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节水灌溉农业发展现状与加强对策(2)

来源:中国科学院院刊 作者:吴炳方;闫娜娜;曾红伟
发布于:2017-06-22 共7989字
  3.3 高估了农业节水的潜力。
  
  基于用水量的节水潜力估算是目前水管理部门中应用最广的一种方法。“在大田漫灌式的灌水方式下,我国的一些农田每亩地需用 800 m3的水,而按照节水农业的用水标准,只需要 200 m3.目前,如果全国灌溉用水的平均利用率提高 10%,每年即可节约 400 亿 m3水用于农业,相当于全国每年农业用水量的 10%,可以大大缓解我国农业的干旱缺水矛盾”[16].将这个方法应用到海河流域,2000 年农业用水量为 281 亿 m3,灌溉用水利用率从 2000 年 0.44 提高到2010 年 0.6,提高了约 36%,意味着节约了101 亿 m3的用水量。正如前面提到的减少的取水量不等于节水量,这种计算方法会严重误导节水农业的发展,并引发更严重的水资源短缺。
  
  基于耗水量的节水潜力评估方法得出不同的结果[17](表 2)。选择海河流域及周边农气条件相近的实验区,通过对覆盖/覆膜措施、调亏灌溉和种植结构调整单项措施以及综合措施实验数据的汇总分析,发现节水不减产的措施主要以覆盖/覆膜措施和综合措施(覆盖+调亏灌溉)为主。对于覆盖/覆膜措施来讲,冬小麦秸秆覆盖减少约 3% 水分消耗,增产约 18%;对于玉米减少约 4% 水分消耗,同时增产约 5%;棉花塑料薄膜覆盖的效果为节约 11%水分消耗,增产约 23%.对于综合措施来讲,小麦节省 9%的水分消耗且增产 19%,玉米节省 6% 的水分消耗同时增产 13%.利用流域 2010 年作物分布数据统计得到海河流域的冬小麦面积 367 万hm2,玉米 522 万 hm2,棉花 73万 hm2 [2],根据节水措施节水效果,覆盖/覆膜技术每年节水可达 16 亿 m3,综合节水措施每年节水量只有 26 亿 m3,显着低于前面提到的节约 101 亿 m3的取用水量。假设维持产量不变,通过休耕、轮作等方式额外节水,得到冬小麦、玉米和棉花3种主要作物总的节水潜力为41亿m3 [17].利用耗水平衡分析方法[2],在保证生态流量的前提下,2003-2009年海河流域地下水超采量为62.5亿m3,目前农艺节水措施可达到的节水量只有地下水超采量的 2/3,剩下的 21.5 亿 m3的缺口只能通过增加休耕规模或调亏灌溉来实现,而这两种方法都会导致粮食产量的减少。通过分析调亏灌溉和种植结构调整的 6 种方案情景,结果表明减少 21.5 亿 m3的耗水量相应的会有 400 万-780 万 t 粮食产量的减产[17].如果冬小麦种植面积减少 114.36 万 hm2,约占目前冬小麦种植面积的 31%,其产量减少约 400 万 t,或者对 118.95 万 hm2的冬小麦夏玉米套种区域采用高度缺水的调亏灌溉方式,将造成产量损失 490 万 t,这两种方案都能减少 21.5亿m3的耗水量。
  
  表2 覆盖和综合节水措施节水潜力
  
  综上所述,基于用水量的节水量估算结果远大于基于耗水量的节水量估算结果。在现有种植结构下,前者估算得到的节水潜力是后者的 2 倍多。基于耗水量减少的节水潜力反应了一个事实“作物存在即产生消耗”.在地下水源为主的农业灌溉区域,作物耗水量减少直接的效果就是地下水开采量减少。
  
  4 高效节水农业发展对策和建议。
  
  高效节水农业的发展是缓解用水矛盾、实现水资源可持续利用的一个重要手段,同时也是传统农业向现代农业转化的一个重要标志。但从前一节的分析可知,节水灌溉农业发展需要新的理念和技术手段,“耗水管理”理念以及一系列的技术方法对于重新认识节水误区以及节水发展方向提供了支撑。然而在分析中也发现政府和农民利益相关者的参与也不可小觑。因此,利益相关者特别是农民参与的“耗水管理”是节水农业发展措施得以实施的重要保障。
  
