我國滴灌創新發展綜述

姚振憲

(中國灌溉排水發展中心，北京 100054)

0 引言

滴灌技術及設備是我國節水灌溉的重要組成部分，滴灌發展面積反映了不同歷史時期黨和國家與農民對農業投資的強度，因此，滴灌面積是農業灌溉發展的重要參數之一。滴灌技術自1974年引進我國，到2020年我國的滴灌面積發展到698萬hm2，居世界首位。本文回顧我國滴灌技術、設備從引進推廣到技術創新的發展歷程，提出發展區劃及建議。

1 滴灌發展歷程

1.1 滴灌技術及設備引進階段(1974—1990年)

滴灌比其他灌水技術具有更大的省水、增產效果，水肥一體化智能滴灌是利用低壓管網系統，將水和作物所需要的營養成點滴、緩慢、均勻而定量濕潤作物根系最發達的區域，使作物主要根系活動區的土壤始終保持在最優含水狀態的一種局部灌水技術[1-2]。

1974年5月，我國從墨西哥引進了滴灌技術和設備，在山西省晉中市大寨村、河北省遵化市沙石峪村、北京市密云縣進行果樹、蔬菜和糧食作物的試驗研究。1975年的試驗結果表明，3個試點單位都取得顯著的節水增產效果，尤其是河北省沙石峪村的小麥滴灌使中國成為世界第1個用滴灌技術灌溉糧食作物的國家，當年冬小麥單產達到5 295 kg/hm2。同年，國家相關部委決定研制滴灌設備，并在全國各地進行試驗研究。

1985年，滴灌技術發明公司以色列耐特菲姆(Netafim)公司相關人員到我國訪問，以色列滴灌專家布瑞斯勒(Bresler)將他的專著《Drip Irrigation Manual》(滴灌手冊)贈送給我國科技人員并書面授權同意將手冊翻譯成中文。這次技術交流促成我國于1985年11月首次派代表赴美國參加第3屆國際滴灌會議，與國際滴灌界的科技人員擴大交流。1985年，我國的滴灌面積發展到1.53萬hm2。1986年，國家科委將“滴灌配套設備系列開發”列入星火計劃，促使滴灌技術向多部門、多學科和多層次的方向發展。1988年7月，“滴灌成套設備”項目通過了鑒定，標志著我國滴灌在設備制造、規劃設計、運行管理等方面取得了一定成效。

1990年4月，中國華陽技術貿易總公司與以色列丹(Dan)公司簽訂了引進微噴關鍵工藝制造設備和技術的合同；5月，該公司聯合北京農業工程大學、河南省新鄉市水利科學研究所在河南省召開了“引進微灌技術評議研究會”，與會專家一致同意從以色列引進微滴灌生產線，消化、吸收、改造、創新我國的微灌技術；11月，我國邀請以色列灌溉專家來華進行技術交流，講授微滴灌規劃、設計理論和土壤-作物-氣象-連續概念等內容。同年，我國還開辦了“節水灌溉講習班”，全國各地水利廳局的技術骨干參加了學習。這一系列舉措為推廣節水技術打下基礎，截止到1990年年底，我國滴灌面積達3.33萬hm2。

1.2 示范推廣階段(1991—2000年)

1991年4月，中國科學院地理研究所和以色列科學與人文科學院駐京聯絡處聯合組織了“農業用水有效性研討會”，并出版了論文集。中以兩國科技人員圍繞節水型農業進行研討和交流，促進了我國滴灌基礎研究和應用研究的國際合作。1992年12月，中國機械進出口公司與以色列普拉斯特(PLASTRO)滴灌公司簽訂了引進滴灌設備的合同。對滴灌設備制造的研發，使我國的滴灌設備生產水平站上了新的臺階。1994年，中以示范農場在北京市永樂店農場開始籌備建立。

“八五”期間(1991—1995年)，我國在微灌設備研制和產品配套、微灌技術研究與推廣等方面都取得了很大成就，如“八五”國家重點科技攻關項目“農業節水灌溉器材——滴灌和微灌的開發研究”通過鑒定驗收，離心式和篩網式過濾器系列產品研發成功，微灌設備產品配套方面取得了多項專利，滴灌技術列入國家科委重點推廣項目等。截止到1995年年底，我國滴灌面積達到4.33萬hm2。

