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水沃良田 从大水漫灌到精准灌溉的中国农田水利

2020-06-05 09:40:34 新京报  周怀宗

  6月是收获和生长的季节,我国多种主要粮食作物的生长进入关键时期,在北方,小麦进入收获前最后的阶段,玉米刚刚出苗,水稻已经基本完成插秧,再加上天气炎热,正是农作物需水量最大的时候。气象预测显示,今年北方春天雨水偏多,夏季可能出现伏旱。

  水是生命之源,也是农业的命脉。水利设施的建设、水利技术的进步对于农业生产的人为调蓄和干预至关重要,对做好农业防灾减灾,确保小康之年农业丰收,筑牢脱贫攻坚长效基础同样具有特殊重要意义。

水沃良田 从大水漫灌到精准灌溉的中国农田水利

  2020年5月,北京顺义,麦田喷灌。新京报记者 王颖 摄

  进入现代社会,农田水利设施日渐完善,灌溉面积逐年上升,同时,农田水利技术也从扩大灌溉面积,逐渐转向提高用水效率的用水方向,并努力向全自动智能化高效灌溉目标迈进。

  中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员姜文来日前向新京报记者介绍,我国是一个接近中度缺水的国家,人均占有淡水量只有2300立方米,同时,我国每年的农业用水占全部用水的60%以上,因此,农业节水至关重要,“如果农业用水减少1%,就能节约出全北京市一年的用水量”。

  千秋水利,一部与水斗争的农业史

  中国有世界上最悠久的农耕文明,传说中的大禹治水就是最早的水治理案例之一。到了春秋战国时代,已经形成了引水、输水、蓄水、配水、灌水等一整套完善的农田灌溉体系,同时,还出现了最早的水利科学理论。这一时期兴建的许多大型水利工程,如灵渠、郑国渠、都江堰等,至今还发挥着重要的灌溉作用。到西汉时期,则出现了第一部农田灌溉管理法规。

  三国时代,江南地区的开发日益成熟,水利设施的建设成就斐然,江南首次出现万顷规模的水田。至唐宋时期,灌溉工程已经普及南北各地,江南成为新的粮食主产区,由水利驱动的水车、水磨等机械在黄河流域、长江流域乃至珠江流域普遍应用。

  水利天下,但水也有无情的一面,兴修水利、灌溉农田、治理洪水,贯穿了数千年农耕历史。

  新中国成立以后,开展了大规模的水利建设,修建了全世界最大规模和最复杂完备的水利工程体系,数十年中,建立了一整套中国特色的水治理体系。

  数据显示,我国的堤防超过30万公里,是全世界规模最大的,水资源供给能力超过6000亿立方米。同时,全国20.23亿亩耕地中,有效灌溉面积为10.2亿亩,节水灌溉面积达5.4亿亩。据水利部公开发布的消息显示,“近40年来,全国灌溉面积增加3亿亩、灌溉保证率不断提高的同时,灌溉用水基本没有增加,而粮食总产量和人均粮食占有量接连上了几个台阶。”

  淡水危机,比农田更缺的农业资源

  农业农村部数据显示,我国粮食产量已经连续多年稳定在6亿吨以上,口粮自给率超过95%,这其中,水利灌溉发挥了巨大的作用。

  根据中国农科院发布的数据显示,占全国耕地一半的水浇地,出产了全国75%的粮食,以及90%以上的经济作物。

  与此同时,水资源匮乏的问题也日益突出,我国水资源总量占世界第六位,但是人均水资源量却只有2300立方米,仅为世界平均水平的1/4,在世界排第110位,接近中度缺水的国家。

  同时,每年6000亿立方米的用水量中,60%以上用于农业灌溉,许多地方仍旧使用大水漫灌的方式,灌溉效率极低。即便如此,每年的春耕、夏播,都会出现缺水的问题,全国水资源综合规划成果显示,我国农业年平均缺水量为300亿立方米,而北京市全年用水量为30亿立方米左右,全国农业缺水量相当于10个北京市全市用水量。

