南方地區農業節水減排試點研究

唐致遠　解桂英　李磊　顧世祥

摘要：支撐國家和區域性的糧食安全戰略、地區特色農業種植是現代農業灌溉技術創新的目標。從單純的節約農業用水過渡到區域生態系統的水文循環、灌溉節水、化肥農藥等面源削減、農田溫室氣體減排等多方面的綜合效應。南方地區稻田實行“濕潤灌溉、間歇灌溉、排水與烤田結合”高效節水灌溉技術及水旱輪作制度，結合農村河塘綜合整治削減農田排水的污染物，合理布局溝渠、水塘、人工濕地等系統的工程措施，通過植物吸收、水流自凈、沉積、清淤等方式達到凈化處理的效果。最后，以云南省為例介紹了高效農業節水減排工程的實踐探索及存在問題。

關鍵詞：農業節水灌溉；滇中高原；減排；水資源管理；生態灌區

中圖分類號：S274，TV21

文獻標志碼：A

論文編號：2014-0951

0引言

在應對全球氣候變化和解決區域水資源配置過程中，作物需水既是各類自然生態系統的重要因子，也是全社會的水資源利用消耗大戶，因而成為各學科研究的重點之一。農田灌溉已從單一作物需水規律和豐產補水，發展到地理、生態、環境、植物、農業、水利、管理等多學科交叉、技術研發和集成，揭示從作物體到灌區、流域、區域的不同空間尺度，以及從小時作物生理生長實時監測到逐日、月（季）、年等時間尺度的需水規律和綜合調控。國家實行最嚴格水資源管理制度之后，如何將用水總量、用水效率和水功能區納污等“三條紅線”控制，與農業灌溉和高效節水有機結合，支撐南方水資源相對豐富地區的農田水利建設還少有研究。筆者以開展的南方地區農業節水減排規劃為基礎，在云南省選擇小型灌區進行投融資、管養體制、水價形成機制、節水灌溉工程、灌區節水和面源減排效果等的試點，實現“先建機制、再建工程”，總結經驗和推廣。

121世紀農業節水灌溉的發展方向

中國是一個人口大國，人口、資源與環境問題突出。中國糧食總產“九連增”的同時，糧食進口量、北糧南運等規模也在增大，糧食安全處于緊平衡狀態，除了在國外建立糧食生產和供給基地外，更要挖掘國內糧食生產能力，糧食安全要建立在水資源安全的基礎上，進一步加強水利建設和提高水資源利用效率，開發西部糧倉等措施，才能發揮出糧食新增的潛力。為保障糧食安全，實現糧食自給率95%的目標，綜合考慮了灌溉農業、雨養農業及糧食經濟作物種植結構調整趨勢，2020、2030年全國的灌溉面積應分別達到5868.9、5996.8萬hm²，灌溉水利用率較2000年分別提高10.8%、16.46%。中國工程院院士康紹忠等提出，現代農業與生態節水技術創新的主要內容為：植物高效用水生理調控與非充分灌溉技術，作物需水信息采集與精量控制灌溉技術，田間節水灌溉技術設備及新產品，新型節水專用材料與生化制劑，農藝節水技術及新產品研發，現代灌溉系統水量監控與調配技術及新產品，非常規水資源化與灌溉利用技術，現代農業節水技術綜合集成模式，農業節水高技術產品產業化等。相應的重大技術課題包括：植物需水模型與區域植物需水分異規律，節水灌溉條件下水轉化理論及尺度效應，植物高效用水調控機理與非充分灌溉理論，節水灌溉條件下土壤水肥鹽遷移模型與植物水肥鹽環境聯合調控理論，提高田間灌水效率的理論，區域尺度土壤墑情與灌溉用水動態預報理論，植被建設中的水分承載力與節水型植被建設的生態水文效應，流域尺度生態需水計算與區域多水源優化配置理論，節水灌溉的區域水土環境效應評估與調控等。

