中国节水农业科技创新面临的挑战及制约因素

　　农业节约用水是包括水分，土壤以及农作物合理、高效利用减少水分损失的综合利用工程。包括了从农作物吸收水分至供水全过程的节约水资源技术，重点解决在充分利用自然降水的基础上提高利用灌溉水效率。西北农林科技大学节水农业创新国际化战略研究课题组统计，2007年以来年中国灌溉水的利用率长期在47%?49%徘徊，在5780万hm2的可以灌溉的农田只有2350万hm2采用了节水灌溉措施；作用率为0.8kg/m3，即生产1kg农作物果实消耗水量1.25m3，在有效利用水分技术先进的国家产出1kg农作物果实的消耗水量在1m3之内。中国水资源利用率平均为0.78，在31个省份中仅7个省份的农业水资源利用率超过1，即使最高的山西省也远小于以色列1.74的水平。以色列、南非、埃及、墨西哥等国家农业水资源利用率均大于1，中国农业水资源利用率远小于这些国家。按照《全国水资源综合规划》预测，到2030年，虽然采取节水措施，中国干旱与半干旱地区农业缺水仍将达400亿m3左右。中国农业生产缺水状况将继续存在。

　　1中国节水农业技术研究及应用现状

　　1.1中国现代农业节水的起步

　　20世纪70年代初，中国开始引进和发展喷灌、微灌和滴灌技术。在丘陵山区，土壤透水性强、水资源缺乏的北方干旱与半干旱地区推广节水技术。由于和当地实际情况存在差异，并没有得到广泛推广。1974年从墨西哥引进了以色列的滴灌技术以后，先后在辽宁、山东、河北开始实行试点，才开始推广应用，获得了一定的成绩和经验，但并没有取得理想的应用效果。随后在政府部门的支持下，中国科研人员开始自主研发了低压管道输水技术，在技术研发、设计、材料选择、设备配套、田地工程施工、正常运转、维护、管理等过程获得了一系列成果，另外，科研人员注重对地面灌水技术改进，应用改进工艺等技术手段，丰富和发展了波涌灌、隔沟灌、膜上灌等地面灌溉技术。

　　同时，科研人员还在以微管水器为代表的滴灌产品的基础上又研制出管式滴头、孔口滴头、膜片式多孔毛管等滴灌产品。1980年沈阳塑料厂与河北遵化塑料厂研制生产了中国第一代成套的滴灌设备，填补了中国没有滴灌设备的空白。

　　1.2国家重视联合攻关

　　20世纪90年代，节水农业技术发展进人了一个新时期，中国在节水领域中实施了一系列重大研究与项目开发。例如，“九五”期间科技部会同多部门和全国百余所科研机构开展联合攻关，实施了“节水农业示范”“农业高效用水科技产业示范工程”“黄土高原水土流失区农业综合发展技术研究”等一系列国家重大科技项目。并组建了3个与节水相关的国家级工程技术研究中心，加强与促使了节水农业科技成果向生产力转化。

　　2000-2005年国家层面上实施“农业节水技术与研发”重要课题，并将其列人“863”高科技研究项目。解决中国农业用水不足与用水浪费严重的矛盾。

　　13现代综合节水技术发展的特点

　　首先，现代节水技术与之前的着重水利工程技术不同。这个时期，科研人员特别重视高科技手段，把节水灌溉技术研究与推广从偏重单项技术向系统-16-工程发展，包括工程技术研发、管理、节水技术更新、节水措施、输水路径、大田用水研发等有所推进。其次，智能技术与3S(全球定位系统、地理信息系统和遥感技术）技术等信息技术的运用，使农作物水分监测与信息采集变得快捷与准确，计算机管理使灌溉用水实现了由静态向动态的转变。中国在监测水分资源与利用和收集信息集成方面，开创了节水数字化方法，综合开发了农田节约用水工程综合系统，在试验研究和开发阶段效果比较明显，但与国外节水先进国家比较还有很大距离。第三，中国在生物技术节水方面也取得了较大的进展，已经在农作物吸收利用水分及人工调控需水技术研究领域有所突破，掌握了选择鉴定方法和因子影响因素，选育出一些耐旱的吸收水分少的植物新品种。

　　2中国节水农业取得的历史成就

　　2.1节水面积增大

　　2000-2008年，节水灌溉工程技术有了快速的发展，全国工程节水灌溉面积不断扩大。据2001-2009年《中国水利年鉴》资料数据，2000年全国工程节水灌溉面积为1638.9万hm2(图1)，占全国有效灌溉面积的30%(图2)。2008年工程节水的灌溉面积发展到2443.6万hm2，比2000年增长了近50%，占全国有效灌溉面积的比例也增加到了42%。

