农业节水措施的方法与实践

由于灌水技术粗放，用水管理落后，我国农业灌溉用水效率普遍偏低，致使大量水资源白白浪费。随着水资源的短缺和国家现代化的进程不断加快，致使农业用水所占份额逐年下降，为了提高农业产量，确保我国的粮食安全，势必要走节水农业的道路。农业的合理与节约用水措施很多，概括地讲，可分为工程措施和非工程措施两大类，见图3.1。

图3.1　农业节水措施

3.2.4.1　调整农业结构和作物布局

不同作物耗水量与降雨量相比有盈有亏，因此调整作物种植结构，做到适雨种植、适雨栽培是提高水分利用效率、增加产量的重要途径。具体操作时，应摸清本地区农业水资源区域分布特点和开发利用现状，结合其他农业资源情况，按因地制宜、适水种植的原则，制定合理的农业结构，调控作物布局，使水土资源优化利用，达到节水、增产、增收的目的。例如，华北地区冬小麦生育期正值春季干旱少雨，灌溉需水量大，应集中种植在水肥条件较好的地区，而夏玉米和棉花生育期同天然降水吻合较好，水源条件差的地方也可保产。因此，作物布局有所谓“麦随水走、棉移旱地”的原则。据此，山东省对粮棉种植比例作了大的变动，干旱缺水的鲁西北地区棉花播种面积增加，已占总耕地的30%～40%。河北省也提出了“棉花东移”的战略，将棉花从太行山前平原移向黑龙港地区，已使后者成为华北平原的重要产棉区之一。在黑龙港地区内部，又根据水资源短缺，土壤盐渍化重，水土资源分布不平衡等特点，提出“三三制”(粮田、经济作物和旱作各占耕地1/3)和“四四二”(粮田、经济作物和牧草分别占耕地40%、40%和20%)等农业结构模式。

3.2.4.2　扩大可利用的水源

在统筹兼顾、全面规划的基础上，采取工程措施和管理措施，广开水源，并尽可能做到一水多用，充分利用，将原来不能利用的水转化为可利用的水，这是合理利用水资源的一个重要方面。

我国山区、丘陵地区创建和推广的大中小、蓄引提相结合的“长藤结瓜”系统，是解决山丘区灌溉水源供求矛盾的一种较合理的灌溉系统。它从河流或湖泊引水，通过输水配水渠道系统将灌区内部大量、分散的塘堰和小水库连通起来。在非灌溉季节，利用渠道将河(湖)水引入塘库蓄存，傍山渠道还可承接坡面径流入渠灌塘;用水紧张季节可从塘库放水补充河水之不足。小型库塘之间互相连通调度，可以做到以丰补歉、以闲济急。这样不仅比较充分地利用了山区、丘陵地区可能利用的水源，并且提高了渠道单位引水流量的灌溉能力(一般可比单纯引水系统提高50%～100%)，提高例如塘堰的复蓄次数及抗旱能力，从而可以扩大灌溉面积。

黄淮海平原地区推广的群井汇流、井渠双灌的办法，将地面水、地下水统一调度，做到以渠水补源，以井水保灌，不仅较合理地利用了水资源，提高了灌溉保证率，而且有效地控制了地下水位，起到了旱涝碱综合治理的作用。

黄河流域的引洪淤灌，只要掌握得当，不仅增加了土壤水分，而且能提高土壤肥力，也是因地制宜充分利用水资源的有效方法。

利用地下水库调蓄水资源，可以对含水层有计划的补给与回采，实现含水层的可持续利用，并有效改善生态环境。我国也已经开始实施地下水库调蓄工程，如北京西郊、山东龙口、大连旅顺等地都已经修建了地下水库，积累了一些经验。处于永定河冲洪积扇中上部的北京西郊地下水库，是个多年调节型地下水库。该地下水库利用旧河道、平原水库、深井、废弃砂石坑进行回灌，取得了一定的效果，使得永定河河床地下水位上升2～3m。山东龙口黄水河地下水库，建成于1995年，是国内第一个设计功能较为完整的地下水库，通过修建拦河闸、地下坝及大量引渗设施，联合调蓄地表水与地下水，据估算，此工程每年可增加地下水1193.4万～5967.0万m3，起到了阻断海水入侵的作用，同时也改善了库区的生态环境。但是迄今为止，我国利用地下水库调蓄水资源的工作仅局限于个别地区，已经修建的地下水库报道较少，尚未形成示范工程。因此有必要充分理解其意义，总结国内外经验，有计划、分步骤、讲究实效地加以系统推广。

