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摘要：基于资源型缺水、用水结构性缺水和水质性缺水的困境，介绍提高农业用水效率的先进、实用农业节水灌溉技术。详细介绍各节水技术的类型、应用效果以及优缺点，展望今后农业节水技术创新的重点研究内容。
关键词：农业节水；天然降水；输配水工程；作物节水
中图分类号：S274 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）01-0062-02
1 农业节水措施概述
农业节水内涵包括水资源的合理开发利用与配置、输配水系统节水、田间灌溉过程节水、作物生长水分转化过程节水、用水管理节水及农艺节水增产技术措施等。从用水角度看，灌溉就是通过给农田补充水分来满足作物需求，创造作物生长的良好环境条件，以获得较高的产量。
从水源到形成作物产量要经过以下4个环节：1） 通过渠道或管道将水从水源輸送到田间，对应的技术称为输配水工程技术；2） 将引至田间的灌溉水尽可能均匀地分配到指定的面积上，并转化为土壤水，对应的技术称为灌水技术（如喷灌、微灌、地面灌等）；3） 作物吸收利用土壤水，以维持生理活动；4） 通过作物复杂的生理过程，形成经济产量。
由此可见，后两个环节中常采用灌溉模式来提高灌溉水及降水的利用效率。通过调蓄土壤水分状况，创造作物根系土壤中水、肥、气、热的适宜环境，可达到节水、高产、优质的目的。因此，凡能增加天然降水的有效利用率（如径流调蓄与利用、集雨技术等）、减少输水损失、提高水的利用率和水分生产率的措施、技术和方法均属农业节水范畴。前两个环节的节水潜力比较大，是当前节水的主要途径之一。后两个环节中节水新技术、新成果的应用，提高水生产率的作用显著，是节水条件下增产的主攻方向。农业节水技术是由水源、工程、农业、管理等环节的技术措施组成的综合技术体系。
2 农业节水措施的类型
2.1 充分利用天然降水的技术
提高天然降水的有效利用量，减少灌水次数和灌水定额，是投资最小的节水措施。对有一定降水量的缺水地区，此技术措施的应用意义尤为重大。
平整土地、修水平梯田、机械深松和耕翻、秸秆还田覆盖保墒、筑畦埂、使用保水剂等农业技术措施，均可增加土壤的入渗能力和保水能力。在降雨量200～500 mm的山丘区，可通过人工集流场汇集雨水，并将其存放在调蓄池或水窖中，作为点播浇灌（如坐水种）的水源；有条件的可配置简易式喷灌设备，在作物关键生长期进行灌溉，变雨养农业为集雨农业。
井渠（河）结合，天然降水、地表水和地下水联合运用及雨季回补地下水等措施，既可增加水源调蓄能力，又能减轻洪涝威胁。旱季利用地下水灌溉，可弥补地表水之不足。在不影响防洪排涝的情况下，经合理规划及调节，在河道或排水沟适当位置修堤建闸，梯级拦蓄雨季洪水，既能使其直接作为灌溉水源，又可增加地下水的入渗补给，改善因超采造成地下水位急剧下降的状况。在半干旱、半湿润及湿润地区，采用科学的节水灌溉制度，可人为地对田间（土壤）水分进行调蓄，增加作物对降水的利用率，直接减少灌溉补水，节水效果面广量大。
2.2 输配水工程节水技术
渠道防渗技术能有效减少渠道渗漏损失，提高农业用水利用率。与土渠的防渗漏效果相比，浆砌块石衬砌防渗可减少渗漏损失50%～60%，混凝土衬砌防渗减少渗漏损失60%～70%；塑料薄膜防渗减少渗漏损失70%～80%。
低压管道输水技术是我国北方井灌区发展较快的一种节水技术。管道水利用系数平均在0.95以上。一般情况下，与土渠灌相比，低压管道输水可减少用水量30～40 m3/667 m2，渠道占地10%，提水能耗30%～40%。由于低压管道输水地面灌溉系统具有节水（30%）、节地（7%～13%）、造价低廉、快速输水和便于管理等优点，因此在灌区的推广应用非常迅速。
