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

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　我國水資源總量為28100億m3，人均水資源量約2200 m3，僅為世界平均值的1/4。預(yù)計到21世紀30年代，我國人口達到16億高峰時，在降水總量不減少的情況下，人均水資源量將下降到1760 m3，逼近國際公認的1700 m3的嚴重缺水警戒線。我國水資源的突出特點是時空分布不均，水土資源不匹配，水資源分布狀況與國民經(jīng)濟的布局和發(fā)展之間嚴重錯位。其中地處長江、淮河沿線以北地區(qū)的土地面積約占全國總面積的65%，耕地占全國總面積的51%，人口占全國總數(shù)的40%，我國多數(shù)的重要能源及化工基地均分布在該地區(qū)，但水資源量卻只占全國總量的20%，許多區(qū)域的人均水資源已大大低于1700 m3的缺水警戒線，缺水問題相當嚴重。

　　水資源緊缺已成為嚴重制約我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。農(nóng)業(yè)是我國的用水大戶，用水總量4000億m3，占全國總用水量的70%，其中農(nóng)田灌溉用水量3600-3800億m3，占農(nóng)業(yè)用水量的90%-95%。農(nóng)業(yè)用水中的浪費現(xiàn)象相當嚴重，首先是農(nóng)田灌溉水的利用率低，平均僅為45%左右；其次是農(nóng)田對自然降水的利用率低，僅達到56%；最后是農(nóng)業(yè)用水的效率不高，其中農(nóng)田灌溉水的利用效率僅有1.0 kg/m3左右，旱地農(nóng)田水分的利用效率為0.60-0.75 kg/m3。根據(jù)權(quán)威部門的預(yù)測結(jié)果，在不增加現(xiàn)有農(nóng)田灌溉用水量的情況下，2030年全國缺水高達1300-2600億m3，其中農(nóng)業(yè)缺水500-700億m3。若將農(nóng)田灌溉水的利用率由目前的45%提高到發(fā)達國家的水平70%，則可節(jié)水900-950億m3，如同時提高水的利用效率，農(nóng)業(yè)節(jié)水后不僅可滿足7億t左右的食物生產(chǎn)用水，還能節(jié)約出400-500億m3的水量用于國民經(jīng)濟的其他重要行業(yè)，這無疑會對未來的國家經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展和社會安全穩(wěn)定作出重大貢獻。

　　農(nóng)業(yè)節(jié)水不僅是我國國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展所要求的，也是我國農(nóng)業(yè)資源，尤其是水資源短缺、水土資源配置失衡等嚴峻形勢所決定的。農(nóng)業(yè)節(jié)水對保障國家水安全、糧食安全和生態(tài)安全，推動農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，具有重要的戰(zhàn)略地位和作用。我國農(nóng)業(yè)缺水的問題在很大程度上要依靠節(jié)水予以解決，加強對我國節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究，以科技創(chuàng)新促進生產(chǎn)力發(fā)展，建立與完善適合我國國情的現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，將成為促進我國節(jié)水農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措之一

1 現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究進展

　　隨著全球性水資源供需矛盾的日益加劇，世界各國，特別是發(fā)達國家都把發(fā)展節(jié)水高效農(nóng)業(yè)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。發(fā)達國家在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中，把提高灌溉（降）水的利用率、單方水的利用效率、水資源再生利用率作為研究重點和主要目標。在研究節(jié)水農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)上，將生物、信息、計算機、高分子材料等高新技術(shù)與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)相結(jié)合，提升節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的高科技含量，建立適合國情的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，加快由傳統(tǒng)的粗放農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化的精準農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的進程。

世界各國采用的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)通常可歸納為工程節(jié)水技術(shù)、農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)、生物（生理）節(jié)水技術(shù)和水管理節(jié)水技術(shù)等四類。節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用可大致分布在四個基本環(huán)節(jié)中:

　　一是減少灌溉渠系（管道）輸水過程中的水量蒸發(fā)與滲漏損失，提高農(nóng)田灌溉水的利用率；

　　二是減少田間灌溉過程中的水分深層滲漏和地表流失，在改善灌水質(zhì)量的同時減少單位灌溉面積的用水量；

　　三是減少農(nóng)田土壤的水分蒸發(fā)損失，有效地利用天然降水和灌溉水資源；

　　四是提高作物水分生產(chǎn)效率，減少作物的水分奢侈性蒸騰消耗，獲得較高的作物產(chǎn)量和用水效益。節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)達的國家始終把提高上述環(huán)節(jié)中的灌溉（降）水利用率和作物水分生產(chǎn)效率作為重點，在建立了以高標準的襯砌渠道和壓力管道輸水為主的完善的灌溉輸水工程系統(tǒng)和采用了以噴（微）灌技術(shù)和改進的地面灌技術(shù)為主的先進的田間灌水技術(shù)后，節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究重點正從工程節(jié)水向農(nóng)藝節(jié)水、生物（生理）節(jié)水、水管理節(jié)水等方向傾斜，尤其重視農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)與生態(tài)環(huán)境保護技術(shù)的密切結(jié)合。