淡水资源十分缺乏的地方，在具备必要的技术和管理措施的前提下适当利用咸水灌溉，城市郊区利用净化处理后的污水、废水灌溉，只要使用得当都可收到良好的效果。

3.2.4.3　进行灌区改造，减少输水损失

输水损失是指从渠首水源引至田间的渠系输水过程中的水量损失。我国很多灌区由于工程配套不全，管理不善，大多为土质渠道等原因，输水过程中水量损失十分严重，渠系水利用系数相当低。一般大中型自流灌区，其渠系水利用系数为0.5～0.6，北方较好的大中型灌区也只有0.6～0.7，而差的甚至不足0.4，井灌区约为0.7～0.8;南方水稻灌区的渠系水利用系数，高的为0.7～0.8，低的也只有0.5左右。这就是说，从渠首引入的水量有相当一部分，甚至大部分没有被利用，通过渠道和建筑物的渗漏白白浪费掉了。因此，采取措施减少输水损失是节约灌溉水源的重要途径。为减少输水损失，除加强用水管理、提高管理水平以外，在技术上主要应采取以下措施。

1.灌区节水改造

我国的许多灌区是20世纪50年代和60年代修建的，已经运行使用了五六十年，建筑材料及机电设备日趋老化，加之维修保养不善以及人为的破坏，使渠道及建筑物漏水、跑水严重，机井和扬水站等效率降低，灌溉效益锐减。为此亟需加强建筑物和设备的更新改造，重视用新的装备和技术对灌区进行续建配套和节水改造。同时根据灌区的发展，调整渠系布局，搞好工程配套，才能充分利用水源，提高灌溉效益。国际上很多国家都把老灌区的更新改造作为水利工作的一项重要任务。美国计划通过老灌区的改造，到2000年把渠系水利用系数提高0.1。苏联则计划通过调整灌排渠系布置，增建必要的建筑物和量水设施，推行管道输水等措施，将老灌区的渠系水利用系数从0.5提高到0.85。1998年以来，中国政府加大了对灌区节水改造的投资力度，到2013年年底，国家累计安排资金780亿元用于大型灌区骨干工程续建配套与节水改造项目建设，其中央安排投资458亿元，地方应配套322亿元，改造范围涉及全国428个大型灌区，形成近500亿m3的年节水能力。

2.渠道防渗

由于土壤的渗透性较大，故土质渠床输水时的渗漏损失很严重。对渠道进行衬砌防渗，是提高渠系水利用系数的有效措施，常能收到显著的节水效果。根据国内外资料，一般较大的未衬砌土渠输水水量损失为40%～50%，高的可达60%以上;而衬砌渠道输水损失一般都在20%以下。多年来我国很多灌区重视了渠道衬砌防渗工作，已经取得显著效果，据《全国水利发展统计公报》统计，到2015年年底，渠道防渗节水灌溉面积已超过13136千hm2，万亩以上灌区固定渠道防渗长度所在比例已超过25%，其中干支渠防渗长度所占比例超过35%。

渠道防渗的方法很多，所用衬砌材料主要有混凝土、石料、沥青和塑料薄膜等，选用时要在保证一定防渗效果的前提下，注意因地制宜、就地取材，以做到技术可靠、经济合理。

3.管道输水

以管道代替明渠输水，不仅减少了渗漏，而且免除了输水过程中的蒸发损失，因此比渠道衬砌节水效果更加显著，在国外的灌溉系统中日益广泛地被采用。低压管道输水是一种节水节能型的新式灌溉系统。它是利用低耗能机泵或由地形落差所提供的自然压力水头将灌溉水加低压(一般不超过0.2MPa)，然后再通过低压管道网输配水到农田进行灌溉，以满足作物的需水要求。多年来，我国北方井灌区试验推广以低压的地下和地面相结合的管道系统代替明渠输水，用软管直接将水送入田间灌水沟、畦，可节约水量30%以上，渠系水利用系数可提高到0.9以上。此外，采用管道输水还少占了耕地，提高了输水速度，省时省工，有利作物增产。到2015年年底，我国低压管灌面积8912千hm2。

为适应低压输水的需要，已研制成功用料省的薄壁塑料管和内光外波的双壁塑料管，开发了多种类型的当地材料预制管，如砂土水泥管、水泥砂管、薄壁混凝土管等。这一节水技术不仅已证明在井灌区是适用的，而且也有必要有计划地逐步推广到大中型自流灌区，将能发挥出更大的节水潜力。

3.2.4.4　提高灌水技术水平

良好的灌溉技术不仅可以保证灌水均匀，节省用水，而且有利于保持土壤结构和肥力;不正确的灌溉技术常使灌水超量而形成深层渗漏，或跑水跑肥冲刷土壤，造成用水的浪费。因此，正确地选择灌水技术、提高灌溉技术水平是进行合理灌溉、节约灌溉水源的重要环节。

