科学制定农业水资源规划的科学意义
摘 要:提出了当前我国节水农业发展中需要解决的若干科技问题。主要就农业水资源的范畴与合理配置,非充分灌溉制度的建立,不同区域节水农业发展趋向,水稻节水潜力以及高水分利用效率品种培育等方面的现状和发展前景进行了讨论。
关键词:节水农业;水资源规划;灌溉制度;品种
1.关于科学制定农业水资源规划
水是基础性的自然资源和重要的经济资源。2002年10月1日起施行的新的《中华人民共和国水法》是一部以水资源可持续利用、保障社会经济可持续发展为目标的重要法规。“新水法”中将水资源规划提到一个非常重要的位置,国家将制定全国水资源战略规划,规定流域范围内的区域规划应当服从流域规划,专业规划应当服从综合规划[1]。因此,“新水法”实质上是一部水资源的管理法,针对性强,十分符合我国的实际情况。
农业是第一用水大户,农业用水占到我国总水量的约70%,因此在水资源综合规划的框架下制定农业水资源规划就显得尤为迫切。推行节水农业被认为是解决我国、特别是北方地区水资源日趋紧缺的首要途径,但在以往的工作中,更多地注重农业节水技术本身,而对流域、区域内农业水资源平衡、承载能力及其与农业总体布局和发展关系等方面的宏观问题研究不够,而这些既是发展节水农业的一个重要方面,也是推行农业节水技术的基础。科学制定农业水资源规划正可以满足我国水资源管理现状的这种需求,但为此必须深入探讨一些有关的新问题。
首先,应明确我国农业水资源的发展趋势。由于下列原因,我国农业水资源的绝对量和相对量必然都呈减少趋势:(1)经济发展、人口增加、城市化速度加快;(2)温室效应造成全球性气候变暖,高山积雪将减少,蒸发量增加,使一些地区干旱加剧;(3)为保障农业及整个经济的可持续发展,生态用水数量将显著加大;(4)“新水法”21条规定:开发利用水资源应当首先满足城乡居民生活用水,并兼顾农业、工业、生态环境用水等需要。因此,即将制定的农业水资源规划,从某种意义上讲就是一个如何有效节约农业用水的规划。一些专家认为,为适应水资源日趋紧缺的现实,当务之急是更新观念,农业用水的原则必须从“以需定供”转变为“以供定需”或“以供控需”[2]。问题不仅在于转变观念,同时必须在准确掌握农业可用水资源数量及变化动态的基础上,研究确定适应这一转变、符合“以供控需”原则的农业生产布局及农业用水的优化配置,这是制定农业水资源规划所需解决的主要问题。
其次,要明确农业水资源的范畴。水资源包括地表水和地下水,这是公认的传统概念,但应用这一概念指农业用水显然是不全面的。地球上一切淡水资源主要来源于天然降水,而天然降水除了形成河川径流和补给地下水外,还有一半左右是作为土壤水存在的,尽管三者之间有转化的部分,但亦不应忽视土壤水的独立存在[3,4]。田间植物所需求的水分都是从土壤中吸取的。在旱地农业生产中,土壤水是惟一的水源,在灌溉农业中,虽然部分水源来自地表水和地下水(通过水库或水井),但土壤水仍是对其供水的基础。另外,在制定水资源规划时还必须强调雨水资源总量的意义和作用。一般情况下降水总量超过了水资源量数倍,如黄土高原地区多年平均降水总量约3 000亿m3,地表水径流约600亿m3。应尽量将降水就地集蓄利用,发展集雨补灌农业,同时采取措施使汛期供水资源化,化害为利。在评价某一地区农业水资源状况时,应全面看待各种水源,如黄淮海地区人均、单位面积水资源量远低于新疆,但就对农业的供水而言,应看到黄淮海的大部分地区是适于从事旱作农业的半湿润区,而新疆则是无灌溉就无农业的干旱地区;黄河上、中、下游的用水同样存在着这种关系。在进行水资源规划时应注意这些特点,不然易产生片面性。
在规划未来农业用水时还必须充分重视生活污水、工业废水及其它劣质水资源在农业灌溉中的再利用。一些发达国家在这方面已积累了不少成功经验。如以色列,在农业节水问题上首先抓的是建设管道输水工程,第二步是结合农业结构调整推行滴灌技术,当前则十分重视劣质水的农业利用。据有关资料[5,6],以色列利用处理污水和微咸水进行灌溉的面积已占全部灌溉面积的30%,计划到2010年达到50%,而用于灌溉的淡水量将从11亿m3下降到5亿m3。我国在这方面起步晚,尚未引起足够重视,建议在农业水资源规划中将劣质水的利用作为解决我国未来农业用水紧张的一项重大措施来对待,切实加强研究,逐步推行。
2.关于建立非充分灌溉制度
