控、激光控制平地下的精細(xì)地面灌溉、渠道和管網(wǎng)相結(jié)合的灌溉系統(tǒng)高效輸水、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下的灌溉系統(tǒng)動(dòng)態(tài)配水等新技術(shù)的研發(fā)，將大幅度提高灌區(qū)輸配水系統(tǒng)的工作性能和田間節(jié)水灌溉的技術(shù)水平，另一方面，對灌區(qū)輸配水系統(tǒng)自動(dòng)化控制、灌區(qū)多水源優(yōu)化調(diào)配與決策支持系統(tǒng)、渠道防滲與抗凍脹、雨水集蓄高效利用、劣質(zhì)水灌溉利用、農(nóng)藝與化控節(jié)水等現(xiàn)有技術(shù)的改善與提高，將會(huì)顯著提高農(nóng)業(yè)用水開源節(jié)流、土壤水庫充蓄增容、灌區(qū)用水與輸配水等方面的效率，有力地促進(jìn)對農(nóng)業(yè)水資源的高效合理利用。

　　現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究成果的綜合應(yīng)用，預(yù)計(jì)可使灌溉水的利用率提高到70%-80%，水分生產(chǎn)效率提高到2.0 kg/m3，作物產(chǎn)量提高15%-30%；旱作的水分生產(chǎn)效率提高0.3kg/m3，作物產(chǎn)量提高20%-25%，年直接經(jīng)濟(jì)效益和綜合社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分別達(dá)到150億元和300億元。與此同時(shí)，可為全國大型灌區(qū)節(jié)水技術(shù)改造和300個(gè)節(jié)水重點(diǎn)縣的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)全國節(jié)水灌溉面積“十五”末達(dá)到2533萬hm2、全國灌溉水利用率由現(xiàn)狀的45%提高到50%、節(jié)水近200億m3的目標(biāo)，提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐與保障條件。