1.改进传统灌水方法

传统的灌水方法就是地面灌溉的方法。根据灌溉对象的不同，地面灌溉又可分为畦灌(小麦、谷子等密播作物以及牧草和某些蔬菜)、沟灌(棉花、玉米等宽行中耕作物及某些蔬菜)、淹灌(水稻)等不同形式。目前我国95%以上的灌溉面积仍采用地面灌溉，因此地面灌溉的技术水平如何对节约用水有举足轻重的作用。我国具有悠久的灌溉历史，不乏精耕细作、科学灌水的好经验，但耕作粗放、大水漫灌的情况仍存在于不少地方，造成田间灌水量的严重浪费。改进的地面灌溉技术措施有以下几种。

(1)土地平整。田面不平整常是大水漫灌灌水质量低劣的主要原因之一，严重时造成地面冲刷、水土流失。因此，平原地区应高标准平整土地，建设园田化农田;山丘地区应改坡耕地为水平梯田，是提高灌溉效率的一项根本措施。据国外研究，3cm的不平整度，就可能使田间多耗水40%。近年来美国采用激光制导的机械平整土地，误差小(仅15mm)，灌水定额可大幅度减小。

(2)小畦灌溉。在畦灌的地方，应在平整土地的基础上，改大畦长畦为小畦，才能避免大水漫灌和长畦串灌。有关资料表明，灌水定额与畦的大小、长短关系很大，当每亩畦数为1～5个时，灌水定额可达100～150m3/亩;而当每亩畦数增加到30～40个时，灌水定额可减至40～50m3/亩。因此，推行耕作园田化，采用小畦浅灌，对节约用水有显著效果。

(3)细流沟灌。沟灌时控制进入灌水沟的流量(一般不大于0.1～0.3L/s)，使沟内水深不超过沟深的一半。这样，使灌水沟中水流流动缓慢，完全靠毛细管作用浸润土壤，能使灌水分布更加均匀，节约水量。

(4)波涌灌。波涌灌又称为涌流灌或间歇灌，是间歇地向灌水沟或畦内放水，一般是放水几分钟或几十分钟，然后停水几分钟或几十分钟，重复多次，直到灌水沟或畦的首尾都得到均匀的灌溉为止。这样的放水使得在给定的水量条件下灌水沟或畦中水流的进程距离比连续放水多2～3倍，从而可减少沟畦首尾入渗时间的差别，使沿水流方向的土壤水量分布均匀，提高灌水效率。为了要按一定的间歇周期放水，就要配置有自动控制或人工控制的放水设备(灌水器)，会增加一些灌溉成本，但它提高了灌水的机械化和自动化程度，节约灌水劳动力。

(5)单灌单排的淹灌。水稻田的淹灌是将田面做成一个个格田，将水放入格田并保持田面有一定深度的水层。格田的布置应力求避免互相连通的串灌串排方式，而应采用单灌单排的形式，即每个格田都有独立的进水口和出水口，排灌分开，互不干扰，才能避免跑水跑肥，冲刷土壤、稻苗的现象，并有利于控制排灌水量，节约用水。

2.采用先进灌水方法

目前国际上先进的节水灌水方法主要有喷灌、滴灌、微喷灌、渗灌和膜上灌等。

(1)喷灌。它是利用水泵(也可利用天然水头)及管道系统将有压水送到灌溉地段，并通过喷头喷射到空中散成细小的水滴，像天然降雨那样对作物进行灌溉，喷灌不仅因使用管道输水免除了输水损失，而且只要设计合理，喷灌强度和喷水量掌握得好，即使地面不平整也可使灌水均匀，不产生地面径流和深层渗漏，一般可比地面灌溉节水1/3～1/2。据北京市资料，冬小麦地面灌溉亩次灌水量一般为50～60m3，全生育期亩灌水量达300～350m3;喷灌亩次灌水量一般为20m3，全生育期150～200m3，喷灌比畦灌减少灌水量50%左右。北京市顺义区麦田喷灌化后可把以往由密云水库引取的每年1.2亿m3灌溉用水压缩下来，让给城市居民与工业用水，为缓解首都用水紧张做出了贡献。

(2)滴灌。它是利用一套低压塑料管道系统将水直接输送到每棵作物根部，由滴头形成点滴状湿润根部土壤。它是迄今最精确的灌溉方式，是一种局部灌水法(只湿润作物根部附近的土壤)，不仅无深层渗漏，而且棵间土壤蒸发也大为减少，因此非常省水，比一般地面灌可省水1/2～2/3。目前主要用于果园和温室蔬菜的灌溉。

