西北地区高效节水灌溉技术发展现状及对策

水文水资源水利规划与设计

2019年第3期

DOI： 10. 3969/j. issn. 1672-2469. 2019. 03. 010

西北地区高效节水灌溉技术发展现状及对策蔺宝军，张芮，高彦婷，张帅(甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃兰州730000)

摘要：针对我国西北地区水资源供需矛盾日益尖锐的严峻形势，在查阅国内外相关研究成果的基础上，系统总结 了我国西北地区喷灌、膜下滴灌、低压管灌、微润灌等高效节水灌溉技术的推广应用情况，并深入分析高效节水 灌溉技术推广应用中存在的问题，同时提出研究调亏灌溉等新型节水灌溉技术，加强灌区信息化水平建设等相应 的解决对策。关键词！喷灌；微灌；低压管灌；微润灌；调亏灌溉；痕量灌溉；西北地区中图分类号：S274 文献标识码：B 文章编号：1672-2469(2019)03-0029-05

目前水资源短缺已经影响到全球环境变化和经 济发展。我国的水资源问题矛盾较为突出：北方干 旱缺水、南方水灾害频发、水资源供需不平衡、人 均水资源占有量偏少。据统计中国水资源总量为2. 8万亿：3,居世第6位，人均水资源占有量不到 2220m3，仅为世界人均水平的1/4[1]，预计2030 年我国人口总数将达到16亿人，届时我国的人均 水资源占量将从2220m3降至1750m3，成为世界上 13个人均水资源最贫乏的国家之一[2]。我国西北地区辖陕西、甘肃、青海、宁夏、新 疆5省区和山西、内蒙古的部分区域，总面积约为3. 69 x 10km2，占全国国土面积的38.4% [3]，属水 资源供需矛盾最为突出、水资源短缺问题最为严重 的地区之一。西北地区水资源总量大约为2027亿m3， 仅占全国水资源的7. 25@ [4]，年均降水量230mm， 蒸发量约为1840 〜2300mm[5]。人均水资源占有量 只占全国人均水平的80.5% [6]，耕地亩均水资源 量857m3，占全国平均水平的3/5，且西北地区人 口、耕地、水资源分布极不均衡，有很大一部分水 资源分布于自然条件极差的地区以及人烟稀少、甚 至无人区，而自然条件好、人口稠密、经济发达的 绿洲区的水资源量极其有限。西北干旱地区水资源的严重匮乏不仅制约区域 农业发展和人民生活水平的提高，也给西北地区的 生态环境建设、经济发展、灌区农业用水带来严重 挑战，如何将现有水资源合理开发、高效利用、优 化配置是实现西北地区可持续发展的重要保证。农 田灌溉用水是西北地区主要用水，其比例占到总用

水量80%左右，因此，因地制宜的采用新型、高 效的节水灌溉技术成为西北干旱地区水资源集约利 用的主要措施。

1西北地区农业用水及高效节水灌溉技术 现状

农业节水对于保障西北地区粮食安全、水资源 安全、维护生态环境安全具有重要的战略意义；是 促进社会经济可持续发展以及改善人民生活水平、 实现农业现代化的必要选择。西北地区农业用水效 率相对较低。据相关资料显示：我国农业用水占全 国总用水量的60%左右，其中农田灌溉用水量可占 农业用水量的90% ~ 95%，而西北旱区与之比较， 农业用水总量占到西北地区总用水量的85%左右， 且西北地区的用水效率只有东、中部及西南地区的 24% ~39%[7_8]。西北地区耕地质量总体较差，农田 灌溉水的利用率较低，陕西、甘肃、宁夏和新疆灌 溉水利用系数分别为0. 545、0. 537、0. 514和 0.506[9-2]。2012年1月，国务院发布了《关于实行 最严格水资源管理制度的意见》，提出到2030年农 田灌溉水有效利用系数提高到0.6以上。目前，发

收稿日期：2019-02-13基金项目：国家自然科学基金资助项目（51769001 );甘肃省科技 计划资助项目“日光温室地下滴灌系统加气增温设备研制” (1610RJZA087);甘肃农业大学盛彤笙科技创新资助项目（GANSU- STS-1622)

作者筒介：蔺宝军（1993年一），男，在读硕士研究生。通信作者：张芮（1980年一），男，教授。

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达国家的农田灌溉水有效利用系数已经达到0. 7 6

0.8,我国与之比较，相距甚远，采用有效的节水灌 溉措施势在必行。西北地区高效节水灌溉技术的推广一直是国家 农业可持续发展的重点，主要包括喷灌、微灌（滴灌 所占比例最大$及管灌。自20世纪70年代以来，陕 西、青海、新疆等地先后建立了喷灌系统，尤其以 新疆发展较快，近几年膜下滴灌技术在新疆等地大 面积推广，节水、保墒增温效果显著，滴管技术也 受到西北各省市的重视，在张掖农场果树以及宁夏 的枸杞种植中相继得到实验。2015年国家出台文件 《全国农业可持续发展规划》，提出将水资源紧缺作 为农业可持续发展的重点问题解决，并提出在西北 地区规模化推进喷灌、微灌、滴灌以及管灌等高效 节水工程建设以缓解西北地区水资源供需矛盾和解 决灌溉水严重浪费等问题。1.1喷灌技术特点及应用现状

