現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢

□文/郝德偉 鄭徽

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)村的改革勢在必行。特別是，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)條件日益顯現(xiàn)和完善。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)與生物技術(shù)、電子信息技術(shù)、計算機模擬技術(shù)、高分子材料技術(shù)等技術(shù)有機地結(jié)合起來，逐步形成了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)。只有實現(xiàn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型與發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益才能得以實現(xiàn)，進(jìn)而更好地推動國家經(jīng)濟持續(xù)、健康發(fā)展。

一、現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究進(jìn)展

（一）農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)

采用耕地覆蓋、化肥等方法調(diào)節(jié)農(nóng)田水分狀況，蓄水保水，是改善農(nóng)田灌溉用水、提高作物水分產(chǎn)量的重要手段。目前，我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)取得了較好的效果，包括保護(hù)性耕作技術(shù)、田間覆蓋技術(shù)、節(jié)水生化制劑（保水劑、吸水劑、種衣劑）、旱地專用肥料等。例如美國的中西部大平原，從傳統(tǒng)的耕作到不耕種，從表面的松土到農(nóng)作物的殘茬，從機械耕作到化學(xué)藥劑的處理，都明顯地改善了土壤的保肥能力，并使農(nóng)業(yè)的產(chǎn)量得到了明顯的改善。法國，美國，日本，英國等國家相繼研制出一系列的抗旱保水劑和吸水劑，用于經(jīng)濟作物，具有較好的節(jié)水和增產(chǎn)作用。法國和美國等國家在土壤表層噴灑聚丙烯酰胺，可以有效地抑制農(nóng)田水分蒸發(fā)，防止土壤侵蝕，改善土壤結(jié)構(gòu)［1］。

（二） 生物（生理）節(jié)水技術(shù)

通過將作物水分生理調(diào)控機理與作物高效用水技術(shù)相結(jié)合，可以發(fā)展出諸如RDI、分根區(qū)交替灌溉（AR‐DI）、局部根干（PRD）等農(nóng)作物的生理節(jié)水技術(shù)，從而顯著地改善作物和果樹的水分利用率。與傳統(tǒng)的灌溉方式所追求的是充分、均勻的水分灌溉方式不同，ARDI和PRD技術(shù)注重的是在土壤的垂直剖面上或水平面上的某一部分。只對部分區(qū)域進(jìn)行水分灌溉，并交替控制部分根系區(qū)域干燥，部分根系區(qū)域保持濕潤，以促進(jìn)根系輪換。通過對植株進(jìn)行一定程度的干旱鍛煉，刺激根系對養(yǎng)分的吸收、補償作用，將根部信號ABA傳遞給葉片，將氣孔調(diào)整到合適的位置，既不會影響作物的光合作用，也不會影響作物的蒸騰耗水量，同時也可以減少植株之間的土壤濕度，減少濕潤區(qū)水分向干燥區(qū)橫向移動造成的滲透率下降。RDI是指在作物生長的特定時期，通過對作物進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃{迫（也就是人為地使作物受到適當(dāng)?shù)母珊涤?xùn)練），從而使其光合產(chǎn)物分布到各個組織器官，從而增加其經(jīng)濟產(chǎn)出［2］。

（三）水管理節(jié)水技術(shù)

為了使我國農(nóng)業(yè)灌溉用水管理的現(xiàn)代化、自動化、靈活的管理需求，使我國農(nóng)業(yè)灌溉水管理的信息化、自動化和智能化水平不斷提高。在降低灌溉、調(diào)蓄工程數(shù)量、降低工程造價的前提下，不僅滿足了用戶的需要，而且還可以降低棄水，改善灌溉系統(tǒng)的運行性能和效率。通過建立灌溉用水決策支持系統(tǒng)，對農(nóng)作物生產(chǎn)、作物需水量進(jìn)行模擬，并對土壤含鹽量和水分脅迫情況進(jìn)行預(yù)報。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RS、GIS、GPS等技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、交換和傳送。通過對灌區(qū)的實時預(yù)測，同時實現(xiàn)灌區(qū)水資源的動態(tài)分配，進(jìn)一步提升灌區(qū)水資源分配的整體質(zhì)量效果。為了滿足灌區(qū)水資源變化、適時、適度的需要，需要對灌區(qū)供水、輸水系統(tǒng)的運行方式及相關(guān)的控制技術(shù)進(jìn)行深入的探討。目前，國外主要是以下游為基礎(chǔ)的自控方式，通過集中式自動監(jiān)測（遙測、遙調(diào)）實現(xiàn)對各大供水渠道的自動化管理，并對其進(jìn)行自控技術(shù)的研究。在明渠自動控制系統(tǒng)的運行中，重點研究供水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度方案。利用計算機仿真分析明渠的非恒定流量，并根據(jù)閘門的工作原理，編寫該系統(tǒng)的實時控制軟件。