灌溉技术与灌溉制度是发展节水灌溉中的两个密切相关、同等重要的问题,但对后者的重视程度不够。近年来,建立非充分灌溉制度的呼声很高,但对此仍存在有不同意见,一是必要性的问题,二是可行性的问题。应当说,经过长期研究积累,非充分灌溉的理论依据已大体清楚,其主要论点可归结为:一些与植物产量有关的生物学过程不是在充分供水条件下表现最优。水分亏缺不总是降低产量,许多作物和果木在一定生育阶段适度干旱对节水和增产都有利[7],其机理可以解释为:干旱缺水对植物的影响有一个从“伤害”到“适应”的过程,不超过适应范围的缺水,往往在复水后可产生生长、生理和产量形成上的补偿效应;另外,植物水分利用效率的高值往往是在中等供水条件下,而不是在充足供水条件下获得的。采取相应措施使节水和增产的目标同时实现是可以做到的,这一认识已在大量试验中不断得到证实。因而,建立与推行非充分灌溉制度的关键是要解决在大田生产条件下的可行性问题。
首先要确定新的需水量数值。长期以来以需水量为基础建立的灌溉制度(包括灌溉定额、灌水定额、灌水次数与时间)是以充分灌溉理论为根据的,需水量的计算值是在充分满足水分需求条件下获得的,而非充分灌溉由于突破了传统灌溉的思路,因而必须寻求新的数值,即:不同作物在不同生育阶段的“适宜需水量下限”和达到一定产量水平的最低需水量。为此,不但要有新的研究思路和方法,而且要进行大量的系统观测,以取得有关参数,如基本保持某种产量水平的供水量范围,细微划分植物需水的敏感期与非敏感期等,并据此形成适于非充分灌溉的需水量模型。这显然需要进行专门研究,并有一个积累过程。正在逐步扩大应用的喷灌、微灌及一些局部灌溉技术都带有非充分灌溉的性质。这些技术本身具有显著的直接节水作用,同时也需要建立相应的灌水制度,以发挥更大的节水潜力,这方面的研究工作有待深入进行。
建立非充分灌溉制度最终要走精确的按需灌溉之路。90年代以来,农业空间信息技术在宏观方面(土地资源调查,农作物估产,自然灾害监测、评估等)取得广泛应用的同时,已开始向微观——精确农业(presision agriculture)方面应用、发展。可将精确灌溉视为精确农业的一部分,它是以作物实际需水为依据,以信息技术为手段对农田进行“非充分”供水的,在这里,与其说建立一种灌溉制度不如说是确定一种农田对缺水的应变系统。实行精确灌溉首先依据于对作物需水规律的具体认识,如上所述,已证明适度水分亏缺可使作物产生一定的补偿效应并以此作为非充分灌溉的依据。虽然补偿效应或有益作用的产生可根据测试结果有一个大体判断,但在复杂的田间条件下,某种水分条件属适度亏缺还是严重亏缺,对作物“有益”还是“有害”是处在迅速变动之中的,如果掌握不好、不及时,“有益”将很快转变为“有害”。前苏联历史上曾经发生过按小面积试验结果减少对春小麦灌溉次数而遭受大范围减产的例子[8],当时所依据的原则也许没有错,但片面运用了“干旱锻炼”的作用,加上其它条件不完备,而造成失败。因此,当前实施精确灌溉必须具备以下条件:
(1)掌握可靠、详细的作物需水规律资料;(2)运用先进的信息化技术,主要是遥感技术和计算机自动监控技术;(3)提供使两者相衔接的技术参数,特别是作物水分亏缺程度指标,并将这些指标转化为遥感标识和模型;(4)应用先进的灌水方法。以上条件必须通过多学科协作才能实现,建议从现在起着手进行这方面的研究与开发,以期为推行更高层次上的科学用水和合理灌溉打好基础。
3.不同区域节水农业特点与发展趋向
3.1 干旱地区农田灌溉问题
我国干旱地区主要集中分布在西北地区,在年降水量低于250 mm的干旱区,没有灌溉就没有农
业。该地区的农业用水有许多特点,譬如,由于自然降水量低,大气干燥,农田灌溉定额一般较高;为了维持生态系统平衡与可持续发展,除保证生产用水外,还必须为防护林网建设及绿洲—荒漠过渡带提供足量的生态用水;灌溉方法的选择在这里也显得更为重要,如大范围发展喷灌的可行性,滴灌方法的改进等。以新疆为例,全疆面积167万km2,年均降水量145 mm,据中国科学院生物学部1999年考察结果,全疆年引水量达460亿m3,占地表水的55%,开发程度已不低,近期可能开采利用的有170亿m3。考察组认为,根据这一情况除少数河流可适度引水外,其他地区不宜再扩大生产用水,而应考虑保证生态用水,其出路在于搞好农业节水。目前,全疆平均毛灌溉定额12 000 m3/hm2(7 500～22 500m3/hm2),渠道利用系数0.45,灌溉水生产效率处于低水平,但有的高产地已达到1.5 kg/m3,经过努力近期可望大面积达到1 kg/m3,如能实现可增加20hm2灌溉水的能力,把这部分节约下来的水用在哪里?很值得探讨。除提高渠系利用系数等普遍性问题外,新疆干旱地区的节水潜力,生产用水与生态用水的相互关系及分配比例,适宜灌溉定额确定以及如何因地制宜地选用灌溉方法等问题仍需通过进一步研究与实践加以明确解决。
3.2 半湿润地区灌溉农业与旱地农业的关系
半湿润地区是我国重要的农产品供应基地,分布范围广,现仅就平均降水量处于650 mm左右的地区如何发展节水农业问题作一讨论。以山东省为例[9,10],该省多年平均降水量为676 m
