康紹忠
(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)中國農(nóng)業(yè)水問題研究中心,100083,北京)
水資源可持續(xù)利用與食物安全保障是人類社會(huì)持續(xù)發(fā)展的最基本支撐點(diǎn)。水安全是食物安全的基礎(chǔ),水資源短缺將直接導(dǎo)致食物生產(chǎn)的波動(dòng),從而在源頭上導(dǎo)致真正的食物危機(jī)。農(nóng)業(yè)是最主要的用水部門,消耗了全球總用水量的70%,提高農(nóng)業(yè)用水效率是保障全球水安全與食物安全的重要途徑。
2035年全球人口將增加到87億,對(duì)糧食的需求將從2016年的26億t增加到60億t以上。發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)科技對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率已達(dá)70%~80%,農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、組織化、合作化、規(guī)模化程度很高。無論從哪種模式起步,各國最終都轉(zhuǎn)向了以機(jī)械化、良種化、化學(xué)化、電氣化、信息化等為主要內(nèi)容的全面農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。發(fā)展產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已成為當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重大趨勢(shì)。我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)正面臨著全球化、市場(chǎng)化、互聯(lián)網(wǎng)化和綠色化的深刻變革,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程正向著全程全面機(jī)械化以及信息化、自動(dòng)化和精準(zhǔn)化邁進(jìn)。在農(nóng)業(yè)全程全面機(jī)械化的進(jìn)程中,沒有灌溉工程和灌溉技術(shù)的現(xiàn)代化,就沒有農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化迫切需要灌溉現(xiàn)代化。
我國以占全球6%的淡水資源、9%的耕地養(yǎng)活了全球21%的人口,農(nóng)業(yè)灌溉功不可沒。但我國水資源緊缺,年人均水資源量2 100 m3,僅占世界平均水平的28%;每公頃耕地水資源占有量21 000 m3,僅占世界平均水平的50%。另一方面,2017年我國農(nóng)業(yè)用水占總用水量的62.3%,而世界發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)用水比例多在50%以下;我國灌溉水有效利用系數(shù)僅為0.548,低于節(jié)水先進(jìn)國家0.7~0.8的水平。緩解水資源短缺和區(qū)域灌溉用水增加導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問題,迫切需要降低農(nóng)業(yè)灌溉用水量。然而盲目減少灌溉用水量將導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力下降,威脅國家食物安全和農(nóng)產(chǎn)品有效供給。如何根據(jù)水資源承載力發(fā)展適水農(nóng)業(yè),大力提高農(nóng)業(yè)用水效率,成為破解農(nóng)業(yè)用水短缺與食物持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)矛盾的關(guān)鍵。充分認(rèn)清目前及未來變化環(huán)境下的水資源安全和食物安全形勢(shì),找準(zhǔn)農(nóng)業(yè)適水發(fā)展和農(nóng)業(yè)水資源高效利用的核心問題,通過科技進(jìn)步與管理改革提高水的利用效率,在保障優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的前提下大幅度減少農(nóng)業(yè)用水量,是解決當(dāng)前中國水危機(jī)并保障食物安全與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本途徑。
近期國家發(fā)展改革委和水利部聯(lián)合印發(fā)了《國家節(jié)水行動(dòng)方案》,在農(nóng)業(yè)節(jié)水方面,提出農(nóng)業(yè)節(jié)水增效行動(dòng)及大力推進(jìn)節(jié)水灌溉和優(yōu)化調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)兩項(xiàng)節(jié)水重點(diǎn)任務(wù)。這些措施的落實(shí)迫切需要推動(dòng)我國適水農(nóng)業(yè)發(fā)展,推動(dòng)綠色高效節(jié)水。
適水農(nóng)業(yè)就是以水定農(nóng)業(yè)規(guī)模、以水定種植結(jié)構(gòu)、以水定作物產(chǎn)量,控制水資源開發(fā)利用的不利環(huán)境影響,保障水資源可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展適水農(nóng)業(yè)是更高層面的農(nóng)業(yè)高效節(jié)水戰(zhàn)略。華北平原農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)已研究推廣30多年,并沒有改變地下水資源繼續(xù)惡化的現(xiàn)狀,主要原因是種植制度一直向高耗水結(jié)構(gòu)發(fā)展;西北內(nèi)陸干旱區(qū)流域由于上中游灌溉面積盲目擴(kuò)大,引發(fā)了下游嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問題,近些年雖然流域重點(diǎn)治理取得一些成效,但灌區(qū)改造和節(jié)水措施實(shí)施后灌溉面積反而增加,區(qū)域總耗水不減反增;東北三江平原大規(guī)模打井發(fā)展水稻灌溉,也導(dǎo)致了一些區(qū)域的地下水水位下降。產(chǎn)生上述問題的根本原因是農(nóng)業(yè)沒有“適水”發(fā)展、種植結(jié)構(gòu)不合理。
