1、国内外节水农业研发现状与趋势国内外节水农业研发现状与趋势?黄高宝教授/博导?甘肃农业大学?二OO四年十月?“人类在本世纪为能源而战，而下世纪将为水而战”?希拉克1998?“水是人类的生命线，也是农业和整个国民经济的生命线”?江泽民甲骨文中的水字报告主要内容报告主要内容节水农业机理国外节水农业概况我国节水农业发展趋势成型的节水农业技术我国节水农业现状及开发战略节水农业的涵义1、涵义节水农业：指节约和高效用水的农业，即在农业生产和农村经济活动中既要节约用水提高水的利用率，又要高效用水提高水的利用效率和效益的农业。节水农业的根本目的节水农业的根本目的：在水资源有限的条件下实现农业生产的效益最大化，其
2、本质是提高应用于农业的单方水的经济产出。2、节水农业的基本特征系统特征：进入农业生产过程的水，从水源到形成经济产出，在降水、地下水、地表水、土壤水、植物水转换中有三个环节：第一，降水或灌溉水转化为土壤水；第二，土壤水转化为生物水；第三，通过作物生理过程形成经济产量。作物生产实质是作物-土壤-大气组成的复合系统。(节水必须考虑系统性)一、节水农业的内涵一、节水农业的内涵一、节水农业的内涵一、节水农业的内涵效益特征：效益特征：节约和高效用水有三个基本环节。一是减少降水、渠系输水、田间灌溉过程中的深层渗漏和地表流失量，提高降水和灌溉水的利用率，减少单位灌溉面积的用水量(可回收)；二是减少田间和输水过
3、程中的蒸发蒸腾量(不可回收)；三是提高灌溉水和降水的水分利用效率，大量节约农田水分奢侈消耗而获取更高的产量和效益。减少田间和输水过程中的蒸发损失，是节约不可回收的水量，提高了有限水资源的利用率，是“资源型”节水。而降低作物耗水系数是节约了奢侈性水分消耗，提高了水资源的利用效率和效益，是“效益型”节水。真正意义上的节水农业是节水增效农业，具有显著的效益特征。一、节水农业的内涵一、节水农业的内涵?节水农业的技术综合特征?节水技术与土壤、肥料、作物品种、耕作、栽培、植保、农业设施等各项措施密切联系和不可分割，具有综合特征。?每一类节水技术均包括多个方面的组成?工程节水技术：降水蓄积和水库（地上、土壤
4、和地下水库）建造技术；减少输水系统水分损失的工程技术；节水灌溉技术等。?农艺节水技术：适水种植技术；抗旱育种技术；节水灌溉制度；农田保墒技术；培肥地力、水肥耦合技术；化学抗旱节水技术等。?管理节水技术管理节水技术：水资源合理开发和优化配置；地表水地下水联合运用；劣质水开发利用；墒情监测与控制灌溉技术；产权与水价管理等。二、节水农业的机理1.水分亏缺下作物的形态与解剖学反应?叶形态与解剖结构：在干旱下叶片卷曲、萎蔫，角质和蜡质增加，气孔减小，叶表面绒毛增多，有利于保水和提高水分利用率。?根形态与解剖结构：适度干旱根系分布范围扩展，根冠比增大，有利于改善作物水分状况。（对光合作用的抑制小于对地上部
5、分扩展的抑制）2.水分亏缺下作物生理生化特性的变化?生长：轻度水分亏缺，影响叶片扩张，但不影响气孔开放，因而对光合速率影响不明显。?蒸腾与光合：在水分亏缺下，作物蒸腾量显著下降，且蒸腾作用先于光合作用下降，即使在中度水分亏缺下，气孔开度减小，蒸腾速率大幅度下降，光合下降不明显，水分利用效率提高。?激素水平：?脯氨酸（Pro）：能提高蛋白质水合度，在干旱使呈 10-100倍增加。?脱落酸（ABA）：干旱下在根中合成，经木质部传向叶片，控制气孔开放，促进成熟，促进叶片脱落。?渗透调节：是植物耐旱的一种重要方式，是指植物在逆境下通过代谢活动增加细胞内溶质浓度，降低其渗透势，从而保持较高的吸水能力。二
6、、节水农业的机理?3.水分亏缺对作物产量的影响?水分亏缺抑制生长，对作物产量的增加具有不利的影响，但对经济产量而言并不总是降低；?在作物非水分临界期如苗期给予适当的水分亏缺，有利于促进根系的发育，从而提高经济产量。?早期的适度水分亏缺还能增加叶片的汁液浓度和渗透调节能力，能够增强水分敏感期的抗性。二、节水农业的机理4.适宜调节亏水度对作物的益处。?适度水分亏缺促进作物根系的生长。“蹲苗”就是利用根系生长的这一特性。?作物生长前期历经适度水分亏缺增加后期生长抗逆性，改善品质。?渗透调节能力增强；?防御系统加强（包括消除自由基的酶系统SOD、POD、CAT和具有清除自由基的Vc等物质）；?增加表面
