水資源在農(nóng)業(yè)中的高效利用和可持續(xù)發(fā)展

秦家明 李先俊

（廣德縣新杭鎮(zhèn)水利站，安徽 廣德 242200）

1 農(nóng)業(yè)水資源的短缺是21世紀(jì)中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所面臨的重大挑戰(zhàn)

中國(guó)是一個(gè)擁有13億人口的國(guó)家，占世界人口的22%，估計(jì)到2000年人口將達(dá)到12.94億，2010年達(dá)到14.43億。解決中國(guó)人的吃飯問(wèn)題是一個(gè)十分艱巨的任務(wù)。

要解決吃飯問(wèn)題，首先要有資源，最重要的就是土地資源和水資源。中國(guó)幅員遼闊，地大物博，自然資源豐富，絕對(duì)量居世界前列。然而這些資源由12億人來(lái)分?jǐn)?，人均資源量就非常少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界水平。所以說(shuō)土地資源和水資源的短缺是制約21世紀(jì)中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)極為重要的因素。

中國(guó)的河川徑流總量居世界第6位，水資源總量為28000億m3，人均只有2480m3，僅為世界平均數(shù)的1/4。中國(guó)國(guó)土的大部分地區(qū)都存在著不同程度的水資源短缺問(wèn)題，并成為制約21世紀(jì)中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、工農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素，尤其是對(duì)用水量占總用水量80%的農(nóng)業(yè)起著決定性的制約作用。

對(duì)于農(nóng)業(yè)水資源來(lái)說(shuō)，問(wèn)題還不僅僅是短缺，更為嚴(yán)峻的是在21世紀(jì)，農(nóng)業(yè)用水量只能是零增長(zhǎng)，甚至是負(fù)增長(zhǎng)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，對(duì)水的需求量急劇增加。然而，地球上的水資源是有限的，用水的增長(zhǎng)不可能是無(wú)限的，當(dāng)達(dá)到一定的極限狀態(tài)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)零增長(zhǎng)，世界上有些水資源貧乏的地區(qū)，如以色列就已經(jīng)或?qū)⒁霈F(xiàn)這種現(xiàn)象。

2 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是高效用水的農(nóng)業(yè)

水利是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的命脈，更是農(nóng)業(yè)的命脈。水是一切農(nóng)作物生長(zhǎng)的基本條件，農(nóng)作物在整個(gè)生長(zhǎng)期中都離不開(kāi)水，沒(méi)有水就沒(méi)有農(nóng)業(yè)，中國(guó)能以占世界8%的耕地養(yǎng)活占全球22%的人口，其根本條件之一就是有40%的耕地是灌溉農(nóng)田以及建立在灌溉條件下的作物多熟制與高產(chǎn)栽培綜合技術(shù)。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織在1984年出版的《發(fā)展中國(guó)家土地潛在供給能力》估計(jì)在無(wú)水利投入的情況下，中國(guó)的土地僅能養(yǎng)活4.12億人口。新中國(guó)成立以后，糧食產(chǎn)量有了大幅增長(zhǎng)，而這個(gè)增長(zhǎng)是和灌溉面積的增長(zhǎng)同步的，所以說(shuō)要達(dá)到2000年時(shí)糧食產(chǎn)量達(dá)5000億kg的目標(biāo)及21世紀(jì)農(nóng)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，必須擴(kuò)大灌溉面積。據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，要解決中國(guó)的糧食問(wèn)題，灌溉面積必須達(dá)到667萬(wàn)hm2左右。

要擴(kuò)大灌溉面積，必須有足夠的農(nóng)業(yè)水資源，然而現(xiàn)實(shí)是農(nóng)業(yè)不可能長(zhǎng)期維持用水第一大戶(hù)的地位，未來(lái)的農(nóng)業(yè)用水只能是零增長(zhǎng)或負(fù)增長(zhǎng)，用水量是不能增加的。因此，唯一的選擇只能是提高水的利用效率，減少水的浪費(fèi)，從農(nóng)業(yè)節(jié)水上挖潛，從而達(dá)到擴(kuò)大灌溉面積、提高糧食產(chǎn)量的目的。