例如,河北高耗水蔬菜種植比例逐年增加,其年灌溉用水從20世紀(jì)70年代的12.2億m3增至現(xiàn)在的近40億m3,區(qū)域蔬菜用水增加量遠(yuǎn)大于農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)應(yīng)用的節(jié)水量,存在面積無序擴(kuò)大、效益不穩(wěn)等問題。目前河北蔬菜種植面積122萬hm2,年總產(chǎn)量8 126萬t,而按京津冀地區(qū)人均營養(yǎng)消費(fèi)140 kg/a(2020年食品營養(yǎng)綱要規(guī)定值)計(jì)算,年消費(fèi)蔬菜不超過2 000萬t,每年高達(dá)6 000萬t被調(diào)出或浪費(fèi),按照蔬菜水分生產(chǎn)效率平均27 kg/m3計(jì)算,相當(dāng)于多消耗水量22億m3,約占河北省農(nóng)業(yè)地下水年超采量的40%以上。
隨著水資源進(jìn)一步短缺及農(nóng)業(yè)用水份額持續(xù)降低,必須堅(jiān)持適水發(fā)展和節(jié)水優(yōu)先戰(zhàn)略,根據(jù)不同區(qū)域水資源特點(diǎn),通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)、協(xié)同推進(jìn),以水定種、以水限產(chǎn)、提質(zhì)增效。結(jié)合當(dāng)前深化農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,適度壓縮京津冀地下水嚴(yán)重超采區(qū)高耗水蔬菜和糧食產(chǎn)能,但應(yīng)充分認(rèn)識(shí)冬小麥的生態(tài)功能,短期不宜大規(guī)模壓縮其種植面積,而應(yīng)以水限產(chǎn),提升品質(zhì)。建立適水農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu),適度縮減高耗水蔬菜種植規(guī)模,壓減蔬菜種植面積25%~30%,即30.5萬~36.7萬hm2,一年可減少灌溉用水10億~12億m3,對(duì)減少地下水開采效果顯著。同時(shí)在穩(wěn)定蔬菜價(jià)格和提升品質(zhì)基礎(chǔ)上,保障農(nóng)民收益。
在缺水區(qū)利用節(jié)水補(bǔ)償政策引導(dǎo)農(nóng)民降低灌溉用水強(qiáng)度,發(fā)展非充分灌溉。中國科學(xué)院遺傳發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源中心的研究表明,河北玉米休閑期土壤蒸發(fā)110~130 mm,冬小麥休閑期土壤蒸發(fā)60~120 mm。減少種植面積和熟制,將增加土壤無效蒸發(fā)損失,對(duì)產(chǎn)量影響大,而通過降低單位面積灌溉用水強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)量影響較小,并可大面積實(shí)施,壓減灌溉水量。針對(duì)淺層地下水超采的北京市6個(gè)區(qū)(縣)、天津市9個(gè)區(qū)(縣)和河北省50個(gè)縣(市),保持當(dāng)前的“冬小麥—夏玉米”一年兩熟制不變,實(shí)施冬小麥減少灌溉次數(shù),足墑播種,前期適度虧缺的方法,促進(jìn)小麥根系深扎,充分利用土壤水,拔節(jié)期灌溉一次,干旱年在開花期追加一次灌水,冬小麥生育期減少耗水70~90 mm,產(chǎn)量穩(wěn)定在6 000 kg/hm2,夏玉米產(chǎn)量保持不變,對(duì)區(qū)域糧食安全不會(huì)造成顯著影響,并可基本實(shí)現(xiàn)淺層地下水采補(bǔ)平衡。通過發(fā)展優(yōu)質(zhì)小麥,提升小麥品質(zhì)可基本保障農(nóng)民收入不減少。
在嚴(yán)重缺水區(qū)利用補(bǔ)貼政策引導(dǎo)農(nóng)民發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)。針對(duì)深層地下水嚴(yán)重超采的河北省51個(gè)縣和天津4個(gè)區(qū)(縣),考慮到京津冀對(duì)我國小麥供應(yīng)的重要性以及冬小麥秋播后可形成有效地表覆蓋層,對(duì)減少冬春沙塵風(fēng)險(xiǎn)有重要作用,保持當(dāng)前“冬小麥—夏玉米”一年兩熟制和種植面積不變,但可減少籽粒玉米面積,增加青貯玉米面積,有利于農(nóng)牧結(jié)合,有機(jī)質(zhì)還田,提升土壤肥力,發(fā)展較少依賴地下水抽取的半旱地農(nóng)業(yè)。冬小麥生育期不灌溉,玉米播種可適當(dāng)灌水一次,保證正常出苗,維持小麥—玉米農(nóng)田年耗水600 mm左右,可實(shí)現(xiàn)深層地下水位不再下降,冬小麥單產(chǎn)會(huì)降低1800~2250kg/hm2,但可保障當(dāng)?shù)剞r(nóng)民口糧安全。通過財(cái)政補(bǔ)助 3 750~4 500元/hm2,可彌補(bǔ)農(nóng)民由于減產(chǎn)造成的收益降低。
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)中國農(nóng)業(yè)水問題研究中心承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金“黑河流域生態(tài)—水文集成研究”重大計(jì)劃集成項(xiàng)目成果表明,過去30年西北內(nèi)陸干旱區(qū)河西走廊黑河流域中游農(nóng)業(yè)區(qū)耕地規(guī)模擴(kuò)張了343 km2,灌溉用水量增加,水域面積減少,地下水超采,導(dǎo)致地下水位下降,生態(tài)環(huán)境惡化,生態(tài)服務(wù)價(jià)值減小。單位面積耗水呈不顯著增加趨勢(shì),而區(qū)域總耗水呈顯著增加趨勢(shì),特別是最近10年總耗水增加了2.0億m3,這主要是由于耕地和灌溉面積增大而致;未來變化環(huán)境下,綠洲耗水還將增加0.43億~1.44億m3?,F(xiàn)狀條件下綠洲地下水負(fù)均衡平均約2.76億m3/a,未來變化環(huán)境下可能增加到4億m3/a。因此,控制農(nóng)業(yè)開發(fā)規(guī)模與優(yōu)化種植結(jié)構(gòu),發(fā)展適水農(nóng)業(yè),減少地下水開采量,提升灌溉水生產(chǎn)力是中游綠洲水資源可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。按照生態(tài)健康標(biāo)準(zhǔn),黑河中游適宜的農(nóng)業(yè)規(guī)模偏豐水年1 571 km2,需要在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上壓縮農(nóng)業(yè)種植面積358 km2;種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化在給定農(nóng)業(yè)用水條件下,糧食玉米和制種玉米分別調(diào)減9153hm2和2680hm2;小麥和飼草分別調(diào)增4667hm2和8 213 hm2;高原夏菜調(diào)減2653hm2;糧經(jīng)飼比例由現(xiàn)狀 19.4∶78.7∶1.7 調(diào)整為 16.0∶76.2∶7.8。耗水時(shí)空格局優(yōu)化可使得綠洲農(nóng)業(yè)種植效益提升8.87%;通過優(yōu)化配水較現(xiàn)狀配水可節(jié)約0.55億m3。