　　()渠道防渗。在节水灌溉工程技术中，渠道防渗工程技术是采用面积比例最大、发展最快的。渠道防渗工程比普通土渠减少60%?90%的输水损失。据2001-2009年《中国水利年鉴》数据，2000年中国渠道防渗灌溉面积约636.1万hm2，占节水工程总面积的39%，占全国有效灌溉面积的12%。截至2008年，渠道防渗的灌溉面积发展到1044.8万hm2，占节水工程总面积的43%，占全国有效灌溉面积的18%。

　　(2)低压管灌。从技术层面上看，低压管灌使用面积及比例仅低于渠道防渗。姚大庆和姜红等研究结果表明，和土渠比较，低压管道输水灌溉可节省水量40%，同时节能25%左右。据2001-2009年《中国水利年鉴》资料数据，2000年以来，中国采用低压管灌技术的面积也呈现出不断增长的趋势，从2000年的356.8万hm2发展到了2008年的587.310%。中国大面积的推广表明，管道灌溉是中国北万hm2，占全国有效灌溉面积的比例从7%增加到了方广大地区开展灌溉节水的一个重要措施。

　　(3)喷灌和滴灌。灌溉新技术和传统的灌溉方式相比，可以节水50%左右。2001-2009年《中国水利年鉴》资料显示，从2000-2008年，中国米用喷灌和滴灌的面积从213.1万hm2发展到了2821万hm2，占全国有效灌溉面积的比例从4%增加到了5%。吴文荣等研究表明，目前中国巳在28个省份应用喷灌技术。滴灌技术和设备在中国新疆棉花、番茄、甜菜等农作物种植上大面积使用巳经获得了很大的成功，在中国其他省份的蔬菜、花卉、水果、药材、林木等的种植上应用也很广泛。许复初等2010年研究结果表明，巳经有在东北玉米种植上使用滴灌技术的实例。这项技术是近年来日益受到中国农、林、园艺等作物欢迎的一种灌溉技术。

　　(4)微灌。微灌是一种新型的高效用水灌溉技术。相对于地面灌和喷灌而言，微灌属局部灌溉、精细灌溉，水的有效利用程度最高，罗玮2005年研究结果表明，比地面灌节水50；%?60%，比喷灌节水15%?20%。2001-2009年《中国水利年鉴》资料数据显示，2000年以来，中国采用微灌技术的面积也呈现出持续增长的态势，从2000年的15.3万hm2增加到了2008年的125万hm2，占全国有效灌溉面积的比例从0.3%增加到了2.1%。

　　22灌溉水利用系数持续提高

　　张岳和许虎泉等研究结果表明，在20世纪80年代，中国的灌溉水利用系数只有0.25左右，到了2000年，随着节水技术的应用及推广，灌溉水利用系数提高到了0.4。2000年以后，灌溉水利用系数仍不断增加，2008-2012年，农业灌溉水的利用系数达到了0.48。随着科技进步和农业节水技术的推广，中国农业灌溉水的利用系数不断提高（图3)。

　　2.3降低了亩均用水量

　　西北农林科技大学节水农业创新国际化战略研究课题组经达10余年的研究，结果表明，在农业灌溉水利用系数稳步提高的同时，中国农田亩（1亩=1/15hm2)均用水量也逐渐降低（图4)。从1980-20()0年，全国农田亩均用水量从583m3降低到了479m3，降低了18%;2000年以后，尽管亩均用水量的变化并不十分显著，但是仍然呈现出不断下降的趋势。例如，与2000年相比，2006年全国农田亩均用水量减少了6%，2012年全国农田亩均用水量减少了9%。

　　2.4提高了用水生产率

　　随着水资源利用率的提高和农业生产的发展，农业用水生产率也得到了显著提高。西北农林科技大学节水农业创新国际化战略研究课题组调查发现，在黄河流域上游的宁夏灌区，小麦和水稻的用水生产率分别从2001年的

　　0.66和0.21kg/m3提高到2007年的1.71和0.55kg/m3，平均都提高了1.6倍左右；而在黄河下游的河南灌区，玉米用水生产率提高得更多，从2001年的0.78kg/m3提高到2007年的3.2kg/m3，提高了3倍多。