喷灌是利用专门的设备将有压水送到灌溉地带， 喷射并散成细小的水滴，滋润作物的一种灌溉方法。 喷灌可根据不同的土壤和灌水需求，适时适量的灌 溉，而且不产生深层渗漏和田间径流，保土保肥， 灌水均匀，田间灌水有效利用率高，与地面灌溉相 比，一般可节水30@ ~50%[13-14];喷灌适用于各种 透水性、尤其是透水性大的土壤，常用于经济作物、 蔬菜、果树、苗圃等的灌溉，喷灌技术节省劳力， 占耕地少，据统计，与地面灌溉相比，用工可减少 1/6,可节省土地7@ ~ 13@;而且喷灌增产效益明 显，粮食作物增产10@ ~20%，经济作物增产20@

~30%，蔬菜增产1 ~2倍[15];喷灌也是盐碱地土壤 改良的优选方法之一，可缩短治盐周期，脱盐效果 好[16]。近几年，喷灌取得了可观的成绩，2013年陕 西省发展喷灌面积5. 2万hm2[9]。2015甘肃省有效 灌溉面积130. 7万hm2,其中喷灌占1.94%,宁夏地 区有效灌溉面积50&万hm2,其中喷灌占7. 11@ ; 新疆地区有效灌溉面积达494. 5万hm2，其中喷灌占 0.74% [17]。同时，很多学者也致力于喷灌效应的研 究。姚素梅等发现与地面灌溉相比，喷灌有利于中 筋小麦成熟期籽粒淀粉积累，并在一定程度上提高 了中筋小麦淀粉品质[18],与此同时，喷灌处理后冬 小麦平均灌浆速率和最大灌浆速率均增大，千粒质 量也得到了提高[19]。并且节水灌溉（喷灌 > 滴灌>

沟灌）能显著改善土壤通透性、提高土壤微生物 丰度[20]。

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1'微灌技术特点及应用现状

微灌优势显著，尤其是在精准灌溉和水肥一体 化方面，可根据不同需求适时适量的施肥灌水，是 实现水肥耦合的重要措施之一。据统计，滴灌可节 水40% ~60%,节肥30% ~50%[21];微喷灌较畦灌 而言可减少灌水量67.5~75.0mm[22]。目前，滴灌 是应用最广泛的微灌技术，其中膜下滴灌技术优势 显著，是一种结合了以色列局部浸润滴灌技术和国 内作物覆膜栽培技术优点的新型节水灌溉技术，属 于局部灌溉技术[23],两者的有效结合使得膜下滴灌 技术在节水增产、减少地表水的深层渗漏的同时还 能够保墒增温、减少土壤棵间的无效蒸发。据统计， 膜下滴灌较传统地面灌溉可节约用水量的7/8,较喷 灌可节水1/2,较普通滴灌节水30% [24],大幅度提 高了作物水分利用效率；同时膜下滴灌技术还能够 有效的改善农田小气候，促进土壤水、气、热、肥 协调运移。据研究，膜下滴灌技术能够降低作物根 区土壤的盐分浓度，形成淡化的脱盐区，防止土壤 次生盐碱化。“十二五”期间，国家将微灌作为西北 地区重点节水灌溉技术进行推广，取得了显著效果。 2013年陕西省微灌面积1. 93万hm2,占有效灌溉面 积的1.60% [9]。2014年，西北各省市的微灌面积已 达372. 67万hm2,占全国微灌面积的67%,仅新疆 (含兵团）就达29. 03万hm2,所占比重最大。2015

年，甘肃省微灌面积达16. 99万hm2,占有效灌溉面 积的13. 01% [19];宁夏自治区微灌面积达8.41万 hm2,占有效灌溉面积的16. 58%;新疆（含兵团）微

灌面积达322. 02万hm2,占有效灌溉面积的 65. 12%。其中膜下滴灌也取得了显著成果，膜下滴 灌技术最早（1996$在新疆实施推广，2004年时膜下 滴灌技术推广到20万hm2以上，2012年膜下滴灌面 积已推广至200万hm2以上。目前，膜下滴灌技术 在我国已推广7000万亩，并且在40余种作物种植 中得到应用，其中小麦、玉米、棉花等主要大田作 物平均增产30%以上[25]。膜下滴灌作为高效节水灌 溉技术一直是节水灌溉领域热门研究内容。为提高 水分利用效率、节约用水，李昭楠、李唯等在西北 干旱区戈壁葡萄的种植中采用了膜下滴灌的灌溉技 术，并开展了实验与不覆膜常规滴灌进行比较，实 验结果表明采用膜下滴灌技术比不覆膜常规滴灌节 水33% [26]。为探明干旱地区膜下滴灌玉米土壤水热 盐效应及秋浇洗盐灌溉的效果，孙贯芳、屈忠义等 进行了大量的田间试验，实验结果表明：气温、灌