迫切需要依靠科技創(chuàng)新推動(dòng)水資源嚴(yán)重短缺區(qū)發(fā)展提質(zhì)增效的適水農(nóng)業(yè)新模式,提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭力。應(yīng)盡快組織啟動(dòng)水資源嚴(yán)重短缺區(qū)適水農(nóng)業(yè)科技專項(xiàng),根據(jù)不同區(qū)域特點(diǎn),研究氣候變化和未來不確定條件下農(nóng)業(yè)用水總量紅線和單位面積耗水強(qiáng)度紅線,研制高效低成本農(nóng)業(yè)用水監(jiān)控設(shè)備以及區(qū)域聯(lián)網(wǎng)用水監(jiān)控系統(tǒng),研究適水作物種植結(jié)構(gòu)和熟制,探索區(qū)域適水農(nóng)業(yè)發(fā)展新模式,最終實(shí)現(xiàn)依靠科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)水資源嚴(yán)重短缺條件下適水農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。
農(nóng)業(yè)高效節(jié)水要從生物節(jié)水、農(nóng)藝節(jié)水、工程節(jié)水三方面挖掘潛力,三者缺一不可。
我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)迫切需要轉(zhuǎn)型升級(jí)、提質(zhì)增效和綠色發(fā)展。近些年,我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的比較效益逐年減小,主要糧食作物產(chǎn)值已接近生產(chǎn)成本,農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼幅度已經(jīng)逼近國際貿(mào)易黃線;農(nóng)村勞動(dòng)力減少,人工成本增加較快;農(nóng)戶分散經(jīng)營,我國農(nóng)業(yè)勞均負(fù)擔(dān)耕地面積約0.2 hm2,世界平均1.07 hm2。所以我國農(nóng)業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率低,缺乏競(jìng)爭力。近年,我國耕地流轉(zhuǎn)持續(xù)推進(jìn),耕地流轉(zhuǎn)規(guī)模已經(jīng)從2007年的426.7萬hm2增加到2016年的3140萬hm2,流轉(zhuǎn)面積占比達(dá)到35.1%。合作社與家庭農(nóng)場(chǎng)是耕地流轉(zhuǎn)去向的主要主體,截至2016年年底,我國有家庭農(nóng)場(chǎng)約87.7萬個(gè),經(jīng)營耕地面積1 173萬hm2,平均規(guī)模 13.35 hm2,逐漸成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生力軍。根據(jù)我們調(diào)查,當(dāng)家庭農(nóng)場(chǎng)面積超過20 hm2時(shí)對(duì)發(fā)展高效節(jié)水灌溉很迫切。
2018年2月我在美國堪薩斯州西北部兄弟農(nóng)場(chǎng) (FRAHM FARMLAND INC)考察時(shí)看到一臺(tái)噴藥和施肥的機(jī)器,每小時(shí)作業(yè)面積80 hm2,當(dāng)時(shí)我才感覺到什么是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化,什么是農(nóng)業(yè)競(jìng)爭力。要增強(qiáng)農(nóng)業(yè)的競(jìng)爭力,必須實(shí)現(xiàn)規(guī)?;?jīng)營,促進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和提質(zhì)增效。規(guī)?;?jīng)營為大規(guī)模推廣應(yīng)用高效節(jié)水灌溉提供了很好的機(jī)遇。如果規(guī)?;?jīng)營只有播種收獲的機(jī)械化,沒有灌溉的現(xiàn)代化,也達(dá)不到農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。因此,發(fā)展高效節(jié)水灌溉是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要手段。
美國的噴微灌面積為全球第一位,達(dá)到1 333.3萬hm2。我國噴微灌面積已達(dá)1 000萬hm2,在全球排第二位,但我國是近10多年全球噴微灌面積增速最快的國家,每年凈增高效節(jié)水灌溉面積133.3萬hm2。為了進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提質(zhì)增效,還需要在加強(qiáng)土地流轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上大力發(fā)展高效節(jié)水灌溉。
目前我國的灌溉水有效利用系數(shù)和作物水分利用效率與發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距,根據(jù)統(tǒng)計(jì),美國玉米、小麥、水稻的水分利用效率分別為2.94 kg/m3、1.24 kg/m3和 1.39kg/m3,而我國分別為 2.04 kg/m3、1.19 kg/m3和0.8 kg/m3,僅占美國的 69.1%、96.0%、56.7%。存在這些差異的主要原因是高效節(jié)水灌溉技術(shù)與農(nóng)藝技術(shù)不配套、灌溉用水缺乏科學(xué)調(diào)配與精量控制、區(qū)域灌溉水配置與作物需水不相匹配,還需要在上述方面做更多的工作。
