世界干旱荒漠地区主要的节水农业技术

第四节　世界干旱荒漠地区主要的节水农业技术

一、世界干旱地区的主要分布

世界干旱地区（包括极端干旱区、干旱区、半干旱区和干燥的半湿润区）遍及6个大洲,50多个国家和地区,总面积为61.5亿hm占世界陆地面积150亿hm的41%。在61.5亿hm的干旱地区中,除9.78亿hm的饭螭干旱区为不毛的荒漠地带以外,其余51.22亿hm的干旱半干旱和干燥的半湿润区,占世界陆地面积34.4%。这些地区虽然干旱,但其气侯、土壤基本可以从事农牧业生产,是人类聚居地区,人口约占世界人口的2／3。非洲和亚洲干旱地区面积最大,绝对面积都在19亿hm以上,均各占世界干旱地区总面积的30%以上。其次是北美洲,占世界干旱地区面积l2%。再次是澳洲（占11%）和南美洲（占8%）。欧洲干旱地区的面积最小,只占世界干旱地区总面积的5%。但从各大洲干旱地区面积占所在洲陆地面积的比例来看,澳洲最大,占75%。其次是非洲,占66%。其他依次是亚洲、北美洲、欧洲和南美洲。

二、世界干旱地区水资源利结构

由于自然地理气候和经济发展水平的不同,各国、各地区的农业用水状况也不相同。不难看出,全球水资源不但分布不均,而且利用结构也不相同。亚洲和非洲这两个贫水和人口密集地区农业用水占总用水的比例均高达85%左右。从水资源开发利用程度看,非洲地区低于欧美,既是由于经济条件限制,也由于水资源总量短缺和开发难度高。亚洲地区水资源开发利用程度为五大洲最高,达到10.7%,但仍低于我国的23%。发达国家和水资源富裕的地区水资源开发利用程度均低于世界平均水平,而且农业用水占总用水的比例低于50%。

从国际灌溉排水委员会（ICID）88个成员国农业灌溉的情况看,88个成员国总人口占全球人口的80%左右,耕地面积占86.3%,灌溉面积占99%,耕地灌溉率平均为20.5%。在全球范围内,农业用水的主要来源仍是利用自然降水,在水资源富裕地区尤为显著。灌溉农业受资源紧缺、成本上升、农业效益下降等因素的影响,增长速率明显降低。亚洲地区由于人口密集,水资源的开发程度、耕地灌溉率和农业用水量远高于其他地区。这一方面说明亚洲地区灌溉农业发展迅速,但近年来亚洲地区灌溉投资下降和生态环境恶化的趋势也表明,亚洲地区以水资源开发为主的农业发展方式使水资源过度消耗,农业进一步发展面临的水资源压力将加大,节水高效是亚洲地区农业发展的基本方向。

三、世界干旱地区节水农业主要技术

为了解决水资源的短缺,处于干旱农业区的国家,根据本国自然环境和水资源的禀赋,因地制宜不断研究和实行节水农业,形成了以美国、印度、加拿大、墨西哥、巴基斯坦、伊拉克、利比亚和土耳其等国为代表的一系列先进的节水技术。

1.农业水资源开源技术

一是地面集水技术。以色列从北部戈兰高地到南部内盖夫沙漠,全国分布着百万个地方集水设施,每年收集约1～2亿立方米水。二是跨流域调水。美国、印度、加拿大、墨西哥、巴基斯坦等国都进行了大规模的调水。三是地下水库利用技术。美国加州的不少灌区都修建了地下水回灌系统。通过地下水库来调蓄水量,以丰补歉,提高水资源的有效利用率。四是劣质水利用技术。以色列处理后的污水利用率已达70%,居世界首位,其中1／3用于灌溉,约占总灌溉水量1／5。印度自20世纪80年代开始,每年用于农田灌溉的污水都占城市污水总量的50%以上。沙特阿拉伯的大量灌溉用水,尤其是非粮食作物用水,均为处理过的废水。

2.输水节水技术

一是渠道防渗技术。俄罗斯的中亚地区和乌克兰地区在中、小型渠道采用了整体浇筑砼和砼预制板衬砌下加铺0.2毫米厚防渗膜料的方法。印度旁遮普邦采用在预制硅砖下加铺廉价聚乙烯薄膜,渠道运行15年,状况良好,取得了显著的工程效益。二是低压管道输水灌溉技术。低压管道输水不仅可以减少输配水的损失,还具有节地、适应地形强、防冻胀等优点,且有利于管理,在国际上已成为田间输水技术的主要方向。日本、以色列、东欧各国以及加拿大、澳大利亚等国采取地面和地埋低压管道灌溉技术,地面管材主要有柔性聚乙烯软管、薄壁镀锌管、铝合金管、尼龙涂橡胶管,地埋管材包括低压砼土管、涂塑薄壁钢管、轻型半硬质塑料管。