由于中國(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)水資源管理不善，先進(jìn)的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)和現(xiàn)代化的管理措施沒(méi)有得到大面積的應(yīng)用和推廣，水資源的浪費(fèi)是非常嚴(yán)重的。中國(guó)主要灌區(qū)的渠系水利用系數(shù)只有0.4～0.6，也就是說(shuō)大約有一半的水白白浪費(fèi)掉了，在田間灌水中，習(xí)慣了大畦漫灌，每次的灌水量過(guò)大，總的灌溉定額也偏大，北方灌區(qū)的灌溉定額高出作物實(shí)際需要的2～5倍，浪費(fèi)是驚人的。有人估計(jì)，每年農(nóng)業(yè)浪費(fèi)的水量達(dá)1000億m3。

所以說(shuō)發(fā)展高效用水的農(nóng)業(yè)不僅是必須的，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)水資源的零增長(zhǎng)或負(fù)增長(zhǎng)，同時(shí)也是可能的，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)用水還存在著很大的浪費(fèi)。提高水的利用率，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是解決未來(lái)農(nóng)業(yè)水資源短缺的根本出路，也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基本要求。

3 發(fā)展高效用水的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)是長(zhǎng)期的戰(zhàn)略任務(wù)

若按中國(guó)未來(lái)人口15億人計(jì)算，中國(guó)的人均水資源量每人每年僅為1875m3。據(jù)估計(jì)2000年中國(guó)工農(nóng)業(yè)及生活需水量達(dá)6500億～7000億m3，而可供水量?jī)H有6000億m3。水資源短缺已成定局，作為用水量占80%的農(nóng)業(yè)用水必須提高水的利用率，讓有限的農(nóng)業(yè)水資源滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，農(nóng)業(yè)節(jié)水是長(zhǎng)期的戰(zhàn)略任務(wù)。

農(nóng)業(yè)灌溉將水自水源輸送到農(nóng)田，滿(mǎn)足作物需要可以劃分為三個(gè)環(huán)節(jié)，第一個(gè)環(huán)節(jié)，是通過(guò)灌溉輸配水系統(tǒng)，將水自水源引至田間；第二個(gè)環(huán)節(jié)，是在田間地表水入滲到土壤中，在土壤中再分配轉(zhuǎn)化為土壤水，而后被作物吸收；第三個(gè)環(huán)節(jié)，是作物吸收水分后通過(guò)光合作用將輻射能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，最后形成有機(jī)物質(zhì)——碳水化合物。

高效用水的目標(biāo)是極大地提高上述三個(gè)環(huán)節(jié)水的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)出效率，既節(jié)水又高產(chǎn)。在第一個(gè)環(huán)節(jié)上，要提高輸水的效率，其措施是通過(guò)工程的投入，實(shí)行輸水渠道的配套、防滲，將來(lái)實(shí)行輸配水管道化，從而大大減少滲漏損失和蒸發(fā)損失。在第二個(gè)環(huán)節(jié)上，要合理地調(diào)控農(nóng)田水分狀況，使引進(jìn)田間的水最大限度地為農(nóng)作物所利用。在第三環(huán)節(jié)上就是要調(diào)控土壤和地表面附近的大氣環(huán)境，使農(nóng)作物的生長(zhǎng)有一個(gè)良好的外在環(huán)境。對(duì)于第二、三環(huán)節(jié)要逐步推廣噴灌、滴灌等先進(jìn)灌水技術(shù)、田間覆蓋保墑技術(shù)，并加強(qiáng)田間用水管理。

中國(guó)高效用水農(nóng)業(yè)的形成必須以農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)變革為前提，而農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)的變革又是以現(xiàn)代農(nóng)田灌溉理論為先導(dǎo)。其理論框架和技術(shù)體系是：以高效用水為節(jié)水高產(chǎn)的灌溉目標(biāo)；以土壤水分轉(zhuǎn)化和消耗規(guī)律為中心的農(nóng)田土壤—植物—大氣(SPAC)理論；以作物水分生產(chǎn)函數(shù)為中心的作物需水規(guī)律；以水分調(diào)控指標(biāo)和手段為中心的技術(shù)體系。

