我国高效节水型可持续农业发展模式选择，本文主要内容关键词为：高效论文,可持续论文,农业发展论文,节水型论文,模式论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
当前我国农业发展正由过去的传统农业向高产、高效、优质的现代农业方向转变，但农业资源已濒临承载的极限。因此，我国农业的根本特征是强烈的资源约束型农业[1]。有鉴于此，我国农业发展应该走“集约持续农业”的道路[2]。也就是说，我国农业发展今后应更加注重农业资源的高效利用，以保证农业的高效、稳定、持续发展。因此，“如何适应经济改革，改变高消耗资源为节约利用资源，变资源低效型农业为资源高效型农业，实现高效、节约、持续地利用有限的农业资源已成为农学家和资源学界一个亟待研究和解决的问题”[3]。水资源短缺是一个世界性问题，在我国表现得尤为突出，而农业用水占社会总用水量的70%以上，日益增长的人口和不断提高的生活水平对农畜产品需求不断增加，促使灌溉农业、节水农业、旱地农业和雨养农业成为21世纪我国农业发展的重要研究内容[4]。本文试从节水农业的发展背景和技术分析，探讨适合我国不同农业区域的高效节水型农业可持续发展模式，促进我国不同特色节水农业模式的建立与发展。
1 高效节水型农业的发展背景与国内外发展概况
1.1 高效节水农业的发展背景
我国是世界上13个贫水国之一，人均水资源占有量为2300m[3]，只有世界人均水平的1/4，居世界第109位，每公顷水资源平均拥有量27000m[3]，只有世界平均水平的2/3，且有限的水资源时空分布不均；农业季节性、区域性干旱突出，90年代以来，年均受旱面积均在2000万hm[2]以上；全国600多个城市一半以上发生水危机；地下水超采，区域地下水漏斗面积达8.2万hm[2][5]。水资源紧缺已成为我国国民经济和社会可持续发展的重要限制因素。江泽民同志强调指出“各级领导都要有一种强烈的意识，就是十分注意节约用地、节约用水，这两件事涉及农业的根本、人类生存的根本，在我国尤其意义重大”。江总书记还指出“大力推进科教兴农发展高效、高产、优质农业和节水农业”。陈俊生同志提出“发展节水农业是当前和今后我国农业发展的一个关键问题”。但目前我国农业用水的状况，一边是水资源紧张，一边是浪费严重，据统计，农业用水的利用率仅40%，仅为发达国家的一半左右；单方水的粮食生产能力仅有0.85kg左右，远低于世界发达国家2kg以上的水平[5]。在我国农业用水中，假若2470亿m[3]的水损中有1330亿m[3]的水通过节水措施得以充分利用，在总用水量不变的情况下，可增加灌溉面积6000万hm[2]，年多产粮食4000多亿kg，相当12亿人口一年的口粮[6]。由此可见，解决水资源缺短问题的根本出路是发展节水农业，创建高效节水型农业持续发展模式。
1.2国内外发展概况
全球性的水资源危机，促使世界各国都在致力于发展各具特色的节水型农业，以解决本国、本地区的农业灌溉用水供应不足问题。因为节水农业不仅节水、节能、减少耕地占用、提高水土资源的利用效率，而且管理方便，省工省时，大大提高了工作效率，实现了节水、高产、高效的目标。美、英、法等国都大力推行了喷灌、滴灌、微灌、渗灌等先进的节水灌溉技术，1996年美国喷灌面积为1082.2万hm[2]，占全美国灌溉面积的43.89%，其中园形和平移式大型自动喷灌机灌溉面积占64.3%；在罗马尼亚全国耕地面积80%以上的灌溉面积是喷灌，大多数是移动管道式喷灌。70年代中期全世界滴灌和微喷灌面积仅5.66万hm[2]，至1991年达160万hm[2][7]。