國家自然科學基金委第74期“雙清論壇”研討并凝練出了糧食生產中水資源利用的工程背景和科學需求的關鍵科學問題，包括作物理想耗水與調控閾值、農田水效率多過程驅動與協同提升、區域水資源水聯網精準調配、農業高效用水與生態環境的互饋機制。最終以模塊化的集成思路，實現區域尺度農業耗水-水轉化-輸配水過程的精確表達，提升對農業高效用水過程的認識及調控能力，實現對區域農業水資源精細化管理的決策支持，建設區域水資源高效利用的水聯網平臺，為開展相關重大研究提供數據支撐。節水型生態灌區就是將水生態文明引入灌區建設中，通過建設環境友好型灌區工程、集成應用先進的灌水技術如水肥耦合及綜合調控等、構建健康的灌區生態系統、搭建灌區信息管理平臺、豐富節水型生態灌區的特色文化，構建一個工程體系與自然環境協調一致、管理方式與時俱進、水資源高效永續利用、生態系統健康、經濟良性循環、具有自身人文景觀特色的系統。

2最嚴格水資源管理制度下的農業節水減排

2.1水資源高效利用與最嚴格水資源管理

近一個世紀以來，國際上許多水資源短缺的國家或地區為解決水資源可持續利用問題，制定了各種水資源分配指令或協議，如歐洲水框架指令、南非國家水資源戰略、美國科羅拉多流域分水協議、佩科斯河分水協定、巴基斯坦一印度河水共享協定等，這些指令或協議除對各用水區域或用水戶進行取用水問題控制之外，還提出了水質目標和下泄生態環境流量要求。夏軍等指出，“十二五”乃至未來更長一段時期內，中國水資源研究與發展的主要方向之一，是加強水資源開發利用技術研究，提高水資源利用效率，節水農業重點開展深層土壤水分利用技術研究，提高土壤水分利用效率；沿海地區和苦咸水地區通過海水和苦咸水淡化處理利用技術解決部分水資源短缺問題；加強污水處理新技術、雨洪資源化利用手段等的研究，更有效地利用非常規水資源。在增水同時還要實施節水技術和節水管理，進行工業節水技術集成和整合，在農業上實行高效節水灌溉制度，在生活中研發應用新型生活節水器具等。水資源合理配置將流域水資源循環轉化為與人工側用水的供、用、耗、排水過程相適應并互相聯系的一個整體，實現區域之間、用水目標之間、用水部門之間水量和水環境容量的合理調配，其配置方案在分析水資源開發利用、節約用水、水資源保護、供需水預測等基礎上形成的總體布局和實施方案，以此為基礎，結合主要江河水量分配、河湖庫水系連通等成果，形成最嚴格水資源管理制度的“用水總量控制紅線”、“用水效率控制紅線”和“水功能區限制納污控制紅線”。要充分發揮用水總量控制指標對區域經濟發展和產業布局的基礎導向和剛性約束作用，強化取用水管理和計量監測，將用水總量控制和水權制度、年度用水計劃相結合，實現從宏觀、中觀到微觀的立體式管理。

2.2南方地區實行最嚴格水資源管理的準則

2012年以來，國家相繼頒布了《國務院關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》（國發[2012]3號）、《國務院辦公廳關于印發實行最嚴格水資源管理制度考核辦法的通知》（國辦發[2013]2號）和《水利部關于印發落實國務院關于實行最嚴格水資源管理制度的意見實施方案的通知》（水資源[2012]356號）等重要文件，把實行最嚴格水資源管理制度作為加快轉變經濟發展方式的戰略舉措。在經濟社會發展和用水需求不斷持續增長的形勢下，要嚴格按照水資源承載能力，控制用水總量，提高用水效率，把建設節水型社會作為推進資源節約型、環境友好型社會建設的重要措施，強化水資源保護，保證可持續利用，形成有利于水資源節約、保護的經濟結構、生產方式、生活模式，促進生產發展、生活富裕、生態良好的科學發展、和諧發展和跨越發展。

針對水資源稟賦條件、開發程度不同的南方地區，無論是最嚴格水資源管理“三條紅線”控制，還是在河流水量分配中，可將流域/區域水資源開發利用程度分為大于40%、20%-40%、10%-20%、小于10%等4種情景，分別采取“禁止新增、從緊、黃色預警、鼓勵開發”新增供水量的不同水資源利用規劃準則，以及從“用水效率”逐漸過渡到“用水效率優先，工程供水能力為輔”、“用水定額管理為主，工程供水能力為輔”、“用水定額管理”的不同水資源管理理念。發揮用水定額標準在調控全社會用水效率、控制用水總量過快增長和適應紅線控制的約束作用，即各地的“用水定額標準”將逐步變成強制性的標準，納入水資源管理責任和考核體系內。

