第二章 农业节水综合技术体系及适宜性内涵
2.1 农业节水综合技术体系。
节水技术是指依据区域所种植作物的不同需水规律和当地实际的供水条件，尽可能高效率合理配置地区降水和农田灌溉水，以取得区域农业最高的经济产值、最优的社会条件改善、最大程度的环境保护的灌水方法、措施和制度的总称（李远华 2003）。其含义是说，在合理配置地区降水和可利用的土壤水基础上，合理高效利用农业用水，尽可能实现作物需水得到最大限度地满足，以得到农业生产的最佳综合效益，即投入最少限度的水，得到最大限度的作物产量的节水、高效模式（孟夏 2008）。其核心旨在利用有限的水资源量，合理应用适宜区域农业的水利技术、农作物耕作技术和农田用水管理技术构成的技术体系，提高农田灌溉用水的有效利用率和体系运行后的水分生产率。
灌溉用水以不同方式从水源输送至农田，再到农作物吸收，最终成熟收获粮食转化为经济效益，包括水资源调转分配、输送、农田灌溉和农作物吸收转化等主要环节。节水灌溉就是要在以上每个环节合理采取相应的节水技术、措施，最后构成一个系统-节水灌溉综合技术体系，如图 2-1 所示，包括水源的水资源优化配置相关技术、不同环节的节水灌溉工程相关技术、田间的节水管理相关技术和农艺及生物方面的节水技术。
2.2 农业节水技术的不同特点。
2.2.1 水资源的优化配置的特点。
水资源的优化配置主要包括对于地表水资源和地下水资源的联合配置、灌溉回归水合理利用、不同水源联合利用、降水收集储蓄并利用技术（杨继富 2003）。
（1）地表水资源和地下水资源的联合配置。通过地下水的开采将井水与渠系水相结合进行农田灌溉的技术，达到 "井灌和渠灌合理结合、渠道水补给不足水源、井灌保证灌水及时"的目标，其技术需要重点考虑的是地下水的开采和补给之间的平衡。
（2）回归水利用技术 .统一管理灌排系统，在下游重新进行农田灌溉的技术。在非盐碱区域避免未被有效利用的水资源退泄；在灌溉回归水的水质指标未达到可用于灌溉条件地区，积极开发利用咸水与淡水混合灌溉等操作流程简单的灌溉水质进行安全处理并能够利用技术。
（3）多水源综合利用技术。通过科学调配各种水利工程设施，高效率的利用地表水资源，同时进行地下水资源的合理开采利用，完成各类水资源时空上的科学配置和利用。它可实现不同规模工程、蓄水工程及引水工程等的合理调配，提高灌溉区域内的水资源调蓄和反调节两方面的能力（杨志 2009）。
（4）雨水集蓄利用技术。利用雨水集蓄工程将天然降水集蓄起来进行农作物灌溉的技术。在旱作农业区，推广平地缩块技术和耕作方式的改进技术；在水稻农业区，推进水稻浅湿灌溉技术；在土壤渗透性大的农业区，推广鱼鳞坑收集雨水和水平沟储蓄雨水技术。目前技术的要点是加大开发环保型、高效低成本的雨水汇集、蓄存力度，其重点是工程设施的标准化，技术的难点是雨水集蓄工程中水质的保护（Xuejun Liu 2005）。
2.2.2 工程节水技术特点。
工程节水技术就是采取工程措施，实现农业的节约水量并高效用水。主要包括渠道防渗技术、井灌地域垄沟的衬砌、井渠结合、低压管道输送灌溉水技术、喷灌、微灌、地面灌溉的改进、水稻节水灌溉等技术（韩青 2004）。
