一、農(nóng)業(yè)水資源的短缺是21世紀(jì)中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所面臨的重大挑戰(zhàn)

  “21世紀(jì)誰來養(yǎng)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年人口將達到12.94億,2010年達到14.43億。解決中國人的吃飯問題是一個十分艱巨的任務(wù)。

  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?jǐn),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(jì)中國農(nóng)業(yè)發(fā)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(shù)的1/4。中國國土的大部分地區(qū)都存在著不同程度的水資源短缺問題,并成為制約21世紀(jì)中國社會經(jīng)濟、工農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素,尤其是對用水量占總用水量80%的農(nóng)業(yè)起著決定性的制約作用。

  對于農(nóng)業(yè)水資源來說,問題還不僅僅是短缺,更為嚴(yán)峻的是在21世紀(jì),農(nóng)業(yè)用水量只能是零增長,甚至是負增長。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)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(dāng)達到一定的極限狀態(tài)時就會出現(xiàn)零增長,世界上有些水資源貧乏的地區(qū),如以色列就已經(jīng)或?qū)⒁霈F(xiàn)這種現(xiàn)象。

  在水資源相對貧乏的中國,隨著社會經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展,城市化進程的不斷加快,工業(yè)用水和生活用水將會出現(xiàn)大幅上升,在總量有限的條件下,農(nóng)業(yè)用水勢必減少,從這個意義上說,農(nóng)業(yè)水資源將出現(xiàn)負增長。例如北京市的密云水庫,20世紀(jì)50年代末修建初期其主要目的是灌溉,而現(xiàn)在主要是供應(yīng)北京的工業(yè)及生活用水。

  二、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是高效用水的農(nóng)業(yè)

  水利是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的命脈,更是農(nóng)業(yè)的命脈。水是一切農(nóng)作物生長的基本條件,農(nóng)作物在整個生長期中都離不開水,沒有水就沒有農(nóng)業(yè),中國能以占世界8%的耕地養(yǎng)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(nóng)田以及建立在灌溉條件下的作物多熟制與高產(chǎn)栽培綜合技術(shù)。聯(lián)合國糧農(nóng)組織在1984年出版的《發(fā)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(yǎng)活4.12億人口。新中國成立以后,糧食產(chǎn)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(chǎn)量達5000億kg的目標(biāo)及21世紀(jì)農(nóng)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,必須擴大灌溉面積。據(jù)專家預(yù)測,要解決中國的糧食問題,灌溉面積必須達到667萬h㎡左右。

  要擴大灌溉面積,必須有足夠的農(nóng)業(yè)水資源,然而現(xiàn)實是農(nóng)業(yè)不可能長期維持用水第一大戶的地位,未來的農(nóng)業(yè)用水只能是零增長或負增長,用水量是不能增加的。因此,唯一的選擇只能是提高水的利用效率,減少水的浪費,從農(nóng)業(yè)節(jié)水上挖潛,從而達到擴大灌溉面積、提高糧食產(chǎn)量的目的。

  由于中國對農(nóng)業(yè)水資源管理不善,先進的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)和現(xiàn)代化的管理措施沒有得到大面積的應(yīng)用和推廣,水資源的浪費是非常嚴(yán)重的。中國主要灌區(qū)的渠系水利用系數(shù)只有0.4~0.6,也就是說大約有一半的水白白浪費掉了,在田間灌水中,習(xí)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(qū)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(nóng)業(yè)浪費的水量達1000億m3。

  所以說發(fā)展高效用水的農(nóng)業(yè)不僅是必須的,因為農(nóng)業(yè)水資源的零增長或負增長,同時也是可能的,因為農(nóng)業(yè)用水還存在著很大的浪費。提高水的利用率,發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是解決未來農(nóng)業(yè)水資源短缺的根本出路,也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基本要求。

  三、發(fā)展高效用水的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)是長期的戰(zhàn)略任務(wù)

  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(jù)估計2000年中國工農(nóng)業(yè)及生活需水量達6500億~7000億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(nóng)業(yè)用水必須提高水的利用率,讓有限的農(nóng)業(yè)水資源滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要,農(nóng)業(yè)節(jié)水是長期的戰(zhàn)略任務(wù)。

  農(nóng)業(yè)灌溉將水自水源輸送到農(nóng)田,滿足作物需要可以劃分為三個環(huán)節(jié),第一個環(huán)節(jié)是通過灌溉輸配水系統(tǒng),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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為化學(xué)能,最后形成有機物質(zhì)--碳水化合物。

  高效用水的目標(biāo)是極大地提高上述三個環(huán)節(jié)水的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)出效率,既節(jié)水又高產(chǎn)。在第一個環(huán)節(jié)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(fā)損失。在第二個環(huán)節(jié)上,要合理地調(diào)控農(nóng)田水分狀況,使引進田間的水最大限度地為農(nóng)作物所利用。在第三環(huán)節(jié)上就是要調(diào)控土壤和地表面附近的大氣環(huán)境,使農(nóng)作物的生長有一個良好的外在環(huán)境。對于第二、三環(huán)節(jié)要逐步推廣噴灌、滴灌等先進灌水技術(shù)、田間覆蓋保墑技術(shù),并加強田間用水管理。