1．1 農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)

　　利用耕作覆蓋措施和化學(xué)制劑調(diào)控農(nóng)田水分狀況、蓄水保墑是提高農(nóng)田水利用率和作物水分生產(chǎn)效率的有效途徑。國內(nèi)外已提出許多行之有效的技術(shù)和方法，如保護性耕作技術(shù)、田間覆蓋技術(shù)、節(jié)水生化制劑（保水劑、吸水劑、種衣劑）和旱地專用肥等技術(shù)和產(chǎn)品正得到廣泛的應(yīng)用。如美國中西部大平原由傳統(tǒng)耕作到少耕或免耕，由表層松土覆蓋到作物殘茬秸稈覆蓋，由機械耕作除草到化學(xué)制劑除草，都顯著提高了農(nóng)田的保土、保肥、保水的效果和農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。法國、美國、日本、英國等開發(fā)出抗旱節(jié)水制劑（保水劑、吸水劑）的系列產(chǎn)品，在經(jīng)濟作物上廣泛使用，取得了良好的節(jié)水增產(chǎn)效果。法國、美國等將聚丙烯酰胺（PAM）噴施在土壤表面，起到了抑制農(nóng)田水分蒸發(fā)、防止水土流失、改善土壤結(jié)構(gòu)的明顯效果。美國利用沙漠植物和淀粉類物質(zhì)成功地合成了生物類的高吸水物質(zhì)，取得了顯著的保水效果。

　　節(jié)水農(nóng)作制度主要是研究適宜當?shù)刈匀粭l件的節(jié)水高效型作物種植結(jié)構(gòu)，提出相應(yīng)的節(jié)水高效間作套種與輪作種植模式。例如，在澳大利亞采用的糧草輪作制度中，實施豆科牧草與作物輪作會避免土壤有機質(zhì)下降，保持土壤基礎(chǔ)肥力，提高土壤蓄水保墑能力。

　　在抗旱節(jié)水作物品種的選育方面，發(fā)達國家已選育出一系列的抗旱、節(jié)水、優(yōu)質(zhì)的作物品種。如澳大利亞和以色列的小麥品種、以色列和美國的棉花品種、加拿大的牧草品種、以色列和西班牙的水果品種等。這些品種不僅具備節(jié)水抗旱性能，還具有穩(wěn)定的產(chǎn)量性狀和優(yōu)良的品質(zhì)特性。特別是近年來，在植物抗旱基因的挖掘和分離、水分高效利用相關(guān)的基因定位以及分子輔助標記技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、基因聚合技術(shù)等在抗旱節(jié)水作物品種的選育上取得了一些極富開發(fā)潛力的成果。

　　近年來，水肥耦合高效利用技術(shù)的研究已將提高水分養(yǎng)分耦合利用效率的灌水方式、灌溉制度、根區(qū)濕潤方式和范圍等與水分養(yǎng)分的有效性、根系的吸收功能調(diào)節(jié)等有機地結(jié)合起來。通過改變灌水方式、灌溉制度和作物根區(qū)的濕潤方式達到有效調(diào)節(jié)根區(qū)水分養(yǎng)分的有效性和根系微生態(tài)系統(tǒng)的目的，從而最大限度地提高水分養(yǎng)分耦合的利用效率。美國、以色列等國家將作物水分養(yǎng)分的需求規(guī)律和農(nóng)田水分養(yǎng)分的實時狀況相結(jié)合，利用自控的滴灌系統(tǒng)向作物同步精確供給水分和養(yǎng)分，既提高了水分和養(yǎng)分的利用率，最大限度地降低了水分養(yǎng)分的流失和污染的危險，也優(yōu)化了水肥耦合關(guān)系，從而提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

1．2 生物（生理）節(jié)水技術(shù)

