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1.1提高农业生产的作用
环境和气候是制约农业生产主要因素,而我国的气候也呈现出多元化的趋势,特别是降水量的分布,南方较北方多。从而导致不同区域出现不同的问题,降水过多可引发水灾,较少则导致旱灾,而通过水利设施的调节作用能够成功实现防水治水的目标,即通过对水资源进行储存和释放,让农田能在不同环境下适应并发展,从而提高农业生产效率。
1.2改善生活条件的作用
随着农田水利设施的逐步完善,水利工程可以通过对水资源进行净化,从而为人们提供生活方面的用水,保证农村人们的生活环境逐步提供。当然,农田水利工程也是一项生态工程,其作用就是提高生态环境,提升农村生活水平,并且具有节水的功能,从而减少不必要的浪费,也是符合我国的可持续发展的战略目标。
2当下我国农田水利建设面临的问题
2.1水质条件较差,净化具有一定难度
水质条件较差是我国很多农村表现出来的主要问题,一方面是由于农村地区的卫生条件较差,没有科学的净水设备,很多生活用水都未经过净化就进行饮用和浇灌,特别是一些含有重金属元素较多的水,如铅、汞、砷等含量远远超过国家标准,对于居民的健康造成严重的威胁;另一方面,由于很多地区的种植多采用农药和化肥,而这些化学物质也会对附近河流以及湖泊的水源造成污染,从而导致水源安全问题。而如何克服农村饮水问题,也是农田水利建设需要考虑的首要问题。
2.2设备技术局限,建设进度迟滞不前
设备和技术是农田水利建设的基础,而就我国目前农田水利普及现状而言,很多发达的沿海地区都已经普及了这种先进的技术,所以农田水利建设的开展的主要目标也是内陆甚至是一些偏远地区。设备技术局限是由于交通运输以及资金方面的问题所导致,偏远地区,特别是一些西部地区交通条件不是特别好,而且政府缺乏周转的资金,从而导致地区设备技术无法得到更新和替换,导致让农田水利建设陷入困境,建设进度缓慢。
2.3水资源的浪费,农民的节水意识不高
水资源浪费已经不是一个特殊的现象,也是由于传统农业的长期影响所导致的,特别是在一些偏僻、落后的农村地区,由于缺乏有效的节水设备,导致农民不得不采用传统灌溉的方法。当然,这种现象也是由于人们还没有形成节约用水,循环运用水的意识,从而导致原本匮乏的水资源无法得到充分的利用,导致我国农业发展陷入瓶颈。
2.4地区缺乏重视,宣传普及力度不到位
节约用水应该是一种意识,一种良好的习惯,但是由于一些地区的相关部门缺乏经费支持,无法建立起科学完善的净水节水设备,从而放弃了净水节水的目标,也忽略了对节约用水方面的宣传和普及,很多文化水平不高的农民根本不知道节约用水的意义和作用,从而导致水资源利用率较低,浪费现象频繁出现。
3我国农田水利建设问题解决方案
3.1政府加大重视,增加资金来源
资金紧缺不能成为忽视农村水利建设的主要原因,但是资金确实农村水利建设的基础,而政府部门需要加大对农村水利建设的重视程度,对于自身财政资金的紧缺,可以通过增加资金来源的方式解决水利建设方面的问题。例如:体制改革,将水利工程管理的国有体制改革为股份制管理体制,通过招商引资的方式,鼓励当地一些富农或者是多个农户进行资金投入,最后在工程完成后,共同获利。同时,这种方式可以方便对农田水利设施的监督管理,特别是针对一些偏远地区,让农民自己进行监督,提高日常管理的力度。
3.2发挥领导作用,完善宣传普及
知识宣传和普及是农田水利建设工作开展的第一个步骤,因为接受才会去运用和支持,特别是对于普遍知识文化水平较低的农民群众,政府部门更需要发挥领导作用,通过对群众各方面的用水问题进行分析解决,从而提升自身在群众中的信任感;同时针对节约用水问题,政府部门要起到模范带头的作用,即通过日常办公过程中的节约用水行动,普及和带动广大群众加入到节约用水的队伍中,从而保证水资源的利用率能够得到较大的提升。
3.3改善水质条件,提倡生态农业
森林可以说是天然的净水体系,也是地球的“肺”。而为了能够达到改善广大农村水质条件的目标,相关政府部门可以一些惠民政策,例如:鼓励扶助林业发展,通过造林的方式,对目前较差的水质环境进行净化和改善,并且政府部门也需要向广大农民群众普及生态农业知识,从而让他们能够具备一定的环保意识,为农业的可持续发展提供了重要的条件。
4结语
1.1用水效率过低,有潜力可挖
我国是世界上13个贫水国之一,同时也是水资源浪费大国。我国农业用水量占总用水量的73.4%(若考虑农村生活用水则占81.7%)。当前我国灌溉用水的利用系数只有0.3—0.4,与发达国家O.7—0.9相比,相差0.4—0.5:农作物水分生产率平均1kg/m3左右,与以色列2.32kg/m3相比,相差一倍以上。从GDP用水效益上来看,美国1990年GDP用水效益为10.3美元/m3,1989年日本为32.4美元/m3,我国1995年用水效益为10.7元/m3,只有美国的1990年1/8,日本1989年的1/25(汇率按1995年1.32美元计算),说明我国节水潜力很大。
