农业水资源利用及发展探析
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“21世纪谁来养活中国人”,这一话题在前一阶段被闹得沸沸扬扬,尽管问题的提出者似乎是别有用心,但是他提出的这个问题是值得我们深思的。中国是一个拥有12亿人口的国家,占世界人口的22%,估计到2000年将达到12.94亿人口,2010年达到14.43亿人口。解决中国人的吃饭问题是一个十分艰巨的任务。要解决吃饭问题,首先要有资源,最重要的就是土地资源和水资源。中国幅员辽阔,地大物博,自然资源丰富,绝对量居世界前列。然而这些资源由12亿人来分摊,人均资源量就非常少,远远低于世界水平。所以说土地资源和水资源的短缺是制约21世纪中国农业发展的一个极为重要的因素。中国的河川径流总量居世界第6位,水资源总量为28000亿m3,人均只有2480m3,仅为世界平均数的1/4。
中国国土的大部分地区都存在着不同程度的水资源短缺问题,并成为制约21世纪中国社会经济、工农业发展的主要因素,尤其是对用水量占总用水量80%的农业起着决定性的制约作用。对于农业水资源来说,问题还不仅仅是短缺,更为严峻的是在21世纪,农业用水量只能是零增长,甚至是负增长。随着社会经济的发展,人们生活水平的提高,对水的需求量急剧增加。然而,地球上的水资源是有限的,用水的增长不可能是无限的,当达到一定的极限状态时就会出现零增长,世界上有些水资源贫乏的地区,如以色列就已经或将要出现这种现象。在水资源相对贫乏的中国,随着社会经济持续稳定的发展,城市化进程的不断加快,工业用水和生活用水将会出现大幅上升,在总量有限的条件下,农业用水势必减少,从这个意义上说,农业水资源将出现负增长。例如北京市的密云水库,50年代末修建初期其主要目的是灌溉,而现在主要是供应北京的工业及生活用水。
2现代农业是高效用水的农业
水利是国民经济和社会发展的命脉,更是农业的命脉。水是一切农作物生长的基本条件,农作物在整个生长期中都离不开水,没有水就没有农业,中国能以占世界8%的耕地养活占全球22%的人口,其根本条件之一就是有40%的耕地是灌溉农田以及建立在灌溉条件下的作物多熟制与高产栽培综合技术。联合国粮农组织在1984年出版的《发展中国家土地潜在供给能力》估计在无水利投入的情况下,中国的土地仅能养活4.12亿人口。新中国成立以后,粮食产量有了大幅增长,而这个增长是和灌溉面积的增长同步的,所以说要达到2000年时粮食产量达5000亿kg的目标及21世纪农业的持续稳定发展,必须扩大灌溉面积。据专家预测,要解决中国的粮食问题,灌溉面积必须达到667万hm2左右。
要扩大灌溉面积,必须有足够的农业水资源,然而现实是农业不可能长期维持用水第一大户的地位,未来的农业用水只能是零增长或负增长,用水量是不能扩大的。因此,唯一的选择只能是提高水的利用效益,减少水的浪费,从农业节水上挖潜,从而达到扩大灌溉面积、提高粮食产量的目的。由于中国对农业水资源管理不善,先进的农业节水技术和现代化的管理措施没有得到大面积的应用和推广,水资源的浪费是非常严重的。中国主要灌区的渠系水利用系数只有40%～60%,也就是说大约有一半的水白白浪费掉了,在田间灌水中,习惯了大畦漫灌,每次的灌水量过大,总的灌溉定额也偏大,北方灌区的灌溉定额高出作物实际需要的2～5倍,浪费是惊人的。有人估计,每年农业浪费的水量达1000亿m3。所以说发展高效用水的农业不仅是必须的,因为农业水资源的零增长或负增长;同时也是可能的,因为农业用水还存在着很大的浪费。提高水的利用率,发展节水农业是解决未来农业水资源短缺的根本出路,也是现代农业的基本要求。
3发展高效用水的现代化农业是长期的战略任务
若按中国未来人口15亿人计算,中国的人均水资源量每人每年仅为1875m3。据估计2000年中国工农业及生活需水量达6500～7000亿m3,而可供水量仅有6000亿m3。水资源短缺已成定局,作为用水量占80%的农业用水必须提高水的利用率,让有限的农业水资源满足农业生产的需要,农业节水是长期的战略任务。农业灌溉将水自水源输送到农田,满足作物需要可以划分为三个环节,第一个环节是通过灌溉输配水系统,将水自水源引至田间;第二个是在田间地表水入渗到土壤中,在土壤中再分配转化为土壤水,而后被作物吸收;第三个是作物吸收水分后通过光合作用将辐射能转化为化学能,最后形成有机物质碳水化合物。高效用水的目标是极大地提高上述三个环节水的转化和产出效率,既节水又高产。
