《我国现代农业节水高新技术发展战略的思考(精)》

我国现代农业节水高新技术发展战略的思考(精)

我国现代农业节水高新技术发展战略的思考康绍忠

（西北农林科技大学

陕西省杨凌712100

许迪

（中国水利水电科学研究院水利所

摘要论述了发展我国现代农业节水高新技术的战略地位;指出现代农业节水是一个跨多学科的高科技问题，需要生物、水利、农艺、材料、信息、化工、环保等多方面的技术支撑;提出了发展现代农业节水高新技术的目标、原则。现代农业节水高新技术研究的主要内容有：①现代农业节水前沿技术，具体包括：植物高效用水生理调控技术;作物需水信息采集与精量控制灌溉技术;作物控制性分根交替灌溉新技术。②现代农业节水关键平台技术及新产品，包括：田间节水灌溉技术设备及新产品;新型节水专用材料与生化制剂;农艺节水技术;现代灌溉系统水量监控与调配技术及新产品;劣质水资源化与灌溉利用技术。③现代农业节水技术集成示范工程与产业化。最后分析了现代农业高新技术研究可能产生的突破与贡献。

关键词农业节水高新技术节水灌溉现代农业

reflectiononhigh-techdevelopmentstrategiesforwater-savingofmodernagricultureinchinakangshaozhong1xudi2（1.northwestsci-techuniversityofagricultureandforestry，yangling712100，china;2.chinainstituteofwaterresourcesandhydropowerresearch，beijing100038，china

abstract：thestrategicpositionofhigh-techfordevelopingchina′smodernagriculturalwater-savingisdiscussed;itispointedoutthatthemodernagriculturalwater-savingisahigh-techproblem，whichdealswithawiderangeofscientificflelds，includingbiology，waterresources，agronomy，materials，informationscience，chemicalindustry，andenvironmentalprotectionetc..theaimandprinciplefordevelopinghigh-techofmoderna-griculturalwater-savingareproposed.themainresearchcontentsofhigh-techformodernagriculturalwater-savinginclude：

1.leadingedgetechno-ogyformodernagriculturalwater-saving，includingregulationandcontroltechniquesforplants′high-productwaterusephysiology，collectingcrops′waterdemandinformationsandaccuratecontrolirrigationtechniques，newcontroltechniquesofroot-divisionalternativeirrigationforcrops;2.keyplatformtechniquesformodernagriculturalwater-savingandnewproducts，includingfieldwater-savingirrigationtechnicalequipmentsandnewprod-ucts，newspecialmaterialsforwater-savingandbiochemicalagents，agronomywater-savingtechniques，watervolumemonitoringandallocationtech-niquesformodernirrigationsystemandnewproducts，poor-qualitywaterresourcesandirrigationutilizationtechiques;3.demonstrationprojectsofmodernagriculturalwater-savingtechniquesintegrationandindustrialization.finally，possiblebreakthroughsandcontributionswithmodernagricul-turalhigh-techresearchesareanalyzed.keywords：agriculturalwater-saving

high-tech

water-savingirrigation

modernagriculture1发展我国现代农业节水高新技术的战略地位

我国水资源供需矛盾日益尖锐、农业用水浪费严重、水污染问题突出，已成为严重制约我国国民经济可持续发展的瓶颈，是影响到国家安全的重大战略问

题。我国的农业缺水问题在很大程度上要靠节水解决，发展现代农业节水高新技术是保障我国人口高峰期食物安全、水安全、生态安全及整个国家安全的重大战略。

我国水资源总量为28100亿m3，人均水资源量约2200m3，约为世界平均的25%。预计到本世纪30年代，人口达到16亿高峰时，在降水不减少的情况下，人均水资源下降为1760m3，将逼近国际上公认的1700m3的严重缺水的警戒线。我国水资源时空分布不均，与国民经济发展的布局严重错位。地处

长江淮河一线以北的广大地区总面积占全国土地面积的65%，人口占40%，集中了我国的重要能源、化工等基地和全国51%的耕地，但水资源总量只占全国的20%，许多地区人均水资源已大大低于1700m3的缺水警戒线，区域性缺水更为严重。