2.3南方地區農業灌溉節水與面源減排技術

根據《全國水資源綜合規劃》分析，2008-2030年期間，中國農業用水的比重將從62.7%逐步下降到57.7%，對于西部落后省區，農業用水的比重更高。但農業用水量仍高達4437億m³（P=75%中等干旱年景），較現狀用水增加了19.7%，農業水資源配置中有250億m³是退換被擠占的河湖生態環境用水和農村生態環境整治，占用水總量的3.3%。全國的農業灌溉面積發展到0.73億hm²（其中農田灌溉面積為0.62億hm²），灌溉面積發展除了東北平原、松嫩平原、長江中下游地區、四川盆地等連片區域外，在吉林西部和云南、貴州、廣西等西南光熱水土資源條件較好的高原平壩區是重要的后備區，保障國家糧食生產能力再增加500億kg的目標。灌溉水利用系數從0.48提高到0.62，農業節水潛力為790億m³，其中工程措施節水476億m³，分別占全社會總結水量的53.0%-57.0%。農業節水量中的60%用于改善現有灌區和新增灌溉面積，約25%用于改善生態環境用水，約15%的水量用于支持工業及城鎮生活用水；通過農藝措施、管理措施等多種非工程節水措施，提高水分利用效率，減少無效蒸發，進一步提高農業綜合節水能力。

農業節水規劃的主要措施有：大中型灌區續建配套與節水改造、高效節水灌溉工程建設、田間節水增效技術、井灌區和重點小型灌區節水改造、牧區節水灌溉和集雨節灌、調整農業布局和種植業結構、旱作節水農業、林果和養殖業節水等8個方面。在流域/區域水資源配置規劃中，農業用水都是關鍵，既要發展高效節水灌溉面積、保障糧食安全，又要促進地方特色農業種植的發展。通過調整作物結構、提高復種指數和單項作物高效灌溉等措施，合理地節約農業用水。

中共十八大提出了建設生態文明社會目標，水作為生態系統內的重要紐帶，水生態文明建設涵蓋了水資源、水環境、水生生物、水利用、水管理、水文化等6個方面的20個指標，其中的用水總量控制達標率、灌溉水利用系數等與農業灌溉密切相關。社會主義新農村建設中的農村用水安全、用水方便是農民生命健康和生活質量的重要評價指標。建立農村健康水循環體系應從農村水資源開發供給、利用、排放和回歸等3個方面入手對水資源開發利用的整個生命周期進行合理管理和協調，在村莊下游低洼地帶參照人工濕地的分級處理步驟，進行農村生活污水從收集-氧化塘-多級濕地植物吸收-農田灌溉-河道（或水塘再循環利用）的過程，大大削減農村面源入河量。以灌區低洼濕地和水塘為農田回歸水匯集區，構建的灌溉-排水-濕地綜合管理系統WRSIS，對早稻田排水的TP、TN流失量分別削減了8.1%-17.2%、26.5%-56.0%，晚稻田分別為58.2%-76.7%、17.2%-53.0%。針對南方稻麥輪作區提出稻田與明溝濕地協同系統PEDWS，較傳統灌排系統減少排水量73.03%，TP、TN流失量分別削減了79.53%、90.17%。

3云南高原的高效農業節水減排工程探索

3.1云南省高效農業節水減排的規劃布局

云南省地處低緯度高原和縱向嶺谷區，受東南季風、西南季風和北方大陸性干暖氣團的作用，干濕季節分明、光熱水土資源豐富。全省的耕地資源總量為607.8萬hm²，農田有效灌溉面積163.4萬hm²，有效灌溉程度達到了38.6%，已建成大型灌區12處（設計灌溉面積大于2.0萬hm²）、中型灌區337處（設計灌溉面積0.067-2.0萬hm²），另有規劃新建大型灌區3處。已建成高效節水灌溉面積10萬hm²，節水灌溉率僅5.9%。為貫徹落實國家最嚴格水資源管理制度的“三條紅線”控制，建設云南高原水生態文明，目前正在全國統一部署下開展“南方地區農業節水減排先行先試”的規劃論證及建設工作，包括現狀農業用水及水環境調查評價、高原特色農業發展布局、區域農業水資源供需平衡、高效農業節水灌溉排水系統規劃與灌排技術選用、農業節水量評估、農田污染物削減評估、投資估算、保障措施如體制機制及政策制定、實施效果評價等部分的分析工作。