　　將作物水分生理調(diào)控機制與作物高效用水技術(shù)緊密結(jié)合開發(fā)出諸如調(diào)虧灌溉（RDI）、分根區(qū)交替灌溉（ARDI）和部分根干燥（PRD）等作物生理節(jié)水技術(shù)，可明顯地提高作物和果樹的水分利用效率。與傳統(tǒng)灌水方法追求田間作物根系活動層的充分和均勻濕潤的想法不同，ARDI和PRD技術(shù)強調(diào)在土壤垂直剖面或水平面的某個區(qū)域保持土壤干燥，僅讓一部分土壤區(qū)域灌水濕潤，交替控制部分根系區(qū)域干燥、部分根系區(qū)域濕潤，以利于使不同區(qū)域的根系交替經(jīng)受一定程度的水分脅迫鍛煉，刺激根系的吸收補償功能，使根源信號ABA向上傳輸至葉片，調(diào)節(jié)氣孔保持在適宜的開度，達到不犧牲作物光合物質(zhì)積累而又大量減少其奢侈的蒸騰耗水的目的，與此同時，還可減少作物棵間的土壤濕潤面積，降低棵間蒸發(fā)損失和因水分從濕潤區(qū)向干燥區(qū)側(cè)向運動帶來的深層滲漏損失。RDI是基于作物生理生化過程受遺傳特性或生長激素的影響，在作物生長發(fā)育的某些階段主動施加一定的水分脅迫（即人為地讓作物經(jīng)受適度的缺水鍛煉）來影響其光合產(chǎn)物向不同組織器官的分配，進而提高其經(jīng)濟產(chǎn)量而舍棄營養(yǎng)器官的生長量及有機合成物的總量。因營養(yǎng)生長減少還可提高作物的種植密度，提高總產(chǎn)量，減少棉花、果樹等作物的剪枝工作量，改善產(chǎn)品品質(zhì)。國際上有關(guān)調(diào)虧灌溉的研究主要是針對果樹和西紅柿等蔬菜作物，對大田作物的研究較少。

　　近年來，國內(nèi)外相繼開展了對作物需水量計算方法的大量研究，但這些研究大多以單點的和單一作物的耗水估算為主，在此基礎(chǔ)上采用插值法和面積加權(quán)平均法確定的區(qū)域作物耗水量的精度會受到氣象等因素的空間變異性的影響。目前的重點是將單點的單一作物耗水估算模型的研究擴展到區(qū)域尺度多種作物組合下的耗水估算方法與模型研究上，根據(jù)作物及其不同生育期的需水估算，使有限的水最優(yōu)分配到作物的不同生育期內(nèi)，為研究適合不同地區(qū)的非充分灌溉制度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支撐。隨著遙感技術(shù)的應(yīng)用使得采用能量平衡法估算區(qū)域作物耗水量成為可能，通過遙感獲得的作物冠層溫度來估算區(qū)域耗水量分布的研究變得十分活躍，并在一些發(fā)達國家得到了一定的應(yīng)用。

1．3 水管理節(jié)水技術(shù)

　　為實現(xiàn)灌溉用水管理手段的現(xiàn)代化與自動化，滿足對灌溉系統(tǒng)管理的靈活、準確和快捷的要求，發(fā)達國家的灌溉水管理技術(shù)正趨朝著信息化、自動化、智能化的方向發(fā)展。在減少灌溉輸水調(diào)蓄工程的數(shù)量、降低工程造價費用的同時，既滿足用戶的需求，又有效地減少棄水，提高灌溉系統(tǒng)的運行性能與效率。

　　建立灌區(qū)用水決策支持系統(tǒng)來模擬作物產(chǎn)量和作物需水過程，預(yù)測農(nóng)田土壤鹽份及水分脅迫對產(chǎn)量的影響，基于Internet技術(shù)和RS、GIS、GPS等技術(shù)完成信息的采集交換與傳輸，根據(jù)實時灌溉預(yù)報模型，為用戶提供不同類型灌區(qū)的動態(tài)配水計劃，達到優(yōu)化配置灌溉用水的目標。為適應(yīng)灌區(qū)用水靈活多變的特點，做到適時、適量地供水，需對灌溉輸配水系統(tǒng)的運行模式和相應(yīng)的自控技術(shù)開展研究。目前，國外多采用基于下游控制模式的自控運行方式，利用中央自動監(jiān)控（即遙測、遙訊、遙調(diào)）系統(tǒng)對大型供水渠道進行自動化管理，開展灌區(qū)輸配水系統(tǒng)的自控技術(shù)研究。在明渠自控系統(tǒng)運行軟件方面，著重開展對供水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度計劃的研究，采用明渠非恒定流計算機模擬方法結(jié)合閘門運行規(guī)律編制系統(tǒng)運行的實時控制軟件。