灌溉是提升糧食產(chǎn)量的最主要條件之一,全球灌溉農(nóng)業(yè)利用20%的農(nóng)田生產(chǎn)了40%的農(nóng)產(chǎn)品,而雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)用80%的農(nóng)田生產(chǎn)了60%的農(nóng)產(chǎn)品,灌溉農(nóng)業(yè)的單產(chǎn)水平是雨養(yǎng)的2.5倍。灌區(qū)是我國最重要的公益性基礎(chǔ)設(shè)施工程,是國家糧食安全的最大保障,我國最大的節(jié)水潛力也在灌區(qū)。目前,全國有大中型灌區(qū)7 748處,小型農(nóng)田水利工程2 200多萬處,農(nóng)田灌溉面積由1949年的1 593萬hm2發(fā)展到 2016年的6 714萬 hm2,位列世界第一。每年占全國耕地面積約49%的灌溉面積上生產(chǎn)的糧食占全國總量的約75%,生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)作物占90%以上。我國灌區(qū)糧食平均單產(chǎn)8 550 kg/hm2,是全國平均單產(chǎn)的1.8倍,是旱地平均畝產(chǎn)的2.9倍。
雖然近些年國家投入大量資金進(jìn)行了大型灌區(qū)的節(jié)水改造,但對(duì)于全國量大面廣的灌區(qū)來說,這些投資僅僅是杯水車薪,灌區(qū)改造的速度和力度還遠(yuǎn)不能滿足灌區(qū)現(xiàn)代化發(fā)展的需要。目前灌區(qū)面臨的問題還很嚴(yán)峻,灌排設(shè)施不配套、現(xiàn)代化管理水平低、灌溉除澇保證率低;農(nóng)田高標(biāo)準(zhǔn)率低、生產(chǎn)集約化率低、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平低;土地產(chǎn)出率、資源利用率、勞動(dòng)生產(chǎn)率、產(chǎn)品商品率較低;灌溉導(dǎo)致的化肥農(nóng)藥流失和面源污染、土壤侵蝕和板結(jié)重;過度開發(fā)導(dǎo)致地下水大幅下降、節(jié)水改造的生態(tài)影響明顯;農(nóng)田排水被忽視、土壤次生鹽堿化嚴(yán)重、中低產(chǎn)田比例高;投入不足、重建設(shè)、輕管理、灌區(qū)水利服務(wù)體系尚不完善。這些問題嚴(yán)重影響了灌區(qū)現(xiàn)代化和灌溉農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。
現(xiàn)代灌區(qū)應(yīng)該是以山、水、林、田、居、生態(tài)、景觀和規(guī)?;?、集約化、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田為載體,用現(xiàn)代灌排機(jī)械與工程設(shè)施裝備,用現(xiàn)代機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化的綠色高效技術(shù)生產(chǎn),用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展,用現(xiàn)代經(jīng)營理論和方法管理,用高效便捷的信息系統(tǒng)和社會(huì)化服務(wù)體系服務(wù),用良好的生態(tài)環(huán)境支持,具有較高的土地產(chǎn)出率、資源利用率、勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品商品率;應(yīng)該是生產(chǎn)、生活、生態(tài)和景觀相結(jié)合,農(nóng)村與城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)與工業(yè)發(fā)展相統(tǒng)籌,資源高效利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào),實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約、產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展的新型灌區(qū)?,F(xiàn)代灌區(qū)的標(biāo)志就是灌區(qū)現(xiàn)代化。灌區(qū)現(xiàn)代化包括:一是灌溉排水設(shè)施現(xiàn)代化,以比較完善的現(xiàn)代化灌溉排水工程系統(tǒng)為基礎(chǔ),集約化、高效率地使用水、肥等現(xiàn)代生產(chǎn)物質(zhì)投入和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力投入,從而達(dá)到提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率的目的。二是灌區(qū)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化,廣泛采用先進(jìn)適用的科學(xué)技術(shù),提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和改善品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本,以適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品需求優(yōu)質(zhì)化、多樣化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展趨勢(shì)。三是灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式現(xiàn)代化,廣泛采用機(jī)械化、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化的生態(tài)農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)等現(xiàn)代綠色高效生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)模式,實(shí)現(xiàn)水、肥、藥、土地等農(nóng)業(yè)資源的可持續(xù)利用,達(dá)到區(qū)域生態(tài)的良性循環(huán),灌區(qū)農(nóng)業(yè)本身成為一個(gè)良好的可循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)。四是灌區(qū)管理方式現(xiàn)代化,灌溉排水管理成為商業(yè)化的產(chǎn)業(yè),通過市場(chǎng)機(jī)制配置水資源,建立完善的水權(quán)交易市場(chǎng)體系。廣泛采用先進(jìn)的經(jīng)營方式、管理技術(shù)和管理手段,具有很高的組織化程度。