結合云南省制定的主體功能區劃、水資源分區、水功能分區及農業區劃等成果，共篩選出滇池、洱海等16個高原湖泊區，云龍水庫、松華壩水庫等44個重要城市集中式供水水源地，曲靖、蒙開個、昭魯等103個大中型灌區分布的高原盆地，作為實施高效農業節水減排的項目區。按照云南省發展高原特色農業的總體部署，因地制宜，充分利用各地的光熱土地資源和區位優勢，調整作物種植結構，大力發展反季節蔬菜、熱帶亞熱帶水果等高附加值的經濟作物，采用噴灌、微灌、低壓管道灌溉等節水灌溉技術，推行水肥一體化、水稻間歇灌溉等水分管理模式，實施配套灌區田間輸配水管網、小型水源工程改造、溝渠塘堰生態化改造等工程。并按照“先建機制、再建工程”的基本原則，以農業水價改革為驅動力，探索各地高效節水減排工程的投融資、管護機制、水權交易等方面的新舉措，以水費征收、農業節水和水權轉讓促進和支撐區域經濟社會的可持續發展，最終實現水資源高效利用與優化配置。但是，由于省內灌溉實驗等基礎資料極為匱乏，還需要工程建成并系統、持續地觀測1-3年后，才能獲得工程的節水量、污染物削減量（以TN、TP、COD為代表）等的真實、可靠的評價結果。

3.2澄江高效農業節水減排試點方案

先行試點的澄江示范項目區位于滇中經濟區內的高原湖泊撫仙湖東岸，設計灌溉面積167.33hm²，采用微噴、低壓管道等節水灌溉技術，主要種植高附加值的經濟作物藍莓、蔬菜及綠化苗圃，其中藍莓118.67hm²、蔬菜32hm²、苗圃16.67hm²。取水水源為虎山小型水庫及西龍潭泉水。灌區內共布設了土壤水質監測點8個，入湖河道水質監測點7個，地下水質監測點3個；輸配水干管18條、總長8.01km，配套建設排水溝1.24km，利用廢棄水塘改造成灌區退水匯流濕地2處，工程總投資1083萬元。經對比分析，項目區主要經濟作物在示范工程實施前后，灌溉方式從傳統的溝灌等地面灌溉改進為微噴、低壓管道等節水灌溉技術，節水量達到20%-30%；通過實施水肥一體化高效利用技術、人工濕地凈化等措施，提高化肥和農藥的有效利用程度，使TP、TN、NH₃-NO等污染物的排放量和入河量削減40%～50%。在項目區設計論證的同時，當地政府和水行政主管部門需積極拓展思路，以農業水價改革和水管體制改革為核心，創新管理體制機制，建立農業高效節水減排工程建設和運行管理的融資及投入機制，項目建設所需資金的60%由各級政府承擔，剩余的40%由受益對象（公司）籌資配套。經測算，農業供水成本水價為0.80元/m³，但水費征收的農業水價制定既考慮高效節水灌溉項目的經濟收益性，達到“以水養水、培植造血功能”的良性循環機制，同時又要考慮公司化經營與農戶個體的差異性和水價承受能力。地方政府應從項目節水的水權交易獲得的經濟收益、污染物減排的高原湖泊治理節資等方面，綜合平衡經濟效益和生態環境效益，通過財政轉移支付或定量補助等方式對農戶進行補貼，實現整個項目區的和諧發展、共同富裕。

4結論

現代農業灌溉技術創新的目標是支撐國家和區域性糧食安全、特色經濟作物種植。在最嚴格水資源管理背景下，南方地區稻田實行“濕潤灌溉、間歇灌溉、排水與烤田結合”高效節水灌溉技術及水旱輪作制度，結合農村河塘綜合整治的農田排水污染物削減，合理布局溝渠、水塘、人工濕地等工程措施，通過植物吸收、水流自凈、沉積、清淤、回用等方式達到凈化處理的效果。在云南省澄江縣撫仙湖北岸的示范工程方案表明，工廠化種植大戶引入和經作物結構調整，農業節水和污染物減排的定量分析效果顯著，但也存在新建管養機制、水價負擔、生態效益補償支付等問題。