3.田间灌溉节水技术

一是喷微灌技术。欧洲国家仅有14%的灌溉面积利用地面重力灌溉。以色列、德国、奥地利三国的喷微灌溉面积占本国灌溉面积的100%。其中,以色列的喷微灌中滴灌比例已达70%。二是改进地面灌水技术。在发展喷微灌技术同时,各国都非常重视对常规灌水方法的改进与发展,并研制出绳索控制灌溉（美国）、坡地灌水管灌溉（苏联）、波涌灌溉（美国）、地面浸润灌溉（日本）、负压差灌溉、土壤网灌溉、小型干燥器或雾水收集器集水灌溉（南美）、皿灌（印度、巴西）、水平池灌溉（美国）等新技术新方法。

4.农艺节水措施

一是选育耐旱作物与节水品种。印度推广应用的优良高粱杂交品种已达45个,覆盖面已达38%。这些品种不仅产量高,而且品质优良,有些高粱的口感可以和我国的粳米相媲美。二是改良耕作方法。发达国家由于机械化作业和化肥施用造成土壤结构破坏,引发失墒、水蚀、风蚀,为此推行了各种保护性的耕作方式。基本趋向是由多耕转为少耕、免耕,由浅耕转为深耕,由耕翻转为深松,由单一作物连作转为粮草轮作或适度休闲。目前全美国70%的耕地已取消了铧犁翻耕,免耕种植的面积已占全国粮食作物面积的20%。三是推广地面覆盖技术。最早使用地膜的日本,根据不同的作物和栽培方式采用很多不同品种的地膜,包括透明、黑色、银黑、镀铝等多种颜色、材质以及带孔和条状网眼地膜。为解决污染问题,近年来各国开发了多种可降解地膜。随着光降解地膜覆盖材料、多功能覆盖机以及薄型高强度地膜的出现,地膜覆盖技术在西欧大面积用于大田蔬菜、棉花和玉米等作物的生产。

5.化学节水技术

一是化学覆盖。使用农田化学覆盖的有原苏联、美国以及日本、法国、印度、罗马尼亚、比利时等十多个国家,增产效果达到10～30%。农田化学覆盖材料包括石蜡、沥青乳剂、树脂、橡胶、塑料等,使用方式包括成膜、泡沫和粉末覆盖。二是保水剂。保水剂即土壤改良剂,从成分上看,大致可分为无机、有机和高分子合成物质三类。日本、英国、法国和俄罗斯等国都研制、使用了自己的保水剂产品。研究较多的是以乙烯醇／丙烯酸盐类和交联聚丙烯酸盐组成的聚合体。三是抗蒸腾剂。据研究人员测定,作物根系吸收的水量只有1%成为作物细胞的组成部分,其余的99%都通过作物蒸腾进入大气。这些水中有一部分是作物维系生命所必需的,另一部分则属于无效散失。据美国研究资料使用抗蒸腾剂可减少土壤水分损耗40%左右。抗蒸腾剂主要作用类型包括代谢型、薄膜型和反射型。

6.管理节水措施

一是制定节水灌溉制度。20世纪70年代以来,各国在这方面开展了大量研究。以色列试验结果显示,最佳灌溉处理是利用最少的水获得接近于最高产量的产量,即相当于最高产量85～95%的产量。二是重视田间水管理和农民参与。田间水管理是灌溉水管理的重要组成部分。各国为了改善和加强田间水管理,在不断完善田间渠道和配套、采用先进的灌水技术、积极探索减少水的蒸发、渗漏,增加对土壤水的利用以提高降水和灌溉水的利用效率的同时,也纷纷重视发动农民参与水管理和加强量配水设施建设。三是加强灌区用水信息管理。随着淡水资源供需矛盾日益突出,近些年来不少国家已注意研究灌溉农业经济用水和用水管理现代化问题。美、日等发达国家的用水信息管理比较先进,如美国加州CIMIS灌溉管理信息系统,包括由设在重点农业区的70多个气象站组成的网络,每个站的观测数据在每晚自动传输到水资源局计算中心,中心综合汇集的气象数据包括降雨、土壤、空气温度、风向风速、相对湿度,经分析校准后存入CIMIS数据库,提供给网站,再由各网站提供给农户,精确确定灌水量,提高灌溉效率。四是促进灌溉管理向自动化发展。日本于20世纪80年代初新建或改建的灌区,大多从渠首到各分水点都安装有遥测、遥控装置。罗马尼亚大多数灌区在80年代初便实现了自动化或半自动化管理。以色列不论大小灌区,全部采用自动化控制。五是通过水价调节用水。澳大利亚、埃及、南非、印度、巴基斯坦、法国、英国等都制定了相应的水价政策,用较高的水价政策,鼓励节水。六是水资源管理机构运行与维护。澳大利亚、埃及、巴基斯坦、印度、马来西亚的灌溉系统的运行,是由政府机构执行的。但奥地利、英国、蒙古、美国,灌溉系统的运行则主要是由用水者协会来完成的。而其他一些国家,如意大利、以色列、南非、土耳其等国是由政府机构和用水者协会来共同完成的。对灌溉系统的运行维护各国也不尽相同,政府与用水者投入的运行与维护的费用的比例也大不相同。塞浦路斯、巴基斯坦、印度、南非和泰国全部由政府负担所需的费用,而奥地利、法国、德国、美国则全部由用水者负担所需的费用,其他国家则由二者共同负担。