  尽管近年来,我国已经加大节水技术的研发和推广,农业用水效率逐渐提高,但和发达国家相比,仍有较大的上升空间,姜文来介绍,“2010年到2018年,全国农田灌溉水有效利用率提升了10.6%,年均提升1.3%,2018年灌溉水有效利用率为0.554。但和农业现代化程度更高的国家相比,我们的农田灌溉用水效率低了20%-30%”。

  万亿工程,新时代水利的增产计划

  “灌溉技术现代化是我们必须实现的,它灌溉效率更高,技术更先进,对环境的影响更小”,姜文来说。

  2020年3月底,中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业布局与区域发展团队,在中国农田灌溉用水效率方面研究取得新进展,该研究揭示了我国农田灌溉用水效率的时空变化。作为团队成员之一的姜文来说,“在科学研究中,有一个农田灌溉水有效利用系数,即灌入田间可被作物吸收利用的水量与灌溉系统取用的灌溉总水量的比值,该值越高,灌溉系统输水效率越高,灌溉水的利用率越高。通常认为,大水漫灌比滴灌效率低30%左右,滴灌更节水。”

  其实,在上世纪九十年代,我国就开始推动农业节水技术的发展推广。目前,我国节水灌溉面积已达5.4亿亩,占全国灌溉面积的一半。

  在今天,更多的节水灌溉工程正在不断建成,即便在疫情期间,许多工程也仍在推进,据估算,当前在建的节水供水工程有170多项,全部建成后,将增加7800万亩灌溉面积。水利部数据也显示,今年将完成341处大型灌区、358处重点中型灌区续建配套节水改造目标任务。

  “人靠饭养,苗靠水长”,水是生命之源,也是农业的根基,而在淡水总量有限的情况下,提高灌溉用水效率,无疑是保证粮食生产乃至继续增产的重要途径,今天的水利工程,也正在向提高灌溉用水效率的方面转变。

  辽河断流,一个农业大县灌溉转型

  2020年5月,内蒙古通辽市科左中旗,玉米刚刚出苗,几片细嫩的叶子在风中摇曳,玉米苗的下面,是一行洇湿的土壤,深色的湿土把干燥的土地分成一行行细条。

  科左中旗位于西辽河北岸,大片起伏的冲积、风积平原,连接着松辽平原和内蒙古高原。20多年前,这里还是水草丰茂的沃野,是当地主要的玉米种植区之一。

  上世纪末,1998年,西辽河断流,整个科左中旗的所有农田面临灌溉难题。

水沃良田 从大水漫灌到精准灌溉的中国农田水利

  内蒙古通辽科左中旗,滴灌后的玉米田。受访者供图

  科左中旗农业技术推广员梅园雪告诉记者,玉米需水量大,整个种植期,需要浇水5-6遍,包括出苗水、苗期水、拔节水、杨花前水、灌浆水、收获水等,根据降水量不同,略有变化,其中拔节、杨花前还要同时追肥。

  梅园雪介绍,为解决灌溉问题,最初,科左中旗采用打井抽水的方式,从1998年到2002年,打了很多井,打上来的井水依旧采用大水漫灌的方式。2008年,开始尝试喷灌,可以节约一部分农业用水,但喷灌技术很快遇到了难题,首先是技术问题,庄稼长高以后,喷灌的效果很差,其次,喷灌是规模化的灌水,一个区域有500到1000亩,涉及很多家的承包地,大家经济情况不同,很难统一,一家人不交电费,喷灌就很难进行。此后,科左中旗尝试过膜下滴灌、深埋滴灌等多种灌溉方式,但都因各种原因失败。

  2013年,当地一位技术员研发出浅埋滴灌的技术,将埋滴灌带的位置,从原来的地下5-7厘米,升高到2-3厘米,在科左中旗推广,此后,又研发出精准控量的技术,针对不同作物、不同阶段,供给不同水量。梅园雪说,“可以说,科左中旗花了20年,完成了灌溉转型,找到了适合自己的灌溉技术,目前的浅埋滴灌,可以节水30%-40%”,梅园雪说。