　　美國、澳大利亞等國已大量使用熱脈沖技術(shù)測定作物莖桿的液流和蒸騰，用于監(jiān)測作物水分狀態(tài)，并提出土壤墑情監(jiān)測與預(yù)報的理論和方法，將空間信息技術(shù)和計算機模擬技術(shù)用于監(jiān)測土壤墑情。根據(jù)土壤和作物水分狀態(tài)開展的實時灌溉預(yù)報的研究進展也很快，一些國家已提出幾種具有代表性的節(jié)水灌溉預(yù)報模型。在此基礎(chǔ)開展的適合不同地區(qū)的非充分灌溉模式的研究是干旱缺水條件下灌溉用水管理的基礎(chǔ)，隨著水資源短缺的不斷加劇，其研究在國內(nèi)外得到普遍重視。

　　多采用系統(tǒng)分析理論和隨機優(yōu)化技術(shù)，開展灌區(qū)多種水源聯(lián)合利用的研究，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持的智能化配水決策支持系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立起多水源優(yōu)化配置的專家系統(tǒng)，提出不同水源組合條件下的優(yōu)化灌溉與管理模式，合理利用和配置灌區(qū)的地表水、地下水和土壤水，對其進行統(tǒng)一規(guī)劃和管理。在最大限度地滿足作物對水分需求的同時，改善灌區(qū)的農(nóng)田生態(tài)環(huán)境條件。

1．4 工程節(jié)水技術(shù)

　　隨著現(xiàn)代化規(guī)模經(jīng)營農(nóng)業(yè)的發(fā)展，由傳統(tǒng)的地面灌溉技術(shù)向現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)的轉(zhuǎn)變是大勢所趨。在采用高精度的土地平整技術(shù)基礎(chǔ)上，采用水平畦田灌和波涌灌等先進的地面灌溉方法無疑是實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的重要標志之一。精細地面灌溉方法的應(yīng)用可明顯改進地面畦（溝）灌溉系統(tǒng)的性能，具有節(jié)水、增產(chǎn)的顯著效益。激光控制土地精細平整技術(shù)是目前世界上最先進的土地平整技術(shù)，國內(nèi)外的應(yīng)用結(jié)果表明，高精度的土地平整可使灌溉均勻度達到80%以上，田間灌水效率達到70%-80%，是改進地面灌溉質(zhì)量的有效措施。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在采用地面灌溉實時反饋控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)學(xué)模型對地面灌溉全過程進行分析已成為研究地面灌溉性能的重要手段。應(yīng)用地面灌溉控制參數(shù)反求法可有效地克服田間土壤性能的空間變異性，獲得最佳的灌水控制參數(shù)，有效地提高地面灌溉技術(shù)的評價精度和制定地面灌溉實施方案的準確性。

　　除地面灌溉技術(shù)外，發(fā)達國家十分重視對噴、微灌技術(shù)的研究和應(yīng)用。微灌技術(shù)是所有田間灌水技術(shù)中能夠做到對作物進行精量灌溉的高效方法之一。美國、以色列、澳大利亞等國家特別重視微灌系統(tǒng)的配套性、可靠性和先進性的研究，將計算機模擬技術(shù)、自控技術(shù)、先進的制造成模工藝技術(shù)相結(jié)合開發(fā)高水力性能的微灌系列新產(chǎn)品、微灌系統(tǒng)施肥裝置和過濾器。噴頭是影響噴灌技術(shù)灌水質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，世界主要發(fā)達國家一直致力于噴頭的改進及研究開發(fā)，其發(fā)展趨勢是向多功能、節(jié)能、低壓等綜合方向發(fā)展。如美國先后開發(fā)出不同搖臂形式、不同仰角及適用于不同目的的多功能噴頭，具有防風(fēng)、多功能利用、低壓工作的顯著特點。

　　為減少來自農(nóng)田輸水系統(tǒng)的水量損失，許多國家已實現(xiàn)灌溉輸水系統(tǒng)的管網(wǎng)化和施工手段上的機械化。近年來，國內(nèi)外將高分子材料應(yīng)用在渠道防滲方面，開發(fā)出高性能、低成本的新型土壤固化劑和固化土復(fù)合材料，研究具有防滲、抗凍脹性能的復(fù)合襯砌工程結(jié)構(gòu)形式。如已在德國、美國應(yīng)用的新型土工復(fù)合材料GCLS就具有防滲性能好、抗穿刺能力強的明顯特點。此外，管道輸水技術(shù)因成本低、節(jié)水明顯、管理方便等特點，已作為許多國家開展灌區(qū)節(jié)水改造的必要措施，開展渠道和管網(wǎng)相結(jié)合的高效輸水技術(shù)研究和大口徑復(fù)合管材的研制是渠灌區(qū)發(fā)展輸水灌溉中亟待解決的關(guān)鍵問題。