1.2解决16亿人口粮食安全的需要
所谓的粮食安全是指“保证任何人在任何地方都得到为了生存和健康所需要的足够食品”,根据有关粮食安全评价,目前我国粮食安全低于美国、加拿大、澳大利亚和法国,高于俄国、日本、印度和世界平均水平。如果考虑我国庞大的人口群和水土资源供给状况,未来我国粮食安全水平同现在相比有可能下降。据预测,在2030年左右,我国人口将达到16亿高峰,届时,需要粮食增长到6.4—7.2亿吨。为了满足这种粮食需求,灌溉面积需要发展到9.0亿亩,此时,用水量将从现状的4000亿m3增长到6650亿m3。从目前我国水资源供需状况来看,如此大量的农业水资源供给是不可能的,必须通过节水来实现。据估算,如果科学地发展节水农业,到2030年我国灌溉水的利用系数达到0.65,水分生产率达到1.5kg/m3以上,加上10多亿亩旱地农业增产的潜力,可以基本满足我国未来粮食的安全。
1.3生态环境的需要
农业节水与生态环境密切相关。目前,我国的生态环境从整体上来看,还处于不断恶化阶段,因河流断流而带来的生态环境问题引入注目。黄河是我们的母亲河,由于多年不断的断流,有人将之戏称为“干娘河”。黄河断流不仅对三角洲生态造成重要影响,而且对全流域生态环境产生极大不利影响。如黄河断流导致河道淤积萎缩,增加高水位威胁的风险。解决黄河断流的对策有多种,其中最主要的根本性战略措施是农业节水,提高农业用水效率。目前黄河流域农业用水占总用水量的92%,大约有4/5灌溉水量是大水漫灌,节水灌溉面积仅2276万亩,仅占总灌溉面积的20%。另外,西北干旱、半干旱地区降水少,生态环境脆弱,首先应满足生态用水,当前尚未遵循这一原则,农业用水浪费,过量开荒超载放牧造成沙化面积不断扩大,沙尘暴增加,需要大面退耕还林还草,耕地减少需要提高单产,因此,只有不断提高农业用水效率才能有效地解决生态环境用水问题。
1.4工农业发展的需要
1972-1993年,我国工业和城市生活用水量从19.1亿立方米增加到1403亿立方米,净增加了1384亿立方米。30年来,工业和生活用水基本上引自于农村或灌溉水源地,其中相当一部分是农业节水的支持。在全国范围出现干旱,农业用水源大量支持工业和城市建设的条件下,粮食总产量由1970年2400亿公斤增至1996年4900亿公斤,增加了一倍多,这充分地说明了我国农业用水效率的提高,和农业综合能力的增长,我国在21世纪将成为世界中等发达国家,为了工农业的进一步发展,还要提高工业和农业的用水效率。
2、提高农业用水效率需要变革
2.1转变水资源供需观念,由供水管理演变为需水管理
传统的水资源管理可以统称为供水管理,其主要的特征是根据工农业用水需求,建立大中型水利工程来实现水资源供需平衡,它为缓解甚至彻底解决水资源供需矛盾发挥了重要作用。随着水利工程不断兴建,工程难度愈来愈大,成本也不断增加,而且随着径流开发加大,带来了系列的生态环境问题,水资源供需矛盾也不断加剧,完全依靠增加工程解决水资源问题已经成为不可能,运用综合手段缓解水资源供需矛盾成为一种必然。供水管理的最大缺陷是忽略了用水者节水的可能性,它将水资源供需矛盾的解决寄托在水源供给上,其结果是水资源浪费的增加和低效。必须改变供水管理为需水管理。所谓的水资源需水管理就是综合运用行政的、法律的和经济的手段来规范水资源开发利用中的人类行为,从而实现对有限水资源优化配置和合理利用,它强调把水资源作为一种稀缺的经济资源,对水资源的优化利用应着眼于现存的水资源供给,而不是自发的向新的供水能力投资以满足未来的水的需求。在今后相当长的一段时间内,农业水资源供给量不可能增加,我们必须依靠现在的4000亿m3左右水实现农业的可持续发展,通过需水管理是实现这一目标的关键所在。
2.2改变单项技术为综合技术
提高农业用水效率决非一项或几项工程措施所能实现,而要形成一套节水农业技术体系。首先是充分利用当地水资源,包括降水、地表水、地下水、土壤水和劣质水资源化。在此基础上引水、调水。在工程措施方面,前两年给人以误导,以为节水农业就是喷灌滴灌。现在国家将节水的重点,放在以节水为中心的大中型灌区改造上是正确的,但有的灌区把渠道防渗视为节水的唯一措施,各级渠道防渗到底,不但投资巨大,水的有效利用系数不高,如7级渠道水的利用系数达到O.9,也不过只有0.48,若为0.95也就是0.7。大中型区灌区改造应以骨干渠道防渗、井渠结合,渠系配套和平整土地为节水灌溉的基础,再加上灌溉技术的改进,提高水的利用率。在农艺措施方面,首先是结合当地自然、资源和经济条件,进行农业生产结构的调整,推行节水灌溉制度和节水栽培措施,减少农作物蒸发蒸腾,增加产量,提高水的利用效率。在节水管理方面,按流域统一管理地表水和地下水,改革管理体制和机制,建立科学的水价政策。山东桓台县是个老井灌区,年降水量550毫米,采取以转变耗水观念为突破口,充分利用降水、开发利用土壤水,合理调控地下水,达到采补平衡,农水措施紧密结合实现节水“吨粮县”。在管理上,建立全县、乡、村三级管水体系,加强技术培训,3年来办班1035期次培训班,发放节水明白纸28万份,受训25万人次,使当地水的利用系数达到0.9,水的利用效率达到2.0kg/m3,成为我国农业高效用水的典范。