有相對(duì)穩(wěn)定、高效的灌溉排水管理隊(duì)伍,有高效率地把分散的農(nóng)民組織起來的組織體系。五是較高的綜合生產(chǎn)率,包括較高的土地產(chǎn)出率和勞動(dòng)生產(chǎn)率。灌溉農(nóng)業(yè)成為一個(gè)有較高經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭力的產(chǎn)業(yè),產(chǎn)品的商品化率高,有完善的農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代流通體系,這是灌區(qū)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。六是灌區(qū)勞動(dòng)者智能化,從事灌區(qū)管理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或經(jīng)營的人,具備現(xiàn)代化水平的文化知識(shí)和技能水平。提高勞動(dòng)者的文化知識(shí)和技能水平,既是灌區(qū)現(xiàn)代化的目標(biāo),同時(shí)也是要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可靠保證。
灌區(qū)現(xiàn)代化改造要聚焦挖掘節(jié)水潛力、提高供水服務(wù)保障能力,為農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)增收提供支撐,為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)提供有力水源保障。灌區(qū)現(xiàn)代化改造的方向,一是要突出建設(shè)節(jié)水型灌區(qū),加強(qiáng)支渠以下工程配套改造,進(jìn)一步提高供水效率、挖掘節(jié)水潛力;要不斷完善灌區(qū)量測(cè)水設(shè)施,進(jìn)一步精確供水計(jì)量;要通過農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革,充分發(fā)揮價(jià)格的調(diào)節(jié)作用,促進(jìn)節(jié)約用水。二是要突出建設(shè)生態(tài)型灌區(qū),要緊密結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展,加強(qiáng)水質(zhì)、水環(huán)境監(jiān)控,減少面源污染和地下水污染;加強(qiáng)灌區(qū)水生態(tài)保護(hù)和水生態(tài)與水文化景觀建設(shè)。三是要突出建設(shè)智慧型灌區(qū),廣泛應(yīng)用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)推進(jìn)灌區(qū)管理智慧化,特別是把智慧灌區(qū)成果應(yīng)用到灌區(qū)生產(chǎn)中,使之成為推動(dòng)灌區(qū)發(fā)展的有力措施。四是要突出建設(shè)創(chuàng)新型灌區(qū),要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)發(fā)展理念,根據(jù)生產(chǎn)需要不斷進(jìn)行研究和創(chuàng)新,加強(qiáng)同科研機(jī)構(gòu)、高等院校合作,切實(shí)增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力。
要進(jìn)一步拓寬視野,展示灌區(qū)節(jié)水改造的最新成果,把節(jié)水灌溉示范與農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展統(tǒng)籌結(jié)合,依托節(jié)水新技術(shù)應(yīng)用推廣,打造集種植、養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品加工、休閑農(nóng)業(yè)體驗(yàn)、科普教育、鄉(xiāng)村旅游于一體的綜合性灌區(qū)節(jié)水示范園區(qū);要進(jìn)一步提升現(xiàn)代化改造規(guī)劃的理念,立足“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”,在工程設(shè)施升級(jí)改造、信息化建設(shè)應(yīng)用的基礎(chǔ)上,突出水生態(tài)和水文化傳承,突出體制機(jī)制和創(chuàng)新能力的建設(shè),達(dá)到灌區(qū)現(xiàn)代化指標(biāo),打造節(jié)水、生態(tài)、人文、智慧、創(chuàng)新、高效的現(xiàn)代化灌區(qū)。
農(nóng)業(yè)高效節(jié)水在發(fā)展過程中還面臨著體制、機(jī)制和技術(shù)方面的問題。首先是農(nóng)業(yè)節(jié)水補(bǔ)償機(jī)制尚未形成,農(nóng)民自覺節(jié)水的內(nèi)在動(dòng)力不足。例如河北目前地表灌區(qū)到斗口的灌溉水價(jià)為0.15元/m3,每公頃節(jié)水1 500 m3僅減少225元水費(fèi)成本,而農(nóng)民采用滴灌節(jié)水技術(shù)每公頃需投入15 000元以上,但在實(shí)際生產(chǎn)中又沒有體現(xiàn)出多節(jié)水多補(bǔ)償。二是高效節(jié)水工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低,加之重建設(shè)、輕管理,影響了效益的發(fā)揮。三是高效節(jié)水科技推廣與服務(wù)體系不完善,導(dǎo)致工程建成后沒有專門化技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)給用戶提供技術(shù)指導(dǎo),用戶不會(huì)正確使用或出了問題無法及時(shí)得到解決,工程良性運(yùn)行困難,可持續(xù)性差,節(jié)水效果大打折扣。四是農(nóng)業(yè)高效節(jié)水試驗(yàn)與監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)滯后,缺乏對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)用水以及嚴(yán)重超采區(qū)地下水的監(jiān)控,影響了對(duì)農(nóng)業(yè)用水總量和單位面積耗水強(qiáng)度的有效控制。五是不同部門政策與措施缺乏協(xié)調(diào),高效節(jié)水灌溉技術(shù)與農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)配套不緊密,缺乏可規(guī)模化應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)模式。