  漫山桃花,被灌溉改变的荒山绿化

  姜文来告诉记者,喷灌、滴灌都是节水效果较好的灌溉方式,适用于不同的情况。这些技术又有不同的细分,“比如新疆推广使用的膜下滴灌技术,就是在滴灌的基础上上面加一层塑料膜,更加提高了用水效率。在通辽大面积使用的是浅埋滴灌,就是将滴管直接埋在地下,也大大提升了用水效率”。

  滴灌技术最早由以色列人发明,于上世纪末引入中国,目前已经在全国各个地方广泛使用,适用于大部分缺水、或水资源调动困难的区域。

水沃良田 从大水漫灌到精准灌溉的中国农田水利

  滴灌设备。受访者供图

  在山东蒙阴,正是大樱桃成熟的季节,当地樱桃树、蜜桃树大多种植在山坡上,普通灌溉方式难以实现,而且,果树需水量最大的春夏之际,正是当地河流的枯水期,难以满足灌溉需求。为此,当地以村、合作社等组织为单位,在山坡上建设蓄水池蓄水,通过滴灌管道,将蓄水池的水引到果园中进行滴灌或喷灌。

  在陕西延安苹果产区,水肥一体的滴灌技术正在快速发展,一位当地合作社的负责人告诉记者,他们在苹果园里埋设滴灌管道,并设置肥料添加口,通过管道,既可以浇水,也可以追肥,“方便、直接,用水少,效果好,而且省人工”,目前,该技术已经在当地多个县域推广普及。

水沃良田 从大水漫灌到精准灌溉的中国农田水利

  2019年6月,一位延安果农在果园里埋设滴灌带。新京报记者 王巍 摄

  “农业节水在节水中最具有潜力,提高灌溉效率可以有效缓解农业用水短缺,让一滴水发挥更重要的作用,保障粮食安全。同时,农业节水可以保护生态环境,促进生态文明建设,农业节水是农业绿色发展重要内容,与生态文明建设密切相关”,姜文来说,“2018年,我国农业用水量为3693亿立方米,占总用水量6015亿立方米的61.4%。如果农业用水减少1%,那么就能减少农业用水量37亿立方米左右,相当于比北京市全年用水量还多。”

  未来水利,全自动智能化高效灌溉

  值得注意的是,尽管我国农田灌溉用水效率逐年提升,但和农业发达国家的水平仍有差距,姜文来说,“这其中有许多原因,一是我国经济发展水平相对较低,在高效节水方面投入有限。二是我国农田节水技术起步较晚,需要一定时间提升。三是有些灌溉技术,还存在和我国国情相适应的过程,比如家庭承包的小块土地,会限制一些技术的应用。四是农业生产价值较低,收益不高,影响农民建设农田的积极性”。

  此外,在我国,不同区域之间的灌溉用水效率也存在较大差异,姜文来说,“目前主要表现为东部高于西部、北部高于南部、南北差异增大,如2018年东部的山东比西部的甘肃高出14.5%,北部的辽宁比南部的湖南高出14.3%。农田灌溉用水效率的高低与水资源短缺、经济发展水平密切相关,凡是水资源短缺且经济水平高地区,重视农业节水工作,同时有经济资源可以投入农田水利工程,农田灌溉用水效率就高”。

  提高农田灌溉用水效率,用更少的水,灌溉更多的农作物,既是解决水资源匮乏的重要途径,也是农业现代化的必经之路,“这些年来,我国一直在推动节水灌溉技术的发展和普及,随着生态发展观念的深入,未来这方面必然会有更大的作为”,姜文来说。

水沃良田 从大水漫灌到精准灌溉的中国农田水利

  水肥一体智能灌溉设备。受访者供图

  喷灌、滴灌、水肥一体等技术逐渐推广,未来会不会有更好的节水灌溉技术?姜文来说,“从目前的发展来看,未来的灌溉技术是会更加现代化、智能化。比如通过各种探头获得作物需求的数据,经过科学的计算,然后实施精准灌溉,在灌溉时间、灌溉量、灌溉用水等方面,完全实现自动控制,效率会更高。”

  新京报记者 周怀宗

  编辑 唐峥 校对 李铭

(责任编辑:赵伊 )
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