西北典型農區高效節水灌溉技術與集成應用

蔡煥杰，趙西寧，孫世坤

（西北農林科技大學旱區節水農業研究院，陜西楊凌 712100）

“國家重點研發計劃”

西北典型農區高效節水灌溉技術與集成應用

蔡煥杰*，趙西寧，孫世坤

（西北農林科技大學旱區節水農業研究院，陜西楊凌 712100）

“西北典型農區高效節水灌溉技術與集成應用”（項目編號：2016YFC0400200）是國家重點研發計劃“水資源高效開發利用”專項在農業節水領域首批啟動項目，項目經費3000萬元。本項目由西北農林科技大學中國旱區節水農業研究院蔡煥杰教授主持，項目集合了西北農林科技大學、武漢大學、中國農業大學、江蘇大學、中國農業科學院農田灌溉研究所、內蒙古農業大學、寧夏水利科學研究院、西安交通大學、新疆自治區水利科學研究院、甘肅省農科院等一批節水灌溉領域的優勢單位。

圖1 項目技術路線圖

水資源短缺是制約西北地區經濟社會可持續發展的重要瓶頸。實施節水灌溉，提高作物水分利用效率已經成為緩解該區水資源短缺的重大戰略舉措，也是支撐我國目前和未來該區現代農業適度可持續發展的公益性關鍵技術。項目針對西北典型農區干旱缺水與生態環境脆弱并存，農業用水浪費嚴重，主要糧油作物和經濟作物水分利用效率較低的實際，以提高作物水分利用效率和降低農業用水總量為目標，按照應用基礎研究、關鍵技術與產品研發、區域技術集成與示范應用科技創新鏈條，重點研究作物高效用水機理與調控，研發綠色高效節水灌溉裝備和灌溉輸配水系統與田間工程關鍵技術，在陜西、甘肅、寧夏、新疆、內蒙古等省（區）建立具有明顯區域特色的節水灌溉技術試驗示范區，進行技術集成與示范應用，建立不同區域典型作物節水灌溉制度，提出不同區域節水灌溉系統技術解決方案與標準體系，形成相應高效節水灌溉技術模式，推動西北地區全面實施規模化高效節水灌溉行動，提升節水灌溉領域自主創新能力。

項目立足西北典型農區，以“機理識別—技術創新—設備研發—集成應用”為主線，融應用基礎研究、關鍵技術與產品研發、技術集成應用于一體，開展作物高效用水機理與調控、綠色高效節水灌溉裝備研制與開發、灌溉輸配水系統與田間工程關鍵技術、典型農區節水灌溉技術集成創新與應用4個方面研究，項目技術路線如下。

研究內容包括：

（1）作物高效用水機理與調控研究

研究不同水分條件下作物相關代謝調控基因/蛋白的表達和鑒定，探究作物節水增產相關的生物學調控機制；研究作物在不同時間-空間水分脅迫環境下的水分利用與產量形成過程；研究作物水分脅迫環境下產生的生長、光合和代謝補償的類型、強度與產量形成過程的生理轉換機制；研究水分脅迫條件下作物體內水分來源及根系吸水活躍區，探明不同生育期農田灌溉合理計劃濕潤層的土壤水分調控深度；研究作物根區環境及加氣灌溉對土壤特征、作物生長、產量和品質影響；研究西北地區主要作物需水量時空變化規律。

（2）綠色高效節水灌溉裝備研制與開發

根據西北農區水源條件和作物特征，開發精量水肥一體化灌溉技術與水氣耦合灌溉技術；研究高彈性PE高分子樹脂配方、基于PE同性材料的彈性變形壓力補償式滴頭、新型微孔迷宮流道滴灌帶生產線與產品；研究高效過濾技術與清洗裝置，開發高效過濾裝置；開展滴灌控配水設備的結構設計和流量調節方式、工作原理等技術研究，開發具有多變流量、抗堵塞功能的滴灌控配水設備；研發適用于西北典型農區的多功能折疊桁架式平移噴灌機；研究變工況下光伏水泵內部流動機理，提出不同揚程光伏水泵的設計方法，開發多工況高效太陽能泵。