7、蜡质层，提高抵抗病原物入侵的能力；?提高与抗病有关的酶的活性，产生植物抗毒素。?适度水分亏缺促进体内物质重新分配，提高经济系数。（在中等水分亏缺条件下，生长受到明显抑制，但光合作用基本不受影响，物质运输不受影响，同时根系生长和吸收功能增强，以及籽粒作为强库有较高补偿调运作用，从而使经济系数提高。）二、节水农业的机理5.影响作物水分利用效率的途径。?不同作物间相差25倍。C4植物（玉米、高粱、甘蔗等）比C3植物（小麦、油菜、大豆等）高2.53倍。?光照是冠层中影响水分利用效率的主导因子，其随叶层变化有显著影响，而叶温、气温CO2浓度、空气水气压等无显著影响。?土壤水分对水分利用效率的影响。?轻度
8、亏缺下，水分利用效率提高；?中度亏缺下，水分利用效率最高；?严重缺水时，水分利用效率下降。?矿质营养不足，水分利用效率下降。二、节水农业的机理6.控制性分根交替灌溉的概念及其理论依据?概念（Controlled root-divided alternative irrigation，CRAI）在土壤垂直剖面或水平面的某个区域保持干燥，而另一部分区域灌水湿润，交替控制部分根系干燥、部分根系湿润，以利于作物部分根系处于水分胁迫时产生的根源信号脱落酸供给地上部分叶片，以调节气孔保持最适开度，达到以不牺牲作物光合产物积累而大量减少其奢侈的蒸腾耗水而节水的目的。同时通过不同区域根系的交替干湿锻炼，而提高
9、根系吸收能力，增加其对水分和养分的利用率，同时还可减少每次灌水间隙期间土壤湿润面积，减少棵间蒸发损失。二、节水农业的机理?控制性分根交替灌溉的理论依据?光合与蒸腾对气孔开度的反应不同。一般情况下，光合速率随气孔开度增加而增加，当气孔开度达到某一值时，光合速率增加不再明显，而蒸腾速率随气孔开度增加而线性增加。?局部干燥区域的根信号能帮助改变作物的气孔开度和调节其水分消耗。脱落酸作为信号物质。?交替控制使部分根系经受一定程度的水分胁迫，能改善土壤通透状况和提高根系传导能力。二、节水农业的机理7.调亏灌溉（调控亏水度灌溉Regulated deficit irrigation RDI）属于非充分灌溉
10、，其基本思想为：对于一些作物，由于其生理生化通道受到遗传特性或生长激素的影响，在其生长发育的某些时期施加一定的水分胁迫，即可影响光合产物向不同组织器官分配的倾斜，从而提高所需收获的产量而舍弃营养器官的生长量和有机合成物质的总量。虚拟水理论及其意义1.概念：虚拟水是水资源领域的新概念，是非真实意义上的水，是通过商品交易或服务来体现的。2.虚拟水的特点：（1）非真实性：顾名思义，虚拟水不是真实意义上的水，而是虚构的水，是以“虚拟”的形式包含在产品中的“看不见”的水。（2）社会交易性：虚拟水是通过商品交易即贸易来实现的，没有商品交易或服务就不存在虚拟水，并且强调社会整体交易，非个体交易，商品交易或服
11、务越多，虚拟水就越多。（3）便捷性：由于实体水贸易运输距离长远、成本高昂，这种贸易通常是不现实的，而虚拟水以“无形”的形式寄存在其他的商品中，相对于实体水资源而言，其便于运输的特点使贸易变成了一种可以缓解水资源短缺的有用工具。虚拟水理论及其意义3.虚拟水理论的意义（1）虚拟水的理念改变了解决问题的思维方式。要求水利工作者从原有的以水为中心的观念转变为在水之外寻找解决水资源分配和水资源管理的途径。（2）虚拟水理论拓宽了水资源研究的领域。虚拟水理论给水资源和水安全研究提供了创新领域，如传统水资源研究与粮食安全研究是分离的，虚拟水理论使两者有了切入点，给从事水资源学研究的人员提供更加广阔的研究空间。
12、（3）虚拟水树立了新型的水资源管理理念。水资源管理应有三个层次，首先是要通过节水、生活习惯和方式的改变、产业结构和种植业结构的调整，充分利用当地水资源；其次，考虑区域社会经济的发展、水资源安全和生态环境安全，进行区域水资源分配；最后，构筑水资源安全战略体系，通过虚拟水贸易和虚拟水战略实现全球水资源化。（4）虚拟水提供了一条解决我国干旱区缺水的新途径。实施虚拟水战略有利于国家制定西北地区水资源安全战略的保障措施及政策，有利于西北开发，对西北地区的生态环境安全和社会经济可持续发展具有重要的理论和现实意义。二、国外节水农业概况二、国外节水农业概况1、世界水资源农业利用概况、世界水资源农业利用概况(1