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

　　現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)是在傳統(tǒng)的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)中融入了生物、計算機模擬、電子信息、高分子材料等一系列高新技術(shù)，具有多學(xué)科相互交叉、各種單項技術(shù)互相滲透的明顯特征?，F(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)涉及的既不是簡單的工程節(jié)水和水管理節(jié)水問題，也不是簡單的農(nóng)藝節(jié)水和生物節(jié)水問題。從支撐現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)理論而言，需將水利工程學(xué)、土壤學(xué)、作物學(xué)、生物學(xué)、遺傳學(xué)、材料學(xué)、數(shù)學(xué)和化學(xué)等學(xué)科有機地結(jié)合在一起，以降水(灌溉)－土壤水－作物水－光合作用－干物質(zhì)量－經(jīng)濟產(chǎn)量的轉(zhuǎn)化循環(huán)過程作為研究主線，從水分調(diào)控、水肥耦合、作物生理與遺傳改良等方面出發(fā)，探索提高各個環(huán)節(jié)中水的轉(zhuǎn)化效率與生產(chǎn)效率的機理。另一方面，現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)又需要生物、水利、農(nóng)藝、材料、信息、計算機、化工等多方面的技術(shù)支持，來建立適合國情的技術(shù)體系。

　　隨著20世紀中葉以來科學(xué)技術(shù)出現(xiàn)的重大突破，節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中大量借助于土壤水動力學(xué)、植物生理學(xué)的理論和現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法及計算模擬手段，試圖從整體上來考慮水-土-作物-大氣間的互動作用與關(guān)系，定量描述土壤-植物-大氣連續(xù)體中水分和養(yǎng)分運移的轉(zhuǎn)化過程，據(jù)此制定科學(xué)的水、肥調(diào)控方案，這使得對節(jié)水農(nóng)業(yè)的研究已由以往單純的統(tǒng)計或?qū)嶒炐再|(zhì)變?yōu)橐婚T有著較為嚴謹?shù)睦碚摶A(chǔ)與定量方法的科學(xué)。計算機技術(shù)、電于信息技術(shù)、紅外遙感技術(shù)以及其它技術(shù)的應(yīng)用，使得在土壤水分動態(tài)、土壤水鹽動態(tài)、水沙動態(tài)、水污染狀況、作物水分狀況等方面的數(shù)據(jù)監(jiān)測、采集和處理手段得到長足發(fā)展，促進了農(nóng)業(yè)用水管理水平的提高，而高分子復(fù)合材料和納米材料的研制創(chuàng)新正在促使渠道防滲、管道灌溉、覆膜灌溉、坡面集雨等方面孕育著技術(shù)上的重大突破。

　　在提高農(nóng)業(yè)用水的利用率和水的生產(chǎn)效率的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究中，不僅涉及到與土壤-植物-大氣系統(tǒng)中的界面過程，水分傳輸和系統(tǒng)反饋的機制，水分調(diào)控的途徑以及大氣水、地表水、地下水、土壤水轉(zhuǎn)化關(guān)系等相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的前沿技術(shù)，還與利用現(xiàn)代高新技術(shù)對水資源、土壤水分和作物水分進行監(jiān)測調(diào)控，根據(jù)作物需水規(guī)律進行精量灌溉等關(guān)鍵技術(shù)有關(guān)。為此，必須以具有學(xué)科交叉性的重大前沿性技術(shù)研究為基礎(chǔ)，研發(fā)與農(nóng)業(yè)節(jié)水相關(guān)的重要關(guān)鍵技術(shù)，探索建立適合國情的現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系。

3 我國現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究重點與內(nèi)容

3．1 現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)前沿技術(shù)

　　圍繞作物生理需水與用水、精量控制灌溉等領(lǐng)域，對現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)前沿技術(shù)開展原創(chuàng)性研究。通過對水－土－植物關(guān)系、干旱條件下植物根信號傳輸和氣孔反應(yīng)的機制、干旱脅迫鍛煉對植物超補償功能的刺激等問題的研究，帶來農(nóng)業(yè)節(jié)水原理與技術(shù)的創(chuàng)新，促進節(jié)水農(nóng)業(yè)新思路的問世和源頭高技術(shù)的產(chǎn)生，為我國現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供基礎(chǔ)理論和技術(shù)儲備。

　　作物高效用水與生理調(diào)控技術(shù)：

　?。?span lang="EN-US">1）研究主要作物節(jié)水條件下產(chǎn)量形成及可視化的生產(chǎn)模型，獲得維持農(nóng)作物較高水分生產(chǎn)效率的生理和生態(tài)學(xué)過程參數(shù)，提出農(nóng)作物根系微生態(tài)系統(tǒng)水分吸收功能調(diào)控模型和水分利用整體超補償功能環(huán)境反應(yīng)模型；

