西部牧區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)與集成應(yīng)用

王棟，張學(xué)雙

（大禹節(jié)水集團(tuán)股份有限公司，甘肅酒泉 735000）

“國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”

西部牧區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)與集成應(yīng)用

王棟*，張學(xué)雙

（大禹節(jié)水集團(tuán)股份有限公司，甘肅酒泉 735000）

由大禹節(jié)水集團(tuán)股份有限公司牽頭，聯(lián)合甘肅省水利科學(xué)研究院、蘭州大學(xué)、青海省農(nóng)林科學(xué)院、內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)、青海大學(xué)等12家單位申報(bào)的“西部牧區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)與集成應(yīng)用”項(xiàng)目獲批列入2016年度國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“水資源高效開發(fā)利用”重點(diǎn)專項(xiàng)。項(xiàng)目投入總經(jīng)費(fèi)5600萬元，其中：中央財(cái)政經(jīng)費(fèi)3000萬元，執(zhí)行年限為2016年7月至2020年12月。

西部牧區(qū)包括西藏、青海、甘肅、新疆、內(nèi)蒙古、寧夏、四川和云南等區(qū)域，是我國重要草原畜牧業(yè)基地和生態(tài)屏障。牧區(qū)的發(fā)展關(guān)系著我國邊疆穩(wěn)定和民族和諧。近年來，隨著氣候變化、水資源短缺以及不合理管理和使用，導(dǎo)致西部牧區(qū)草原嚴(yán)重退化、沙化面積逐漸擴(kuò)大，嚴(yán)重制約牧區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，給我國生態(tài)文明建設(shè)帶來了嚴(yán)重考驗(yàn)。同時(shí)，由于西部牧區(qū)大多常年干旱少雨，地表、地下水資源儲量不足，水資源短缺成為西部牧區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)最主要的障礙性因子，亟待研究西部牧區(qū)草原牧草（群落）的耗水規(guī)律，構(gòu)建西部牧區(qū)草原節(jié)水優(yōu)質(zhì)高效綜合灌溉技術(shù)體系。開展本項(xiàng)目，研究草原退化原因及草原生態(tài)生產(chǎn)恢復(fù)和調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)牧區(qū)草原良性循環(huán)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展是當(dāng)前西部牧區(qū)面臨的緊迫任務(wù)和重大科研課題，可為我國西部牧區(qū)草原生態(tài)保護(hù)與草地畜牧業(yè)生產(chǎn)協(xié)調(diào)發(fā)展提供系統(tǒng)解決方案及有效途徑模式，加大和提升科技對牧區(qū)及畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的貢獻(xiàn)率，對促進(jìn)我國牧區(qū)草原生態(tài)環(huán)境保護(hù)恢復(fù)、草地畜牧業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變、加快農(nóng)牧民脫貧致富達(dá)小康的進(jìn)程、支撐牧區(qū)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展、保障草原生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)、建設(shè)社會主義新牧區(qū)提供強(qiáng)有力的科學(xué)技術(shù)支撐。

項(xiàng)目針對西部牧區(qū)草原植被退化、生態(tài)環(huán)境惡化，水資源與能源短缺且管理使用方式落后現(xiàn)狀及對高效節(jié)水灌溉的科技需求，開展水資源優(yōu)化配置和牧草耗水規(guī)律與節(jié)水優(yōu)質(zhì)高效灌溉制度、綠色高效節(jié)水灌溉裝備及典型牧區(qū)應(yīng)用技術(shù)模式、草地節(jié)水生態(tài)環(huán)境效應(yīng)監(jiān)測評價(jià)等研究，研制專用型高效灌溉技術(shù)與裝備，構(gòu)建西部牧區(qū)草原節(jié)水優(yōu)質(zhì)高效綜合灌溉技術(shù)體系，支撐西部牧區(qū)退化草原植被恢復(fù)和生態(tài)建設(shè)，保障我國西部牧區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