13、)灌溉耕地及其水资源匹配世界干旱半干旱地区遍及 50多个国家和地区(1/3)，雨养耕地80%。全球灌溉面积由20世纪初的5107公顷增加到目前2.5108公顷，2010年将在现有基础上增加 19%，耕地灌溉面积约占总耕地 21.2%，而相应的灌溉水量将增加 17%。19501985年，全球灌溉面积年均增长 5%以上，占耕地17.8%的灌溉面积，生产了世界食物总量的 1/3，但水资源日趋紧张，使发展新灌溉系统的成本不断上升，平均每公顷超过4500美元，甚至高达10500美元，灌溉农业的效益下降，制约了灌溉农业的发展。自1980年以来，世界灌溉面积增长速度明显下降，年增长率不到 1%。从70年代后
14、期开始全球新的水资源开发已经趋于缓慢，开发新的水资源的费用越来越昂贵，灌溉项目的投资正在减少，特别是亚洲，由于单一技术的应用和水资源有效利用率偏低，全球每年仅由于涝灾和盐碱化失去的土地面积达 30150万公顷。二、国外节水农业概况用水结构（%）地 区 国家数 人口 百万 总用水量 km3/yr 人均用水 m3/人yr 水资源开发利用率%农业 工业 生活 非 洲 50 723.40 151.96 210.0 2.8 85.4 5.8 8.7 美 洲 28 753.84 690.36 915.8 3.7 48.1 38.8 13.0 亚 洲 48 3461.75 1636.45 472.7 10.
15、7 86.4 7.7 6.0 欧 洲 30 764.54 462.08 604.4 6.0 32.3 53.2 14.7 大洋州 5 27.13 16.37 616.7 1.1 34.5 3.1 62.4 合 计 161 5730.66 2957.58 516.1 6.1 68.6 22.0 9.4 (2)世界各地区用水量与用水结构不同地区耕地灌溉率为：非洲8.08%、美洲9.77%、亚洲43.83%欧洲16.24%，平均20.49%，亚洲压力最大，应实行节水农业二、国外节水农业概况二、国外节水农业概况2、国外节水农业的技术途径(1)农业水资源开源技术-地面集水技术(以色列内格夫沙漠：雨水收集
16、面、容器)-跨流域调水(原苏、美、印、加等，存在移民、耕地、环境等问题)-地下水库利用技术(地下淡水占总淡水30.1%，美国：地下水回灌系统，通过地下水库调蓄水资源)-劣质水利用技术(生活污水、咸水：以色列污水利用率70%，1/3用于灌溉，占总灌水量的1/5，咸水开发利用程度也很高；美国50个州中的45个采用了污水灌溉技术，有3500个污水处理厂；印度城市生活污水中的50%已用于灌溉)二、国外节水农业概况二、国外节水农业概况(2)输水节水技术输水节水技术-渠道防渗技术：衬砌材料包括刚性、土料和膜料；聚乙烯和聚氯乙烯为主的衬砌方式比重在不断扩大(前苏联、印度：刚性+0.2mm薄膜)-低压管道输水
17、灌溉技术：美国1984(46.9%)，加州圣华金河谷灌区支渠以下全部管道化，渠系水利用系数达到0.97；日本、澳大利亚、东欧各国和加拿大多采用此技术；今后重点是开发管材、量水放水设备二、国外节水农业概况二、国外节水农业概况(4)农艺节水技术农艺节水技术-选育抗旱作物与节水品种美国和印度(45%杂交种)重视高粱；-改进耕作方法少免耕，轮作；美国75%耕地取消铧式犁；-推广地面覆盖技术有机物料和薄膜，日本最早使用地膜农艺节水二、国外节水农业概况?(5)化学节水技术?-化学覆盖以高分子膜阻碍水分蒸发，覆盖材料包括石蜡、沥青乳剂、树脂、橡胶、塑料等，使用方式包括成膜、泡沫和粉末覆盖(日、法、印、加等1