例如在地下水嚴(yán)重超采區(qū),一方面是投入大量資金進(jìn)行節(jié)水限采試點(diǎn),以水定地、以水定產(chǎn),農(nóng)田休耕和糧食去產(chǎn)能;另一方面又投入大量資金建設(shè)糧倉,擴(kuò)大糧食種植面積和增加糧食產(chǎn)能,繼續(xù)增加水資源消耗。建設(shè)的高效節(jié)水工程缺乏與不同作物耕作種植和需水特點(diǎn)、土地經(jīng)營方式等的協(xié)調(diào),經(jīng)常出現(xiàn)灌溉工程建設(shè)不能滿足農(nóng)田節(jié)水灌溉需求的情況,導(dǎo)致一些工程流于形式。在農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)方面,有多領(lǐng)域研究人員開展了多年攻關(guān),取得了一批成果,但還未形成可規(guī)模化應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化模式。六是土地分散經(jīng)營模式限制高效節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用。七是缺乏變化環(huán)境下節(jié)水的基礎(chǔ)性研究工作,缺乏不同區(qū)域不同作物的節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟(jì)、可靠、耐用、適應(yīng)性廣的先進(jìn)實(shí)用技術(shù)。
解決上述問題必須做好以下工作:
節(jié)水高效農(nóng)業(yè)的核心是通過集成多種技術(shù)最大程度減少輸水、配水、灌水及作物耗水過程中的水損失,充分提高灌溉水利用率和作物水分利用效率,控制區(qū)域大規(guī)模節(jié)水的生態(tài)環(huán)境影響,獲得最佳經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。如果只有節(jié)水工程的完善,而沒有農(nóng)藝技術(shù)的集成,沒有科學(xué)的管理,即使噴滴灌管道鋪到地里,水輸送到田里,也發(fā)揮不了效益,實(shí)現(xiàn)不了高效,還不是真正的高效節(jié)水灌溉。發(fā)展高效節(jié)水灌溉,一定要與農(nóng)藝技術(shù)結(jié)合好,農(nóng)藝方面也要主動(dòng)適應(yīng)發(fā)展高效節(jié)水灌溉帶來的新要求。我們?cè)诟拭C河西走廊的研究表明,膜下滴灌制種玉米水肥一體化條件下,必須配套提高種植密度才能更好發(fā)揮其節(jié)水增產(chǎn)的效能,當(dāng)種植密度達(dá)到12.75萬株/hm2時(shí),其總產(chǎn)量和水分利用效率最高。
水肥藥一體化技術(shù)是很好的高效節(jié)水灌溉與農(nóng)藝技術(shù)配套集成的綜合技術(shù),是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重大技術(shù),更是“資源節(jié)約、環(huán)境友好”現(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)的“一號(hào)技術(shù)”。我們?cè)诟拭C河西走廊研究的膜下滴灌制種玉米水肥一體化技術(shù)模式,每公頃可節(jié)水1 935 m3,節(jié)肥 109.5 kg(折純量),水分利用效率提高76%。需要大力促進(jìn)節(jié)水灌溉工程和農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的有機(jī)融合,并通過制定規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用技術(shù)規(guī)程,為農(nóng)民提供“套餐式”服務(wù),促進(jìn)高效節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用。
在我國特色果業(yè)和設(shè)施蔬菜中,高效節(jié)水灌溉技術(shù)由于比較效益相對(duì)較高,易于推廣,應(yīng)用面積較大。我國果園面積2016年達(dá)到1 298萬hm2,占總耕地面積的9.6%,是世界第一大果品生產(chǎn)大國。1994年以來,我國水果總產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一位,2016年水果總產(chǎn)量達(dá)2.83億t。我國設(shè)施蔬菜栽培面積逐年增加,2016年達(dá)到391.5萬hm2。隨著生活水平的提高,消費(fèi)者更加關(guān)注農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì),對(duì)高品質(zhì)果菜的需求逐漸增大。雖然國內(nèi)水果市場(chǎng)日趨飽和,但進(jìn)口高檔水果對(duì)國內(nèi)水果市場(chǎng)的沖擊越來越明顯。特色農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭實(shí)際上是品質(zhì)的競(jìng)爭,從總體上提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)是特色果菜可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。在水資源嚴(yán)重緊缺的狀況下,特色瓜果和溫室蔬菜生產(chǎn)中,仍然大量存在著過度依賴灌溉和施肥獲得高產(chǎn)的“三高”(高水、高肥、高產(chǎn))現(xiàn)象,導(dǎo)致“三低”(低品質(zhì)、低價(jià)格、低效益)。研究發(fā)現(xiàn),某些作物產(chǎn)量隨灌水量增加而增加,但品質(zhì)隨灌水量增加而下降。許多研究表明一定程度的虧缺灌溉降低番茄果實(shí)大小和產(chǎn)量,但改善了果實(shí)品質(zhì)。2018年6月我在法國波爾多葡萄與葡萄酒研究所訪問時(shí)了解到,當(dāng)?shù)貫榱吮U掀咸丫频钠焚|(zhì),嚴(yán)格限制葡萄產(chǎn)量和控制灌溉。我們從15年前開始,通過對(duì)不同水分條件與灌溉模式下作物外觀品質(zhì)、風(fēng)味品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)、貯運(yùn)品質(zhì)和加工品質(zhì)參數(shù)的監(jiān)測(cè),分析不同品質(zhì)參數(shù)對(duì)不同生育階段水分的響應(yīng)關(guān)系,建立不同作物的單一品質(zhì)參數(shù)對(duì)水分的響應(yīng)函數(shù),建立作物水分—產(chǎn)量—品質(zhì)耦合模型,形成了不同作物的節(jié)水調(diào)質(zhì)優(yōu)產(chǎn)高效灌溉技術(shù)應(yīng)用模式。