目前，先進(jìn)灌水技術(shù)的推廣步伐正在加快，但受經(jīng)濟(jì)實(shí)力的制約，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間中國(guó)仍將以地面灌水為主要灌溉方式，因此，地面節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)是目前推廣先進(jìn)灌水技術(shù)的重點(diǎn)。其主要方法有：①加大田間流速以減少滲流；②實(shí)行輸配水的管道化以減少用土渠輸配水的沿程損失；③對(duì)現(xiàn)有渠道進(jìn)行防滲改造以減少滲漏損失；④發(fā)展間歇灌溉，以增加灌水流速，減少深層滲漏損失。

另外，在采用技術(shù)措施的同時(shí)，還要重視非技術(shù)措施，如完善管理體制和技術(shù)服務(wù)體系，農(nóng)業(yè)水資源立法，農(nóng)業(yè)供水水價(jià)的合理調(diào)整等，從而提高農(nóng)業(yè)用水的管理水平，提高田間作物水的生產(chǎn)率。

4 信息技術(shù)在高效用水農(nóng)業(yè)中的作用

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是以現(xiàn)代科學(xué)的高新技術(shù)的應(yīng)用為標(biāo)志的。目前已進(jìn)入信息時(shí)代，信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用是未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)措施。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，通過(guò)遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、地球定位系統(tǒng)(GPS)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲取、處理、傳送各類(lèi)農(nóng)業(yè)信息的應(yīng)用技術(shù)已到了實(shí)用化的階段，歐共體將信息及信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用列為重點(diǎn)課題，美國(guó)農(nóng)業(yè)部建立了全國(guó)農(nóng)作物、耕地、草地等信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以說(shuō)信息技術(shù)已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)不可缺少的一部分。

為了建立高效用水的農(nóng)業(yè)，將信息技術(shù)，尤其是“3S”技術(shù)(RS、GIS、GPS)引入農(nóng)業(yè)節(jié)水的非工程措施中是十分必要的。中國(guó)在這方面的工作也開(kāi)始起步，如作物估產(chǎn)、土壤含水率分布的監(jiān)測(cè)等，但在實(shí)際應(yīng)用上還有一定的困難。但是在21世紀(jì)，空間遙感將會(huì)得到大力發(fā)展，將有更多的衛(wèi)星被送上太空，特別是微型衛(wèi)星、小型衛(wèi)星陣列、高光譜掃描衛(wèi)星、高分辨率衛(wèi)星等，這就有可能為我們提供更多的信息，從而使信息技術(shù)和“3S”技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際中去。

應(yīng)用“3S”技術(shù)可以提高水的利用效益，發(fā)展高效用水農(nóng)業(yè)。例如，建立“田間墑情監(jiān)測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)”，對(duì)全國(guó)的農(nóng)田墑情進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為農(nóng)業(yè)灌溉用水和抗旱減災(zāi)服務(wù)。

監(jiān)測(cè)土壤墑情，同時(shí)與當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐淖魑镄杷肯嘟Y(jié)合，從而確定灌溉用水是精確管理田間用水的最有效、最直接的方法。目前發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)灌區(qū)都以墑情監(jiān)測(cè)作為節(jié)水和用水管理的主要依據(jù)，根據(jù)氣象觀(guān)測(cè)資料、土壤墑情資料、作物長(zhǎng)勢(shì)資料確定作物的灌溉水量及灌溉時(shí)間，及時(shí)提供用水信息，從而使農(nóng)業(yè)灌溉管理更加科學(xué)化、精確化，達(dá)到農(nóng)業(yè)用水的科學(xué)管理和節(jié)水的目的。

除了上述的田間墑情監(jiān)測(cè)網(wǎng)信息系統(tǒng)外，在高效用水農(nóng)業(yè)中還可以建立農(nóng)情信息監(jiān)測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)、灌溉用水水情監(jiān)測(cè)網(wǎng)信息系統(tǒng)、旱情及旱災(zāi)防治與對(duì)策信息系統(tǒng)、節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)與示范系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展決策支持系統(tǒng)等。

總之，信息技術(shù)，特別是“3S”技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)水資源的利用效率，推動(dòng)高效用水農(nóng)業(yè)的發(fā)展。