（1）渠道防渗技术。通过添加防渗或者不透水的特殊材料降低输送灌溉水的各级渠道的渗透性。实际运行中，以干渠、支渠为主并首选防渗，对于井灌地域没有回归水补给水源要求和某些提水灌溉地域各级渠道都进行防渗。根据渠道的不同规模选取断面形状（乔聚玲 2008）。渠道防渗技术早期应用的材料以土渠、石渠为主，条件允许情况下为混凝土渠；高新防渗材料包括高分子的复合土工膜材料、融入聚合物纤维的混凝土以及土壤固化剂等（国亮 2011）。这种技术的优点是：①防止灌溉水在渠道输送过程中的漏损，增加输送速率，有效节约灌溉水，提高利用效率；②降低渠床被冲刷强度、有效避免渠坡坍塌以延长渠床的寿命；③减少渠道渗漏对于地下水的补给水量，易于进行地下水位和盐碱面积的控制有利于控制。其缺点是：①衬砌工程的成本偏高，农民经济承受能力弱；②严寒农业区对于渠道衬砌的防冻胀方面的工作需要加强；③已建工程的后期维护管理工作不到位；④我国中、小规模的渠道工程施工与机械化结合程度低，型号不全，达不到实际生产中的需求。
（2）井灌区的垄沟衬砌。对井灌地区的土垄沟进行衬砌以降低输水损失的技术措施。
（3）井渠结合灌溉技术。通过井水和渠系水有机结合进行农田灌水的技术，达到"井水与渠水相互补充灌溉、渠道水补给不足水源、井水保证灌水及时"这一目标，其技术难点是地下水水位的合理控制。
（4）低压管道技术。应用一定压力条件下，通过农田配水管网将灌溉水输送到田间地头，再由各级管道的分水口将水分配至垄沟或畦田，或在分水口处安装地面移动软管，输送灌溉水进入田间灌溉的一种工程技术。不挑地形，能够输水至传统渠道未实现灌溉农田。其输水速度快的同时能有效减少跑水和漏水量。可以弥补土渠进行农田灌溉时较长的轮灌周期和不及时的缺陷（梁春玲 2007）。这种技术的优点是：①因为输送配水管网大多甚至全部埋入地表以下代替土渠，可以减少渠道占地 10%左右，土地利用效率得到有效提高，同时解决明渠对交通和耕作的影响的问题；②在整个工程基本完好时，能够几乎不存在输水过程中的损失，与传统土渠输送水灌溉相比有效节约农业用水量，有效提高灌溉水的利用系数；③灌溉水中杂物较难进入输水管道，降低清淤工作力度，同时不需要考虑杂草因素。其缺点是：①低压管道灌溉所采用的设施有待定型；②缺乏先进实用的与低管道灌溉相配套使用的多孔闸输水管及相应量水设备（张庆华 2002）；③口径较大的管材应用方面的相关技术仍需进一步提高。
（5）喷灌技术。通过自然水头落差作用或机械加压把灌溉水通过管道系统输送至田间，再用喷洒设备把水分散成细小水珠并喷射上升至空中，然后均匀地将水滴喷洒到田间对农田灌溉的的灌水方法（孟夏 2008）。喷灌技术对于地区所种植作物种类、主要土壤类别和不同地形条件的适宜性较好，尤其对于传统地面灌溉技术的进行有困难的复杂地形，更显示出其优越性。喷灌技术发展的重点地区是：农业用水短缺区域、经济效益较高作物种植地域、提水和深水井灌区、经济允许应用喷灌山区、传统地面灌溉难达到区域、农作物规模化种植区、农田灌溉用水需要集中管理等（王远 2002）。喷灌作为利用机械化设施进行高效率节约用水的灌溉技术，能够同时达到节约水量、节省劳动力、节约耕地、增加作物产量且各方面适应性能好等优点：①节约用水量，由于灌溉过程中不产生土壤的深层渗漏和灌溉水的地面径流，灌溉用水少，利用高效；②灌水均匀洒落，土壤水分含量容易控制，有效调节农田小气候，有效提高土壤地表层相对湿度，达到增产的效果；③与传统渠道相较节约对土地的占用面积，土地利用效率高；④省工，不需要进行开沟和筑畦工作，且没有土地平整度的要求，极大减低投入。其缺点是：①主要设施持久性不强，降低其使用寿命；②山丘地域喷灌技术的配套设施不全，还未建立起特定的喷灌技术综合体系（吴普特 2003）；③喷灌技术的节约能源设施未成系统且没有相关的标准；④喷灌技术的推广所适宜的各方面条件不确定，缺乏管理。⑤受风力影响大；⑦设备投资高；⑧漂移蒸发损失大；⑨主要对土壤表层进行湿润，相比之下深层土壤得到的湿润不足；⑩能源消耗较多，管理运行成本高。