18、0多个国家，可增产1030%)?-保水剂(林木)高分子树脂?-抗蒸腾剂作物吸收中的99%用于蒸腾，1%固定，据美国资料可降低土壤水分损失40%；主要类型包括代谢型、薄膜型和反射型；黄腐酸。二、国外节水农业概况二、国外节水农业概况(6)管理节水技术管理节水技术(50%)-制定节水灌溉制度按报酬递减规律选择最适灌溉水量-重视田间水管理和农民参与按需供水；农民参与；-加强灌区用水信息管理美日发达，采集降水、大气、土壤等相关信息；-实行计划水，合理调配水量统一高度，轮灌，斗农渠配置-促进灌溉管理向自动化方向发展采用计算机、遥感、电测进行水管理；美国各大灌区均设有自动调控中心；日本于20世纪80年代已安
19、装了遥测、遥控；以色列否认大小灌区均采用自动化控制。-成立水资源管理与维护机构澳、埃、巴、印、马来西亚的灌溉系统的运行，是由政府机构执行；奥地利、英、蒙由用水者协会来完成；意大利、以色列、南非、土耳其等国是由政府机构和用水者协会共同完成二、国外节水农业概况二、国外节水农业概况(6)管理节水技术(50%)(续)-通过水价进行调节通过水价进行调节灌溉水的水价远低于生活、城市和工业用水；澳、塞浦、美、埃、南非、印、巴、法、英、以国等都制定了相应的水价政策；水价制定采用配额制。以色列的灌溉水价计价标准以色列的灌溉水价计价标准水源用水比例(实际用比占配额比例)水价(美元)1、淡水1500.1550800
20、.18801000.21平均0.182、三级处理污水用水需求量小的时期0.14用水需求量大的时期0.153、二级处理污水平均0.12二、国外节水农业概况3、典型节水农业模式-(1)印度-集雨种植1.42亿公顷耕地中旱地占73%，生产了全国46%的谷物、75%的油料、90%的豆类、70%的棉花；有集雨旱作(一是利用蓄水池收集田间泾流，二是收集田外水于田内利用，三是发展田内微集水区：沟垄)和集雨节灌两种形式道路、庭院集流面二二、国外节水农业概况、国外节水农业概况-发展现代节灌技术发展现代节灌技术微灌技术主要用于香蕉、葡萄、石榴、橙子四种高经济价值作物的灌溉(60%以上)，其它用于西红柿、辣椒、棉花
21、等作物-经验教训一是旱作保粮、灌溉增效；二是管理滞后，灌溉系统报费后返回传统灌溉；三是由代理商制造的灌溉设备存在标准过高或系统性差等问题；四是信息滞后、管理自动化程度不够；五是液态肥料开发滞后，限制了水肥配施技术的开展；六是推广服务落后于技术本身的开发二、国外节水农业概况二、国外节水农业概况?(3)田间节水灌溉技术田间节水灌溉技术?喷微灌技术(主流)：欧洲82%，以色列(滴70%)、德国、奥地利100%；发展趋势：A.低压节能；B.喷微灌相互结合；C.积极开展多目标利用；D.改进设备、提高性能；E.产品日趋标准化、系列化、通用化；F.运行管理自动化。?改进地面灌溉技术畦灌、沟垄灌溉、地面平整技
22、术等(美国70%左右)二、国外节水农业概况3、典型节水农业模式-(2)以色列-主要节水农业措施(1)灌溉施肥(肥+水)，IWE90%，创造高产记录(番茄20t/mu，甜椒7.8 t/mu(2)污水资源的利用与微咸水利用(2010年预计将有 1/3的灌溉水来自污水)；(3)雨水收集利用(大型集水设施或集入地下水库，每年收集 12亿方)；(4)管理技术(分段计水价，灌溉过程计算机管理、遥控)；(5)结构调整节水结构调整节水(创汇型农业结构，放弃粮食，高附加值经济作物)-模式产生的条件(1)可以放弃粮食(500万人)；(2)发达的经济奠定了广阔的农业市场(人均产值13600多美元，农业人口 20万)
23、；(3)国际市场提供了以色列经济型农业生产模式。3、典型节水农业模式-(3)美国-概况：耕地面积1.88亿亩，农业人口约4%，以农场形式经营，人均拥有水量12376方，70年代前注重水资源开发，70年代后注重节水农业-节水农业发展模式(1)既重视地面灌溉系统的改进，又大规模发展现代节水灌溉技术(地面灌溉占50%，其中沟灌占51%、畦灌占30%；主要发展激光平地，整个地块高差在23cm内；美国传统地面灌溉技术IWE在85%80%)喷灌面积占45%。(2)灌溉管理技术先进土壤墒情监测、传输及时，管理完善。(3)污水和咸水资源化除工厂处理外，还利用净化，70年代始用微咸水(4)调整灌溉农业布局80年