我国在水资源紧缺的同时，农业用水浪费却相当严重。一是灌溉水的利用率低。渠灌区渠系损失达50%~60%，井灌区水的损失也达40%，浪费极为严重。二是自然降水利用率低。我国主要依靠降水的旱农区约有8000万hm2，70%分布在年降水250~600mm的北方地区，由于粗放经营，农田对自然降水的利用率只有56%，而这其中还有26%的水分消耗于田间的无效蒸发。三是农业用水的效率不高。按最新统计估算，我国农业灌溉水的利用效率仅有1.0kg/m3左右，旱地农田水分利用效率为0.60~0.75kg/m3，全国平均水的利用效率约为0.8kg/m3。上述指标远低于发达国家的水平。可见，在缺水现象的背

25中国农村水利水电·2001年第10期后蕴藏着巨大的节水潜力。

农业是我国用水最多的产业，也是节水潜力最大的产业。目前，我国灌溉用水总量3600~3800亿m3，占全国总用水量的65%。按照水利部、中国工程院等的预测，在不增加灌溉用水的条件下，2030年全国缺水高达1300~2600亿m3，其中农业缺水500~700亿m3。如果我们把农业灌溉水的利用率由目前的0.45左右提高到发达国家的0.7，则仅节水灌溉一项即可节水900~950亿m3。如果我们同时能够提高单方水

的效率，农业不仅可以解决7亿t左右食物生产的用水，还可以富余出400~500亿m3的水用于国民经济的其他重要领域，这无疑对整个国家的社会安全和经济安全是一个重大的贡献。

近年来，我国的农业节水工作得到了党中央、国务院、党和国家领导人的前所未有的高度重视。党的十四届五中全会和十五届三中全会相继强调指出：“增加有效灌溉面积，大力普及节水灌溉技术”和“大力发展节水农业，把节水灌溉作为一项革命性措施来抓”。党的十五届五中全会通过的中共中央关于制定我国国民经济发展的第十个五年计划的建议中也对我国的水资源短缺和农业节水问题给予了前所未有的重视。在九届人大二次会议的《政府工作报告》中也提到：“大力发展节水农业，推广多种形式的节水技术”。江泽民总书记在1999年视察黄河时强调指出：“当前要把节约用水作为一项紧迫的首要任务抓紧抓好。改变大面积漫灌这种粗放式的耕作方式，实现农业的集约式发展。”李鹏委员长1998年在参加九届人大一次会议安徽代表团时的讲话中谈到：“中国发展农业除了采用现代先进技术外，一个核心的问题就是要搞节水农业。”李岚清副总理1999年以来对节水灌溉作了三次批示，指出：江泽民同志十分关心节水问题，并列入十五大、中党委工作要点和政府工作报告等重要文件，望能列入重大可持续发展战略，并给予更大力度的支持。他还希望有关高校和科研机构加快适合我国国情的农业节水技术的研究，让广大农村尽快用上易于推广、成本低、效益好、多种形式的节水灌溉设备。2001年8月李岚清副总理又批示：“水是人类生命之源，节水是维持生命延续永恒的主题，要根据中国国情、地情因地制宜地研究发展多种模式的节水灌溉，发展节水灌溉产业”。所有这些表明，加大农业节水技术的研究开发和推广力度，尽快建立适合我国国情的农业节水技术体系，已成为保障我国水安全、生态安全不可替代的和刻不容缓的重大战略举措。

2现代农业节水是一个跨多学科的高科技问题

现代农业节水技术如喷微灌是节水和农业高效用水的措施之一，但并不是喷微灌管道安装好了就是节约用水了。现代农业节水技术是在传统节水技术的基础上，以高产、优质、高效、安全和改善生态环境与可持续发展为目标，通过应用现代生物、信息和新材料等技术，大幅度提升农业节水的科技水平，促进农业节水技术向着定量化、规范化、模式化、集