2.3 田间节水技术
田间灌水技术分为全面灌溉和局部灌溉2种。全面灌溉是指全面湿润整个农田根系活动层的土壤，包括地面灌溉（如畦灌、沟灌、淹灌和漫灌）及喷灌。局部灌溉又称微量灌溉，其只湿润作物周围的土壤，行间或棵间的土壤仍保持干燥，如滴灌、微喷灌、涌灌（涌泉灌）、膜上灌及渗灌等。
2.3.1 节水型地面灌溉 地面灌溉方式在我国占主导地位，占灌溉面积的90%，节水潜力很大。节水型地面灌溉技术包括小畦灌、波涌灌（比一般沟灌节水50%以上，灌水效率70%～80%）、细流沟灌、膜上灌（比常规沟灌节水40%～60%，增产5%～50%）、水平畦田灌等。
2.3.2 喷灌 喷灌是一种先进的节水灌溉技术，与地面灌相比，可节水30%～50%。喷灌具有灌水均匀（80%～90%）、水利用率高（60%～80%）、省水（20%～30%）、作物产量高、适应性强等优点。
2.3.3 微灌 微灌技术是较喷灌更为省水的灌水技术。微灌是利用低压管道系统和灌水器，将水和作物所需的养分直接输送到作物附近的土壤中。局部灌溉的湿润土壤面积小，蒸发损失少，故比喷灌更节水。微灌技术比地面灌溉节水45%～75%。按灌水时水流的出流方式，微灌可分为滴灌、微喷灌及涌泉灌。
2.4 作物节水灌溉技术
在掌握作物耗水特性、生长发育、干物质形成和水分供应之间关系的基础上，将适宜的灌溉模式与农业技术措施相结合，可达到高产、优质、节水的目的。这是从作物本身挖掘节水潜力、以内涵为主提高水分生产率的重要环节。
2.4.1 水稻节水灌溉模式 我国先后研究出一批水稻节水灌溉模式，通过稻田土壤水分及水层深层上、下限灌水指标的适宜组合，用适时适量的灌溉来调节土壤中水、气、热、养分状况，调动水稻自身的调节机能和适应能力，促进和控制水稻根系和植株生长，减少无效水分消耗，实现高产条件下的节水。代表性成果有控制灌溉、浅湿调控灌溉、薄露灌溉、薄浅湿晒灌溉等。这些模式的节水幅度为10%～50%，增产幅度在10%左右，有些模式还能改善稻米品质。
2.4.2 旱作物节水灌溉模式 目前，国内外正在研究和应用的旱作物节水灌溉模式有非充分灌溉、调亏灌溉、控制性分根交替灌溉等。
3 农业节水创新研究思路
我国的农业节水研究有近20 a的历史，取得了一批先进、实用的科研成果，社会效益和经济效益显著，但基于生态环境和友好的节水问题研究不足。今后，应加强对农业节水理论的研究，主要包括：1） 重视植物高效用水机理及需水时空变异规律与耦合尺度效应，开展农业节水理论创新研究。开展节水灌溉条件下作物需水时空变异规律规律及其尺度效应模拟，精准灌溉条件下作物高效用水生理调控指标及其群体生长补偿效应，节水灌溉条件下SPAC系统水分运移与调控指标，节水灌溉条件下水、肥、环境—作物产量模拟及其空间变异，预测节水灌溉和植被生产力提高对水土环境的中长期影响等基础理论研究。研究设施农业精量灌溉技术及最佳控制模式，以及不同灌溉技术要素组合对作物根区水分养分利用效率的影响。通过前沿性理论创新研究，为现代农业可持续发展提供技术储备。2） 重视节水灌溉对生态环境影响机理及其互动效应，促进节水农业的可持续发展。开展劣质水灌溉的污染物迁移转化规律及其稻田生态效应，区域尺度节水条件下生态环境动态响应模拟，节水灌溉条件下稻田生态环境因子的变化规律及其对大气环境的影响，水稻水肥耦合效应与生态环保型运筹，农业节水对生态系统需水、湿地演化与保护及其水生态系统修复的影响等节水与生态环境之间的关系研究。3） 重视节水技术模式与管理创新研究，充分挖掘工程和管理节水潜力。开展生态环保型节水高效灌溉技术模式，数字化灌区灌溉系统水量水质实时监控与水管理闭环自动控制系统，灌区尺度墒情测报与实时灌溉决策支持系统，节水农业补偿机制及其经济、社会、环境响应模型等研究。