2.3提高农业用水效率需要多部门联合
节水农业是一个系统工程,涉及到众多部门,如农业、水利、科技、气象、城建、环保、宣传、计划和行政等部门,所以,提高用水效率单靠某一部门是难以实现,必须通过有关部门的大力协作来完成。提高农业用水效率就需要农业和水利部门联合,目前,有关部门缺乏有效的合作机制,各自为战,难以形成合力发挥最大效益。所以,我们应该(1)设立综合协调机构,从组织上为部门的联合创造条件;(2)按项目管理的办法联合有关部门组织实施;(3)制订多部门参与的可行的节水农业规划,为多部门联合提供实现的基础;(4)充分重视发挥地方部门的联合效益,地方是节水的真正主力,只有充分发挥地方各部门积极性,才能事半功倍。如上所述,桓台县组织水利、农业、农家宣传和乡、村行政部门联合共建节水吨粮县。
十五届三中全会决定要把推广节水灌溉当作一项革命措施来抓,即将现代化灌溉带动农业现代化,如北京发展喷管200万亩,改变两年三熟为一年两熟,小麦玉米可以平播,减少田埂和渠系,扩大了耕地10%-15%,增产增收,促进了农业现代化。但对小麦后期喷灌易倒伏和灌浆不饱满,需要农业部门联合,采用矮杆抗倒伏和灌浆效率高的品种及栽培技术,只有农水部门联合,才能达到节水增产的目的。又如河南唐河县为砂姜黑土,有水不敢灌溉,因渠水灌了,湿粘干裂,农田灌溉所帮助发展喷管、滴灌种菜,亩产收入8000元,深受群众欢迎,节水灌溉推动了当地农业的发展。
2.4提高农业用水效率,需要充分发挥农民的节水积极性
提高农业用水效率,离不开农民的参与,一切技术和措施最终通过农民的实践来实现,农民是节水提高效率的主体,其行为和素质在某种程度上决定节水效率的提高。因此,建立农民参与管理决策的民主管理机制是节水环节不可缺少的重要因素之一。
目前,一种新型的经济自立灌排区的水管理机制值得关注和探讨。它是世界银行推荐的水管理体制改革的模式,已在我国江苏、山东、安徽、河南和河北等五省进行了试点,效果较好。所谓的经济自立灌排区,是指在水利界限清晰、相对独立的灌排区上建立的旨在逐步减少并最终消除对政府财政依赖、按照市场经济体制自主经营、独立核算、经济上自负盈亏、管理与服务相结合的、强调民众参与的、非赢利的经济实体,其主要模式是供水公司+用水者协会。江苏试点表明,自流灌区可节水量200—300m3/亩(无工程投入)或300500m3/亩(预计有工程投入),安徽畀史杭灌区1997年试点也表明,基本实现了支渠以下的自我管理、自动维修、自主供水、自发交费、按方结算的有效管理机制,充分调动了农户参与的管理的积极性,无论是在供水管理、工程管理还是水费计收方面都取得了较好的成绩。
2.5提高农业用水效率,需要节水设备和服务产业化
节水效率的提高,要依靠灌溉工具和设备的提高,就要通过节水灌溉的产业化形式来实现。节水灌溉产业化包括节水设备的产业化和服务产业化。
目前,我国生产节水灌溉设备企业已初具规模,但从巨大的需求和产品质量来看,尚处于幼龄期,企业小而分散,产品品种单一,质量得不到保证,由于一些节水灌溉设备不过关,造成不少己建节水灌溉工程不能发挥效益,甚至报废,生产国产优质的节水灌溉设备,是提高水资源利用效率的重要环节,我们必须将其当作一件大事来抓,从多角度来促进节水灌溉设备的产业化。从国家角度来看,国家采取有利措施,制订和尽快实施节水灌溉设备产业化计划,同时加强产品质量监控,规范市场行为;从企业的角度来看,实施创名牌的战略,有关企业通过强强联合,在国家有关部门的协调下,组织优势科技力量,创出一批名牌产品和若干龙头企业。
节水灌溉服务产业化是节水效率提高的另一重要途径,也是节水农业发展的必然趋势。80年代中后期,我国一些地方出现了以喷灌机为手段的服务专业户,受到农民的欢迎。农民不需购置设备,设备产权明确,由熟练人员操作,设备周转使用率高,减轻了农民繁重的体力劳动,其运行符合市场经济规律,在抗旱节水中发挥重要作用。当前,小型水利设施的管理和经营机制正在改革,对小水源,小渠道,小泵站采取服务合作制、拍卖,承包,租赁等改革方式,我们应充分利用灌区改革的机会,促进节水灌溉服务产业化。服务产业化向综合性的技术转化,包括发展以科、工、贸相结合,产学研一体化的服份公司,使之具有咨询、规划、设计、营销与培训相结合为一体的经济实体,通过多种形式的综合性的服务,使节水灌溉服务产业化走上健康之路。
