净水技术 | 农业灌溉方式具有极大减少用水量的潜力

十多年来，缺乏丰富的淡水资源一直是中国社会经济发展的主要障碍，并威胁着环境的可持续性。淡水资源的时空分布不均以及水资源密集的农作物生产效率低下，使得这种缺水的影响更加严重。长期的过度开发水资源已经导致一半河流流域的消失以及难以量化的栖息地和生物多样性的损失。预计在不久的将来，由于气候变化以及在城市化和生活水平提高的推动下，全国范围内的饮食转移，这些影响将进一步恶化。（详见：SCI搬运工 | 农业节水为中国输送深层次水资源）

中国目前的灌溉方式具有极大减少用水量的潜力。灌溉农业占全国总取水量的62%。尽管自1950年以来加大了节水灌溉措施的投资并实施了节水灌溉措施，但中国90%以上的灌溉面积仍在使用地面灌溉技术（例如沟灌），其用水量通常比现代滴管多10%至30%。玉米占中国农作物产量的最大部分，占全国谷物作物耕地的40%，尤其是在中国北部和东北部。在这些地区，地下水通常是灌溉的主要来源。预计不久的将来，国内玉米的生产和水需求将快速增长，因为玉米是中国不断增长的肉类消费和乙醇生产的重要原料，同时也是该国粮食安全议程中的战略商品。因此，在中国很多地方节省玉米灌溉水而不减少甚至增加作物产量可以减轻中国许多地方的水-食物-能源关系压力。

图1 在改善农田水管理的五种情景下，中国玉米种植中的灌溉用水年均减少量

图2 在“ D-R-M”情景下，中国玉米种植灌溉用水量（IWC）变化的空间格局

 

下面内容围绕我国平原河网典型地区农业节水灌溉和节水减排，以太湖流域江苏省昆山市和浙江省平湖市为研究案例，在总结分析当前农业节水减排主要存在的问题的基础上，重点介绍了典型地区水稻节水灌溉措施、取水计量监控体系和节水减排等相关情况，分析了平原河网典型地区水稻节水灌溉方式及其减排效果，提出了推进农业高效节水灌溉和节水减排管理措施和推广建议，为提高我国平原河网典型地区农业节水灌溉和节水减排管理水平提供了参考借鉴。（详见：净水技术|平原河网典型地区农业节水减排管理措施分析）

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太湖流域是平原河网典型地区，农业用水量占比都很大，已经占流域用水总量的38%；其中，农田灌溉用水量占农业用水量的83%，占流域用水总量的25%。因为灌溉方式粗放，水肥利用率不高，农村、农业面源入河污染物比重不断加大，是入河污染物大户，是实行最严格水资源管理制度的短板。近年来，太湖流域面源污染问题引起了各级政府的高度重视和社会各界的广泛关注。

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太湖流域农业节水减排现状

1.1

太湖流域农业用水及农业污染排放情况

太湖流域农业用水量中有83%为灌溉用水，种植业灌溉用水量占总灌溉用水的95%以上，水田灌溉用水量占总灌溉用水的4/5，是第一用水和耗水大户，农业用水定额400~500 m³/亩，水稻灌溉用水量甚至高达1 000 m³/亩，基本以常规漫灌为主。同时，因农业用水主要为就近取水，在7月、8月灌溉用水高峰时期，如遇空梅或枯水年份，大量农业灌溉用水将导致流域河湖水位过低，与河道内生态用水产生矛盾。

表1  2001年~2010年太湖流域农业用水情况

图1 主要农作物种植结构

1.2

太湖流域农业节水减排情况

太湖流域高效节水灌溉是在农田水利建设的基础上逐步发展起来的。目前，节水减排高效节水灌溉工程类型以低压管道灌溉为主，占太湖流域高效节灌面积比例达77.7%，而作为现代农业重要基础设施的喷、微灌工程面积仅占高效节水灌溉面积比例13.1%和9.1%；主要耗水作物为水稻，灌溉方式主要是低压管道灌溉；部分地区也种植蔬菜、瓜果、花卉等用水量较大的经济作物，但种植面积较小；其它作物，如麦类、油菜、苗木等，一般年份灌溉水量较小。

表2  2014年太湖流域不同地区高效节水灌溉工程面积

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典型调查昆山、平湖农业节水减排现状

昆山市

昆山市在蔬菜、瓜果等高效农业区大量应用了喷灌、滴灌等微灌模式。水稻灌区主要采用防渗渠道和低压管道两种输水方式，研究表明，渠道防渗可使渠系水利用率提高20%~40%,减少渠道渗漏损失50%~90%。

水稻灌溉主要分为常规淹灌和控制灌溉二种模式。目前，江苏省尚未制订和发布农业用水定额标准。根据《基于总量控制的平原河网区农业节水技术研究》（水利部公益性科研专项，200901039)等项目研究，在千灯排灌试验基地试验田开展水稻在生育期内总灌水量对比实验，控制灌溉的节水率达68.9%。而且，控制灌溉大大减小了全生育期水稻灌溉次数，由常规灌溉的23次减少为控制灌溉的9次。

平湖市

一是推广喷微灌技术。目前喷微灌技术应用面积近2万亩。

二是开展灌溉节水新技术研究。与传统淹灌及施肥制度相比采用本技术可显著减少稻田面源污染的排放量，TN、TP、COD的平均减排率分别为：30.7%、9.6%、27.4%。