24、代西部85%灌溉耕地，90年代已下降到75%左右；(5)雨养农业雨水储蓄利用、保护性耕作、农田培肥、轮作(6)采取优惠政策无息贷款支援水利、社会筹资、灌溉供水免税、灌区全额补贴，水费完全用于灌区维护二、国外节水农业概况二、国外节水农业概况二、国外节水农业概况二、国外节水农业概况3、典型农业模式-澳大利亚典型的经验是旱地粮草轮作制。这种粮草轮作也称为小麦/养羊旱地农作制（农牧结合制）。澳学者发现“土壤有机质衰竭土壤结构破坏水分的入渗和储存减少风蚀水蚀加剧、生态环境恶化产量下降”。尽管这一恶化过程是缓慢的，3050年才明朗化，但后果却是致命的。而实施豆科牧草与作物轮作则会避免有机质下降，从而保持土
25、壤基础肥力。在南澳实行粮草轮作条件下，苜蓿每年提供土壤的氮素为2.76.0公斤/亩，在北澳，柱花草属植物则可提供4.78.7公斤/亩，而土壤有机氮的积累和消耗与豆科牧草的种植期限成正比。粮草轮作、农牧结合的旱农制，是适合澳大利亚人少地多这一基本国情的，既可持续增进土壤基础肥力，又能降低旱地农业经营的市场风险。二、国外节水农业概况4、国外节水农业的几点启示(1)节水农业技术体系的选择-要充分考虑节水农业发展的阶段性(应考虑经济实力、需求结构、产业结构、科技水平等因素，一般呈“工程措施主导型”“工程措施、非工程措施并重型”“以生物技术为主导的非工程型”-节水农业技术的选择具有区域性(国际三大节水
26、模式)?以现代喷微灌为主体的节水农业模式：适用于水资源奇缺、灌溉规模小、经济实力雄厚的地区，以以色列、沙特阿拉伯等国家为代表；?以常规地面节灌为主体的节水农业模式：适用于灌溉规模较大、利用地表水为主、经济支撑能力有限的地区，以印度、巴基斯坦等国家为代表；?常规地面节水灌溉、喷微灌和管理措施相结合的综合节水农业模式：适用于地面灌溉规模宏大、经济与技术实力很强的地区，以美国、前苏联等国家为代表。二、国外节水农业概况二、国外节水农业概况4、国外节水农业的几点启示、国外节水农业的几点启示(2)节水农业制度的创新-投资机制的创新-水价制度如以色列、美国-农户参与(3)资源保障-雨水收集利用；-污水和微咸
27、水 利用(3g/l下的水安全)对我国来讲，大多地区污水开发利用潜力大，且咸水和微咸水开发利用程度低，需进行深入开发。三、我国节水农业现状及开发战略三、我国节水农业现状及开发战略1、我国农业缺水的严峻形式人均现有水资源量 2220m3，预计2030年下降到1760m3，逼近目前国际上公认的严重缺水警戒线1700m3；水质恶化严重，可用水量明显不足 近海水产业几乎丧失；河流符合饮用水标准的仅占 1/3，11%的河流水质低于灌溉水标准；75%以上的湖泊水质受到严重污染；64%的城市地下水受到严重污染，33%的城市地下水受轻度污染。气候变化加剧了水资源的不稳定和区域性缺水80年代华北地区平均降水偏少1
28、015%；90年代黄河中上游地区、汉江流域、淮河上游和四川盆地8年平均降水偏少510%。水资源分布极度不均，与国民经济发展严重错位降水69月占6080%；空间分布上，北方 65%、50%人土地占20%水，许多地区人均拥有水量低于警戒线三、我国节水农业现状及开发战略三、我国节水农业现状及开发战略2、我国的农业用水特征和缺水形式(1)用水问题紧缺、增水能力有限、缺水形式加剧-干旱缺水地76%，亩均耕地水量 1440方，约为世界平均水平的 2/3，2030年农业缺水将达到500700 亿方；(2)农业用水浪费严重：一是灌溉水利用率低，渠灌占75%，渠系水利用率 50%、农田损失17%实际利用率 33
29、%；二是灌溉定额严重超标，有时忽视天然降水；三是自然降水利用率低，农田降水利用率大约在 30%左右；四是农业用水效率不高，灌溉水利用率大约为0.8kg/方，旱地农田 WUE0.40.5kg/mm.mu；(3)资源性高耗水使水资源利用效益下降(以色列)单方水农业经济产出我国约为 0.2美元，以色列为 1美元(4)灌溉工程老化220个大型灌区中，严重老化损坏的占 70%、报费的 10%、失效16%，完好的4%；(5)由水引起的生态环境问题日益突出地下漏斗、植被退化、黄河断流(6)水资源“农转非”严重1949(农业用水97.1%)，1998(74.6%)三、我国节水农业现状及开发战略三、我国节水农业