3、提高农业用水效率的主要技术途径
3.1减少无效蒸发
降低无效蒸发是提高农业用水效率的重要技术途径,具体是减少土壤蒸发和作物奢侈蒸腾。据估算,半干旱区蒸发量占降水量的55—65%,相当于作物总耗水量的1/4—l/2,所以,减少土壤蒸发成为提高农业用水效率的重要途径。为了减少土壤蒸发,目前比较成熟的技术采用地膜覆盖和秸秆覆盖。实践表明,地膜覆盖不仅具有增温保湿、保墒提墒、改善土壤理化性质的作用,而且可以促进种子萌发,促进作物早出苗、出壮苗且早熟高产。地膜覆盖的作物同不覆盖相比,一般增产20—50%左右,而且产品的质量也有一定的提高。秸秆覆盖是一种资源丰富、发展前景广阔、效益明显的节水技术,它具有改土培肥、保持水土和增产效果明显的特点,据有关实验,砂壤质和中壤质连续覆盖后,土壤有机质由0.88%、0.94%逐渐增至1.06%和1.17%,农田冬闲期秸秆覆盖减少土壤蒸发48%,冬小麦夏闲期秸秆覆盖一般增产10—20%,干旱年份达50%以上,水分利用效率提高0.48—0.85k8/m3。减少奢侈蒸腾在干旱时叶面喷洒黄腐酸可使小麦水分生产率提高15.5%。
3.2调整种植结构,开发培育节水高产品种
由于品种的差异,作物水分利用效率(WUEkg/mm.亩)存在较大的差别,如冬小麦WUE为1.03(山西屯留,1989)、春玉米为1.61(山西屯留,1988),春谷子为0.75(山西屯留,1989)、春小麦为0.45(内蒙古武川,1989)、马铃薯为0.79(内蒙古武川,1987)。有关资料表明,通过调整作物布局,建立适应抗逆型种植制度,一般可使农田整体WUE提高O.150.26kg/m3,增产15-30%。从总的情况来看,玉米等碳4植物比小麦等碳3植物水分利用效率高,根据区域和种植区的实际情况,调整和优化种植结构,对提高农田整体水分利用效率是非常有利的。
值得说明的是,水分利用效率的提高,并不一定意味着经济效益的提高,在布局调整时,还必须充分考虑市场这只“看不见的手”的调节作用,将水分利用效率和市场有机的结合起来,达到增效增收的目的。
节水高产品种的培育是提高作物产量的重要途径,培育抗旱增产品种是现代作物育种的一个新方向,也是提高农业用水效率的不可缺的举措。目前已经初步完成了小麦、水稻、玉米等作物品种染色体基因图的绘制,使人类按照自己的意愿实现作物基因的重组成为可能。一些品种没有将抗旱和增产有效地结合起来,出现了抗旱不增产或者增产不抗旱的情况。所以,开发培育节水高产品种,还有一段相当长的路,我们必须利用现代技术,如生物技术、基因工程技术等克隆或者发现抗旱增产基因,为提高水分利用效率作出更大的贡献。
3.3节水高产施肥、培肥技术
“以肥调水”技术是提高水资源利用效率的重要手段。研究结果表明,作物的产量与温度、光照、水分、肥料等因素有密切关系,在其他因素不变的条件下,作物的需水量与肥力相互耦合,呈现出规律性变化关系。表l是不同施肥水平作物产量(Y)及水分利用效率(WUE)。
表1不同施肥水平作物产量(Y)及水分利用效率(武川)(公斤/亩,公斤kg/mm·亩)
从表可以看出,在一定的阈值范围内,作物的产量与肥料水平呈现正相关关系,水分利用效率却表现出倒U型,最大的WUE值并非出现在超高肥阶段,而是出现在高肥区。尽管不同实验区所得结果略有差异,但所表现出的通过调肥可以获得较高的WUE结论是一致的。
此实验给我们的启示是,通过调节土壤肥力可以获得较大的WUE。由于在一些地区,特别是干旱或半干旱地区,水分是影响作物生长主导限制因子,因此,可以通过以肥调水,提高农业用水利用效率。各地区应该根据各地的实际情况,寻求以肥调水的最佳方案,在实践中大力提高水资源利用效率。
3.4大力推进节水灌溉制度
节水灌溉制度是农业高效用水的基础,它针对农作物的生理特点,通过灌溉和农艺措施,调节土壤水分,对农作物的生长发育实施促、控结合,以获得最佳经济产量的灌溉方式。
实践表明,各种农作物不同发育阶段对水分的需求有很大差异,并非全生长期都要求土壤湿润才能稳产高产。一般而言,在作物营养生长盛期和受粉、受精期需水量较多,而在苗期和营养生长结束,生殖生长开始阶段,可以适度水分亏损而不减产。许多旱作物苗期保持较低土壤含水量,可以促进根系深扎,为充分利用土壤水奠定坚实的根基:成熟期为了防止倒伏,保持较低土壤含水量是非常必要的。这是开展节水灌溉的理论基础。此外,节水灌溉具有投入低、见效快、适合我国国情的特点。
