現代節水農業技術研究進展與發展趨勢

□文/郝德偉 鄭徽

隨著社會經濟的發展，農村的改革勢在必行。特別是，現代農業節水技術的物質基礎和技術條件日益顯現和完善。傳統的農業節水技術與生物技術、電子信息技術、計算機模擬技術、高分子材料技術等技術有機地結合起來，逐步形成了現代農業節水技術。只有實現從傳統農業到現代農業的轉型與發展，農業生產的效益才能得以實現，進而更好地推動國家經濟持續、健康發展。

一、現代節水農業技術研究進展

（一）農藝節水技術

采用耕地覆蓋、化肥等方法調節農田水分狀況，蓄水保水，是改善農田灌溉用水、提高作物水分產量的重要手段。目前，我國在農業生產中已經取得了較好的效果，包括保護性耕作技術、田間覆蓋技術、節水生化制劑（保水劑、吸水劑、種衣劑）、旱地專用肥料等。例如美國的中西部大平原，從傳統的耕作到不耕種，從表面的松土到農作物的殘茬，從機械耕作到化學藥劑的處理，都明顯地改善了土壤的保肥能力，并使農業的產量得到了明顯的改善。法國，美國，日本，英國等國家相繼研制出一系列的抗旱保水劑和吸水劑，用于經濟作物，具有較好的節水和增產作用。法國和美國等國家在土壤表層噴灑聚丙烯酰胺，可以有效地抑制農田水分蒸發，防止土壤侵蝕，改善土壤結構［1］。

（二） 生物（生理）節水技術

通過將作物水分生理調控機理與作物高效用水技術相結合，可以發展出諸如RDI、分根區交替灌溉（AR‐DI）、局部根干（PRD）等農作物的生理節水技術，從而顯著地改善作物和果樹的水分利用率。與傳統的灌溉方式所追求的是充分、均勻的水分灌溉方式不同，ARDI和PRD技術注重的是在土壤的垂直剖面上或水平面上的某一部分。只對部分區域進行水分灌溉，并交替控制部分根系區域干燥，部分根系區域保持濕潤，以促進根系輪換。通過對植株進行一定程度的干旱鍛煉，刺激根系對養分的吸收、補償作用，將根部信號ABA傳遞給葉片，將氣孔調整到合適的位置，既不會影響作物的光合作用，也不會影響作物的蒸騰耗水量，同時也可以減少植株之間的土壤濕度，減少濕潤區水分向干燥區橫向移動造成的滲透率下降。RDI是指在作物生長的特定時期，通過對作物進行適當的水脅迫（也就是人為地使作物受到適當的干旱訓練），從而使其光合產物分布到各個組織器官，從而增加其經濟產出［2］。

（三）水管理節水技術

為了使我國農業灌溉用水管理的現代化、自動化、靈活的管理需求，使我國農業灌溉水管理的信息化、自動化和智能化水平不斷提高。在降低灌溉、調蓄工程數量、降低工程造價的前提下，不僅滿足了用戶的需要，而且還可以降低棄水，改善灌溉系統的運行性能和效率。通過建立灌溉用水決策支持系統，對農作物生產、作物需水量進行模擬，并對土壤含鹽量和水分脅迫情況進行預報。利用互聯網技術、RS、GIS、GPS等技術實現數據的收集、交換和傳送。通過對灌區的實時預測，同時實現灌區水資源的動態分配，進一步提升灌區水資源分配的整體質量效果。為了滿足灌區水資源變化、適時、適度的需要，需要對灌區供水、輸水系統的運行方式及相關的控制技術進行深入的探討。目前，國外主要是以下游為基礎的自控方式，通過集中式自動監測（遙測、遙調）實現對各大供水渠道的自動化管理，并對其進行自控技術的研究。在明渠自動控制系統的運行中，重點研究供水系統的優化調度方案。利用計算機仿真分析明渠的非恒定流量，并根據閘門的工作原理，編寫該系統的實時控制軟件。

（四）工程節水技術

隨著現代農業生產的不斷發展，從傳統的地表灌溉到現代地表灌溉，已成為必然。在高精度土地平整技術的基礎上，應用水平壟、波涌灌等先進的地面灌溉技術，無疑是這一轉變的一個重要標志。采用精細地表灌溉技術可以顯著改善土壤畦灌的性能，節水增產。激光控制土壤微調技術是當前國際上較為成熟的一種土地平整技術，通過對土壤進行高精度的平整，可以提高土壤的均勻度80%，提高農田灌溉的灌溉效率，提高農田灌溉的質量。在現代農業技術的飛速發展下，基于地面灌溉的實時反饋控制技術，將其應用于農業生產中。采用地表灌溉控制參數反求方法，可以克服農田土壤特性的空間變異，得到最優的灌水量控制參數，從而有效地改善地表灌溉技術的評估和決策的精確性。

二、現代節水農業技術研究發展趨勢

現代農業節水技術是生物技術、計算機模擬技術、電子信息技術、高分子材料技術和傳統節水農業技術相結合的產物。其顯著的特征是各種技術交叉、滲透。現代節水農業技術既包含簡單的工程和管理上的節水，也包含農業、生物等方面的節水。將水力學、土壤學、作物科學、生物學、遺傳學、材料學、數學、化學等學科有機地結合在一起，利用降雨（灌溉）土壤作物進行水光循環、干物質經濟產量轉換，構建節水農業的基本理論。

20世紀中葉以來，我國的節水農業科技突飛猛進，將節水型思想與電腦技術有機地結合在一起，促進節水技術與土壤、大氣、植被的有機結合，進而有效地提高灌溉的整體效益。在嚴格的理論與量化的基礎上，大力發展現代農業節水高科技。利用計算機技術、電子信息技術和紅外遙感技術對土壤含水量、含鹽量、水沙、水環境、作物含水量等進行監測、收集和處理，可以極大地提高農業用水的利用率。同時，利用高分子復合材料和納米材料進行渠道滲透和覆蓋灌溉，提高了農業節水的灌溉效率［3］。

目前，我國已對節水灌溉技術著重于作物生理需要與用水、精確控制灌溉等。通過對土壤水分和植物根系信號傳導機制的分析，闡明水分和植物根系信號傳導機制的相互影響，從而揭示干旱對植物的超營養效應。科技創新推動了農業的新觀念、新技術的產生，并在農業生產中運用現代科技為農業的發展提供了理論基礎和技術支持，進而為促進農業可持續性發展奠定良好基礎。未來，我國農業節水高新技術的發展，將進一步深入農作物需水信息采集、精確灌溉、節水高效栽培等領域，為農業快速發展提供有利條件。

結束語：

在我國水資源和環境嚴峻的情況下，依靠科技進步來彌補實際的缺陷，將成為推動現代節水農業技術發展運用的重要基礎，這與我國農業發展的實際需要和戰略需要相適應。同時，現代農業也是利用現代技術對傳統農業進行改造、提高農村生產力的一個重要途徑。同時，也是改變農業發展模式，提高農民增收的一個重要手段。新時期，農業節水技術的物質基礎和技術條件日益顯現和發展。