在第一个环节上,要提高输水的效率,其措施是通过工程的投入,实行输水渠道的配套、防渗,将来实行输配水管道化,从而大大减少渗漏损失和蒸发损失。在第二个环节上,要合理地调控农田水分状况,使引进田间的水最大限度地为农作物所利用。在第三环节上就是要调控土壤和地表面附近的大气环境,使农作物的生长有一个良好的外在环境。对于第二、三环节要逐步推广喷灌、滴灌等先进灌水技术、田间覆盖保墒技术,并加强田间用水管理。中国高效用水农业的形成必须以农业灌溉技术变革为前提,而农业灌溉技术的变革又是以现代农田灌溉理论为先导。其理论框架和技术体系是:以高效用水为节水高产的灌溉目标;以土壤水分转化和消耗规律为中心的农田土壤-植物-大气(SPAC)理论;以作物水分生产函数为中心的作物需水规律;以水分调控指标和手段为中心的技术体系。目前,先进灌水技术的推广步伐正在加快,但受经济实力的制约,在相当长的时间中国仍将以地面灌水为主要灌溉方式,因此,地面节水灌溉技术应是目前推广先进灌水技术的重点。其主要方法有:①加大田间流速以减少渗流;②实行输配水的管道化以减少用土渠输配水的沿程损失;③对现有渠道进行防渗改造以减少渗漏损失;④发展间歇灌溉,以增加灌水流速,减少深层渗漏损失。另外,在采用技术措施的同时,还要重视非技术措施,如完善管理体制和技术服务体系,农业水资源立法,农业供水水价的合理调整等,从而提高农业用水的管理水平,提高田间作物水的生产率。
4信息技术在高效用水农业中的作用
现代农业是以现代科学的高新技术的应用为标志的。目前已进入信息时代,信息技术在农业上的应用是未来农业发展的重要技术措施。在西方发达国家,通过遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、地球定位系统(GPS)及计算机网络获取、处理、传送各类农业信息的应用技术已到了实用化的阶段,欧共体将信息及信息技术在农业上的应用列为重点课题,美国农业部建立了全国农作物、耕地、草地等信息网络系统,可以说信息技术已成为现代农业不可缺少的一部分。为了建立高效用水的农业,将信息技术,尤其是“三S”技术(RS、GIS、GPS)引入农业节水的非工程措施中是十分必要的。中国在这方面的工作也开始起步,如作物估产、土壤含水率分布的监测等,但在实际应用上还有一定的困难。
但是在21世纪,空间遥感将会得到大力发展,将有更多的卫星被送上太空,特别是微型卫星、小型卫星阵列、高光谱扫描卫星、高分辨率卫星等,这就有可能为我们提供更多的信息,从而使信息技术和“三S”技术应用到农业生产的实际中去。应用“三S”技术可以提高水的利用效益,发展高效用水农业。例如,建立“田间墒情监测网系统”,对全国的农田墒情进行监测,为农业灌溉用水和抗旱减灾服务。监测土壤墒情,同时与当时当地的作物需水量相结合,从而确定灌溉用水是精确管理田间用水的最有效、最直接的方法。目前发达国家的先进灌区都以墒情监测作为节水和用水管理的主要依据,根据气象观测资料、土壤墒情资料、作物长势资料确定作物的灌溉水量及灌溉时间,及时提供用水信息,从而使农业灌溉管理更加科学化、精确化,达到农业用水的科学管理和节水的目的。
旱灾是威胁中国农业生产的主要自然灾害,在干旱灾害的防治上,墒情监测无论是在掌握区域性旱情分布及受旱程度上,还是在水资源日益紧缺情况下的农业用水管理上,都是一个十分重要的指标。根据土壤墒情及气象观测资料,可以及时了解旱灾的分布及旱情的严重程度,从而为建立农业生产的保障体系和抗旱减灾服务。除了上述的田间墒情监测网信息系统外,在高效用水农业中还可以建立农情信息监测网系统、灌溉用水水情监测网信息系统、旱情及旱灾防治与对策信息系统、节水农业技术与示范系统、农业可持续发展决策支持系统等。总之,信息技术,特别是“三S”技术和网络技术的应用将会进一步提高农业水资源的利用效率,推动高效用水农业的发展。