　　2.5粮食大幅增加

　　在农业节水技术的不断推进过程中，西北农林科技大学节水农业创新国际化战略研究课题组调查发现，中国主要粮食作物的单产仍然呈现出增加的趋势（图5)，1980年以来，水稻、小麦和玉米单产的变化趋势都是不断增加的。以需水量最多的水稻为例，从1980-2007年，水稻产量从2.9t/hm2增加到4.5t/hm2，增长了55%。在这3大粮食作物中，小麦单产增长得最快。从1980-2007年，增长了141.4%。而玉米单产的增长也要快于水稻，2007年比1980年增长了66%。

　　然而，中国粮食作物的总耗水量却并没有表现出像单产一样的变化趋势（图6)。全国粮食总耗水量在1998-2003年处于下降的趋势，而在2004-2007年处于增加的趋势。与1998年相比，2007的粮食总耗水量增加了249.6亿m3，增幅不到5%。而同一时期，水稻单产的增幅却超过了一半。这也说明了节水技术的不断推广提升了中国农业的生产效率。

　　3中国节水农业科技创新面临的挑战及制约因素

　　西北农林科技大学节水农业创新国际化战略研究课题组15年来研究结果表明，农田节约用水率仅45%左右，与国外发达国家农田节约用水率75%左右相比还有相当大的差距，农作物水分生产率不及国外节水发达国家的50%。近些年，灌溉水利用系数也从“九五”期间的0.4提高到现在的0.5以上，但这个数字与发达国家（可达0.7?0.8)仍有较大差距。

　　具体而言，中国农业节水技术几个主要研发领域在创新国际化方面面临的挑战与制约因素总结如下。

　　2.1在农业与生态节水技术领域方面

　　从1990年以来，中国经过学习先进国家节水技些技术与国外先进技术差距较小，但中国目前由于社会发展水平的原因，包括管理层及农业人口的水平问题和科研体系与科技发展的脱节，中国农业总体节水水平落后国外节水先进国家30年。另外，在定期定位监测与收集积累数据、中试设备、节水技术推广等方面影响着农业节水的研究、技术提高、产品开发和推广工作。

　　3.2在农田节水技术与设备研发领域

　　该领域的挑战与制约主要表现在如下几个方面：第一，输水管道节水技术和设备的开发，设备和附件研发的产品少，且有些产品质量低下；管件及材料以及渠道输水管路没有形成通用的标准配置材料。在该领域技术和产品研发及成品生产方面中国远远落后于节水发达国家。第二，喷灌设备和技术研发工作，存在问题是小厂家的质量不过关，生产设备达不到长期使用效果。第三，微灌设备和技术研发工作，也与喷灌一样存在同样的问题，且防止微孔堵塞方面还研究不深，输水过滤净化设备型号少，长期使用微灌设备造成输水路径堵塞，成套设备损坏现象时有发生[9]。

　　3.3在精准灌溉和灌溉系统的自动化控制方面

　　在精准灌溉和灌溉系统的自动化控制方面发达国家远超中国，将网络新技术、信息技术、空间处理、计算机信息处理、遥测等高新技术应用于农业节水领域。中国农田节水领域在这些方面有些尚处于探索阶段。

　　3.4在不同水质利用方面

　　对于盐碱水的利用和开发，只是个别科研单位和企业进行了研发工作，中国在农业上没有完成一整套完全利用技术，滞后于国外节水发达国家。对于再生水的利用方面，中国只是在污水灌溉对地下水、农作物、土壤的影响进行了研究工作，但落后于国外发达国家。以色列雨水资源的利用率已达到98%。德国利用洪水存储应用于农作物灌溉。美国利用渗滤田，节约水资源。印度应用蓄水池储存雨水，用于农田。

　　3.5在国家政策层面

　　虽然滴灌成本由1亩地需要投人约1500元。到目前一次性膜下滴灌技术成本降到1亩地500元左右。但随着农村劳动力向城市转移，城镇化建设，劳动力成本大幅提高，加之水价成本升高，因此并未抵消由于技术进步所带来的投人产出矛盾。由于政府引导和市场推动不力，在农村推广节水农业依然困难重重。长期以来，中国水利工程的“好大喜功”式的重建设轻管理现象比较严重，部门与地区之间的冲突，各利益方的矛盾，加之水资源管理工作滞后于经济建设发展，导致中国水资源管理工作远远落后于发达国家。国家水权有待进一步明晰，制约中国农业水权流转的主要因素包括：对农业水权的内涵理解不全面、对水资源的所有权主体理解不准确、对水资源所有权经济实现的认可程度不高、对水权的初始分配存在争议、灌溉用水定额管理水平低的同时农民对定额管理的期望低。水费计收办法有待进一步改革，需要实现水管理单位的良性运行。