（6）微灌技术。采用低压管道输水系统结合配套的灌水器，把满足作物需要的水分和营养物质分散成较小的流量，尽可能均匀、定位地输送至作物根邻近的土壤表层或下层灌水方法，包括滴灌技术、微喷灌技术和涌泉灌水技术等（乔文生 2003）。对土壤和不同地形的适应性强，可实现复杂地形，甚至坡度很大的区域的高效灌溉。作为适应现代化发张、能够准确高效率灌溉的节水技术，它兼具节约能源和水资源、水肥一体等优点。但与地面传统灌溉和喷灌技术相比，对作物进行局部灌溉，具有灌水均匀、操作方便等优点，但易堵塞、投资较高。考虑到投入高因素，微灌技术在瓜果、花卉等经济产值高的区域应用。甚至可以认为，它相对较不适宜大面积种植的粮食作物的灌溉。
（7）改进地面灌水技术。在已有地面灌溉基础上，主要围绕其在灌水过程中出现的灌水不均匀、灌溉定额较大的弊端进一步完善的灌溉技术。主要有：小规模畦田灌溉、细小水流进行沟灌技术、农膜上进行灌溉、闸管波涌灌溉、平整畦田灌溉、间隔灌水沟灌溉等（钱少甫 2010）。其工作核心是采用适宜沟畦大小及农田坡度的控制；其工程难点为高新平地缩块技术，尤其是激光技术的利用；其技术要点是对入畦（沟）水流量、灌溉水的定额及农田改水成本等主要因素进行合理改调。
（8）稻田干湿交替灌溉技术。包括水稻农田的"干湿合理交替"、"浅水层湿润"技术、无水层水量控制、旱地培育稀植、合理大格田化和科学泡田结合耕作方式等技术（翟治芬 2012）。以期达到淘汰水稻灌区长时间的淹灌技术，避免灌溉水窜灌窜排。其工作重点是不同稻田相应的适宜水层、不同土壤类型的水分控制、科学晒田及合理灌溉制度的确定。
2.2.3 管理节水技术特点。
管理节水技术即依据农作物不同时期的需水情况合理配置水源，尽可能最大程度的满足作物生长所需水分，达到地区最佳综合效益的灌溉水分调节控制的管理技术。主要有农田用水管理的自动信息化、输送配水环节自动量测、土壤墒情自动检测、田间管理等技术（张靖 2012）。
（1）农田用水管理的自动信息化系统。结合区域的实际情况，建立了适用于动态计划用水情况下灌溉用水管理的计算机网络和灌溉用水信息管理系统。对与灌溉用水有关的信息进行采集、反馈和处理。
（2）输送配水环节自动量测和自动监控技术。通过较高精度的量测设备实时确切地获悉灌区用水情况，对储水水库及河流、输水渠道的水位和流量也包括提水水泵的实际运行状况的估计参数，进行数据资料搜集、整合并进行计算机分析，达到合理配水，有效避免弃水（宋文妍 2006）。
（3）土壤墒情自动检测技术。通过中子仪、TDR 等高新土壤墒情监测设备检测土壤墒情，合理规划灌溉进行科学精细灌溉。
（4）田间管理技术。采取平地缩块、秸秆或农膜覆盖农田、少耕及免耕耕作以及科学调蓄、精细配置灌溉水源等方法以达到节水的目的。
2.2.4 农艺及生物的节水技术特点。
农艺或生物的节水技术。主要有覆盖或耕作进行保墒技术、使用保水剂、抗旱剂的化学节水、调节控制作物的蒸腾、节水耕作和栽培技术、适水种植技术、优选抗旱品种、水肥耦合技术、各种节水灌溉制度等。