本項(xiàng)目圍繞西部高寒荒漠草原區(qū)、干旱風(fēng)沙草原區(qū)、內(nèi)陸干旱草原區(qū)等主要類型天然草原和人工草地恢復(fù)重建過程中的水資源高效利用問題，聚焦西部牧區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)與集成應(yīng)用研發(fā)問題，擬解決西部典型牧區(qū)水-草-畜動態(tài)平衡機(jī)制及水資源優(yōu)化配置理論、西部典型牧區(qū)不同類型草地生物量形成與品質(zhì)對水分的響應(yīng)與節(jié)水優(yōu)質(zhì)高效機(jī)理、西部不同類型典型牧區(qū)節(jié)水的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)機(jī)制等科學(xué)問題，解決西部主要不同牧區(qū)牧草的耗水規(guī)律及調(diào)控技術(shù)與裝備，不同類型草地的節(jié)水優(yōu)質(zhì)高效灌溉制度與高效用水模式等關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)適應(yīng)西部牧區(qū)地形、地貌、水資源特點(diǎn)的專用型高效灌溉技術(shù)與裝備，并建立西部牧區(qū)水資源高效利用示范基地25000 畝。

針對以上背景及總體目標(biāo)，該項(xiàng)目的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：

（1）西部牧區(qū)水-草-畜平衡與水資源優(yōu)化配置技術(shù)研究

根據(jù)西部典型牧區(qū)（高寒荒漠草原區(qū)、干旱風(fēng)沙草原區(qū)、內(nèi)陸干旱草原區(qū)）不同自然地貌、氣候和水資源特點(diǎn)，針對水-草-畜現(xiàn)狀和時(shí)空分異特征，研究水-草-畜動態(tài)平衡的水資源優(yōu)化配置，揭示水分與牧草（群落）間的互饋機(jī)制，提出牧草（群落）的生長冗余理論和復(fù)水補(bǔ)償效應(yīng)，確定典型牧區(qū)草地灌溉制度，提出西部牧區(qū)水-草-畜平衡的生態(tài)生產(chǎn)耦合水分干預(yù)理論與方法。

（2）西部牧區(qū)主要牧草及植被群落節(jié)水優(yōu)質(zhì)高效灌溉制度及綜合調(diào)控技術(shù)研究

針對西部典型牧區(qū)主要水源、地形地貌條件，研究管灌、溝灌、滴灌、滲灌和噴灌等不同灌溉方式下不同類型草地的耗水規(guī)律，主要牧草及植被群落生物量形成和品質(zhì)對水分的響應(yīng)規(guī)律，建立不同灌溉方式下不同類型草地的節(jié)水優(yōu)質(zhì)高效灌溉制度；針對西部典型牧區(qū)水資源現(xiàn)狀和氣候特點(diǎn)，集成生態(tài)修復(fù)技術(shù)、農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)、生理節(jié)水技術(shù)、水肥耦合技術(shù)、智能管理技術(shù)，分析水分和營養(yǎng)物質(zhì)在土壤-植被-大氣系統(tǒng)(SPAC)的傳輸、分配和積累過程，研究SPAC 系統(tǒng)對集成技術(shù)的響應(yīng)，提出適宜西部牧區(qū)生態(tài)生產(chǎn)耦合效應(yīng)的高效用水調(diào)控技術(shù)。

（3）西部牧區(qū)綠色高效節(jié)水灌溉裝備研制與應(yīng)用

針對西部典型牧區(qū)地形地貌差異大，水、風(fēng)、光能等資源多樣化的特點(diǎn)，研制水勢能自壓灌溉、風(fēng)能及太陽能取水的綠色節(jié)能灌溉裝備，研發(fā)灌溉、管理、決策系統(tǒng)智能控制設(shè)備。重點(diǎn)研發(fā)適宜于西部牧區(qū)天然草原滴灌、噴灌自動控制裝備，及適宜人工草地滴灌、噴灌水肥一體化自動控制成套裝備。

（4）西部牧區(qū)高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)技術(shù)集成示范與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價(jià)

集成西部典型牧區(qū)節(jié)水優(yōu)質(zhì)高效灌溉制度、高效用水模式、用水調(diào)控技術(shù)和綠色灌溉裝備，形成西部牧區(qū)高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)技術(shù)，建立草地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和評估體系，提出草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制和方案，建立西部牧區(qū)水資源高效利用和生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，建成互聯(lián)網(wǎng)共享平臺，并在西部典型牧區(qū)建立示范區(qū)。