平湖市农业灌溉的主要模式是传统淹灌和薄露灌溉为主，其中薄露灌溉是应用灌溉水的“灌、浅、湿、干”来调节农田和作物的土、肥、水、气，达到节水高产机理的技术，主要技术特点是“薄水灌溉，经常落干露田”。自1993年开始试点应用，二十年来取得了节水、增产、省电、降本、减少农药、化肥及水土流失等显著的经济、社会效益和生态效益。根据示范对比田统计测算，薄露灌溉比常规灌溉平均每亩增产32公斤，节电3.2度，节水128 m³。

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太湖流域农业用水及排放污染主要问题

灌溉水量大效率低且工程配套滞后

目前，流域耕地灌溉设计保证率平均为75%，江苏省灌溉水有效利用系数为0.539 ~ 0.690；浙江省灌溉水有效利用系数为0.53 1~0.602；上海市灌溉水有效利用系数为0.721。总体高于全国平均水平，但与发达国家相比有一定的差距。同时，随着太湖流域城镇化、工业化的快速推进，基本农田大量减少，农田灌溉设施遭到破坏，同时流域内许多灌溉设施由于使用年限较长，已经出现了陈旧老化的现象，灌溉工程的配套设施的改造更新滞后，已经不能适应节水减排技术推广的要求，从而影响到灌溉水的有效利用效果。

农业灌溉用水管理薄弱且缺乏计量

流域内河网密布，农田水利建设由于历史欠账较多，目前农村水利工程设施还不够完善，各类小型农田水利工程设施不配套、老化失修，农田灌溉“最后一公里”问题仍然严重，再加上工程设施管理养护不到位，效益不能充分显现；太湖流域基本以100~700亩的小微型灌区为主，均拥有独立的提水泵站和灌排系统，灌溉水利用水泵就近从河道抽取，退水就近入河，用水量大多采用定额法估算，基本上没有安装计量设施，取退水管理粗放。

经济调节作用不明显且杠杆缺失

太湖流域是典型的平原河网地区，普遍存在一种不缺水、但缺好水的观念。同时，国家对农业扶持力度大，基本上流域各地农业水费已经实行了政府转移支付，等同于免收农业水费；提水电费主要由镇政府和村集体两级承担，少数地区部分由农户自负，农业节水缺乏激励机制和经济手段，经济调节作用几乎没有。

小农户经营模式将长期存在

小农户经营模式是农民种植的主体模式，相对于土地流转规模化生产，流域内户低效率的种植模式仍占有较大比重，土地集约化程度不高，现有的以园区大规模水利设施难以形成高效体系，农业节水复制推广比较困难。

农业面源污染形势严峻

高投入、高产量是太湖流域农业生产的主要特点，调查显示，太湖流域种植水稻现状每季施氮肥38~40 kg/亩、磷肥5.3~6.6 kg/亩，化肥平均利用率仅为30%~35%；每季施药由原来的1~2次加密到现状的5~6次，由于不科学施肥、施药、用水，农田退水将大量化肥、农药带入河湖，导致高强度的氮磷排放。

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思考与建议

太湖流域农业节水减排潜力很大

在南方地区，节水就是减排减污。十九大报告中提出要推进资源全面节约和循环利用，实施国家节水行动，加强农业面源污染防治；水利部把推进现代灌溉发展作为当前水利工作的重要内容之一，提出实施“南方节水减排”，要“大面积推广高效节水灌溉技术和水稻控制灌溉技术，实现少灌水、高利用、低排放”；水利部、发改委印发的《“十三五”水资源消耗总量和强度双控行动方案》对各省2020年包括农田灌溉水有效利用系数等提出了明确的用水强度控制目标指标。太湖域经济社会发达，工业化、城市化率高，农业用水普遍存在管理粗放、用水效率低、面源污染排放严重等问题，是水资源管理和水污染防治的难点和薄弱环节。总的来看，工业节水减排有空间，农业节水减排潜力更大。

太湖流域农业节水减排工作亟须推进

粮食是立国安邦之本、民生之基。太湖流域作为水热条件优越、适宜种植粮食的地区，保证一定数量的耕地面积，维持稳定的粮食生产能力，不仅是国家粮食安全的需要，也是流域工业化、城镇化高度发展后维持和保障流域良好生态系统的重要组成部分。对农业用水实施有效管理，强化农业节水，提高农业用水效率，减少面源污染排放，是实现流域水资源用水总量、用水效率及水功能区限制纳污等三条“红线”管理的重要内容。

一是继续努力降低农业用水量。

二是不断努力减少排污量。

三是不断努力改善水生态环境。

因此，从农业用水量、排污量和水生态环境等角度看，太湖流域农业节水减排潜力很大，亟待有序有效推进。

当前要着力抓好的几项工作

（1）深化典型农业节水减排试验研究。

（2）提升农田水利灌溉设施建设标准。

（3）加强农业用水新技术应用管理。

（4）因地制宜开展减排设施建设。

（5）加强农村畜禽面源防治。

（6）励引导开展水权交易。

排版：西贝

校对：黎翔

来源：部分转自RCR期刊，仅供分享交流不做商业用途，不代表净水技术观点，版权归原作者与原作者出处