成化和高效持续方向发展，形成具有国际竞争能力的农业节水高科技产业，实现节水高效农业的跨越式发展。

随着20世纪中叶以来科学技术出现的重大突破，农业灌溉用水管理中，大量的借助于土壤水动力学、植物生理学的理论、现代数学方法和计算手段等，试图从整体上相互作用上考虑水土作物大气之间的相互关系，定量描述土壤植物大气连续体中水分、养分运移转化过程，制定科学的水肥调控方案，使农业节水的研究由单纯的实验性质变为一门有较严谨的理论基础和定量方法的科学。计算机技术、电子信息技术、红外遥感技术以及其他技术的应用，使土壤水分动态、水盐动态、水沙动态、水污染状况、作物水分状况、农田微气象数据等方面的监测、采集、处理技术得到发展，并促进农业用水管理水平的提高，进行科学的水管理。如精准灌溉（precisionirriga-tion是精准农业（precisionagriculture的一个组成部分。精准农业代表着20世纪90年代农业生产的最高水平。西方国家“精准农业”的主要内容是运用全球卫星定位系统（gps和地理信息系统（gis、遥感技术（rs和计算机控制系统，按照田间每一操作单元的具体条件，精细准确地调整各项土壤和作物管理措施，最大限度地优化使用各项农业投入，以获取最高产量和最大经济效益，同时保护农业生态环境，保护土地等农业自然资源。因此，在水资源十分紧缺的条件下，未来“精准灌溉”管理系统在我国的发展和应用应当是有前景的，将成为我国21世纪农田灌溉学科的发展热点和新的农业科技革命的重要内容，以及提高农业用水效率和单位面积产量的关键。材料技术的创新也将使渠道防渗、管道灌溉、覆膜灌溉、坡面集雨技术产生突破。农业节水由过去丰水高产型灌溉向节水优产型的非充分灌溉，以及充分考虑作物生理特性的主动施加有益亏水度的调亏灌溉，畦灌向喷微灌、单一灌向肥药联用以及多种现代覆盖材料等方面发展，组成现代节水系统工程。

农业用水的浪费主要发生在渠系输水、田间灌水、土壤储水保水和作物用水等环节。要提高农业用水的水利用率和水的生产效率，不仅涉及到土壤植物大气系统中的界面过程、水分传输和系统反馈的机制、水分调控的途径以及大气水、地表水、地下水、土壤水的转化关系，还涉及到利用现代高技术对水资源、土壤水分和作物水分进行监测监控，采集作物对缺水反应的信息并根据作物需水规律进行精量

灌溉，开发有特殊环境参数要求的抗低温、耐老化的新型节水材料和设备等一系列与农业节水相关的前沿性高技术和关键技术。因此，必须以农田土壤作物大气系统（spac水分动力学，灌溉水土壤水作物水光合作用干物质量经济产量转化效率关系，水土作物环境关系等具有多学科交叉性和综合性的若干重大前沿性问题研究为基础，探索现代农业节水技术体系，达到同时提高水的利用率和水的生产效率的目的。

现代农业节水是一个跨多学科的高科技问题，需要生物、水利、农艺、材料、信息、化工、环保等多方面的技术支撑。但目前在农业节水领域还缺乏适合中国国情的技术体系和产品。因此，迫切需要对农业节水前沿性问题进行原创性研究，通过水土植物关系、干旱条件下植物根信号传输和气孔反应的机制、干旱胁迫锻炼对植物超补偿功能的刺激等问题的研究，带来节水原理与技术的创新，促进节水新思路的问世和源头高技术的产业;需要研究一批新的关键平台技术，带动农业节水常规技术平台的提升;需要开发一批新的节水新产品，促进产业化。