  中國高效用水農(nóng)業(yè)的形成必須以農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)變革為前提,而農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)的變革又是以現(xiàn)代農(nóng)田灌溉理論為先導(dǎo)。其理論框架和技術(shù)體系是:以高效用水為節(jié)水高產(chǎn)的灌溉目標(biāo);以土壤水分轉(zhuǎn)化和消耗規(guī)律為中心的農(nóng)田土壤-植物-大氣(SPAC)理論;以作物水分生產(chǎn)函數(shù)為中心的作物需水規(guī)律;以水分調(diào)控指標(biāo)和手段為中心的技術(shù)體系。

  目前,先進灌水技術(shù)的推廣步伐正在加快,但受經(jīng)濟實力的制約,在相當(dāng)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(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)是目前推廣先進灌水技術(shù)的重點。其主要方法有:

  ①加大田間流速以減少滲流;

 、趯嵭休斉渌墓艿阑詼p少用土渠輸配水的沿程損失;

 、蹖ΜF(xiàn)有渠道進行防滲改造以減少滲漏損失;

 、馨l(fā)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(shù)措施的同時,還要重視非技術(shù)措施,如完善管理體制和技術(shù)服務(wù)體系,農(nóng)業(yè)水資源立法,農(nóng)業(yè)供水水價的合理調(diào)整等,從而提高農(nóng)業(yè)用水的管理水平,提高田間作物水的生產(chǎn)率。

  四、信息技術(shù)在高效用水農(nóng)業(yè)中的作用

  現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是以現(xiàn)代科學(xué)的高新技術(shù)的應(yīng)用為標(biāo)志的。目前已進入信息時代,信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)措施。在西方發(fā)達國家,通過遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、地球定位系統(tǒng)(GPS)及計算機網(wǎng)絡(luò)獲取、處理、傳送各類農(nóng)業(yè)信息的應(yīng)用技術(shù)已到了實用化的階段,歐共體將信息及信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用列為重點課題,美國農(nóng)業(yè)部建立了全國農(nóng)作物、耕地、草地等信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),可以說信息技術(shù)已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)不可缺少的一部分。

  為了建立高效用水的農(nóng)業(yè),將信息技術(shù),尤其是“3S”技術(shù)(RS、GIS、GPS)引入農(nóng)業(yè)節(jié)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(chǎn)、土壤含水率分布的監(jiān)測等,但在實際應(yīng)用上還有一定的困難。但是在21世紀(jì),空間遙感將會得到大力發(fā)展,將有更多的衛(wèi)星被送上太空,特別是微型衛(wèi)星、小型衛(wèi)星陣列、高光譜掃描衛(wèi)星、高分辨率衛(wèi)星等,這就有可能為我們提供更多的信息,從而使信息技術(shù)和“3S”技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際中去。

  應(yīng)用“3S”技術(shù)可以提高水的利用效益,發(fā)展高效用水農(nóng)業(yè)。例如,建立“田間墑情監(jiān)測網(wǎng)系統(tǒng)”,對全國的農(nóng)田墑情進行監(jiān)測,為農(nóng)業(yè)灌溉用水和抗旱減災(zāi)服務(wù)。

  監(jiān)測土壤墑情,同時與當(dāng)時當(dāng)?shù)氐淖魑镄杷肯嘟Y(jié)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(fā)達國家的先進灌區(qū)都以墑情監(jiān)測作為節(jié)水和用水管理的主要依據(jù),根據(jù)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(nóng)業(yè)灌溉管理更加科學(xué)化、精確化,達到農(nóng)業(yè)用水的科學(xué)管理和節(jié)水的目的。

  旱災(zāi)是威脅中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要自然災(zāi)害,在干旱災(zāi)害的防治上,墑情監(jiān)測無論是在掌握區(qū)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(nóng)業(yè)用水管理上,都是一個十分重要的指標(biāo);根據(jù)土壤墑情及氣象觀測資料,可以及時了解旱災(zāi)的分布及旱情的嚴(yán)重程度,從而為建立農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的保障體系和抗旱減災(zāi)服務(wù)。

  除了上述的田間墑情監(jiān)測網(wǎng)信息系統(tǒng)外,在高效用水農(nóng)業(yè)中還可以建立農(nóng)情信息監(jiān)測網(wǎng)系統(tǒng)、灌溉用水水情監(jiān)測網(wǎng)信息系統(tǒng)、旱情及旱災(zāi)防治與對策信息系統(tǒng)、節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)與示范系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展決策支持系統(tǒng)等。

  總之,信息技術(shù),特別是“3S”技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用將會進一步提高農(nóng)業(yè)水資源的利用效率,推動高效用水農(nóng)業(yè)的發(fā)展。