30、现状及开发战略3、我国节水农业的发展现状(1)发展历程(5 个阶段)-19491957第一阶段，大规模水利建设，改建、扩建灌区，抗旱能力得到提高，农业用水从1000亿方增加到1900方；-19581970第二阶段，全国以兴修蓄水工程为主的农业供水净增1100方，达到3000方；-19711978第三阶段，开发农田基本建设，北方发展旱地井灌，全国农业供水量达3900方；-19791996此阶段发展曲折、前期水利建设基金减少，工程老化、灌溉面积有所减少，后期随投入增加，水利工程得以重新利用；-1997开发以节水为中心的技术改造和工程建设，农业用水效率得到一定提高三、我国节水农业现状及开发战略三、我
31、国节水农业现状及开发战略3、我国节水农业的发展现状(2)发展现状-工程节水现状已完成全国300个节水增产重点县和节水型井灌区建设；在208个大型灌区节水灌溉示范项目区；与地方配套完成了 12个节水灌溉示范县建设；九五”新增灌溉面积1.15亿亩，其中渠道防渗6347万亩、管道输水2766万亩、喷灌2169万亩、微灌218万亩；目前，工程节水灌溉面积已占我国有效灌溉面积的34.1%；-农艺节水现状A、完成3大类型区80多个示范、推广区的建设；B、推广了适水生产(节水型农业结构、适水种植、雨养农业)、抗旱节水育种(抗旱品种、抗旱遗传、抗旱生理生化)、节水灌溉制度(灌水次数、定额、时间和关键水)、节水
32、保墒(耕作保墒、覆盖保水、化学抗旱节水)、以肥调水(培肥扩大土壤库、水肥耦合)5大类45项农艺技术，受益8亿亩；C、发展了补充性灌溉技术(行走式播种、关键期补灌)膜下滴灌喷 灌灌溉设备温室滴箭现代节水灌溉技术三、我国节水农业现状及开发战略三、我国节水农业现状及开发战略4、我国农业节水的重点环节与各种措施的潜力(1)节水的基本环节-对水资源进行开发，使其成为农业可用水源；(开源P-从水源到田间的输水-把引入田间的水均匀分配到指定的面积上或作物上；-提高作物经根系吸收土壤水，通过作物体内生理生化过程转化为经济产量(2)具体节水措施的潜力-节水灌溉的潜力：主要在南方地区，北方受资源限制。从现状分析8
33、亿亩灌溉耕地中约有2.8亿亩进行了初步节水技术改造，灌溉水利用率低于40%；如果通过节水灌溉使灌溉水利用率降提高10%，则全国可节水360亿方，若其中50%用于发展灌溉，可新增灌溉面积0.5亿亩；节水灌溉的重要功能还在于强化了水资源的生态功能，潜在效益巨大。三、我国节水农业现状及开发战略三、我国节水农业现状及开发战略(2)不同节水技术的潜力不同节水技术的潜力-提高降水资源利用率的潜力北方旱农区降水损失中径流占20%、休闲期蒸发24%、作物生长期田间蒸发26%，作物利用30%，南方利用率更低。若采用集雨、覆盖、建设土壤水库等使休闲期和生育期蒸发量降低10%，按平均降水400mm计，可节水约136
34、亿方；可开发潜力巨大；-提高水资源利用效率的潜力发达国家1吨粮需水低于1000方，我国平均约为1250方，节水空间大；，农田供水相同时，农作物应能实现的产量与实际产量间有30%的差距，即有30%WUE可实现；如果使我国WUE提高到1kg/方，约可节水用水1600亿方；三、我国节水农业现状及开发战略三、我国节水农业现状及开发战略?-结构调整节水我国万元农业GDP用水量1591方，发达国家400600方。?用水经济效益低的原因用水经济效益低的原因：一是作物耗水结构与水资源分布不匹配，缺水地区高耗水作物种植面积大；二是粮食生产布局水资源分布不匹配；三是三元结构不合理。?解决方案解决方案：一是扩大水分
35、转化效率较高的C4作物种植规模；二是将饲料作物纳入种植结构，形成粮经饲三元结构；三是调整作物布局建立与水资源相适应的农业生产布局；四是大加发展节水高效种植，提高节水增效潜力。三、我国节水农业现状及开发战略三、我国节水农业现状及开发战略5、未来我国节水农业技术体系的组成部分(1)(1)农作物高效用水信息采集是节水农业技术体系的基础，主要包括农业水资源状况、时空分布、主要农作物需水信息，对水分消耗的时空分布特点等信息；(2)(2)现代生物工程高效节水技术：改造传统农作物，通过抗旱基因导入、或者生理需水特征的调控其生理耗水过程，提高农作物对干旱的忍耐能力和水分利用效率；(3)3)高效节水的农艺技术与