在水利部公益性行業(yè)專項(xiàng)資助下,通過研究提出了溫室番茄 “苗少—花適—采豐—收前?!钡墓?jié)水優(yōu)產(chǎn)調(diào)質(zhì)高效灌溉模式,在冬春茬和越冬茬番茄產(chǎn)量保持180 t/hm2和285 t/hm2不降低的情況下,分別節(jié)水1 530 m3/hm2和1 920 m3/hm2,并提高了番茄的含糖量、番茄紅素和Vc含量等品質(zhì)指標(biāo)。應(yīng)大力推廣應(yīng)用特色經(jīng)濟(jì)作物節(jié)水調(diào)質(zhì)優(yōu)產(chǎn)高效灌溉技術(shù),促進(jìn)果蔬生產(chǎn)的提質(zhì)增效,把發(fā)展高效節(jié)水灌溉與農(nóng)民增益緊密結(jié)合起來。
2018年2月我在美國堪薩斯州立大學(xué)西北研究中心考察,國際著名微灌專家Freddie R.Lamm教授介紹,地下滴灌在美國用得很成功,堪薩斯州地下滴灌面積1.2萬hm2,加利福利亞州14.8萬hm2,德克薩斯州12萬hm2,最長的已用了26.5年,還沒有出現(xiàn)堵塞,運(yùn)行正常。但地下滴灌在中國為什么就不成功?我認(rèn)為有三方面原因,一是經(jīng)費(fèi)投入不到位,一公頃地下滴灌投入大約需要22 500元,往往政府投資50%,地方與農(nóng)民配套50%,但由于地方財(cái)力有限和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)狀況不好,很難配套到位,每公頃22 500元投入的工程11 250元就做了,所以只是一個(gè)劣質(zhì)工程或者不完善的工程,當(dāng)然不會(huì)成功;二是我們的地下滴灌管質(zhì)量不過關(guān),易堵塞,很短時(shí)間就出問題,影響灌水質(zhì)量和作物生長與產(chǎn)量,農(nóng)民不愿意使用;三是運(yùn)行管理不到位,容易出問題。所以,我們不能僅僅關(guān)注每年發(fā)展高效節(jié)水灌溉面積133.33萬hm2,更應(yīng)該關(guān)注有多少面積發(fā)揮了效益,真正做到了節(jié)水高效?在高效節(jié)水工程建設(shè)中,灌溉設(shè)備材料質(zhì)量良莠不齊,會(huì)誘發(fā)工程良性運(yùn)行困難,導(dǎo)致可持續(xù)性差,使得節(jié)水效果大打折扣。高效節(jié)水灌溉的發(fā)展要因地制宜、科學(xué)論證、合理規(guī)劃、統(tǒng)籌安排,嚴(yán)格把控工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),爭取做到新建一片、達(dá)標(biāo)一片,成功一片的效果,實(shí)現(xiàn)由高效節(jié)水面積數(shù)量指標(biāo)向工程質(zhì)量和效益指標(biāo)的轉(zhuǎn)變。要進(jìn)一步加強(qiáng)高效節(jié)水灌溉工程效益的后評(píng)估工作。建立與完善農(nóng)業(yè)節(jié)水設(shè)備與產(chǎn)品市場(chǎng)準(zhǔn)入制度,嚴(yán)格把關(guān)節(jié)水產(chǎn)品認(rèn)證,杜絕性能不穩(wěn)和耐久性差的節(jié)水產(chǎn)品流入市場(chǎng)。同時(shí)提高節(jié)水工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)把施工質(zhì)量,從而保證節(jié)水灌溉工程能夠長期、有效運(yùn)行。
農(nóng)業(yè)節(jié)水試驗(yàn)是制定節(jié)水灌溉制度、技術(shù)體系和應(yīng)用模式的根本途徑,是高效節(jié)水灌溉技術(shù)推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)性工作,應(yīng)加大國家財(cái)政投入,合理布局,加強(qiáng)設(shè)備條件建設(shè)、人才隊(duì)伍建設(shè)以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),提高農(nóng)業(yè)節(jié)水的科技創(chuàng)新能力。農(nóng)業(yè)用水準(zhǔn)確計(jì)量是推動(dòng)節(jié)水技術(shù)應(yīng)用、評(píng)價(jià)節(jié)水技術(shù)效果和實(shí)施農(nóng)業(yè)節(jié)水補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ),但目前95%以上的地表水灌區(qū)沒有安裝田間用水計(jì)量設(shè)備。例如河北省共有機(jī)井90萬眼左右,分布廣且分散,成井年限長短不一,大部分機(jī)井缺乏計(jì)量裝置,而且部分水表計(jì)量傳輸不穩(wěn)定易跳閘,影響了節(jié)水限采等工作的有效實(shí)施。建議建立區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)用水監(jiān)控系統(tǒng),加強(qiáng)農(nóng)業(yè)用水的定量控制和有效監(jiān)測(cè)。目前由于在實(shí)際生產(chǎn)中沒有體現(xiàn)出多節(jié)水多補(bǔ)償,所以農(nóng)民缺乏自覺節(jié)水的內(nèi)在動(dòng)力,迫切需要從制度、運(yùn)行機(jī)制入手,通過創(chuàng)新管理體制,應(yīng)用政策手段,建立農(nóng)業(yè)高效節(jié)水長效經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償和激勵(lì)機(jī)制,調(diào)動(dòng)農(nóng)民自覺節(jié)水的內(nèi)在動(dòng)力,促進(jìn)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水發(fā)展。據(jù)調(diào)查,很多節(jié)水示范區(qū)利用效率不高,問題就出在服務(wù)體系跟不上,影響高效節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用。必須建立健全的、公益性強(qiáng)的高效節(jié)水科技推廣與技術(shù)服務(wù)體系,通過制定規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用技術(shù)規(guī)程,為農(nóng)民提供“套餐式”服務(wù),消除農(nóng)民使用高效節(jié)水技術(shù)的后顧之憂,促進(jìn)高效節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用。