以冬麦为例,如冬前生长旺盛,分蘖已达到产量要求的成穗数,则在春季返青的拔节前期不应灌水,以抑止无效分蘖,减少水分和养分的无效消耗。中国农业科学院农田灌溉所在山西夏县的试验结果表明,冬小麦浇3水(127m3/亩)处理,亩产256.41kg,浇5水(220m3/亩)处理,亩处理272.4kg,仅低5.9%,但节水93m3/亩,水分利用效率提高O.24-O.28kg/m3。河北省的试验也说明了类似规律,过去小麦要灌水5~7次,实施节水灌溉以后,现在仅灌2~3次,产量有增无减。近年来许多地方水稻栽培实行“浅湿晒”的灌溉方式,或“控制灌溉”方式,都达到高产省水效果,证明科学的节水灌溉制度是高效用水的基础。
3.5积极发展研究农业节水高新技术
节水农业的发展和效益的提高最终依靠科学进步来实现,特别是高新技术,它代表了节水农业发展方向,是中国农业能够在21世纪跨入世界前列的重要支撑力之一。它包括分子生物学技术、信息技术、精准农业技术、化学节水技术、新材料技术、自动化管理技术、灌溉新技术以及低水耗高产农业的综合技术等以化学节水中黄腐酸(FA)为例,它是一种理想的抗旱剂,它以黄腐酸为主要原料,并配以植物所需的30多种元素生产出的旱地龙,已经在全国推广1000多万亩,使用此产品可使作物增产10-15%,节水20-30%,投入产出比为1:15,经济作物则达1:20以上。依靠科技进步,减少农田蒸发和作物奢侈蒸腾及增加产量,提高农业用水效率是我们长远的奋斗目标。
我国水资源整体上短缺。我国年平均降水总量约6.188万亿立方米,年水资源总量约2.7万亿立方米,居世界第六位,但人均占有量仅2250立方米,只有世界平均水平的1/4,按亩均算只有1300立方米,只有世界平均水平的一半。目前,全国已有600多座城市缺水,每年城镇缺水200亿立方米以上,而农业用水每年亏缺300亿立方米,农村有2000万人口饮水困难。水资源短缺是制约我国经济发展的首要资源环境问题之一。随着国民经济快速增长,水资源“瓶颈”问题日益显现,如何解决这个问题,成为社会普遍关注的问题。
据预测,在2030前后我国人口将达到16亿高峰,需要粮食增长到6.4~7.2亿吨才能满足需求,按照现有水平预测,为了满足这种粮食需求,灌溉面积需要发展到9.0亿亩,此时,用水量将从现状的4000亿m3增长到6650亿m3。从目前我国水资源供需状况来看,如此大量的农业水资源供给是不可能实现的。出路只有一条,提高水资源利用率和利用效率,节水农业的发展是必由之路。
目前,我国的耕地灌溉率已经高达40%,农田灌溉用水总量3600~3800亿m3,占全国总用水量的65%。据中国工程院预测,在不增加灌溉用水的条件下,2030年全国缺水高达1300~2600亿m3,其中农业缺水500~700亿m3。如果我们把农业灌溉水的利用率由目前的0.45提高到发达国家的0.7,则仅节水灌溉一项即可节水900~950亿m3!不仅可以解决7亿吨左右食物生产的用水,还可以富裕出400~500亿m3的水用于国民经济的其它重要领域。,因此,农业节水已经成为国家安全的重要组成部分,具有紧迫性。
2、我国节水农业发展现状
近年来,我国十分重视节水农业的发展。取得了农业用水几乎零增长的条件下满足农业发展需求的骄人业绩。根据水利统计公报,2004年全国有效灌溉面积达到56252千公顷;万亩以上灌区达到5800处,有效灌溉面积25506千公顷;30万亩以上大型灌区280处,有效灌溉面积13771千公顷。2004年大型灌区续建配套与节水改造完成干支渠骨干渠道衬砌防渗1300公里,改造、加固、配套建筑物7800余座,新增年节水能力11亿立方米。我国节水技术大纲已经,其中农业节水技术成为重要组成部分。未来,农业用水量零增长成为重要的目标。
3、我国节水农业发展存在的问题
尽管我国节水农业发展取得了一定成就,但也存在一定的问题,主要表现在:
3.1节水农业技术不普及
目前,我国水资源短缺与粗放低效利用的状况并存,而水资源的粗放低效利用,又加剧了水资源短缺程度。目前,农业灌溉用水约占全社会用水量的70%,但由于输水方式、灌溉方式、农田水利基础设施、耕作制度、栽培方式等方面的问题,我国农业用水的利用率很低,渠道灌溉区只有30%~40%,机井灌溉区也只有60%,和一些发达国家(达80%)相比有很大差距。同时,我国目前农业用水利用效率也很低,每单位净耗水的粮食生产效率不足1kg/m3,和一些发达国家单位净耗水2-3kg/m3的水平相比差距很大。目前黄河流域农业用水占总用水量的92%,大约有4/5的面积是大水漫灌,节水灌溉面积仅2276万亩,占总灌溉面积的20%。我国西部地区普遍缺水,其中西北干旱少雨,西南土层瘠薄,农业生态环境脆弱。但现状是农业用水浪费严重。
3.2理论认识上存在偏差