3发展我国现代农业节水高新技术的目标与原则农业节水涉及水源、输配水、灌水、保水、用水等五个大部分环节和相应管水措施，基础在于生物学和工程技术两个方面，既不是简单的节水灌溉问题，也不是简单的农艺或生物节水问题。因此，需要将水利工程、土壤学、作物等学科有机结合起来进行研究，形成多学科相互交叉、渗透的新的研究领域。必须把农田spac中的水分运行过程的研究和最优调控降水（灌溉水土壤水作物水光合作用干物质量经济产量过程作为研究主线，由水分调控、水肥耦合、作物生理及作物遗传改良等三个方面，探索提高各个过程中水的转化效率与生产效率的机理，研究其实现途径。

农业节水研究是一个有明确应用目标的领域，因此，不应仅局限于一些纯的机理性的研究。要在解决其重大科学问题的同时，为农业高效用水探索出新的途径，为开发新技术指明方向，并应具有前瞻性。做到既在解决科学问题上具有重大作用，又要为解决我国国民经济可持续发展所面临的水危机做出实实在在的贡献。

发展我国现代农业节水高新技术应以建立具有中国特色的现代农业节水高新技术体系为目的，以保障国家安全、食物安全和生态安全为目标，以提高渠系水利用

率、农田水利用率、作物水分生产效率和农业生产效益为核心，选择现代农业节水技术领域的若干重大技术实施重点突破，按照现代农业节水前沿技术、关键平台技术与新产品、技术集成模式与示范工程及产业化三个层次，研究一批植物高效用水生理调控及植物缺水信息采集与精量控制灌溉技术为重点的现代农业节水前沿高技术，研究和开发一批适合国情的高效、低能耗、低投入、多功能的农业节水关键平台技术和新型节水材料及制剂，带动现代农业节水技术的有机集成和示范及产业化。大幅度提高农业用水效率和效益及农产品的国际竞争力，推动农业产业结构调整，促进国家节水目标与农民增收目标的有机融合，推动我国农业节水的跨越式发展，为在未来30年农业用水零增长条件下人口高峰期食物安全提供现代农业节水的高技术支撑。

4我国现代农业节水高效技术研究的主要内容4.1现代农业节水前沿技术

围绕作物生理需水与用水、精量控制灌溉等领域，对现代农业节水前沿技术问题进行原创性研究，通过水-土-植物关系、干旱条件下植物根信号传输和气孔反应的机制、干旱胁迫锻炼对植物超补偿功能的刺激等问题的研究，带来节水原理与技术的创新，促进节水新思路的问世和源头高技术的产业;研究一批植物高效用水生理调控及植物缺水信息采集与智能控制灌溉技术为重点的现代农业节水前沿高技术，为我国现代农业节水事业的发展提供应用基础理论和技术储备。具体包括：（1植物高效用水生理调控技术。研究主要作物节水条件下产量形成及可视化的生产模型;维持农作物较高水分生产效率的生理和生态学过程参数;农作物根系微生态系统水分吸收功能调控模型和水分利用整体超补偿功能环境反应模型。不同生态区域内主要农作物（小麦、玉米、棉花、水稻非充分灌溉条件下的需水量季节分布和计算模式，不同节水技术条件下作物需水和耗水模型，主要作物的需水指标体系及需水量数据库;水分生产函数与有限水量条件下的非充分灌溉制度，不同节水灌溉方式下非充分灌溉制度的实施技术。主要农作物（小麦、玉米、棉花、水稻、果树调亏灌溉的指标体系（最佳调亏阶段和调亏程度，不同养分水平或施肥条件下的调亏

灌溉指标与调亏灌溉模式，作物调亏灌溉田间实施技术。生态建设中主要林草的耗水模型和生理需水指标，林草植被保育与建设区的水分资源承载力，生态植被建设过程中有限水的最优利用与调控技术。

6结语

农业节水在我国实现水安全、农业可持续发展、粮食安全、发展农村经济、加强生态环境建设等方面的战略地位和重要作用，不仅仅是国民经济和社会可持续发展所要求的，而且是我国农业资源，特别是水资源的严峻形势所决定的，因此农业节水是21世纪我国农业现代化进程的主旋律，它将构筑农业可持续发展的不可替代的坚实基础。◆

[作者简介]赵竞成，男，教授级高工，总工程师（收稿日期：2001-09-11