(3)微喷灌。它是介于喷灌与滴灌之间新型灌水方法，既保持了与滴灌相接近的小的灌水量，缓解了滴头易堵塞的毛病，又比喷灌受风的影响小，是近年来发展起来并很有前途的灌水技术。

(4)渗灌。它是利用地下管道系统将灌溉水引入田间耕作层，借土壤的毛细管作用自下而上湿润土壤，所以又称地下灌溉。渗灌具有灌水质量好，蒸发损失小等优点，节水效果明显。它适用于透水性较小的土壤和根系较深的作物。

(5)膜上灌。膜上灌是在地膜覆盖栽培的基础上，把过去的地膜旁侧灌水改为膜上流水，水沿放苗孔和地膜旁侧渗水或通过膜上的渗水孔，对作物进行灌水。通过调整膜畦首尾的渗水孔数及孔的大小，来调整沟畦首尾的灌水量，可得到较常规地面灌水方法相对高的灌水均匀度。膜上灌投资少，操作简便，便于控制灌水量，加快输水速度，可减少土壤的深层渗漏和蒸发损失，因此，可以显著提高水的利用率。这种技术在新疆已大面积推广，与常规的玉米、棉花沟灌相比，省水40%～60%，并有明显增产效果。

3.2.4.5　推广节水农业措施

结合各地的气候、水源、土壤、作物等条件，因地制宜地采用各种农业技术措施，厉行节水，确保产量，是很有意义的。

1.蓄水保墒耕作技术

我国劳动人民在长期的生产实践中创造了丰富的农田蓄水保墒耕作技术，以充分利用天然降水。例如:深翻耕能创造深厚的耕作层，增强雨水的入渗速度和数量，提高农田耐旱能力，根据观测，深翻耕可打破犁底层，使土壤容重降低0.1～0.2g/cm3，非毛管孔隙率增加3%～5%，土壤持水量增加2%～7%，既增加蓄水量，同时也利于作物根系生长;在小坡度坡地上采用水平等高耕作法，这种耕作方式使地面自然形成许多等高蓄水的小犁沟和作物行，有利于拦截地表径流，增加降雨入渗率;增施有机肥料改良土壤结构，以提高土壤吸水和保水性能;适时耕锄耙耱压，以改善耕层土壤的水、热、气状况，增加蓄水减少蒸发;汛期引洪漫地，冬季蓄雪保墒等，都是尽量利用土壤本身储存更多的水量以供作物利用的行之有效的措施。

2.田面覆盖保水技术

农田耗水中作物蒸腾量和土壤蒸发量大体各占一半，因此，减少棵间土壤水分的蒸发损失，是提高作物对水的利用率的关键所在，采取田面覆盖是抑制土壤蒸发的有效措施。田间覆盖可分为秸秆覆盖和地膜覆盖两种。

秸秆覆盖具有蓄水保墒、调节地温、抑制杂草、培肥改土等多种功效，并可就地取材，节水增产效果明显。河北省灌溉中心试验站进行的秸秆覆盖节水效应对比试验表明，用麦秸覆盖夏玉米，从7月中旬到9月下旬覆盖2个多月，可减少土壤蒸发50～60mm，相当于灌溉一次水的水量。秸秆覆盖条件下冬小麦水分生产率可提高20%以上，夏玉米提高14%以上，同时具有改善土壤结构、增加土壤孔隙率、充分蓄积雨水的作用。

地膜覆盖主要用于栽培棉花、蔬菜、玉米、花生、瓜果等作物，与秸秆覆盖相比，不仅克服了地温下降的不足，而且保温效果更好，但不及秸秆覆盖那样能够改善土壤结构和增强地力。表3.4为山西省水利厅在不同地区试验所得棉花地膜覆盖耗水量比较结果，由此可以看出地膜覆盖具有节水增产双重效益，此外，地膜覆盖具有提高土层温度、促进作物生长发育等作用。北京冬灌后地膜覆盖的麦田，到次年开春解冻时土壤含水量仍接近田间持水量，可免浇返青水。中科院地理所在山东试验，地膜覆盖可使无效蒸发降低60%。