（3）灌溉輸配水系統與田間工程關鍵技術

針對從水源到田間輸配水過程中水量損失主要環節，重點研究寒冷地區灌區輸配水渠道防滲防凍脹結構型式及材料性能指標；研究灌區尺度內高效節水的田塊規格和合理的田間渠系布置模式；研究從水源調度到骨干渠系、田間渠系優化配水和灌溉制度優化的全灌區協調的整體調度與配水模式，集供需水中長期預測、實時預測、短期渠系動態配水與調度方案實時修正為一體的灌區全過程滾動配水技術；研究開發出適用于西北多泥沙灌區緩坡渠道的新型量水建筑物；研制灌溉系統水量監測信息傳輸技術與低成本自動量水設備；開發灌溉用水效率計算模型，提出灌溉用水效率的快速測評技術。

（4）典型農區節水灌溉技術集成創新與應用

針對西北典型農區實際，以區域主要糧油作物和特色經濟作物為研究對象，針對陜北黃土高原特色經濟林、內蒙河套灌區糧經作物、寧夏揚水灌區經濟作物、甘肅內陸河區制種玉米和溫室作物、南疆綠洲主要作物分別開展節水灌溉技術集成創新與應用，重點開展區域水土資源優化配置、典型節水高效灌溉制度、適宜的節水灌溉技術及其配套技術研究，建立試驗示范區，進行技術組裝集成與典型示范，探討節水灌溉技術應用保障機制，形成不同區域節水灌溉綜合技術解決方案與標準體系。

項目探索以節水灌溉試驗站為依托、以“高等院校+科研院所+地方農業與水利技術推廣部門+分散農戶+國有農場或公司”為主要特征的干旱內陸區農業節水綜合技術應用示范合作機制與組織模式。項目有效地將基礎研究、技術與產品研發、技術集成與應用融為一體，通過技術示范，促進技術成果轉化，輻射帶動區域主導產業發展，實現經濟、生態和社會效益的協同提升，可有效避免技術“碎片化”，改變以往基礎研究與技術集成示范相對分離的現象。項目課題設置以西北典型農區優勢糧食作物和特色經濟作物產業發展為主線，開展節水灌溉技術創新和集成示范，緊扣生產實際，解決農業生產面臨的實際問題。項目集成創新灌溉節水和降水資源利用技術，建立基于土壤水分消耗與補給相平衡的黃土高原特色經濟林綜合節水技術模式。針對河套灌區鹽漬化問題，提出地面畦溝灌、膜下滴灌及地表水、地下水聯合灌溉技術模式。針對高含沙水特征，構建適用于噴、微灌的復雜水質（高含沙水、藻類及微生物）綜合凈化處理技術模式。針對極端干旱南疆綠洲區，集成作物生理、化學、工程、管理調控措施，耦合水、鹽、熱關系，構建“節水、增效、優質”的典型經濟作物水肥高效利用技術模式。項目將為西北典型農區提供具有針對性的技術措施和節水灌溉綜合技術解決方案。

通過項目實施，闡明主要作物高效用水機理，完善作物節水-優質-高效水分調控體系，形成適宜西北典型農區的綠色高效節水灌溉裝備和輸配水新產品、新設備 10 套。在陜北黃土高原、甘肅內陸河區、寧夏揚水灌區、南疆綠洲灌區和內蒙河套灌區建立5個節水灌溉技術試驗示范區，核心示范區面積 2500 畝（每個示范區面積 500 畝），技術輻射推廣面積 20 000 畝以上（每個示范區 4000 畝以上）。技術成果應用后，與示范區所在區域當前最好水平相比，作物水分利用效率提高 15%以上，灌溉效率提高 10%以上。建立不同區域典型作物節水灌溉制度，提出節水灌溉系統技術解決方案與標準體系。培養研究生和青年學術骨干 140 名，培訓農民 5000人次以上，形成 8個左右具有區域特色的節水技術創新團隊，凝聚一支 100 人左右的技術創新隊伍。項目實施可為節約農業用水、緩解該區水資源短缺提供重要科技支撐，為該區節水灌溉的發展起到重要引領和示范作用。

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.01.113

*責任作者： 蔡煥杰（1962—），男，教授，西北農林科技大學，主要研究方向為農業節水及水資源高效利用，E-mail:caihj@nwsuaf.edu.cn。