　?。?）研究不同生態(tài)區(qū)域內(nèi)主要農(nóng)作物(小麥、玉米、棉花、水稻)非充分灌溉條件下的需水量季節(jié)分布和計算模式和不同節(jié)水灌溉技術(shù)條件下的作物需水和耗水模型，提出作物水分生產(chǎn)函數(shù)與有限水量條件下的非充分灌溉制度，得到不同節(jié)水灌溉方式下實施非充分灌溉制度的技術(shù)；

　?。?）研究主要農(nóng)作物(小麥、玉米、棉花、水稻、果樹)調(diào)虧灌溉的指標體系(最佳凋虧階段和調(diào)虧程度)，提出不同養(yǎng)分水平或施肥條件下調(diào)虧灌溉的模式及相應(yīng)的指標，獲得作物調(diào)虧灌溉的田間實施技術(shù)；

　?。?）研究主要農(nóng)作物(小麥、玉米、棉花、水稻) 控制性分根交替灌溉的指標體系，提出不同養(yǎng)分水平或施肥條件下控制性分根交替灌溉的模式及相應(yīng)參數(shù)，獲得不同土壤、作物下控制性分根交替灌溉的灌水技術(shù)要素最優(yōu)組合設(shè)計方法及的田間實施技術(shù)；

　　作物需水信息采集與精量控制灌溉技術(shù)：

　?。?）研究作物對水分虧缺信息的感受、傳遞與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程，建立作物水分信號診斷指標體系，獲得利用作物莖桿變形測量診斷作物缺水狀況的新技術(shù)與新產(chǎn)品；

　?。?）研究作物水分區(qū)域分布監(jiān)測技術(shù)和作物蒸騰過程快速監(jiān)測技術(shù)，提出區(qū)域土壤水分空間變異性與最佳動態(tài)監(jiān)測布點方式和區(qū)域土壤墑情監(jiān)測預(yù)報技術(shù)，獲得土壤水分動態(tài)快速測定與預(yù)報技術(shù)及新產(chǎn)品；

　?。?）以土壤墑情監(jiān)測預(yù)報、作物水分動態(tài)監(jiān)測信息與作物生長信息的結(jié)合為基礎(chǔ)，研究運用模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立具有監(jiān)測、傳輸、診斷、決策功能的作物精量控制灌溉系統(tǒng)，研制開發(fā)智能化的灌溉信息采集裝置和智能化的灌溉預(yù)報與決策支持軟件。

　　農(nóng)田水肥調(diào)控利用與節(jié)水高效作物栽培技術(shù)：

　?。?）以小麥、玉米、棉花等主要作物為對象，研究不同區(qū)域、種植制度、地力基礎(chǔ)和水資源狀況下主要作物農(nóng)田養(yǎng)分供應(yīng)與利用模式，提出不同水分條件下獲得最高水分利用效率的水分與養(yǎng)分最佳參數(shù)組合；

　?。?）研究不同灌溉方式下作物根區(qū)水分養(yǎng)分遷移、轉(zhuǎn)化和吸收的動力學(xué)過程，提出相應(yīng)的作物根際水肥耦合循環(huán)與調(diào)控模型，獲得以提高水肥耦合利用效率為目標的田間節(jié)水灌溉技術(shù)參數(shù)的最優(yōu)組合；

　?。?）以小麥、玉米、棉花等主要作物為對象，研究農(nóng)田高效用水的作物群體時空分布特征，影響農(nóng)田整體抗旱特性和水分利用效率的群體因素和調(diào)控技術(shù)；構(gòu)建主要農(nóng)作物高效用水群體優(yōu)化結(jié)構(gòu)的綜合栽培技術(shù)體系。

3．2 現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)

　　以田間節(jié)水灌溉、灌溉用水管理、農(nóng)藝與化控節(jié)水等為重點，適當考慮干旱缺水地區(qū)特殊水源的開發(fā)與高效利用，研究現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)制一批新型的農(nóng)業(yè)節(jié)水新產(chǎn)品與新材料，促進節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的提升，為我國農(nóng)業(yè)節(jié)水提供適合國情的實用性應(yīng)用技術(shù)。