1996年的中央農村工作會議指出，“九五”期間(1996—2000年)要建設300個節水增產重點縣，以點帶面，推動全國節水灌溉的普及，并決定從1996年開始國家每年安排50億元左右貸款，由中央和地方財政貼息，用于支持發展節水灌溉、打井、山區開發和種子工程建設。經過5年的發展，截止到2000年年底，我國滴灌面積達到23.6萬hm2。

1.3 穩定普及階段(2001年至今)

“十五”期間(2001—2005年)，我國涌現出一批優秀的節水灌溉設備生產企業，如甘肅大禹節水集團股份有限公司、新疆天業節水灌溉股份有限公司等，為我國節水灌溉事業發展做出了積極貢獻。截止到2004年年底，我國滴灌面積達到26.7萬hm2。

2007年，國家發展改革委、水利部、建設部聯合發布了《節水型社會建設“十一五”規劃》，明確提出了“十一五”期間(2006—2010年)農業節水目標。2010年，我國水利投資達到2 000億元，新增節水灌溉工程面積1 000萬hm2，其中，微、滴灌面積211.53萬hm2，農田灌溉水有效利用系數提高到0.50左右；在農業灌溉用水總量基本不增長的情況下新增灌溉面積133.3萬～200萬hm2。

2011年中央1號文件《中共中央國務院關于加快水利改革發展的決定》指出，今后10年全社會水利年平均投入比2010年高1倍。“十二五”期間(2011—2015年)，滴灌技術應用范圍擴大，形成了長江以南以溫室大棚滴灌為主、果樹滴灌為輔，山東、東北、華北溫室大棚蔬菜、果樹滴、微灌并進，西北以棉花、果樹為主[3]。截止到2015年年底，我國微、滴灌面積達到299.06萬hm2，其中，新疆經濟作物微灌面積超過133.3萬hm2，黑龍江省大田玉米膜下滴灌推廣也很快。滴灌產品門類和系列基本配套，形成了管材與管件、灌水器、凈化過濾設備、施肥設備、控制及安全裝置5大類設備，基本可滿足溫室大棚、林果、大田、綠化的需要，產品質量也有較大幅度提升[4]。

“十三五”期間(2016—2020年)，我國高效節水灌溉總投資1 279億元，推動傳統水利向現代水利、可持續發展水利加快轉變，積極推進節水型社會建設，水肥一體化智能滴灌得到較快發展。微滴灌設備生產企業如北京中水新華灌排技術有限公司、潤華農水實業開發公司、上海華維節水灌溉有限公司、廣東達華節水科技股份公司和楊凌秦川節水灌溉設備有限公司等，在促進農業水資源高效利用、改善農業生產條件、提高農民收入、改善生態環境，以及在東北節水增糧、華北節水壓采、西北節水增效、南方節水減排中都發揮了積極作用。截止到2020年年底，我國微、滴灌面積達到698萬hm2。

2 滴灌創新成就

2.1 滴灌發展區域及趨勢

我國滴灌發展的首要重點是干旱缺水、土壤滲透性強的沙地，如“三北”(西北、華北、東北)地區滴灌發展迅速；其次是不宜采用地面灌溉的山地丘陵、坡耕地和南方紅壤地；再次是年降雨雖不少，但時空分布不均勻的地區。滴灌發展的趨勢是向更加節約能源、節約水資源和人力資源，以及自動化控制方向發展。

2.2 滴灌系統采用高新技術

為提高滴灌設備的可靠性和耐久性，一些新技術如計算機技術、激光技術、監測技術、通訊技術等應用到滴灌系統中，為推進灌區科學管理和滴灌首部自動化控制，克服噴灌耗能大和滴灌堵塞問題提供了新途徑。使用全球衛星(GPS)系統定位、地理信息系統(GIS)、遙感(RS)、傳感器監測系統和計算機自動控制系統軟件來定位采集田間信息，對采集的信息加工處理，繪制信息電子地圖，并抽取相關信息提供給決策支持系統，形成田間操作決策[5]。根據監測作物生長、土壤狀況和氣象趨勢獲取信息進行灌水、施肥、噴藥、監測產量等田間作業取得了良好的效果。為了適應大田移動滴灌的需求，滴灌毛管鋪管機、收管機和管內滴頭，逐步代替了長流道管上聯接式滴頭，雙層毛管、三層毛管和微孔漏管等新產品逐步開始應用于生產實踐中。另一方面，運行壓力低、流量小、灌水頻率高的微噴灌和涌泉灌溉也應運而生，微灌技術使灌溉水利用率達到95%以上，自動化灌水程度高、田間管理工作量少[6]。