关键词：农业节水；天然降水；输配水工程；作物节水
中图分类号：S274 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）01-0062-02
1 农业节水措施概述
农业节水内涵包括水资源的合理开发利用与配置、输配水系统节水、田间灌溉过程节水、作物生长水分转化过程节水、用水管理节水及农艺节水增产技术措施等。从用水角度看，灌溉就是通过给农田补充水分来满足作物需求，创造作物生长的良好环境条件，以获得较高的产量。
从水源到形成作物产量要经过以下4个环节：1） 通过渠道或管道将水从水源輸送到田间，对应的技术称为输配水工程技术；2） 将引至田间的灌溉水尽可能均匀地分配到指定的面积上，并转化为土壤水，对应的技术称为灌水技术（如喷灌、微灌、地面灌等）；3） 作物吸收利用土壤水，以维持生理活动；4） 通过作物复杂的生理过程，形成经济产量。
由此可见，后两个环节中常采用灌溉模式来提高灌溉水及降水的利用效率。通过调蓄土壤水分状况，创造作物根系土壤中水、肥、气、热的适宜环境，可达到节水、高产、优质的目的。因此，凡能增加天然降水的有效利用率（如径流调蓄与利用、集雨技术等）、减少输水损失、提高水的利用率和水分生产率的措施、技术和方法均属农业节水范畴。前两个环节的节水潜力比较大，是当前节水的主要途径之一。后两个环节中节水新技术、新成果的应用，提高水生产率的作用显著，是节水条件下增产的主攻方向。农业节水技术是由水源、工程、农业、管理等环节的技术措施组成的综合技术体系。
2 农业节水措施的类型
2.1 充分利用天然降水的技术
提高天然降水的有效利用量，减少灌水次数和灌水定额，是投资最小的节水措施。对有一定降水量的缺水地区，此技术措施的应用意义尤为重大。
平整土地、修水平梯田、机械深松和耕翻、秸秆还田覆盖保墒、筑畦埂、使用保水剂等农业技术措施，均可增加土壤的入渗能力和保水能力。在降雨量200～500 mm的山丘区，可通过人工集流场汇集雨水，并将其存放在调蓄池或水窖中，作为点播浇灌（如坐水种）的水源；有条件的可配置简易式喷灌设备，在作物关键生长期进行灌溉，变雨养农业为集雨农业。
井渠（河）结合，天然降水、地表水和地下水联合运用及雨季回补地下水等措施，既可增加水源调蓄能力，又能减轻洪涝威胁。旱季利用地下水灌溉，可弥补地表水之不足。在不影响防洪排涝的情况下，经合理规划及调节，在河道或排水沟适当位置修堤建闸，梯级拦蓄雨季洪水，既能使其直接作为灌溉水源，又可增加地下水的入渗补给，改善因超采造成地下水位急剧下降的状况。在半干旱、半湿润及湿润地区，采用科学的节水灌溉制度，可人为地对田间（土壤）水分进行调蓄，增加作物对降水的利用率，直接减少灌溉补水，节水效果面广量大。
2.2 输配水工程节水技术
渠道防渗技术能有效减少渠道渗漏损失，提高农业用水利用率。与土渠的防渗漏效果相比，浆砌块石衬砌防渗可减少渗漏损失50%～60%，混凝土衬砌防渗减少渗漏损失60%～70%；塑料薄膜防渗减少渗漏损失70%～80%。
低压管道输水技术是我国北方井灌区发展较快的一种节水技术。管道水利用系数平均在0.95以上。一般情况下，与土渠灌相比，低压管道输水可减少用水量30～40 m3/667 m2，渠道占地10%，提水能耗30%～40%。由于低压管道输水地面灌溉系统具有节水（30%）、节地（7%～13%）、造价低廉、快速输水和便于管理等优点，因此在灌区的推广应用非常迅速。
2.3 田间节水技术