必須依靠科技創(chuàng)新,加強(qiáng)變化環(huán)境下農(nóng)業(yè)高效節(jié)水的科學(xué)研究工作,從農(nóng)業(yè)用水全過程整體出發(fā),貫穿基礎(chǔ)節(jié)水、關(guān)鍵技術(shù)與重大產(chǎn)品節(jié)水,主導(dǎo)種植業(yè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)水和區(qū)域集成方案節(jié)水,創(chuàng)新農(nóng)業(yè)節(jié)水增效的前沿基礎(chǔ),研發(fā)農(nóng)業(yè)節(jié)水增效多途徑協(xié)同的技術(shù)與產(chǎn)品;突出農(nóng)業(yè)節(jié)水的精量化、信息化、自動(dòng)化、水肥藥一體化及標(biāo)準(zhǔn)化,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水?dāng)?shù)據(jù)的信息化、灌溉的精量化、控制的自動(dòng)化及灌溉施肥一體化與主導(dǎo)種植業(yè)節(jié)水增效模式的標(biāo)準(zhǔn)化;集成主導(dǎo)種植業(yè)水肥土種為一體的標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)水增效技術(shù)體系,形成區(qū)域農(nóng)業(yè)節(jié)水增效解決方案,帶動(dòng)節(jié)水的理論創(chuàng)新及技術(shù)系統(tǒng)與產(chǎn)品突破,支撐農(nóng)業(yè)主導(dǎo)種植業(yè)節(jié)水提質(zhì)增效和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。主要任務(wù)一是探索農(nóng)業(yè)節(jié)水增效應(yīng)用基礎(chǔ)理論,研究作物生命健康需水過程與量化表達(dá)方法,明確不同水土資源條件下作物生命健康需水閾值,確定農(nóng)業(yè)節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)體系;研究作物生命健康需水過程對(duì)變化環(huán)境的響應(yīng)關(guān)系,預(yù)測(cè)未來氣候變化下的作物生命健康需水演變狀況;闡明作物高效用水的生理生態(tài)調(diào)控機(jī)理,提出作物節(jié)水增效的全要素協(xié)同調(diào)控途徑。二是研發(fā)農(nóng)業(yè)節(jié)水增效共性關(guān)鍵技術(shù)與重大產(chǎn)品,創(chuàng)新作物生物節(jié)水、農(nóng)藝節(jié)水、灌溉節(jié)水及化學(xué)節(jié)水關(guān)鍵技術(shù),研發(fā)作物節(jié)水增效重大產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)農(nóng)
田降蒸減耗;突破輸配水及水源系統(tǒng)“卡脖子”節(jié)水技術(shù),研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的農(nóng)業(yè)水信息監(jiān)測(cè)技術(shù)與產(chǎn)品,構(gòu)建智慧灌區(qū)及水管理決策框架,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)用水的精量化、自動(dòng)化、信息化、智能化。三是創(chuàng)新主導(dǎo)種植業(yè)綜合節(jié)水增效標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù),針對(duì)當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)單一、地域性明顯、可復(fù)制性差、推廣應(yīng)用難的特點(diǎn),集成我國主導(dǎo)種植業(yè) (糧食作物、蔬菜、果樹及特色經(jīng)濟(jì)作物)節(jié)水增效綜合技術(shù),實(shí)現(xiàn)節(jié)水增效的標(biāo)準(zhǔn)化與模式化,為大面積、全方位推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水增效提供成套技術(shù)。四是創(chuàng)建區(qū)域節(jié)水增效技術(shù)集成應(yīng)用模式,針對(duì)區(qū)域水土資源及農(nóng)業(yè)布局特點(diǎn),集成農(nóng)業(yè)節(jié)水增效關(guān)鍵技術(shù)及主導(dǎo)種植業(yè)節(jié)水增效模式,形成區(qū)域水源保障—輸配水系統(tǒng)—農(nóng)田水分調(diào)節(jié)—作物用水全鏈條控制的農(nóng)業(yè)節(jié)水增效模式體系,研究不同經(jīng)營主體農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)推廣和培訓(xùn)的服務(wù)模式與運(yùn)行機(jī)制,農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)效率與效益評(píng)價(jià)及相應(yīng)激勵(lì)機(jī)制,農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)轉(zhuǎn)移及推廣模式,試點(diǎn)開展區(qū)域農(nóng)業(yè)水權(quán)體制創(chuàng)新及運(yùn)行方式、農(nóng)業(yè)高效節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)與監(jiān)管體系等管理政策創(chuàng)新研究,構(gòu)建農(nóng)業(yè)高效節(jié)水監(jiān)測(cè)評(píng)估體系,形成農(nóng)業(yè)節(jié)水增效技術(shù)評(píng)價(jià)及推廣機(jī)制,并進(jìn)行示范應(yīng)用,提升區(qū)域整體用水效率,構(gòu)建東北節(jié)水增糧、華北節(jié)水壓采、西北節(jié)水增效、南方節(jié)水減排的綜合技術(shù)集成與應(yīng)用模式,形成不同區(qū)域農(nóng)業(yè)高效節(jié)水的整體解決方案,保障區(qū)域生態(tài)環(huán)境健康。 ■