　　4对中国节水农业技术发展的政策建言

　　3.1在国家管理机制层面

　　(1)建立新型高效的管理机构。中国是一个水资源短缺的农业大国，干旱缺水是制约农业综合生产能力提升和粮食安全的重要瓶颈，节水农业是促进水资源高效利用和现代农业发展的重要举措。在统一管理的框架下实行水资源、水生态和水环境的综合管理，实现水与社会经济的协调发展。第一，把与水管理相关部门如水务局、水利局、流域管理部门、农业部门相关水资源管理部门、环保部门中水相关部门、水库管理部门等统一起来归到一个主管部门统一管理，建言采用大水利部门统一领导和管理，合理、有效、高效、节约利用水资源。第二，采取立法措施明确流域和地方水主管部门之间的责任、权利和义务，从国家层面考虑利益方之间的关系处理和利益纠纷[11]。

　　(2)以高效节能为宗旨。第一，确立以提高效率为核心的节水农业战略。建立节水、节肥、降耗等农业节能技术研发与推广应用体系，以提高农业生产效益为核心，通过激励机制促进农业节能减排降耗。第二，加速农业节能技术的研发，建立适合国情的技术应用体系。要重点加强简单、实用、有效和标准化的农业节水、节肥、降耗技术的研究与开发，尤其是要将节水、节肥等技术环节作为一个系统进行集成配套。第三，强化政府管理与服务职能，建立与市场经济相适应的管理机制。

　　(3)注重创新人才培养。加强节水农业科技创新队伍的建设，完善培育体系，注重节水农业基础教育，学校与企业、科研机构加强合作，培育年富力强、具有创造性的科技人才和管理人才。创造良好的聚才环境，完善制度和政策保证，健全激励机制。同时，鼓励国内研究机构与国外先进技术研究机构联合，从人才、项目、基地等方面共建节水农业科技领域具有公益性、相对独立性和面向全球服务的科技创新平台，吸引更多更优秀的节水农业国际人才进行更高水平的合作研究，提高中国科技自主创新能力。

　　4.2在科技创新领域

　　(1)加强节水农业科技创新国际化政策研究。开展节水农业科技创新模式与策略研究，明确发展重点和发展步骤，制定规划。从科技、教育、金融等多层面完善相关支撑发展条件，完善促进节水农业科技创新国际化的有关法律法规和鼓励国际化发展的具体措施，为节水农业科技创新国际化提供必要的制度和法律保障。

　　(2)设立节水农业科技创新国际化科技专项计划。在国家科技专项框架下，设立节水农业国际化科技专项计划。加大国际科技合作专项计划支持力度，建立节水农业前沿技术、新兴技术、国际化人才交流的长效机制。设立节水农业国外区域化技术创新资金，支持国内技术海外区域化适应性、实用性技术试验和成熟化研究。

　　(3)重点突破技术难题，研发具有中国知识产权的创新技术与设备。加快现代生物节水技术创新研究，选育耐旱、需水少的农作物新品种；重视非常规水高效安全利用技术创新研究、干旱区的雨水集蓄利用技术、大中城市周边再生水资源安全高效利用技术、滨海地区的盐碱水过滤新技术研发工作；加强节水设备创新开发，开发高效、低成本节水灌溉技术与设备，加大企业创新研发和国际化的支持力度；大力开展节水农业自动化及信息集成领域研究工作；围绕农业节水主题重点研究农作物水分需求供给与监测和判断、土壤水分监测和供给时间及供给量；积极开展国际合作研究，研发具有中国知识产权的创新技术与设备。

　　5结语

　　新形势下，党中央、国务院高度重视节水农业工作，《国家中长期科技发展规划纲要（2006-2020)》和2011年中央1号文件等多处提到节水农业问题，明确要求“普及农业高效节水技术”，指出中国节水农业发展已经进人新的阶段。中国是农业大国，走节水农业科技创新国际化的道路，也是在协同解决中国和世界各国的水资源安全、粮食安全、生态安全及应对气候变化等问题方面担负起世界大国的责任和义务。通过实施节水农业科技创新国际化,提高中国与世界农业生产综合能力，为解决饥饿与贫困等重大难题做出应有的贡献。同时，也是提高中国的国际地位、扩大国际影响力和实现外交目标等的重要机遇，借此机遇促进实现中国从世界农业大国到世界农业强国的转变。

　　                                                奪山立，韩冰,邹宇峰2

　　(1.西北农林科技大学水土保持研究所杨凌712100;2.西北农林科技大学中国干旱半干旱地区农业发展战略中心杨凌712100)