36、种植模式优化技术高效节水的农艺技术与种植模式优化技术有机培肥、生物覆盖、地膜覆盖、保护性耕作、沟垄种植、抗旱新品种、保水剂等；按水进行种植结构优化；(4)(4)现代节水灌溉技术喷、微灌，以及与其它农艺、工程技术的结合；(5)地面灌溉改进技术沟垄灌、波涌灌、间歇灌、畦灌、膜上灌等(6)(6)雨水资源化高效利用技术集雨节灌(7)(7)渠系输水过程节水我国2/3浪费于此环节，管道输水将是主要形式；(8)(8)农田保水节水中小型机械与成套机具保护性耕作机具三、我国节水农业现状及开发战略三、我国节水农业现状及开发战略5、未来我国节水农业技术体系的组成部分、未来我国节水农业技术体系的组成部分(9)劣质水利
37、用技术污水、咸水(矿化度大于 3克升的水)、高含砂量浑水；(10)现代节水农业管理技术根据作物的需求规律控制、调配水源，以最大限度满足作物对水分的需求，实现流域效益最佳的农田水分控制技术。6、我国节水农业发展中存在的问题(1)认识上存在误区-节水农业=节水灌溉农业；-农业节水=农业工程节水-水是可再生取之不尽的资源；-节水农业=农业减产(张掖863)(2)忽视农艺节水的地位与作用，节水灌溉技术总体水平低；忽视农艺节水的地位与作用，节水灌溉技术总体水平低；(3)尚未形成高效推进节水农业发展的管理机制尚未形成高效推进节水农业发展的管理机制市场、管理市场、管理(4)资金投入不足；(5)节水农业政策不
38、配套节水农业政策不配套种、肥、水投入(27%、34%、79%)(6)节水农业技术的推广仍有一定盲目性；节水农业技术的推广仍有一定盲目性；(7)节水设备开发滞后，产业化程度低节水设备开发滞后，产业化程度低7、我国节水农业的发展战略(1)从战略上实现四个转变，技术上实现3个转变战略上的转变：一是从单项节水高综合技术转变，将工程、农艺、管理集于一体；二是从注重灌区节水向注重灌区与旱区双重节水；三是从降低注重用水量向降低用水与提高效益为重转变；四是从注重节流向开源节流并重转变。技术上的转变：一是从过去单一的灌溉节水向雨水资源化与旱作农业技术并重转变；二是向综合技术转变；三是从过去只注重输水向输水与灌水
39、、作物节水并重转变?三、我国节水农业现状及开发战略三、我国节水农业现状及开发战略三、我国节水农业现状及开发战略(2)加强以田间节水配套工程为主的灌区改造；(3)大力开发降水资源，发展现代旱作农业；(4)建立节水型农作制度和技术体系；(5)加强技术创新能力，加速科技产业化；(6)建立符合形式发展和国情的节水农业政策与制度四、节水农业技术四、节水农业技术?防渗材料及要求?混凝土防渗衬砌主要优点为：防渗效果好，一般可减少渗漏损失 85-90%；减少糙率，提高渠道输水能力；经久耐用，一般可使用 40-50年。?塑料薄膜防渗衬砌要求具有高度的不透水性，一定的韧性、焊接性、抗老化腐蚀及价格便宜等特点。多为
40、PVC和PE棕、黑色膜，厚0.12-0.20mm。四、节水农业技术四、节水农业技术（2）低压管道输水利用低能耗机泵或由地形落差所提供的自然水头将灌溉水加低压（不超过0.2MPa）。?以管代渠，可以大大减少输水过程中的渗漏和蒸发损失，使输水效率达95以上；?比土渠、砌石渠道、混凝土板衬砌渠道分别多节水约30、15和7；?对干井灌区，由干减少了水的输送损失，使从井中抽取的水量大大减少，因而可减少能耗25以上。?另外，以管代渠，可以减少输水渠道占地，使土地利用率提高23，且具有管理方便、输水速度快、省工省时、便于机耕和养护等许多优点。低压管道输水四、节水农业技术2.农田节水灌溉技术（1）地面灌水技术
41、地面灌水技术我国95%以上的灌溉农田仍采用地面灌水技术，也是我国目前灌区应用的主导灌水技术，是今后我国需要重点发展应用的节水农业技术。?沟、畦灌沟、畦灌：大改小（宽改窄、长改短）是重点，小畦灌的特点是水流流程短，灌水均匀，可显著减少深层渗漏，减少灌水定额，达到节水和增产的目的。可以进行隔沟灌（分根交替灌）。?间歇灌：间歇灌：比连续灌水流推进快1820%，灌溉效率提高1533%，节水量15%以上。如闸管波涌灌。?膜上灌膜上灌：利用地膜输水，不仅防止了传统地面灌的深层渗漏损失，而且大大减少了作物棵间的无效蒸发，平均节水3050%，增产1050%，灌水均匀度达80%以上。四、节水农业技术四、节水农业