（1）保墒技术。针对土壤棵间无效蒸发而应用农艺节水方法，主要包括覆盖保墒、耕作保墒和化学物质实现节水技术。① 覆盖保墒技术。采取覆盖农膜、秸秆等盖住农田有效降低无效蒸发的技术。主要有农膜、桔杆及砾石等材料的覆盖。② 耕作保墒技术。利用深层耕作、深层松土等蓄水保墒措施和利用生物进行养地方式进行土壤结构的改善，降低土壤水蒸发的技术（景小丽 2010）。它能够增加土壤的蓄水空间、开发其保水及供水潜力，提高降水利用效率，同时减少灌溉用水水量。③ 化学节水技术。使用各类化学物质调节控制土壤表层或农作物叶片表面的蒸发实现节水的技术。主要包括保水剂、吸水剂、抗旱剂，还有减小农作物叶片的气孔开张度达到控制蒸腾的抗蒸剂-旱地龙。其中，蒸腾蒸发减弱技术是当作物处于需水高峰阶段喷洒抗旱剂至作物叶片表面，减弱作物叶片表面的蒸腾蒸发，实现增产的技术（王亦宁 2010）。
（2）节水耕作和栽培技术。代表技术为种植水稻农田节水保护性耕作和节水栽培，就是以保留前茬进行带状分层旋转耕作、育苗地带整层施肥、无水层调整耕地、湿润农田条件下插秧构成技术体系的水稻农田节水保护性耕作栽培的措施（李金峰 2005）。
（3）适水种植技术。为实现尽可能节约用水基础上实现高效率的目的，科学调整农作物的适宜种植结构及不同灌水管理，达到作物的种植模式和地区灌溉水提供条件相符合的技术。核心工作是减调消耗水资源多却经济产出值低的农作物所占比例。
（4）优选抗旱品种技术。采取分子生物学知识进行抵抗干旱作物品种的筛选培育，筛选培育出抵抗干旱、长期耐得住干旱、水分子持续高效利用的品种，实现抵抗干旱的同时还能节约水量的方法（王亦宁 2010）。并配套要求投资少、作用大的保水拌种化学试剂，逐步发展产品开发和相应设备的产业化。
（5）水肥耦合技术。灌水与化肥的实施在作物生长时期、次数和实施方法方面上科学耦合的方法。其主要技术是提高土壤中有机物质的含量，调整土壤物理方面的性状，达到用肥调水，用水促进根的生长，用根的生长抵抗干旱，最终水与肥的藕合实现最佳综合效益。
（6）节水灌溉制度指依据农作物各生育期所需灌溉水形成一定的规律将地区不多的农田用水最佳配置，实现高效率产出（李英能 2003）。主要包括不充分灌溉、抗旱和低定额灌溉、调亏灌溉、水稻"薄水层、浅水层、湿润、晒田"措施等。灌溉制度包含灌溉水量的定额、灌水数量、灌溉时期及关键灌水时间等。衡量灌溉制度优劣的指标为水的有效利用效率（WUE ），即追求经济上最优的产量而不是最高产量。
2.3 农业节水技术的适宜性内涵及评价原则。
2.3.1 农业节水技术的适宜性内涵。
技术的适宜性理论最初是针对发展中国家引进发达国家某些高新技术过程中出现诸多问题而提出的理论。面对诸如引进技术后不能得到相应产出成果、真正得到的成品与前期设计所要求的差别很大及国内从事生产的厂家无论是技术应用、设备运行还是材料制备及工作人员全需要引进国的支撑和提供等问题，这使得学术界高度重视，对适宜国内发展的技术理论上整体理顺思路，得出对于技术的优选并非先进则好，适宜引进技术的优选同时兼顾纵向上的结构问题（不同发展阶段国家发展技术的距离）和横向上的结构问题（引进国现状） （Arika Ligmann-Zielinska 2014;Gangcai Liu 2013;余典范 2008）。适宜技术理论具体到节水技术的适宜性评价方面，则主要体现在需要考虑不同地区的差异性，全面了解研究区域现状，又要分析技术在当地的可行性，摸清当地农户对技术的心理状况及顾虑因素，考虑技术推广应用的可持续性，最终建立符合当地实情的节水技术综合体系，合理引进及推广节水新技术，提高水资源有效利用的综合效益，实现灌区种植业的节水、增效、可持续（Huang Binbin 2011）。