目前,在我国节水农业发展问题上认识还存在一些偏差,主要表现在以下几个方面:第一,节水农业看技术含量,认为高新节水技术才识节水,研究、推广得到足够的重视,而那些技术实用性强,效率比较高的“土”技术没有得到足够的重视;第二,注重工程节水,忽视农艺节水,主要表现在将节水农业等同于农业工程节水,把节约水在输送和灌溉过程中的浪费作为主要技术内容,节水农业技术应该包括农艺、工程和管理技术,是一项复杂的系统工程,是综合利用各种农业节水措施的技术集成;第三,节水灌溉农业和旱作节水农业分离,目前由于管理的原因,在节水灌溉农业和旱作农业方面存在分工,水利部门基本注重灌区,农业关注旱区,两者有不相往来的趋势,旱作节水与灌区节水发展不平衡,制约了节水农业的发展。
3.3节水农业创新水平不高
但从整体上看,我国节水农业技术引进的多,自主开发的少,产业化程度低,整体配套性差,如喷微灌设备、节水作业农机具、难以满足显示需求。我国拥有自主知识产权的节水高新技术还很少,推广国外产品,成为一些技术推广部门的经营的主项目,提高农业节水创新水平,满足我国农业节水的需求,是摆在我国节水面前的重大课题。
3.4农业节水系列标准的不完善
农业节水系列标准是衡量节水农业的尺子,具有可操作性的东西。尽管目前采取了多种节水农业技术措施,但如何进行衡量和度量还缺乏统一的标准和指标体系,很多。如投资与效益的比例,多大才是节水效益优的,效益的衡量的时空范围多大,都没有明确界定,这样,对于衡量节水农业是导致众说纷纭。对于一个节水工程而言,局部是节水效益高的,但从整体上来考察则是不节水无效益的。
3.5注重单项技术,缺乏深入的节水技术综合集成
目前在我国节水农业发展过程中,往往只注意单项的工程技术如渠道防渗、低压管道输水、喷灌和微灌的推广,缺乏将这些技术和农业措施紧密结合的综合集成技术,导致单一技术的推广出现困难,甚至夭折现象的出现。工程节水技术与非工程节水技术相结合,形成高度集成的综合节水技术体系是当前节水农业技术发展的方向,也是许多国家研究的热点
3.6农业节水投资力度不足
长期以来,我国节水农业资金不足,制约了节水农业的发展。1996年,经国务院批准,“九五”期间在全国建设300个节水增产重点县。全国在此方面已投入节水灌溉资金250亿元。在旱作农业示范区建设方面,目前国家每年为此投入的资金,大约为2000万元左右。全国农田水利基本建设共投入资金约580亿元,对213个大型灌区和23个重点中型灌区进行了续建配套节水改造,开展了150个节水示范项目、50个牧区节水灌溉试点和99个山区雨水集蓄利用项目建设。但这些资金同巨大的资金需求相比相差很大,投资不足,依然制约节水农业的发展。
4、我国节水农业发展几点方向
4.1进一步确立节水农业的重点
确立节水农业的重点,是我国节水农业“有所为,有所不为”的具体体现,是确立投资重点的方向性问题。目前,我国节水农业的重点是在灌区的节水工程上,应该进行战略性地调整,确立我国节水农业发展灌区和旱区节水农业并重的节水方针,节水的重点是田间。
从粮食产量而言,灌区的产量高于旱区,从水资源利用量而言,灌区的水资源利用量很大,他直接取自江河或者地下,对地下水和下游产生一定的影响,注重灌区节水是非常重要的,但不能因此而忽视旱区节水。从总体而言,旱区生活比较贫困,其群众的生活比较困难,但旱区的粮食潜力很大,只要充分挖掘其降水潜力,对于维护我国粮食安全是十分重要的,旱区节水对于增加农民收入,改善其生活条件是十分有意义的。
无论是旱区还是灌区,节水重点应该放在田间,通过农艺等多种措施,减少无效蒸发,提高水资源利用率和利用效率。
4.2建立完善的用水计量体系
计量体系,是节约用水的基础性工作。目前,我国许多灌区缺乏完善的计量体系,致使灌区不能按量收费,制约了水资源高效利用。产生计量设施不完善的主要原因是在灌区建设过程中我国的投资配套政策决定的。在灌区建设时,我国基本上采取了国家头骨干工程,地方建配套工程的配套政策,导致国家投资到位,地方配套工程没有落实的“半拉子”工程,工程无法实现其设计效益。因此,将灌区计量设施体系进行完善,是目前的重要性工作,必须进行完善,才能为水资源计量收费奠定基础。国家对“配套的”投资政策进行反思和评估,科学地评定起合理性,促进国家有限资金的高效利用。
4.3建立长效的节水农业机制
通过机制的建立,促进节水农业的长效的发展,是目前我国节水农业发展面临的重要课题。长期以来,我国的节水农业靠政府推动,一些地方出现了非常尴尬的局面,一些节水工程成了“参观工程”,成了摆设,国家政府推广的时候,用一用,之后有的就废弃了,即浪费了资金,也在农民中造成恶劣的影响。应该建立长效的节水农业发展机制,充分调动农民的积极性,让其在节水农业中获得实实在在的利益,在市场条件下变成自觉的行动。为此,政府应该采取多种措施,主要包括,建立科学的农业水价体制,让百姓在充分享受WTO规则的“绿箱政策”的同时,考虑农民的承受能力,指定有利于节水的水价政策;其次,充分认识节水农业的公益性,对节水农业的发展进行适当的补贴,鼓励其发展节水农业;第三,建立科学的奖励惩罚制度,规范其行为;第四,通过建立农业水权体系,维护农民的利益,并且在农业水权转移过程中得到好处。