42、技术（2）现代节水灌溉技术现代节水灌溉技术是指喷、微灌技术，以及相应的技术设备。包括?喷灌：和传统地面灌相比，可节水40-50%，使用不受地形限制，同时可节省劳动力和省地。喷灌系统由水源、机泵、管道系统和田间喷灌设备（喷头、竖管、支架等）组成，可分为固定式、半固定式和移动式三种。在风大和蒸发大的地区效果较差。?微灌：包括滴灌、微喷灌和渗灌等，是根据作物的需水要求，通过低压管道系统与安装在管道上的特制灌水器，将水和作物所需的养分以较小的流量、均匀准确地直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中的灌水方法，属于局部灌溉。四、节水农业技术四、节水农业技术微灌的优点?省水：一般比地面灌水省1/31/2，
43、比喷灌省水2030%。?节能：低压下运行，一般工作压力为0.71.5KPa。?灌水均匀：均匀度达90%以上。?增产：较其它增产30%以上。?适应于复杂地形：?适合对不良土地灌溉：如粘重土。?可利用咸水资源：?节省劳动力：管理方便，甚至实现自动控制。四、节水农业技术四、节水农业技术3.农艺节水技术（1）适水种植技术：按降水时空分布特征、地下水资源、水利工程状况，合理调整作物布局，选用作物需水与降水耦合性好、耐旱、水分利用效率高的品种，以充分利用当地水资源。（2）抗旱育种技术：利用现代育种技术培育水分利用效率高的抗旱品种。（3）节水灌溉制度：利用农业节水机理，以有限水资源获取最大产出。（4）耕作蓄
44、水保墒技术：通过深耕蓄水、休闲地蓄水保墒、前茬作物蓄水保墒、中耕保墒、免耕保墒等方法蓄水保墒。（5）培肥地力、水肥耦合技术：通过培肥地力，改善土壤物理性状，建设高效土壤水库，实现以肥调水、以水促根、以根抗旱。（6）化学抗旱节水技术：利用植物生长调节剂、土壤保水剂等减少植物蒸腾、土壤蒸发的节水栽培技术。五、国内外节水农业的发展趋势五、国内外节水农业的发展趋势1、节水灌溉节水农业的初级阶段地中海地区农业用水约占总需水量的 80%，农业被认为是节水潜力最大的用水部门。二次大战后开始大规模的灌溉开发，其发展得益于战后的水力学、自动化技术、施工方法以及水资源管理与应用技术等领域的科技发展和技术进步。2、
45、节水农业-节水灌溉及其相关技术的综合与拓展节水农业：“以提高灌溉水的利用率和水分生产效率为目的，以各种工程的和非工程的措施为手段的农业生产体系”。节水的三个环节：一是从水源到田间的输配水环节；二是将输送到田间的灌溉水转换为土壤水的灌水方法和灌水技术；三是作物吸收水分后通过光合作用形成有机物质。节水灌溉主要解决了第二个环节。五、国内外节水农业的发展趋势五、国内外节水农业的发展趋势3、节水农业发展的基本模式-“灌溉土壤灌溉作物”“节约每一滴水”（Save every drip of water）和“给植物灌水，而不是给土壤灌水”(Irrigating the plant instead of ir
46、rigating the soil)-以色列4、节水农业目标-“高产高效+持续”?“唯有羸利性农业系统才是最终可持续的”（ZE Ikerd，1990）以色列人认为“用自己宝贵的土地和水资源进行大田生产是傻子行为”，将有限水资源通过高新技术与高效产业结合创造了单方水产粮4kg（我国平均0.8kg)，产值1420元/m3(我国为2元/m3)的可观效益。五、国内外节水农业的发展趋势五、国内外节水农业的发展趋势5、节水农业涉及面-“经济经济+生态+社会”水资源是一个国家综合国力的基础构件，与食物安全、生态安全、社会安定息息相关。6、节水农业的技术核心-以减少田间和输水过程中蒸发量的“资源型”节水和降低作物耗水系数的“效益型”综合节水技术即高技术与大资本结合，实现短缺水资源的技术与资金替代是未来节水农业的关键。请各位领导专家多提宝贵意见