（四）工程節(jié)水技術(shù)

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，從傳統(tǒng)的地表灌溉到現(xiàn)代地表灌溉，已成為必然。在高精度土地平整技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用水平壟、波涌灌等先進(jìn)的地面灌溉技術(shù)，無疑是這一轉(zhuǎn)變的一個重要標(biāo)志。采用精細(xì)地表灌溉技術(shù)可以顯著改善土壤畦灌的性能，節(jié)水增產(chǎn)。激光控制土壤微調(diào)技術(shù)是當(dāng)前國際上較為成熟的一種土地平整技術(shù)，通過對土壤進(jìn)行高精度的平整，可以提高土壤的均勻度80%，提高農(nóng)田灌溉的灌溉效率，提高農(nóng)田灌溉的質(zhì)量。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展下，基于地面灌溉的實時反饋控制技術(shù)，將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。采用地表灌溉控制參數(shù)反求方法，可以克服農(nóng)田土壤特性的空間變異，得到最優(yōu)的灌水量控制參數(shù)，從而有效地改善地表灌溉技術(shù)的評估和決策的精確性。

二、現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究發(fā)展趨勢

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)是生物技術(shù)、計算機模擬技術(shù)、電子信息技術(shù)、高分子材料技術(shù)和傳統(tǒng)節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。其顯著的特征是各種技術(shù)交叉、滲透?，F(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)既包含簡單的工程和管理上的節(jié)水，也包含農(nóng)業(yè)、生物等方面的節(jié)水。將水力學(xué)、土壤學(xué)、作物科學(xué)、生物學(xué)、遺傳學(xué)、材料學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)等學(xué)科有機地結(jié)合在一起，利用降雨（灌溉）土壤作物進(jìn)行水光循環(huán)、干物質(zhì)經(jīng)濟產(chǎn)量轉(zhuǎn)換，構(gòu)建節(jié)水農(nóng)業(yè)的基本理論。

20世紀(jì)中葉以來，我國的節(jié)水農(nóng)業(yè)科技突飛猛進(jìn)，將節(jié)水型思想與電腦技術(shù)有機地結(jié)合在一起，促進(jìn)節(jié)水技術(shù)與土壤、大氣、植被的有機結(jié)合，進(jìn)而有效地提高灌溉的整體效益。在嚴(yán)格的理論與量化的基礎(chǔ)上，大力發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水高科技。利用計算機技術(shù)、電子信息技術(shù)和紅外遙感技術(shù)對土壤含水量、含鹽量、水沙、水環(huán)境、作物含水量等進(jìn)行監(jiān)測、收集和處理，可以極大地提高農(nóng)業(yè)用水的利用率。同時，利用高分子復(fù)合材料和納米材料進(jìn)行渠道滲透和覆蓋灌溉，提高了農(nóng)業(yè)節(jié)水的灌溉效率［3］。

目前，我國已對節(jié)水灌溉技術(shù)著重于作物生理需要與用水、精確控制灌溉等。通過對土壤水分和植物根系信號傳導(dǎo)機制的分析，闡明水分和植物根系信號傳導(dǎo)機制的相互影響，從而揭示干旱對植物的超營養(yǎng)效應(yīng)。科技創(chuàng)新推動了農(nóng)業(yè)的新觀念、新技術(shù)的產(chǎn)生，并在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運用現(xiàn)代科技為農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，進(jìn)而為促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。未來，我國農(nóng)業(yè)節(jié)水高新技術(shù)的發(fā)展，將進(jìn)一步深入農(nóng)作物需水信息采集、精確灌溉、節(jié)水高效栽培等領(lǐng)域，為農(nóng)業(yè)快速發(fā)展提供有利條件。

結(jié)束語：

在我國水資源和環(huán)境嚴(yán)峻的情況下，依靠科技進(jìn)步來彌補實際的缺陷，將成為推動現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展運用的重要基礎(chǔ)，這與我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的實際需要和戰(zhàn)略需要相適應(yīng)。同時，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)也是利用現(xiàn)代技術(shù)對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)進(jìn)行改造、提高農(nóng)村生產(chǎn)力的一個重要途徑。同時，也是改變農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，提高農(nóng)民增收的一個重要手段。新時期，農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)條件日益顯現(xiàn)和發(fā)展。