2.3 滴灌作物和滴灌方式的發展

滴灌作物范圍很廣，包括果樹等經濟作物及溫室大棚的設施農業作物，如果樹、蔬菜、花卉、苗圃、葡萄、桃、梨、蘋果、板栗、柑桔、西紅柿、黃瓜、芹菜、側柏等，目前有向條播大田糧食作物及牧草發展的趨勢，如黑龍江的玉米膜下滴灌。各地因生產需要和經濟狀況不同，選擇的滴灌作物也各有差異[7]。

滴灌方式由地面滴灌向地下滴灌發展，我國在滴灌設備和滴灌系統規劃設計方面開展了許多升級和創新工作，使滴灌工程建設投資大幅度降低，如積木式全移動燕山滴灌系統在大田和果園中的應用，投資成本降低至1 200～1 500元/hm2，產品產量也由灌溉前15 t/hm2增至45 t/hm2，滴灌設備埋入地下可使用20年左右，使用壽命大大增加。

3 滴灌設備生產企業的創新

3.1 自主創新發展

隨著節水灌溉技術在我國的推廣應用，我國滴灌設備的發展從無到有，經歷了從引進仿制到研究創新，從自發研制到國家有組織、有計劃的攻關，從品種繁雜到系列化、標準化的發展過程，形成了多種類配套齊全的滴灌配套設施設備，全國有500多家從事節水灌溉產品制造和工程建設的企業[8]。我國滴灌設備生產技術基本達到了國際先進水平，自主研發的流延式滴灌帶、單翼迷宮式滴灌帶、內鑲片式滴灌帶、內鑲圓柱式滴頭滴灌管獲得國家多項發明專利和實用新型專利。

3.2 出口經營成效顯著

進入21世紀，在滴灌理論研究上，我國同發達國家的差距逐步縮小。我國滴灌生產企業逐步向亞洲、中東、歐洲、非洲出口滴灌產品和滴灌生產線。據不完全統計，我國的滴灌成套生產線已向伊朗、俄羅斯、烏克蘭、德國、匈牙利、摩洛哥、以色列、土耳其、沙特阿拉伯、泰國、印度、秘魯、墨西哥和哥倫比亞等國出口300多條成套滴灌生產線。

3.3 節水灌溉發展促進企業技術進步

“十二五”期間，國家批準建設300個節水增產重點縣，推動了節水灌溉的普及，發展節水灌溉面積333.3萬hm2。“十三五”期間，我國新增高效節水灌溉總投資1 279億元。“十四五”期間，預計滴灌設備年均市場容量約260億元。節水灌溉設備生產企業應該加快技術創新步伐，研發生產高質量節水灌溉設備，為我國節水型可持續農業的發展提供保障。

4 制定新時期滴灌發展區劃

4.1 根據水資源氣候地區制定滴灌發展區劃

根據農業氣候區劃及水資源分布，我國可以劃分為干旱地區、半干旱地區、半濕潤地區和濕潤地區4種類型。干旱地區包括東北地區西部、西北地區沙漠和西藏部分地區。半干旱地區包括寧夏、青海、甘肅、新疆、陜北、內蒙古大部分地區、西藏北部和云貴高原部分地區，是我國的農牧交錯區。干旱地區和半干旱地區是滴灌發展的重點區域。半濕潤地區包括黃淮海流域的華北平原、黃河中游、淮北平原及東北的松遼平原，這一地區是我國主要的棉糧產區，降雨量年內分配不均勻，是滴灌發展的重要區域。濕潤地區包括長江中下游地區、秦嶺以南的漢水流域、淮河流域，湖北、云南、四川、貴州等省大部分，這一地區雖然雨量充沛，但因降雨分布與作物田間需水的時間存在差別，且年內分配極不均勻，時常出現季節性春旱、伏夏旱和秋旱，是滴灌拓展市場的重要區域。