田间灌水技术分为全面灌溉和局部灌溉2种。全面灌溉是指全面湿润整个农田根系活动层的土壤，包括地面灌溉（如畦灌、沟灌、淹灌和漫灌）及喷灌。局部灌溉又称微量灌溉，其只湿润作物周围的土壤，行间或棵间的土壤仍保持干燥，如滴灌、微喷灌、涌灌（涌泉灌）、膜上灌及渗灌等。
2.3.1 节水型地面灌溉 地面灌溉方式在我国占主导地位，占灌溉面积的90%，节水潜力很大。节水型地面灌溉技术包括小畦灌、波涌灌（比一般沟灌节水50%以上，灌水效率70%～80%）、细流沟灌、膜上灌（比常规沟灌节水40%～60%，增产5%～50%）、水平畦田灌等。
2.3.2 喷灌 喷灌是一种先进的节水灌溉技术，与地面灌相比，可节水30%～50%。喷灌具有灌水均匀（80%～90%）、水利用率高（60%～80%）、省水（20%～30%）、作物产量高、适应性强等优点。
2.3.3 微灌 微灌技术是较喷灌更为省水的灌水技术。微灌是利用低压管道系统和灌水器，将水和作物所需的养分直接输送到作物附近的土壤中。局部灌溉的湿润土壤面积小，蒸发损失少，故比喷灌更节水。微灌技术比地面灌溉节水45%～75%。按灌水时水流的出流方式，微灌可分为滴灌、微喷灌及涌泉灌。
2.4 作物节水灌溉技术
在掌握作物耗水特性、生长发育、干物质形成和水分供应之间关系的基础上，将适宜的灌溉模式与农业技术措施相结合，可达到高产、优质、节水的目的。这是从作物本身挖掘节水潜力、以内涵为主提高水分生产率的重要环节。
2.4.1 水稻节水灌溉模式 我国先后研究出一批水稻节水灌溉模式，通过稻田土壤水分及水层深层上、下限灌水指标的适宜组合，用适时适量的灌溉来调节土壤中水、气、热、养分状况，调动水稻自身的调节机能和适应能力，促进和控制水稻根系和植株生长，减少无效水分消耗，实现高产条件下的节水。代表性成果有控制灌溉、浅湿调控灌溉、薄露灌溉、薄浅湿晒灌溉等。这些模式的节水幅度为10%～50%，增产幅度在10%左右，有些模式还能改善稻米品质。
2.4.2 旱作物节水灌溉模式 目前，国内外正在研究和应用的旱作物节水灌溉模式有非充分灌溉、调亏灌溉、控制性分根交替灌溉等。
3 农业节水创新研究思路
我国的农业节水研究有近20 a的历史，取得了一批先进、实用的科研成果，社会效益和经济效益显著，但基于生态环境和友好的节水问题研究不足。今后，应加强对农业节水理论的研究，主要包括：1） 重视植物高效用水机理及需水时空变异规律与耦合尺度效应，开展农业节水理论创新研究。开展节水灌溉条件下作物需水时空变异规律规律及其尺度效应模拟，精准灌溉条件下作物高效用水生理调控指标及其群体生长补偿效应，节水灌溉条件下SPAC系统水分运移与调控指标，节水灌溉条件下水、肥、环境—作物产量模拟及其空间变异，预测节水灌溉和植被生产力提高对水土环境的中长期影响等基础理论研究。研究设施农业精量灌溉技术及最佳控制模式，以及不同灌溉技术要素组合对作物根区水分养分利用效率的影响。通过前沿性理论创新研究，为现代农业可持续发展提供技术储备。2） 重视节水灌溉对生态环境影响机理及其互动效应，促进节水农业的可持续发展。开展劣质水灌溉的污染物迁移转化规律及其稻田生态效应，区域尺度节水条件下生态环境动态响应模拟，节水灌溉条件下稻田生态环境因子的变化规律及其对大气环境的影响，水稻水肥耦合效应与生态环保型运筹，农业节水对生态系统需水、湿地演化与保护及其水生态系统修复的影响等节水与生态环境之间的关系研究。3） 重视节水技术模式与管理创新研究，充分挖掘工程和管理节水潜力。开展生态环保型节水高效灌溉技术模式，数字化灌区灌溉系统水量水质实时监控与水管理闭环自动控制系统，灌区尺度墒情测报与实时灌溉决策支持系统，节水农业补偿机制及其经济、社会、环境响应模型等研究。