精确灌溉：节水又增产 [复制链接]

第7版(国际)
专栏：中国科学院 中国工程院 院士园地

　　精确灌溉：节水又增产
　　中国工程院院士 山仑
　　作者简介：作物生理和作物栽培学家。1933年1月19日生于山东龙口。1954年毕业于山东农业大学。1962年获苏联科学院植物生理研究所生物学副博士学位。现任中国科学院、水利部水土保持研究所和黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室学术委员会主任、研究员。1995年当选为中国工程院院士。长期从事旱地农业基础及应用方面的研究。
　　全球性的水危机正在蔓延，而世界粮食增产需要丰富的水资源。这是一对尖锐的矛盾。节水与增产能否同时实现？回答应该是肯定的。
　　发达国家经验可借鉴
　　目前，地区性的水危机已经发生，而一场影响全球发展的水危机正在向人类逼近。1997年9月在加拿大蒙特利尔召开的第九次世界水大会，专门讨论了作为世界粮食保障决定因素的缺水问题，认为粮食生产是一项耗水量很大的产业，人们取自河流、湖泊和地下水层中的水有2／3被灌溉农业消耗掉了。专家估计，到2050年，将有30亿人口居住在缺水国家，那时，因人口增长而需要增加的粮食供应量，大部分需通过增加灌溉面积来解决。但自80年代以来，世界人均灌溉面积已有下降趋势，今后在水资源日益紧缺的情况下再大规模发展常规灌溉似乎已不可能，故实行严格的农业节水措施已是必然趋势。但是，在节约大量农业用水的同时能否继续保持粮食生产的持续增长，是大家关注的问题。
　　一些发达国家在既节水又增产方面已取得可供借鉴的经验，其中成就最为突出的是美国的得克萨斯州和以色列。美国得克萨斯西北部曾经是水分亏耗最严重的地区之一，从40年代起，由于大量抽取地下水，导致该州24％的蓄水层急剧下降，灌区面积迅速缩小，由于推行了使灌溉水均匀分配的“波涌式”（Surge）灌溉技术及有限灌溉制度，现已遏制住蓄水层的枯竭。目前该州高地平原的用水量虽下降了43％，但农业保持了持续发展态势，成为美国重要粮畜生产基地之一。以色列是一个人均占有水资源量仅285立方米的极端缺水国家，由于制定并实施严格的水资源统一管理法规，全面推行管道输水技术，创造并广泛应用了滴灌技术，以及有效地进行了种植业结构调整，已使灌溉水利用系数接近0．9，以同样的耗水量使其农业产值增长了12倍。以色列下一步的主攻目标是增大工业废水用于农业灌溉的比例，计划到2010年，淡水用于灌溉的量从目前的11亿立方米下降到5亿立方米，即灌溉用水的一半左右将靠经处理的工业废水和其他劣质水来满足；另外，提高作物本身水分利用效率的研究工作也在抓紧进行，这可能成为再下一步节水增产的新途径。
　　充足供水与适度控水交替使用
　　很显然，解决农业用水的大量浪费问题是实现这一目标的第一个步骤。但是，就农作物自身需水规律而言有多少潜力可挖呢？在水分条件与作物产量的关系上，长期以来国际上存在两种不同的观点：一种认为，任何时期、任何程度的水分亏缺都将造成作物减产，为了高产，整个生育期都必须保持充足供水，这构成了充分灌溉的理论基础；另一种观点则认为，充足供水与适度控水交替对产量形成更为有利，这为实施有限灌溉、实现生物学意义上节水与增产结合成为可能。近几年来后一种观点已逐渐为多数学者所承认，现综合已有研究成果将其依据归结为以下几点：
　　1．不同作物、不同生育时期对干旱的敏感性不同，这为水的合理调配和选择关键供水期提供了依据。如已经证明，春小麦的关键供水期是拔节前，此期供水在显著提高水分利用效率的同时可显著增产。
　　2．水分亏缺对与作物产量密切有关的各个生理过程的影响程度和顺序不同，其顺序为：生长—气孔—蒸腾—光合—运输，生长对干旱的反应最为敏感，物质运输则最为迟钝，不很严重的干旱对其反而有促进作用，这为适度减少生育后期供水、通过促进灌浆增加粒重成为可能。
　　3．不同作物品种对水分需求有明显差异，并存在很大的遗传潜势。已经证明，植物水分利用效率是一个可遗传性状，小麦在进化过程中，水分利用效率有递增趋势，而现代小麦品种间的水分利用效率可相差一倍，运用常规技术与基因工程相结合的方法有可能培育出高产与高水分利用效率相结合的新类型。
　　4．通过产量、耗水量、水分利用效率间关系的研究表明，作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，这一方面说明限量供水在一定程度上符合作物正常生长发育的需要，同时也说明进一步深入研究如何使高产与高水分利用效率同时实现的必要性。
　　据上所述可以取得这样的认识：干旱缺水不总是降低产量，一定时期的有限水分亏缺可能对增产和节水都有利。其机理可初步解释为：干旱缺水对作物的影响有一个从“适应”到“伤害”的过程，不超过适应范围的缺水，往往在复水后，可产生生理上、水分利用上和生长上的“补偿效应”，对形成最终产量有利或无害。
　　精确灌溉是必然选择
　　我国是一个拥有12亿人口的大国，人均水资源占有量仅为世界人均水平的1／4。由于工农业用水日益增加，我国北方诸河流域已不同程度地出现了水危机。农业是第一用水大户，其用水量约占我国用水总量的80％，而且浪费严重。据调查，我国主要灌区渠系利用系数仅为0．4—0．6，也就是说，约有一半的灌溉水在输水过程中被浪费掉了，而一些发达国家可达到0．8以上；另外，我国粮食作物的灌溉水利用效率，即灌溉1立方水增产的粮食，一般低于1公斤，而一些发达国家可达2公斤左右。因此，如何根据我国国情发展节水农业、使节水与增产的目标同时实现就显得更加迫切。
　　要看到，一方面由于水资源紧张，另一方面基于作物自身需水规律，因而现行的充分灌溉制度需要改革，传统的农业灌溉观念需要更新。我们认为，在我国北方缺水地区逐步推行有限灌溉是必要的，也是有可能的。有限灌溉农业可以定义为：根据水资源状况和作物需水规律，在充分利用自然降水的基础上进行低限补充供水的一种农业类型。应当指出的是，推行有限灌溉不是没有风险，而且需要具备一定的条件。所谓“风险”，主要指在情况复杂、环境多变的田间条件下，有限水量何时用，怎么用，是有严格要求的，如运用不当，“有益”的作用将变为“有害”。所谓“条件”，主要包括：采用改进的地面灌溉方法或适于大田应用的低成本微灌技术；建立先进的需水供水监控技术；制定有限水的灌溉制度。为此，我国必须改变目前的灌溉方式，逐步向精确灌溉的方向发展。
　　节水农业大有可为，节水与增产的目标可以同时实现。在目前，减少输水过程中的水分损失和改进田间灌溉方法当属首要途径；在未来，实行基于对作物需水规律充分认识和对信息技术有效应用的精确灌溉是一种必然选择。（附图片）