農業水資源利用及發展探析
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“21世紀誰來養活中國人”,這一話題在前一階段被鬧得沸沸揚揚,盡管問題的提出者似乎是別有用心,但是他提出的這個問題是值得我們深思的。中國是一個擁有12億人口的國家,占世界人口的22%,估計到2000年將達到12.94億人口,2010年達到14.43億人口。解決中國人的吃飯問題是一個十分艱巨的任務。要解決吃飯問題,首先要有資源,最重要的就是土地資源和水資源。中國幅員遼闊,地大物博,自然資源豐富,絕對量居世界前列。然而這些資源由12億人來分攤,人均資源量就非常少,遠遠低于世界水平。所以說土地資源和水資源的短缺是制約21世紀中國農業發展的一個極為重要的因素。中國的河川徑流總量居世界第6位,水資源總量為28000億m3,人均只有2480m3,僅為世界平均數的1/4。
中國國土的大部分地區都存在著不同程度的水資源短缺問題,并成為制約21世紀中國社會經濟、工農業發展的主要因素,尤其是對用水量占總用水量80%的農業起著決定性的制約作用。對于農業水資源來說,問題還不僅僅是短缺,更為嚴峻的是在21世紀,農業用水量只能是零增長,甚至是負增長。隨著社會經濟的發展,人們生活水平的提高,對水的需求量急劇增加。然而,地球上的水資源是有限的,用水的增長不可能是無限的,當達到一定的極限狀態時就會出現零增長,世界上有些水資源貧乏的地區,如以色列就已經或將要出現這種現象。在水資源相對貧乏的中國,隨著社會經濟持續穩定的發展,城市化進程的不斷加快,工業用水和生活用水將會出現大幅上升,在總量有限的條件下,農業用水勢必減少,從這個意義上說,農業水資源將出現負增長。例如北京市的密云水庫,50年代末修建初期其主要目的是灌溉,而現在主要是供應北京的工業及生活用水。
2現代農業是高效用水的農業
水利是國民經濟和社會發展的命脈,更是農業的命脈。水是一切農作物生長的基本條件,農作物在整個生長期中都離不開水,沒有水就沒有農業,中國能以占世界8%的耕地養活占全球22%的人口,其根本條件之一就是有40%的耕地是灌溉農田以及建立在灌溉條件下的作物多熟制與高產栽培綜合技術。聯合國糧農組織在1984年出版的《發展中國家土地潛在供給能力》估計在無水利投入的情況下,中國的土地僅能養活4.12億人口。新中國成立以后,糧食產量有了大幅增長,而這個增長是和灌溉面積的增長同步的,所以說要達到2000年時糧食產量達5000億kg的目標及21世紀農業的持續穩定發展,必須擴大灌溉面積。據專家預測,要解決中國的糧食問題,灌溉面積必須達到667萬hm2左右。
要擴大灌溉面積,必須有足夠的農業水資源,然而現實是農業不可能長期維持用水第一大戶的地位,未來的農業用水只能是零增長或負增長,用水量是不能擴大的。因此,唯一的選擇只能是提高水的利用效益,減少水的浪費,從農業節水上挖潛,從而達到擴大灌溉面積、提高糧食產量的目的。由于中國對農業水資源管理不善,先進的農業節水技術和現代化的管理措施沒有得到大面積的應用和推廣,水資源的浪費是非常嚴重的。中國主要灌區的渠系水利用系數只有40%～60%,也就是說大約有一半的水白白浪費掉了,在田間灌水中,習慣了大畦漫灌,每次的灌水量過大,總的灌溉定額也偏大,北方灌區的灌溉定額高出作物實際需要的2～5倍,浪費是驚人的。有人估計,每年農業浪費的水量達1000億m3。所以說發展高效用水的農業不僅是必須的,因為農業水資源的零增長或負增長;同時也是可能的,因為農業用水還存在著很大的浪費。提高水的利用率,發展節水農業是解決未來農業水資源短缺的根本出路,也是現代農業的基本要求。
3發展高效用水的現代化農業是長期的戰略任務
若按中國未來人口15億人計算,中國的人均水資源量每人每年僅為1875m3。據估計2000年中國工農業及生活需水量達6500～7000億m3,而可供水量僅有6000億m3。水資源短缺已成定局,作為用水量占80%的農業用水必須提高水的利用率,讓有限的農業水資源滿足農業生產的需要,農業節水是長期的戰略任務。農業灌溉將水自水源輸送到農田,滿足作物需要可以劃分為三個環節,第一個環節是通過灌溉輸配水系統,將水自水源引至田間;第二個是在田間地表水入滲到土壤中,在土壤中再分配轉化為土壤水,而后被作物吸收;第三個是作物吸收水分后通過光合作用將輻射能轉化為化學能,最后形成有機物質碳水化合物。高效用水的目標是極大地提高上述三個環節水的轉化和產出效率,既節水又高產。