  从耗水管理理念出发,通过重新认识节水灌溉农业发展中的“地下水超采”“提高水分生产率”以及“农业节水潜力”,建立利益相关者参与式的“耗水管理”是节水高效农业发展以及成功实施的必然途径。
  
  (1)明确流域的最大农业耗水量。灌溉水利用效率的提高减少了取水量,提高了灌溉保证率,但不一定减少了耗水量。如果将减少的取水量当作节省的水量投入使用,特别是用于扩大灌溉面积,将使得耗水量增加,地下水超采问题愈演愈烈。通过现象看本质,充分认识到“作物即耗水”,只有“耗水量的减少”才能从根本上解决流域水资源问题。对于一个流域来讲,水资源量是有限的,也是有数的,多年平均降雨量减去生态环境耗水量和河流的生态流量,是人类活动可以消耗的最大可耗水量,再减去工业和生活的耗水量,就是农业的可耗水量。只有每个集水区、子流域、流域都明确了最大农业耗水规模,“作物/农田总耗水量的限制”才能从根本上解决水资源问题,也是避免地下水超采的良策。
  
  (2)提高基于耗水量的区域水分生产率是高效节水农业发展的目标。20世纪80年代以来节水农业措施的实施,尽管用水取水量大幅减小,灌溉效率显着提高,但是对于作物耗水量的减少效果有限,而水分生产率得到显着改善的根本原因是产量的提高,因此厘清节水减耗和产量增加对提高区域水分生产率的贡献度很重要。“以不牺牲粮食为代价的耗水量减少” 的农艺节水措施可作为区域节水推广的手段,提高单产、提高单位面积产出的效益是提高水分生产率的关键,如通过种植结构的调整生产高品质、高价值的农产品。
  
  (3) 农业的节水潜力对于区域农业发展规划与水资源配置极其重要。作为耗水大户的农业,在很长一段时间都会是节水的重中之重。当前以用水量减少为核心的节水潜力评估严重高估了节水农业的潜力,基于该节水量进行的水资源分配和农业规划势必导致水资源问题越来越严重。以减少耗水量为核心的节水潜力评估结果表明,在水资源问题突出地区,不影响粮食生产的情况下农业节水潜力的空间很有限,充分认识到节水潜力的合理估算对于如何在粮食安全与节水之间找到平衡点至关重要。
  
  (4) 高效节水农业发展需要政府管理和农民参与的有机结合。从政府层面来讲,需要制定合理的政策框架,明确水资源利用边界(水权),限制无节制的、无补偿的水资源侵蚀行为,农民才会积极主动地去寻求“低投入高产出”的措施;通过发挥基于社区的农民用水协会的作用,通过道德、信任、透明、可核查及水权交易方式推动农民的积极参与,重塑农民用水的社区管理方式,才是减少耗水的根本。同时加大对农民的教育投资,使其了解水资源危机的危害,意识到自己的利益与节水密切相关。
  
  5 结语。
  
  当前日益严重的缺水形势下,节水高效农业是我国现代化农业发展的一个主要内容,也是解决我国水资源危机特别是北方地区水资源危机的重要环节,更是水资源可持续利用以及国家社会经济可持续发展的重大举措。农业用水管理从“以需定供”时代发展到当前的“以供定需”,仍然不能很好的解决目前水资源危机的问题,亟需通过技术创新,带动发展理念和体制机制的创新,从而走出一条全新的节水高效农业发展之路。蒸散遥感技术的创新发展已能定量、精确地刻画农业的耗水量,从而为基于“耗水量”的农业总耗水量控制、提高农业生产效率等方面提供创新技术保证,利益相关者参与式的“耗水管理”是节水高效农业发展以及成功的必然途径。
  
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原文出处:吴炳方,闫娜娜,曾红伟,蒋礼平,朱伟伟. 节水灌溉农业的空间认知与建议[J]. 中国科学院院刊,2017,(01):70-77.
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