　　田間節(jié)水灌溉技術(shù)：

　　（1）研制抗堵、耐用、價廉的微灌灌水器，開發(fā)新型微灌過濾器、注肥器及系統(tǒng)控制設(shè)備；

　?。?）研究節(jié)能異形噴嘴噴頭、可調(diào)仰角及可調(diào)霧化程度的噴頭、噴灑區(qū)域為矩形的噴頭，開發(fā)適宜于園林噴灌的升降式噴灌裝置，改進扇形轉(zhuǎn)動的搖臂式噴頭，研制新型移動式輕小型噴灌機組和智能控制低壓變量自走式噴灑機組；

　　（3）研究土地精平標準與激光控制平地技術(shù)，開發(fā)國產(chǎn)激光控制平地鏟運設(shè)備和相應(yīng)的液壓升降控制系統(tǒng)，提出與激光控制平地技術(shù)實施相配套的田間灌排工程系統(tǒng)模式，研究地面灌溉技術(shù)控制參數(shù)，開發(fā)田間波涌灌溉控制設(shè)備、田間多孔閘管灌溉系統(tǒng)和田間灌溉自動控制設(shè)備；

　?。?）研發(fā)適合家庭規(guī)模的可調(diào)式小型免耕坐水播種技水與設(shè)備，創(chuàng)制集灌水、播種、施肥于一體的新型多功能行走式局部施灌機。

　　灌溉系統(tǒng)輸配水監(jiān)控與調(diào)配技術(shù)：

　?。?span lang="EN-US">1）研發(fā)水分損失小、價廉、精度高、抗干擾性強的渠系量水設(shè)備，研制具有量水和控制雙重功能的取水口量水設(shè)施、新型管道量水儀表、適合高含沙渠道采用的量水裝置等，開發(fā)經(jīng)濟實用的灌區(qū)自動化量水二次儀表及設(shè)備、井灌區(qū)計量與控制用水裝置等；

　?。?）開發(fā)基于局域網(wǎng)絡(luò)、Internet網(wǎng)絡(luò)與RS和GPS技術(shù)相結(jié)合的灌區(qū)動態(tài)管理信息采集、傳輸和分析技術(shù)，研究灌溉系統(tǒng)的計算機識別技術(shù)和動態(tài)配水系統(tǒng)下非恒定流模擬仿真技術(shù)和水量與流量的實時調(diào)控技術(shù)；

　?。?）研究灌區(qū)中央控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)和水力自動控制技術(shù)，開發(fā)灌溉配水系統(tǒng)的閘門控制模式及基于模糊控制方法的靈活方便的控制器。

　　農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)：

　?。?）以小麥、玉米等大田作物及林草為重點，應(yīng)用分子標記輔助選擇、轉(zhuǎn)基因、基因聚合技術(shù)結(jié)合常規(guī)育種的方法，創(chuàng)制抗旱節(jié)水型、水分高效利用型的優(yōu)異育種新材料，選育抗旱節(jié)水與高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)相結(jié)合型的新品種（組合）；

　?。?）研究主要生態(tài)區(qū)域節(jié)水高效型的作物種植結(jié)構(gòu)和適合區(qū)域特點的節(jié)水高效間作套種與輪作等種植模式，提出主要種植制度周期內(nèi)農(nóng)田水分高效利用技術(shù)控制要素和集成化參數(shù)，得到節(jié)水型農(nóng)作制度優(yōu)化技術(shù)及其量化指標；

　?。?）以旱地土壤水庫增容為核心，研究等高種植集雨蓄水保墑技術(shù)和田間集雨栽培技術(shù)、少耕免耕保水保肥技術(shù)、地力培肥有機旱作技術(shù)、降低田間蒸發(fā)的覆蓋保墑技術(shù)等雨水就地高效利用技術(shù)，提出旱地農(nóng)田節(jié)水抗旱能力的糧草輪作技術(shù)、糧經(jīng)飼作物立體種植高效用水技術(shù)等。

　　新型農(nóng)業(yè)節(jié)水材料與產(chǎn)品：

　?。?span lang="EN-US">1）研究利用納米技術(shù)改進防滲材料的性能，研制新型土壤固化劑、新型復(fù)合土工膜料和填縫材料，鹽漬土和膨脹土等特殊土類渠道的專用防滲材料，開發(fā)新型保溫復(fù)合材料和環(huán)保型混凝土補強新材料，創(chuàng)制用于管道輸水的高分子復(fù)合材料大口徑管材和管件；

　?。?）研發(fā)適合旱區(qū)應(yīng)用的新型低成本、高效率的坡面集雨固化土材料、綠色環(huán)保型集雨面噴涂材料、生物集雨材料和田間集雨材料等；