4.2 根據經濟分區制定滴灌發展區劃

我國有1.23億hm2耕地，有效灌溉面積5 846萬hm2，尚有52%的耕地和4億hm2草原沒有灌溉措施，有3.67億hm2沼澤地、河地、裸地、鹽堿地尚未被開發利用，這些都可以視為滴灌技術的潛在市場。可以根據我國西部、中部、東部3個經濟帶制定滴灌發展區劃。西部地區總體上是經濟欠發達地區，有的地方干旱曾持續120 d，沙地、坡耕地和旱田仍有666.7萬hm2(1億多畝)，急需發展灌溉措施。據調查，長江三峽庫區上游約有4.53萬hm2荒地可開發利用，這些荒地可逐步組織示范實施滴灌工程。中部地區有6 333.3萬hm2沒有灌溉設施的坡耕地適合發展滴灌。東部地區經濟發達，有133.3萬hm2蔬菜的集中產區，可以發展為滴灌-溫室型高科技滴灌園區[9]。

4.3 根據地形地貌制定滴灌發展區劃

我國山地丘陵區是果品生產的集中區域，果品資源極其豐富。我國現有果園667萬hm2，居世界首位，但80%分布在山地丘陵區的果樹沒有灌溉措施。南方的廣大山丘區由于地形復雜，傳統的地面灌溉方式難以實施，滴灌是解決果園水利化的有效途徑之一。目前，地下滴灌技術日趨成熟，被認為是滴灌的發展趨勢。

5 滴灌節水節肥節藥模式集成建議

5.1 加強基礎理論創新研究

滴、微灌技術是集現代農業、高分子材料與加工、精密機械制造、自動化等技術于一體的高新技術，要建立全面持續發展的指導思想，加強技術產品設備在材料抗老化的研究，以及土壤-作物-大氣連續系統中水分傳輸(Soil-Plant-Atmosphere-Continuum)的物理動態過程的基礎理論研究，包括滴、微灌條件下，作物對土壤物理條件如土壤氧氣通透性、灌溉水質中氮磷鉀溶質的敏感反應，土壤水的三維運動規律，以及土壤水溶液、溶質質量和能量同時傳輸時的肥料養分在土壤濕潤球體的分布規律對作物根系發育的影響等。還要制定相關的鼓勵政策，建全和完善技術推廣服務體系、標準化體系與質量監督體系。

5.2 制定工程建設標準和產品設備材料技術規范

為了規范滴、微灌技術與工程的發展，1995年我國發布第1部微灌行業標準《微灌工程技術規范》(SL 103—95)，2009年制定了國家標準《微灌工程技術規范》(GB/T 50485—2009)，與其他相關的地方標準和協會標準配套執行，涉及水利、農業、機械等領域，使滴灌工程建設標準有了技術政策依據。

隨著節水技術不斷開發、推廣、應用和創新，滴灌建設標準和節水產品標準也應不斷完善和補充，大直徑16、20、25 mm，小流量0.6、0.8、1.0 L/h的薄壁滴灌帶研發應加強。經濟作物和特色作物的微灌研究及在作物各生長階段的最優水分養分控制技術標準的制定，不同作物在不同地區、不同微灌設備下的生產效率及經濟性評價標準的制定，以及滴灌集成化技術模式研究的設計、地下滴灌技術應用基礎及關鍵技術等，都需要完善和加強。

5.3 智能水肥一體化系統及相關設備研發

現代農業發展對環保、節約、綠色的要求越來越高，因此，節水節肥節藥的綜合技術方案對微滴灌系統設備的不斷完善與改進及新設備與技術的研發需求迫在眉睫，研究先進生產技術、工藝及設備，包括制造工藝及技術、機電一體化技術、精密模具加工技術，彈性材料、動摩擦材料和密封材料，自動控制系統、水肥一體化系統、田間信息采集系統等，使水肥一體化產品系列規格完善。在不降低微灌系統性能的前提下，通過創新，使滴灌水肥一體化系統設備的投資降低，促進滴灌智能水肥化技術可持續發展[10]。

6 結束語

我國滴灌技術及設備走過了引進消化、示范推廣、自主創新的發展歷程，促進了我國節水型社會和現代農業的發展，技術日趨成熟，推廣面積不斷擴大，相關設備成系列化、標準化，各種新技術應用增多，應持續探索滴灌工程的運行機制和管理體制，加快轉變滴灌作物經濟發展方式和滴灌產業結構戰略調整，走新時代具有中國特色的節水灌溉發展之路。