以色列以节水为中心开展的资源高效利用，使单位面积灌水量从1949年的8566m[3]/hm[2]·a减少到1994年的6171m[3]/hm[2]·a，灌溉水分利用率从1949年的1.6kg/m[3]上升到1989年的2.32kg/m[3]，到本世纪末将达4.31kg/m[3][8]。目前，以色列微灌面积占总灌溉面积的40%，达10.4万hm[2]，其余为喷灌，并普遍推广了自动控制系统，约80%的喷灌系统配有施肥装置。滴灌一般用于精密耕作地，其灌水利用率达95%，微喷灌用于果园，灌水效率为85%，喷灌用于大田作物，灌水效率为70%～80%；同时，60%的城市污水处理后可用于灌溉，1985年有15%的农业用水来源于劣质水、咸水及城市污水，预计到2010年将提高到37%[9]。
我国从50年代末开始节水灌溉技术设备的引进、开发、研究与应用，至1996年底全国节水灌溉面积达1420万hm[2]，占全国灌溉面积的28.0%，其中渠道防渗工程667万hm[2]，管道输水工程453万hm[2]，喷灌工程107万hm[2]，微灌工程6万hm[2][7]。与世界发达国家相比，我国节水农业的道路还很漫长，任务十分艰巨。
2 高效节水型农业的技术基础
2.1土壤水开发利用技术
(1)地膜秸秆覆盖技术。农田地膜秸秆覆盖在我国发展十分迅速，1996年全国覆盖面积达533.33万hm[2]。地膜秸秆覆盖改变了土壤—植物—大气间的能量交换和水分传输过程，改善了农田小气候，创造了作物适宜的水分和温度环境，不仅增温保墒节水增产，而且提高水分生产率。开封沙地试验站田间试验表明，西瓜地膜覆盖和花生秸秆覆盖较不覆盖潮湿雏形土耕层水分含量增加4.8%～14.6%和4.5%～38.5%，0～40cm土层蓄水量增加5.9%～23.4%，花生增产31.8%，且保水效果显著。
(2)水肥耦合技术。根据土壤肥力和农业生态学原理，通过合理施肥，培肥土壤肥力，以肥调水，以水保肥，肥水结合，充分发挥水肥的协同效应和相互促进机制，提高作物的抗旱能力和水分利用效率。开封沙地试验站长期田间试验结果表明，在氮磷肥不变的基础上，土壤耕层蓄水量与有机肥施用量呈显著正相关，水分利用率也随之而增加，每增施15t/hm[2]有机肥，水分利用率增加0.6kg/mm.hm[2]。同时，土壤耕层有效养分明显提高，在30～90t/hm[2]有机肥范围内，有机质、全氮、水解氮、速效钾和阳离子代换量的增长率分别为72.2%～127.8%、25.9%～36.7%、33.1%～66.9%、7.8%～39.2%、9.5%～32.7%。
(3)优化作物布局与耐旱品种筛选。通过调整作物布局，建立不同根系农作物的间套轮作，可以较充分地利用不同层次的土壤水分，提高土壤水利用效率和单位土地生物学产量，形成不同区域适应性的高效种植模式，达到增产、节水与高效相结合。在合理间套轮作下，一般农田水分利用效率提高1.5～2.25kg/mm·hm[2]，增产15%～30%。若选用抗旱、节水、高产品种一般较原主栽品种增产10%～25%，水分利用效率提高1.5～2.25kg/mm·hm[2][10]。目前，我国已进行抗旱、丰产性鉴定的作物品种100多个，应用取得了耐旱、节水、增产、高效和提高土壤水分利用率的良好结果。如粮饲兼用抗旱高产玉米新品种冀丰58，抗旱冬小麦新品种（系）邯4564，71～3，超高产甘薯新品种SL～01，郑旱1号小麦及“豫麦38”、“豫麦48”等都有上佳表现。
(4)少耕免耕节水技术。少耕免耕耕作法具有土壤结构好、耗能少、增加土壤有机质、维持土壤生态良性循环等优点，同时提高土壤贮水量，减少水分蒸发。据美国内布拉斯加州统计资料，常规耕作蒸发损失为88%，而免耕法只有57%，土壤贮水率增加10%～20%，作物产量增加900kg/hm[2]左右。
2.2节水灌溉技术