　?。?）篩選具有控制蒸騰功能的外源物質(zhì)，研究植物蒸騰抑制劑，研制具有抗旱節(jié)水、防病殺蟲、高效環(huán)保等多種功能的種衣劑，開發(fā)以生物材料（藻類、纖維、沙漠植物等）或化學(xué)材料為基質(zhì)的新型保水劑，創(chuàng)制低成本的高效多功能水土保持劑與土壤結(jié)構(gòu)改良劑；

　?。?）研發(fā)由天然材料和改性天然材料（重點是植物纖維和淀粉類）制成的可被微生物完全分解為對環(huán)境無害物質(zhì)的新型覆蓋材料，開發(fā)具有增溫、保墑、增產(chǎn)、無殘留的多功能液體覆蓋材料，改性和創(chuàng)制新型液膜等。

　　水源開發(fā)與高效利用技術(shù)：

　?。?span lang="EN-US">1）建立區(qū)域雨水資源高效利用技術(shù)體系和最優(yōu)開發(fā)模式及智能決策系統(tǒng)軟件，研發(fā)適合旱區(qū)應(yīng)用的新型、高效工程和生物雨水集蓄形式，提出新型集雨設(shè)施結(jié)構(gòu)形式和現(xiàn)場成型技術(shù)，獲得雨水集蓄與高效利用工程系統(tǒng)設(shè)計軟件；

　?。?）研究低成本、節(jié)能型的微咸水開發(fā)利用技術(shù)，建立微咸水灌溉下的控制指標體系和作物灌溉制度，提出微咸水灌溉下土壤水鹽運動規(guī)律與調(diào)控技術(shù)，得到咸水與淡水混灌和輪灌的應(yīng)用模式；

　?。?）研究再生水灌溉對土壤、地下水及作物品質(zhì)的影響，提出再生水作物安全高效利用指標量化體系，開發(fā)利用再生水灌溉的不同灌水方式、再生水與潔凈水混灌或輪灌的應(yīng)用技術(shù)以及不同再生水灌溉方式下的作物灌溉制度。

4 現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究帶來的貢獻

　　在現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)前沿技術(shù)萬面，將提出作物高效用水生理調(diào)控指標體系、作物非充分灌溉下的需水指標體系和灌溉制度、作物調(diào)虧灌溉的指標體系，建立作物水分信號采集與缺水敏感指標測定和作物精量控制灌溉方法、動態(tài)配水系統(tǒng)下的非恒定流模擬仿真技術(shù)和水量實時調(diào)控方法等。研究內(nèi)容無論是在應(yīng)用基礎(chǔ)理論上還是在技術(shù)上均具有源頭創(chuàng)新性，會加速我國現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的建立。

　　在現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)方面，主要表現(xiàn)在對新技術(shù)的研發(fā)和對現(xiàn)有技術(shù)的升級換代上。一方面，對噴微灌系統(tǒng)智能化自功控制、噴微灌條件下水肥高效利用調(diào)控、激光控制平地下的精細地面灌溉、渠道和管網(wǎng)相結(jié)合的灌溉系統(tǒng)高效輸水、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下的灌溉系統(tǒng)動態(tài)配水等新技術(shù)的研發(fā)，將大幅度提高灌區(qū)輸配水系統(tǒng)的工作性能和田間節(jié)水灌溉的技術(shù)水平，另一方面，對灌區(qū)輸配水系統(tǒng)自動化控制、灌區(qū)多水源優(yōu)化調(diào)配與決策支持系統(tǒng)、渠道防滲與抗凍脹、雨水集蓄高效利用、劣質(zhì)水灌溉利用、農(nóng)藝與化控節(jié)水等現(xiàn)有技術(shù)的改善與提高，將會顯著提高農(nóng)業(yè)用水開源節(jié)流、土壤水庫充蓄增容、灌區(qū)用水與輸配水等方面的效率，有力地促進對農(nóng)業(yè)水資源的高效合理利用。

　　現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究成果的綜合應(yīng)用，預(yù)計可使灌溉水的利用率提高到70%-80%，水分生產(chǎn)效率提高到2.0 kg/m3，作物產(chǎn)量提高15%-30%；旱作的水分生產(chǎn)效率提高0.3kg/m3，作物產(chǎn)量提高20%-25%，年直接經(jīng)濟效益和綜合社會經(jīng)濟效益分別達到150億元和300億元。與此同時，可為全國大型灌區(qū)節(jié)水技術(shù)改造和300個節(jié)水重點縣的建設(shè)，實現(xiàn)全國節(jié)水灌溉面積“十五”末達到2533萬hm2、全國灌溉水利用率由現(xiàn)狀的45%提高到50%、節(jié)水近200億m3的目標，提供強有力的技術(shù)支撐與保障條件。