東北糧食主產區高效節水灌溉技術與集成應用

龔時宏，吳文勇*，廖人寬

（中國水利水電科學研究院，北京 100048）

“國家重點研發計劃”

東北糧食主產區高效節水灌溉技術與集成應用

龔時宏，吳文勇*，廖人寬

（中國水利水電科學研究院，北京 100048）

【編者按】國家重點研發計劃“水資源高效開發利用”重點專項，圍繞中央確定的“節水優先，空間均衡，系統治理，兩手發力”治水方針開展全景式設計，設置六大任務板塊，分別為：綜合節水理論與關鍵技術設備、非常規水資源開發利用技術與設備、流域水循環演變與國家水資源配置戰略、重大水資源配置工程建設與安全運行、江河治理與水沙調控、水資源智能調度與精細化管理。

專項擬依托五大實踐載體，重點解決四大科學問題，突破六大重點技術。其中：五大實踐載體包括國家實行最嚴格的水資源管理制度，東北節水增糧和華北節水壓采行動計劃，新型城鎮化進程中的城市供水節水與海綿城市建設，京津冀、長江經濟帶、“一帶一路”等國家重點經濟區水資源安全保障，以及國務院加快推進的172項重點水工程建設；四大科學問題分別為變化環境下的水循環演變機理和效應、基于“自然-社會”二元水循環全過程的水資源高效利用理論、復雜水資源系統多維均衡配置方法、重大水工程性能演化機理與風險控制理論；六大重點技術包括重點行業核心節水技術、非常規水資源經濟開發技術、水循環信息精準監測與預報技術、水資源巨系統多目標智能調度技術、復雜條件下的大型水工程安全建設技術、河湖綜合整治與水沙調控技術。

2016年2月，科技部發布“水資源高效開發利用”重點專項2016年度項目申報指南，設計了19項內容，最終31個項目獲得支持，國撥經費總額達到8.77億元，占專項總經費的46%。2016年10月，科技部再次發布2017年度項目指南，擬再安排31個項目，國撥經費概算約5億元，約占專項總經費26%。

本刊將陸續對“水資源高效開發利用”重點專項的項目進行介紹和報道，敬請關注。

東北是我國糧食主產區，糧食商品化率超過80%，但畝均水資源量僅為全國平均的38%，農業用水供需失衡、灌溉效率與效益不高、地下水位持續下降等水問題十分突出，發展高效節水灌溉對挖掘糧食增產潛力、保障國家糧食安全具有重要戰略意義。目前，東北糧食主產區節水灌溉雖已得到長足發展，但尚不能適應“適度規模化、全程機械化、高度集約化”現代農業發展新常態的迫切需求。現階段偏重于田塊尺度節水灌溉技術的推廣應用雖實現了灌溉效率的提升，卻帶來區域尺度耗水失衡及嚴重的衍生水問題，如何實現多尺度作物耗水與灌溉供水的協同均衡調控是當前面臨的重大科技問題，亟需創新多尺度作物耗水協同調控理論。2016年8月，國家重點研發計劃“水資源高效開發利用”重點專項“東北糧食主產區高效節水灌溉技術與集成應用”項目正式啟動。該項目針對東北糧食主產區水稻、玉米等主要糧食作物，開展高效節水灌溉理論與方法、關鍵技術與產品、應用示范推廣的全鏈條式創新。在基礎理論創新層面，重點突破多尺度作物高效耗水協同調控理論與方法；在共性關鍵技術層面，重點研發作物高效耗水耦合調控、水田生態灌排、長毛管低壓滴灌、高效低耗噴灌水肥藥調控、互聯網+灌溉智能水管理等關鍵技術與產品；在示范集成應用層面，建立適應規模化水田、集約化旱田的高效節水灌溉關鍵技術體系與應用模式，示范推廣應用實現節水灌溉技術、農藝與農機技術與相關政策機制的有機融合，達到節水、高效、綠色、生態的目標。該項目的實施對支撐東北地區乃至國家糧食安全和水安全具有重要的意義。

該項目由中國水利水電科學研究院主持，中國灌溉排水發展中心、中國農業科學院灌溉研究所、武漢大學、中國農業大學、黑龍江水利科學研究院等18家單位共同參與，項目負責人是龔時宏研究員，開展時間為2016年7月到2020年12月，專項經費3000萬元。項目技術路線見圖1。項目從區域尺度、田塊尺度和集成示范三方面綜合考慮設置了9個課題任務，課題研究內容如下：