目前，世界上采用的节水灌溉技术很多，主要有低压管道输水灌溉技术、渠道防渗技术、喷灌技术、微灌（包括滴灌、微喷灌、涌泉灌）技术、膜上灌技术、地下灌溉技术等等，研究和生产实践表明，它们具有节水、节地、节能、增产、省工省时等多项功能。因为这些灌溉技术紧紧抓住了农业节水中的三个重要环节，即输送环节、灌溉环节和农产环节。低压管道输水大大减少了输水过程中的渗漏、蒸发损失，水的输送有效利用率达95%以上，并减少耕地占用，提高输水速度，缩短灌溉时间；渠道防渗与土渠相比，可减少渗漏损失60%～90%以上；喷灌与地面灌溉相比，大田作物节水30%～50%，增产10%～30%；微灌与膜上灌较常规节水50%～80%和40%～60%；地下灌溉可减少表土蒸发损失，灌溉水利用率较高，一般可增产10%～30%[10]。
近年来，西北农业大学等通过土壤—植物—大气连续体水分传输和节水机理研究，提出了农田节水调控的新思路，即控制性分根交替灌溉，以盆栽玉米控制性分根交替灌水进行实验，试验结果表明，当土壤含水量为田间持水量的55%～65%时，控制1/2根区交替灌水其用水量减少34.4%～36.8%，而生物量仅下降6%～12%，水分利用效率、根冠比、气孔阻力明显增加，叶片蒸腾速率明显下降，蒸腾效率提高而光合速率未明显变化。控制1/2根系区域交替灌水比固定1/2区域灌水的用水效率明显提高，根系总量和根冠比增加，根系分布均匀，地上部生物产量增加。初步证明控制性分根交替灌水是一种高效而可行的节水新技术[11]。
2.3抗旱、保水制剂节水技术
利用高分子化合物的吸水、保水功能，制成的抗旱剂、壮根剂、保水剂等，可达到抑制作物生长发育中过度的水分蒸腾，防止奢侈耗水，减轻干旱危害，促进作物根系下扎提高土壤深层水分利用。目前，我国已研制成功壮丰安、氟铃脲、复合包衣剂、黄腐酸及多功能抑蒸抗旱剂和ABT生根粉等多种保水剂、壮根剂、抗旱剂，在农业生产中起到了良好的节水、保墒和增产效果。试验表明“壮丰安”可促使小麦等作物增强抗旱、抗寒、抗倒伏等多种功效，增产10%～15%。小麦、玉米经保水剂拌种，出苗率提高20%～30%，增产15%～25%；喷黄腐酸可使作物叶片蒸腾速率降低19%～27%，田间耗水量减少7%～9%，增产9%～12%，水分利用效率提高25%～35%；用ABT生根粉拌种或浸种，可提高土壤储水利用率20%以上[10]。
3 建立我国高效节水型农业可持续发展模式
针对我国的水资源状况，国务院批准的《21世纪议程》指出：“中国的可持续发展应建立在水资源的可持续利用和良好的生态环境上，而水资源的可持续利用是所有自然资源保护和可持续利用中最主要的一个问题”。也就是说，我国农业经济持续发展不能靠浪费水资源和破坏生态环境来维持，必须建立在节水灌溉的基础之上，只有全面地实行节水战略，才能保证我国农业长期而持久地发展，最终促使我国农业经济走上可持续发展的健康轨道。我国农业历史悠久，但农业发展水平仍较低，尤其面对农业水资源严重匮乏的局面，节水农业的发展还十分薄弱，要迅速扭转这种局面，实现农业的节水、高产、高效持续发展，必须在现代农业科学的基础上，建立一个集高产、高效、优质、节水、低耗为一体的高效节水农业持续发展体系，促使我国农业由高效低效型向低耗高效型的顺利转变。根据我国农业资源和水资源特点及其农业发展特色实际，笔者认为，应逐步建立和发展不同特色的抗旱型、立体型、免耕型、复合型、设施型等集约高效节水型农业持续发展模式，以适应未来我国农业高效持续发展的客观需要，迎接WTO对我国农产品的挑战。
(1)抗旱型。抗旱型节水农业模式就是利用抗旱作物品种为主植作物或抗旱作物品种与相对耗水作物优化搭配，通过一系列的土壤保水增墒技术，如地膜秸秆覆盖、保水剂、壮苗剂和抗旱剂的施用，以及农田保墒节水技术等，达到增产、高效、节水的种植模式。在半干旱及半湿润易旱区发展抗旱型节水农业对解决群众温饱、挖潜资源潜力具有重大的生产与实践意义。