表3.4　棉花地膜覆盖耗水量比较

续表

3.施用化学制剂

(1)抗旱剂。河南省科学院研制的抗旱剂一号(黄腐酸FA)具有缩小植物气孔开度、抑制蒸腾、增加叶绿素含量、加强光合作用、促进根系活力、减慢土壤水分消耗、改善植株水分状况等诸多特点，可用于小麦、玉米、谷子等粮食作物以及瓜果、桑、麻、烟草、花生等经济作物。抗旱剂的最佳喷期应在作物对干旱特别敏感的时期，即“需水临界期”时施用效果最好。如小麦在孕穗期和灌浆期;玉米在大喇叭口期;花生在下针期等。采用抗旱剂要严格掌握用量，用量过低效果不佳;用量过高对作物生长有危害。

(2)保水剂。它是一种人工合成的高分子材料，与水分接触时，能够吸收和保持相当于自身重量几百倍乃至几千倍的水量，具有提高土壤保水保肥能力、改善土壤结构、防止土壤侵蚀、提高种子出苗率、促进植物生长发育、增加产量、节约用水等多种功能。常有种子包衣、移栽蘸根和与培养土混用等。

4.增施有机肥

增施有机肥料，可以增加土壤有机含量，有机质经微生物分解后形成腐殖质中的胡敏酸，它可把单粒分散的土壤胶结成团粒结构的土壤，使土壤容重变小，孔隙度增大，能使雨水和地表径流水渗入土层中。有团粒结构的土壤能把入渗土壤中的水变成毛管水保存起来，以减少蒸发。因此，增施有机肥既能提高土壤肥力，又可改善土壤结构，增大土壤涵蓄水分的能力，增强根系吸收水分的能力，达到以肥调水、提高水分生产率的效果。中科院南京土壤所在河南封丘地区进行麦田低定额灌溉试验表明，在中等施肥水平下，只灌1次拔节水可获得与当地常规灌3次水相当的产量(250kg/亩);充分施肥的情况下，即使不灌溉(雨养麦田)也能获得较高的产量。又如中科院石家庄农业现代化研究所在河北南皮县试驻，有机质含量在1%以上的地块，只灌2次水，亩灌水量80m3左右，亩产量可达350～400kg，平均每生产1kg粮食仅用水0.22m3。

3.2.4.6　节水管理技术

用科学方法进行用水管理也可挖掘很大的节水潜力。只有在重视工程节水技术、耕作栽培节水技术的同时，重视和加强节水管理，才能收到事半功倍的效果。

1.节水灌溉制度

以往我们比较注意对农作物充分供水来获取高产，结果常使水分的利用率不高。在水资源紧缺的情况下，不应盲目追求单位面积最高产量，而应以提高灌溉水的经济效益为目标，针对不同气候条件和不同作物，在与施肥和其他田间管理措施相配合的情况下，采用非充分灌溉，限制灌溉水量，浇好关键水，可以达到经济效益高甚至减水不减产的结果。例如北方冬小麦是用水最多的大田作物，以往丰产田常要灌水5、6次甚至7、8次，灌溉定额400m3/亩以上，采用灌关键水的节水灌溉制度，一般年份的只要浇3次就能达到高产的要求。

传统的水稻灌溉方法是淹灌，生长期内除短期烤田外，田面都保持一定深度的水层，灌溉定额达800m3/亩以上。我国南方各地，根据水稻在不同自然环境下的生理、生态需水要求，总结出不同的丰产省水灌溉制度，如江西省、广西壮族自治区等地推行薄水插秧、浅水养苗、湿润灌溉、落干晒田相结合的灌溉制度，比原来的浅水淹灌每亩可省水30～40m3，增产7%～10%。江苏省推广的水稻控制灌溉技术，为水稻生长创造良好的水、肥、气、热环境，既节水，又促进增产，比常规灌溉省水20%～30%，节水200m3/亩以上，增产5%～10%，收到了保肥、保土、节水和增产的效果。东北和北京等地实行水稻旱种，即在浇足底墒水的基础上播种，出苗后旱长1个月，到4～5片叶龄时开始浇水，湿润灌溉，前旱后水，灌溉定额仅为350～500m3/亩，也可获得400kg/亩左右的产量。辽宁省水稻旱种试验可节水30%～50%。

2.制定节水的政策、法规

例如确定合理水价，促使人们珍惜水、节约用水;制定鼓励和奖励政策，使为节水付出的代价得到合理补偿，奖励对节水做出贡献的单位和个人。

3.健全节水技术推广服务网络

完善节水管理规章制度，把节水管理责任落实到每项工程、每个干部职工、每个农民。总结交流推广先进经验，举办不同层次的节水技术培训班，普及节水科技知识，加强节水宣传，使节水观念深入人心，成为人们的共识和自觉行动。特别要重视对农民的培训教育，农民是直接用水者，应通过各种形式让农民参与灌溉用水管理，使其在节水灌溉工作中发挥更大的作用。