在第一個環節上,要提高輸水的效率,其措施是通過工程的投入,實行輸水渠道的配套、防滲,將來實行輸配水管道化,從而大大減少滲漏損失和蒸發損失。在第二個環節上,要合理地調控農田水分狀況,使引進田間的水最大限度地為農作物所利用。在第三環節上就是要調控土壤和地表面附近的大氣環境,使農作物的生長有一個良好的外在環境。對于第二、三環節要逐步推廣噴灌、滴灌等先進灌水技術、田間覆蓋保墑技術,并加強田間用水管理。中國高效用水農業的形成必須以農業灌溉技術變革為前提,而農業灌溉技術的變革又是以現代農田灌溉理論為先導。其理論框架和技術體系是:以高效用水為節水高產的灌溉目標;以土壤水分轉化和消耗規律為中心的農田土壤-植物-大氣(SPAC)理論;以作物水分生產函數為中心的作物需水規律;以水分調控指標和手段為中心的技術體系。目前,先進灌水技術的推廣步伐正在加快,但受經濟實力的制約,在相當長的時間中國仍將以地面灌水為主要灌溉方式,因此,地面節水灌溉技術應是目前推廣先進灌水技術的重點。其主要方法有:①加大田間流速以減少滲流;②實行輸配水的管道化以減少用土渠輸配水的沿程損失;③對現有渠道進行防滲改造以減少滲漏損失;④發展間歇灌溉,以增加灌水流速,減少深層滲漏損失。另外,在采用技術措施的同時,還要重視非技術措施,如完善管理體制和技術服務體系,農業水資源立法,農業供水水價的合理調整等,從而提高農業用水的管理水平,提高田間作物水的生產率。
4信息技術在高效用水農業中的作用
現代農業是以現代科學的高新技術的應用為標志的。目前已進入信息時代,信息技術在農業上的應用是未來農業發展的重要技術措施。在西方發達國家,通過遙感(RS)、地理信息系統(GIS)、地球定位系統(GPS)及計算機網絡獲取、處理、傳送各類農業信息的應用技術已到了實用化的階段,歐共體將信息及信息技術在農業上的應用列為重點課題,美國農業部建立了全國農作物、耕地、草地等信息網絡系統,可以說信息技術已成為現代農業不可缺少的一部分。為了建立高效用水的農業,將信息技術,尤其是“三S”技術(RS、GIS、GPS)引入農業節水的非工程措施中是十分必要的。中國在這方面的工作也開始起步,如作物估產、土壤含水率分布的監測等,但在實際應用上還有一定的困難。
但是在21世紀,空間遙感將會得到大力發展,將有更多的衛星被送上太空,特別是微型衛星、小型衛星陣列、高光譜掃描衛星、高分辨率衛星等,這就有可能為我們提供更多的信息,從而使信息技術和“三S”技術應用到農業生產的實際中去。應用“三S”技術可以提高水的利用效益,發展高效用水農業。例如,建立“田間墑情監測網系統”,對全國的農田墑情進行監測,為農業灌溉用水和抗旱減災服務。監測土壤墑情,同時與當時當地的作物需水量相結合,從而確定灌溉用水是精確管理田間用水的最有效、最直接的方法。目前發達國家的先進灌區都以墑情監測作為節水和用水管理的主要依據,根據氣象觀測資料、土壤墑情資料、作物長勢資料確定作物的灌溉水量及灌溉時間,及時提供用水信息,從而使農業灌溉管理更加科學化、精確化,達到農業用水的科學管理和節水的目的。
旱災是威脅中國農業生產的主要自然災害,在干旱災害的防治上,墑情監測無論是在掌握區域性旱情分布及受旱程度上,還是在水資源日益緊缺情況下的農業用水管理上,都是一個十分重要的指標。根據土壤墑情及氣象觀測資料,可以及時了解旱災的分布及旱情的嚴重程度,從而為建立農業生產的保障體系和抗旱減災服務。除了上述的田間墑情監測網信息系統外,在高效用水農業中還可以建立農情信息監測網系統、灌溉用水水情監測網信息系統、旱情及旱災防治與對策信息系統、節水農業技術與示范系統、農業可持續發展決策支持系統等。總之,信息技術,特別是“三S”技術和網絡技術的應用將會進一步提高農業水資源的利用效率,推動高效用水農業的發展。