任務1 多尺度作物高效耗水理論及灌溉制度優化。研究水稻、玉米等主糧作物耗需水過程與產量形成響應機制；研究田間作物與區域多尺度耗水時空特征及其多源信息融合反演、需水感知預測技術；構建面向高效水轉化生態控制的灌溉制度優化方法及模式。

任務2 灌溉多水源優化調度配置技術與方法。研究基于區域作物耗水供需平衡的多水源優化調度方法，以及基于水情實時感知的多水源灌溉輸配水系統水力控制方法；研究灌溉多水源梯級循環利用技術與調控閾值，開發灌溉水源高效調配應用系統。

任務3 規模化水田高效節水灌溉技術與產品。研究規模化水田灌溉系統水動力學過程模擬理論和優化設計方法；研發規模化水田新型節水灌溉技術與方法，以及全生育期灌溉智能量控技術及設備；構建與農藝、農機措施相協調的規模化水田標準化建設和管理技術模式。

任務4 集約化農田多功能噴灌技術與設備。研究噴灌系統變量灌溉及多目標利用理論與方法，以及水力參數對水、肥、藥利用效率的影響機制；研發噴灌系統多目標利用關鍵設備及清潔能源輕型化噴灌機組；提出高效低耗的旱田作物噴灌水、肥、藥綜合施用技術模式。

任務5 精量化高效滴灌技術與產品。研究長毛管低壓滴灌灌水器設計理論、制造工藝與工程設計方法，以及滴灌農田水肥氣熱多過程調控機制；研發規模化旱田滴灌高效過濾、施肥與調壓設備，開發水肥監測技術與產品；提出精量化高效滴灌系統綜合配套技術模式。

任務6 灌溉系統智能調控技術與產品。研究建立基于物聯網、移動互聯、3S 技術的作物、土壤、氣象等要素多維實時監測與采集系統；研發低功耗灌溉智能控制設備以及互聯網+灌溉決策支持系統；提出規模化農田標準化灌溉系統智能調控成套技術與產品。

任務7 節水灌溉效率與生境效應評價技術與方法。研究節水灌溉—用水效率—生態環境過程的耦聯關系,開發基于多尺度水轉化的用水效率鏈量化表征及生境演變過程模型；研究灌溉用水效率與生境效應評價技術及方法，提出用水效率提升及生境健康協同的節水閾值。

任務8 水田高效節水灌溉技術集成應用。基于規模化水田高效耗水耦合調控、高效節水灌溉方式、多水源優化調配等關鍵技術，集成生態標準化灌排、農藝與農機等配套技術，構建水田高效節水灌溉技術集成應用模式、技術標準和管護機制，開展示范及應用效果評價。

任務9 旱田高效節水灌溉技術集成應用。基于集約化旱田優化灌溉制度、高效噴滴灌、智能水管理等關鍵技術，集成適水栽培、節肥減施等農藝農機配套技術，構建旱田高效節水灌溉技術集成應用模式、技術標準和管護機制，開展示范及應用效果評價。

項目創新多尺度作物高效耗水協同調控理論與方法，開展多尺度作物協同調控的基礎理論、共性關鍵技術和示范集成應用方面的研究工作，促進區域水資源良性循環；形成一批具有自主知識產權的關鍵設備和產品，在作物耗水多源數據反演、水田新型灌水技術、長毛管滴灌系統、精量滴灌多過程調控、噴灌系統變量灌溉、噴灌水肥多目標調控、灌溉系統智能量控、智能監控云平臺與支持系統等方面形成專利與軟件，解決東北稻作灌區節水、省工、減污和增效的技術難題；打造一支基礎扎實的中青年科研隊伍，完善一批野外試驗研發基地，對我國未來10～20年節水灌溉學科發展具有重要意義。本項目研究成果將實現作物水分利用效率提高15%以上，灌溉效率提高10%以上，研究成果在東北地區推廣利用節水潛力40億立方米左右，糧食增產潛力1000萬噸左右，可促進農業節水、農民增收和社會經濟可持續發展和水土環境保護，提高人民生活質量，保障國家糧食安全。

圖1 項目技術路線

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.01.111

龔時宏（1961—），男，研究員，中國水利水電科學研究院，研究方向為節水灌溉理論與技術，E-mail: gongsh@iwhr.com。

*責任作者： 吳文勇（1977—），男，教授級高級工程師，中國水利水電科學研究院，研究方向為節水灌溉理論與技術，E-mail: wenyongwu@126.com。