4.4将节水农业作为战略性工程实施
节水农业的发展不仅是农业本身的过程,而是涉及到国民经济发展的大系统工程,国家将其作为一项战略性工程来实施。作为战略性工程,国家应该加大起投资力度,采取各种措施进行优惠,吸引各种资金投入节水农业工作中。完善其法律法规。加强起领导,运用科学的发展观统筹节水农业的发展,将其纳入国家的发展规划并严格的加以实施。
4.5建立适合我国国情的节水农业技术体系
我国的农业基本国情是地块零碎的一家一户土地承包制、农业发展不均衡、经济发展欠发达、地域广阔、农民的掌握科技的整体素质不高等,节水农业技术体系的建立必须建立在这个基本的国情之上,只有适合我国农业基本国情,农业节水技术才能得以普遍推广,才能产生明显的效益。
目前,适合我国的节水农业技术体系尚为建立起来,曾经“一刀切”式的喷滴灌技术推广遇到了前所未有的阻力而未成功。因此,为了建立适合我国国情的节水农业技术体系,需要开展以下几个方面工作:
第一,建立“傻瓜式”的节水农业技术,傻瓜式的节水技术能够加快节水技术的推广,并不是降低节水结束的科技含量,而是增加了起含量,“傻瓜相机”在民众得意推广就是同一道理;
第二,实施“区域不均衡发展”的节水技术推广战略,对于经济发展快的地区,可以以现代节水技术为目标推广高新技术,对于欠发达地区,以投资小,见效大的传统的节水技术为主体推广节水技术;
第三,将现代节水农业技术与传统的节水农业技术有机结合,因地制宜,推广节水技术;
第四,建立我国节水设备研制、开发和推广技术体系,成本低廉,实用性强,服务方便到位。第五,建立节水农业科技示范区
1.1过滤技术膜过滤技术与机械技术是过滤技术的2种主要方式。膜过滤技术通过利用具有不同孔径的膜对颗粒物进行滤除,对不同粒径的颗粒物进行有效截留,超滤技术与横流式微滤是有效去除小粒径颗粒物的方法,主要应用于具有较高养殖经济价值的水产品的废水处理;机械过滤利用过滤设备根据吸附作用对养殖排水中的饵料进行去除,还能有效清除养殖生物的排泄物以及重金属等污染物。
1.2泡沫分离技术泡沫分离技术主要将大量空气注入污水,在微小气泡上附着水的表面活性物,在气泡上升至水面时形成泡沫,在这种情况下采用分离水面泡沫的方法就能有效去除污水中的悬浮态污染物,这种技术能够将溶解氧提供给养殖水,避免有毒物质的积累,但是因为生态农业园中的淡水养殖缺乏足够的电解质,不能形成较多的泡沫,所以会导致其应用效果不佳。
1.3其他处理技术其他水产养殖排水水质改善技术还包括机械增氧技术与排换水技术两种,此外,反渗透技术、高分子重金属吸附技术以及活性炭吸附技术也是有效改善水产养殖排水水质的技术与手段。
2化学处理技术
2.1混凝沉淀技术混凝沉淀技术就是利用化学原理,将混凝剂加入水中,对水中的污染物进行有效去除,石灰铁盐与有机絮凝剂等常用的混凝剂因为其具有一定的毒性,所以不能直接在养殖用水中应用,而是用在水产养殖排水水质的处理上。
2.2臭氧氧化技术臭氧如果具有强氧化性,就能在水中迅速自行分解,避免造成二次污染,具有除臭、杀菌、脱色以及去除有机物的作用,是一种比较有效的绿色氧化药剂,这种技术主要运用于海水工厂养殖排水水质的处理中,具有较强的氧化作用,能够有效分解、溶解以及降解水中的有机物。
2.3紫外辐射技术紫外辐射技术利用紫外辐射对水体进行消毒,不仅能够破坏水中残留的臭氧,还能将大量的病菌杀死,具有无毒、高效以及低成本的特征,紫外辐射技术是一种比较成熟的养殖排水水质改善技术,主要应用于水产生殖排水的循环过程中。
3生物处理技术
3.1人工浮床净化技术人工浮床净化技术通过模拟自然界的各种变化规律,利用高分子材料和混凝土等载体,对水生植物进行种植,使其发挥清除水体污染物的作用,这种技术能够净化水质、美化水体景观,为生物创造生存空间的功能,促进周围生物的多样性发展,加强其生态系统的完善,能够很好地适用于生态农业园区的水产养殖排水中。
3.2人工湿地净化技术人工湿地净化技术能够按照水体的具置和实际情况,模拟湿地的结构与功能,综合净化与处理污水,构成水体、基层、微生物以及水生植物等人工湿地的主要元素,对铵、氮、硝酸盐以及亚硝酸盐等化学物质进行有效清除。
3.3水生动物净化技术水生动物净化技术就是将水生动物放养于水产养殖所用水体中,不仅能够起到净化水质的作用,还能提高生态农业园水产养殖的经济效益,是一种兼具实用性与经济性的水质净化技术。
1引言
保水剂作为一种化学节水技术,于20世纪70年代在美国农业部北方研究中心开发成功。随后美国、日本、法国等国家对保水剂在农林业中的应用进行了大量的研究,并进行了大面积的推广使用。国内对保水剂的研究开始于20世纪80年代中期,目前大部分产品已有一定规模。在“八五”和“九五”期间共在全国示范推广达1100多万亩。目前,土壤固化剂、复合土工膜料、坡面积雨固土材料、植物蒸腾抑制剂、种衣剂等大批保水剂已经在我国农林业中得到了实际应用。