(2)立体型。立体型节水农业是根据区域农业资源的时间、空间分布特征和农作物生产特性，建造不同农作物立体种植群落，以充分地利用大气水—地表水—土壤水—地下水，提高水资源的利用效率，达到节水增产和用水高效的目的，实现农田系统资源、环境和经济效益的整体提高。根据黄淮海平原光热资源充足、降水夏秋较多、地下水质量好的特点，应积极发展粮、经、饲相结合的立体种植模式，如小麦／棉花／西瓜、小麦／西瓜／花生、小麦—红薯／玉米、小麦／大豆／玉米、小麦／玉米／玉米／土豆、小麦／西瓜—蔬菜、大蒜／西瓜—蔬菜等多熟栽培制，通过生产实践已取得良好的社会、经济和环境效益[12]。
(3)设施型。设施型节水农业模式是利用当代先进的科学技术，建立温室、大棚或弓棚，高效利用光热、水、土等农业资源，集节水、节地、节能、高产、高效和优质为一体的集约化、规模化和产业化的高效集约种植模式。目前我国采用先进节水灌溉技术（如滴灌、微灌）的高效节水农业都是以温室和大棚为主的设施型农业，而对旱区集水节水灌溉的研究、应用较少。因此，今后我国农业持续高效发展应将设施型节水农业作为重要研究内容之一，进行研究与应用[13]。
(4)免耕型。免耕型节水农业是指采用保护地栽培措施，如保护性耕作或带状耕作，在尽量不翻转土壤或带状耕作的条件下播种施肥、尽可能保留茎叶残存覆盖地表及用化学药剂除草和防治病虫害，以达到保水、增产，并维持良性生态循环的一种先进的农业生产模式。它具有不破坏土壤结构、增加土壤有机质、减少地面蒸发、提高土壤保蓄性能、耗能少等多种功能。目前这种节水农业模式在国外发展很快，如美国在90年代初以每年360万hm[2]的速度发展。就我国而言，今后可在黄土高原水土流失区进行试验研究与推广应用。
(5)复合型。复合型节水农业是指农业生态系统中，根据农田生态环境改善、或提高单位土地经济效益、或为充分利用其水土生物资源等建造起来的农、林、牧相结合的综合利用模式。如农林复合型、农果复合型、农牧复合型等都是充分利用当地水土资源的复合型节水农业持续发展模式。农林复合型是以农田生态防护为主充分利用地下水—土壤水—大气水的生态农业模式，主要有农桐间作、农条间作及农田林网等多种类型，起到了防风固沙、改善农田小气候、保障农业生产、提高水资源利用效率等多种功效，实现了系统效益的整体提高[14]。农果复合型是以增加经济收入为主、充分利用光、热、水、土资源的区域农业生态模式，如农枣、农柿、农葡、农桃（梨）等间作方式[14]，既提高了单位土地效益，又增强了农田保土保水性能，同时提高土壤水、大气水、地下水利用效率。农牧复合型也是一种以提高单位经济效益为目的的生态农业模式，如草基鱼塘式、稻鱼结合式等，实现了农牧业协同发展和经济、生态效益的同步提高。
(6)集水农业。集水农业是指在干旱和半干旱丘陵地区，通过雨水汇集利用技术，将较大强度降水所产生的地表径流汇集起来，在需要的时候供给作物利用的农业生产方式，又称雨水汇集农业。雨水高效利用在美、以、澳和印度等已取得成功经验，以色列在中部山区利用汇集雨水发展喷灌、滴灌等节水农业取得了极大的社会、经济和生态效益。80年代以来，陕、晋、陇、蒙、宁等地相继开展了人工汇集雨水利用研究，储存了较为系列的雨水汇集技术。通过雨水汇集，发展集水农业，一方面可较好利用降水资源，解决人畜用水问题，另一方面可利用雨水汇集积存的水发展喷灌、微灌等高效节水农业，解决群众温饱，减少居民对环境的压力，逐步形成生态、经济和人类生存相互协调、共同发展的良性循环体系，促进当地农业、经济和环境的可持续发展。