节水技术作为一种新的农业科学技术，无论先进程度如何，节水效率如何，如果不能将其本身的技术特点与地区实际条件、灌溉设施现状相结合，不能被最终的采纳者-农户所接收从而广泛应用，不能保证技术应用的可持续性，那说明这项技术并不适宜在当地推广应用从而无法用于实践生产，注定这项技术是失败的。实际生产实践中具体指导思想概况为以下三个方面：（1）技术可行性。就是要具有因地制宜的思想，视研究区域当地各方面的具体条件分析技术的可行性。（2）节水主体认可性。农业生产以小农户为基本单元具有长期实践为基础的重要性，农户作为技术的最终采纳者及使用者，进行技术适宜性评价就必须考虑农户对技术的满意及顾虑因素。（3）农业可持续性。技术应用的农业可持续性表现在生态保护、经济允许及社会三个范畴。经济可承受其稳定运行，考虑节水技术在实现农产品目标产出的前提下，保证生态环境的良性循环， 改善区域农户的生产、生活环境， 促进农村农业、经济的发展。
2.3.2 农业节水技术的适宜性评价原则。
对于节水技术的适宜性评价，在考虑不同区域的差异性、技术特点、节水主体满意认可程度等方面的同时，还要遵循一定的评价原则，以保证节水技术应用及推广能够可持续地发挥最佳效益。
（1）发展节水技术应坚持包容性的思想。
推广节水技术要将技术贯穿到从水源到形成灌溉水资源，再到为作物利用形成产品的各个环节中。另外适宜节水技术的选择还应综合考虑各种措施，就是要在行水过程中每处应用的节水技术，构成节水技术综合体系，主要有不同类型水资源合理优化调节配置、节水灌溉的工程措施、节水管理、农艺及生物方法节水（温随群 2009）。实现极大提高工程技术措施效用的同时，更要极大加大非工程措施作用。且对于节水技术的实施，不能影响其他农业措施的正常发挥，保证整个技术体系，相辅相成，共同促进粮食增产，实现高效节水可持续的目的。
（2）评价节水技术的适宜性要考虑地区差异性。
节水技术的评价应充分考虑研究区域现有自然条件、经济基础、灌溉设施等条件。
几乎没有哪项节水技术可以在任何地区适宜性都很好或很差，所以节水技术的适宜性评价必须和地区差异性紧密结合。对于经济条件相对较好地区，农民农业收入所占比重较大，对技术接受程度也普遍较高，可行节水技术的适宜性好，这些地区可适当多引进各项节水新技术。而对于经济条件相对差一些地区，则应适宜发展成本低、回收期短的节水技术。对于节水方式及作物角度，则应该在井灌区及井渠结合灌区适宜发展渠道衬砌、推广低压管道输水技术，而在种植蔬菜大果树等经济作物地区喷灌和滴灌等节水技术适宜性偏高。另外，节水技术的评价还应与当地的节水灌溉运行和管理机制相协调，全面分析工程建成后的维护和管理问题。
（3）节水技术适宜性评价具有动态性。
合理进行节水技术适宜性的评价不但要根据当前区域农业生产状况，还要综合考虑适宜性的动态特征，所以评价中要考虑到地区可能的政策调整、农业发展模式的转变、种植结构可能出现的调整等状况，将当前现状、近期发展与远期规划相结合，进行科学合理的适宜性评价，在地区发展可持续的、经济适用的综合节水技术体系。
2.4 本章小结。
阐述节水技术的定义，从水资源优化配置、节水工程技术、节水管理技术和农艺及生物节水技术 5 个方面建立农业节水技术综合体系，并分析各主要节水技术的特点和应用范围，从灌区角度剖析农业节水技术适宜性内涵，进而提出农业节水技术适宜性评价原则，为农业节水技术适宜性评价体系构建提供基础。