2保水剂的一般性质
保水剂是一种具有三维交联网状结构的新型功能高分子材料,采用含有羧基、羟基或氨基等的亲水性单体,在引发剂和交联剂的作用下,通过聚合、交联等化学反应而形成。高吸水性树脂能通过水合作用迅速吸收自重几百倍乃至上千倍的水而呈凝胶状,常压下对其施加压力,水也不会从凝胶中逸出,常称其为高吸水性聚合物。高吸水性材料或超强吸水树脂等。
保水剂作为农作物干旱时的“微型水库”,具有应用范围广,高保水性,改良土壤,促进生长,节约肥料等多方面优点。据资料显示,在相同水肥条件下,使用保水剂可明显增加作物产量。增产幅度达10%~30%。节水节肥5%~20%#在花卉等经济作物上,使用保水剂可明显延长浇水时间(3天~7天),花蕾大,持续时间长,经济效益高I在旱农试验区开展的保水剂应用试验。结果显示保水剂对保蓄雨水效果较好,尤其促使了作物生长后期根区土壤水分的补充和提高。
近年来由于新原料的选用和材料的复合化,保水剂的类别不仅包括传统的淀粉类、纤维素类、合成类(聚丙烯酸类、聚丙烯酰胺类等)。还包括生物降解类(氨基酸类、壳聚糖类等)、有机一无机复合类、缓释功能类(腐殖酸类)。保水剂的聚合工艺主要有水溶液聚合法和反相悬浮聚合法,也可采用辐射引发聚合、微波引发聚合以、喷雾聚合、高温快速反应法等方法。目前,国内生产和供应保水剂的厂家多达40多家,主要有胜利油田长安集团、北京裕德隆科技发展有限公司、河北科瀚树脂有限公司、天津晨光化工有限公司等。
3保水剂的发展现状
现在我国实施农业生态环境建设、农业结构调整和中西部开发战略,农业重点推广旱作节水技术,而抗旱保水技术是其重要内容。近年来,保水剂越来越受到农业领域的重视,研究重心也开始从如何提高保水剂的性能向其在农林业的实际应用转移。有关保水剂的研究进展主要集中在以下几个方面:
3.1开发保水剂的制备新方法
新的制备方法要在保证产品具有优良的吸水保水性能的基础上,提高吸水速率、改善耐盐碱性能和产品凝胶强度以及热稳定性能,目前主要采用以下措施:引人非离子型亲水基团到主链上;使用含有大量亲水基团交联剂;用表面活性剂对树脂进行外层处理等。天津三农金科技有限公司用玉米淀粉作原料,在引发剂作用下,用乙烯或丙烯单体在淀粉的天然高分子骨架上接枝共聚,最后接枝共聚物靠爆聚放热自交联,从而生产出高效抗旱保水剂。该方法称为原子经济反应,实现了清洁生产。杨瑞成等利用高温快速反应法成功制备了聚丙烯酸/蒙脱上高吸水性纳米复合材料。在外界温度为20℃时,该复合材料水凝胶所需干燥时间为128h,此复合材料可望广泛应用于西部高温干旱地区的沙漠化治理。
3.2研究保水剂的有机一无机复合
通过有机一无机复合方法,可制备出性能优良、成本低廉、实用性强的吸水材料。赵娜制备出了白鳝泥/(丙烯酸一丙烯酰胺)高吸水保水材料,吸蒸馏水的倍数可以达到1900左右,同时吸自来水倍数可以达到380倍左右,吸生理盐水能够达到124倍,在4000r/min的情况下离心1h后,其保水能力为98.97%。内蒙古水利科学研究院首次采用丙烯酸或丙烯酰胺与凹凸棒土合成有机一无机复合保水剂。抗钙、镁离子性能明显提高,原料成本进一步降低,与环境更友好。产品吸水倍率≥400倍;吸盐倍率≥70倍;该保水荆适合中国西部年降水量小于400mm,降雨比较集中,沙漠化、盐碱化严重的特点。
3.3将常量元素、微量元素、植物生长调节剂、杀虫剂、杀菌剂等添加到保水剂中,实现其多功能化
制备多功能化保水剂主要有两种方法:一种是进行简单的包裹;另一种是使两者发生某种形式的化学反应。林晶将保水剂与化学肥料按比例配合制得了既能吸水保水抗旱保墒,又具有缓释肥料功效的保水缓释肥,并以药用植物板蓝根为试验对象进行盆栽试验,对其保水效应及板蓝根生长状况进行观察分析,得出了保水缓释肥可以提高土壤的水分利用率、合理释放土壤有效养分、促生长作用明显的结论。
3.4研究高吸水性树脂在实际应用中与土壤、作物、肥料等的效应问题,以及对灌溉模式。耕作制度和农业设施等的影响
目前国内关于保水剂的实际应用的研究大多集中在增加入渗、抑制蒸发等方面。但是大面积推广应用尚缺少理论基础与技术指导。庄文化采用离心机法,分别研究了聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺在不同的条件下对砂土、壤土、黏土持水能力的影响。结果表明高分子对砂土的作用效果要优于壤土与黏土,因此大面积推广应用应首先选择在土壤偏砂的地区,实验证明8/1万~20/1万用量效果较好其高分子吸持水分的约83.7%可释放出供植物利用。杨瑞香等以华南赤红壤为基质,采用盆栽法研究了保水剂对桉树幼苗抗寒生长及存活率的影响。结果表明保水剂可以有效提高华南赤红壤的保温性能,有利于桉树苗木抗寒生长。