項(xiàng)目以高寒荒漠草原區(qū)、干旱風(fēng)沙草原區(qū)、內(nèi)陸干旱草原區(qū)為典型區(qū)域，從天然草原和人工草地兩個層面，研究主要牧草（群落）耗水規(guī)律與灌溉制度，草地高效節(jié)水灌溉模式，草地高效用水調(diào)控技術(shù)，研發(fā)綠色高效節(jié)水灌溉裝備，高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)技術(shù)集成與示范，形成西部牧區(qū)高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)技術(shù)，建立草地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和評估體系，建立草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制。項(xiàng)目設(shè)任務(wù)層、研究層、目標(biāo)層，通過七個任務(wù)課題的研究，提高牧區(qū)水資源利用效率，支撐牧區(qū)社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。項(xiàng)目總技術(shù)路線圖，見下圖：

項(xiàng)目組由長期在西部牧區(qū)從事水資源高效利用技術(shù)研究的單位和企業(yè)構(gòu)成，由我國最大的節(jié)水灌溉企業(yè)大禹節(jié)水集團(tuán)股份有限公司牽頭實(shí)施，我國草業(yè)研究優(yōu)勢單位蘭州大學(xué)、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，西部牧區(qū)草業(yè)和水資源利用技術(shù)優(yōu)勢單位北京林業(yè)大學(xué)、西安理工大學(xué)、青海大學(xué)、甘肅省水利科學(xué)研究院、寧夏回族自治區(qū)水利科學(xué)研究院、內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院、青海省農(nóng)林科學(xué)院、寧夏回族自治區(qū)農(nóng)林科學(xué)研究院、西北水利水電建筑勘察設(shè)計(jì)院組成產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的科研團(tuán)隊(duì)，科研實(shí)力雄厚，組織管理能力強(qiáng)。

開展本項(xiàng)目，可為我國西部牧區(qū)草原生態(tài)保護(hù)與草地畜牧業(yè)生產(chǎn)協(xié)調(diào)發(fā)展提供系統(tǒng)解決方案及有效途徑模式，加大和提升科技對牧區(qū)及畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的貢獻(xiàn)率，對促進(jìn)我國牧區(qū)草原生態(tài)環(huán)境保護(hù)恢復(fù)、草地畜牧業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變、加快農(nóng)牧民脫貧致富達(dá)小康的進(jìn)程、支撐牧區(qū)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展、保障草原生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)、建設(shè)社會主義新牧區(qū)提供強(qiáng)有力的科學(xué)技術(shù)支撐。將自主研發(fā)形成包括牧草種質(zhì)及水資源優(yōu)化配置、綠色能源合理利用、草原生態(tài)恢復(fù)修復(fù)及水肥調(diào)控灌溉綜合技術(shù)和智能裝備系統(tǒng)在內(nèi)的重大科研成果30多項(xiàng)，構(gòu)建西部牧區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)體系，并建成牧區(qū)高效節(jié)水灌溉設(shè)備10～12套及年裝配10萬畝高效節(jié)水灌溉（草原）草地的產(chǎn)能規(guī)模，建立高效節(jié)水灌溉典型示范區(qū)2.5萬畝、輻射帶動區(qū)10萬畝，惠及數(shù)萬牧民群眾，使千萬畝天然草原得到休養(yǎng)生息，形成10億立方米的水資源當(dāng)量效益，經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會綜合效益顯著，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。對豐富和完善我國節(jié)水灌溉技術(shù)產(chǎn)業(yè)和草原生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)科學(xué)理論，建設(shè)我國天然綠色生態(tài)屏障、構(gòu)建和諧社會、保障國家生態(tài)安全、維護(hù)邊疆民族穩(wěn)定具有重大長遠(yuǎn)意義。

項(xiàng)目總體技術(shù)路線圖

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.01.115

*責(zé)任作者： 王棟（1964—），男，教授級高工，大禹節(jié)水集團(tuán)股份有限公司董事長，主要研究方向?yàn)楣?jié)水灌溉技術(shù)與裝備，E-mail: dy.jswangdong@163.com。

張學(xué)雙（1972—），男，高級工程師，大禹節(jié)水集團(tuán)股份有限公司副總裁，主要研究方向?yàn)楣?jié)水灌溉枝術(shù)與裝備，E-mail: zhangxueshuang58@168.com。