粮食安全的区域节水农业技术发展思考

2022-09-21 16:41:59 来源:写作指导

摘要:本文基于国内农业水资源和旱区水资源开发利用现状,以及节水农业在发展和应用推广过程中面临的土地经营规模小、技术属地化不足、创新与管理不规范、节水农业技术“集成创新”不够等的问题,提出了在粮食主产的华北、东北和西北区,西北和华北干旱、半干旱区以及西南区通过加大高标准农田工程建设及节水技术的研发和推广应用,积极依托区域资源开展滴灌节水农业高效生产,提高国家粮食综合生产能力,实施推进不同区域农业节水高效发展的发展建议。

关键词:水资源;区域;节水农业

目前中国的粮食安全,已从解决口粮问题,演变为经济安全、生态可持续、源头技术、劳动就业等更复杂的链条。按照实现我国粮食产业的现代化可持续发展、以及打造国家新型粮食安全的要求,在水资源保障形式严峻的情况下,单纯依靠扩大农业用水总量增产已不可持续。为持续提高农业灌溉用水效率,不断提升粮食综合生产能力,有效防范我国粮食风险,根据总书记提出“要大力推进农业节水,实施全社会节水行动,推动用水方式由粗放向节约集约转变”的战略发展思想方向,水利部、国家发展改革委《“十四五”重大农业节水供水工程实施方案》,明确了在“十四五”期间新增有效灌溉面积,新增恢复灌溉面积,改善灌溉面积,年增粮食生产能力和粮食总产量的目标措施。根据国家统计局相关数据,2020年全国粮食播种面积116.768万hm2,粮食总产量66949万t,比2019年增加565万t,增长0.9%。我国以约占全球6%的淡水资源、9%的耕地,保障了占全球21%以上人口的粮食问题,并以每年占全国耕地面积约49%的灌区上生产了占全国总量约75%的粮食,以及占全国总量90%以上的经济作物,对保障粮食安全作出了重大贡献。《中国农业产业发展报告2020》明确指出,中国农业科技投入不足、农业科技没有转换驱动农业生产力提升,是中国农业无法突破瓶颈的重要因素。为此,在我国干旱、半干旱及南方季节性缺水地区实施“以水定需”,根据水资源承载力发展适水滴灌节水农业,提高农业用水效率,是解决农业用水短缺与粮食持续稳产高产矛盾,保障粮食安全的关键。根据当地情况,建设蓄水工程和配套的滴灌系统,完善适宜滴灌的农艺措施,发展滴灌技术补充灌溉,保证作物生育期对水分的需要,同时定期定量随水施肥,保证作物各生育期对养分的需要,提高作物产量和品质,从而实现旱作农业的高产高效,对提高我国粮食生产的安全有着重大意义。

1我国水资源现状与节水农业发展

1.1我国水资源现状

我国是一个水资源非常紧缺的国家,水资源总量有限。近二十年来,平均每年的淡水资源是27200亿m3,而人均水资源仅仅是2220m3,只相当于世界平均水平的四分之一,被联合国列为世界上13个严重缺水的国家之一。水资源分布无论从区域还是时间上来看都是极其不均衡。在我国北方地区生活着40%的全国人口,水资源的人均可获得性大约为271m3,是世界平均水平的二十五分之一。在一些水资源短缺的局部地区,由于农业过度开发导致了严重的水短缺。据国家水利部《2020年中国水资源公报》,2020年,全国水资源总量31605.2亿m3,比多年平均值偏多14.0%。其中,农业用水3612.4亿m3,占用水总量的62.1%,与2019年相比减少69.9亿m3。水资源利用效率低,2020年全国耕地实际灌溉亩均用水量356m3,农田灌溉水有效利用系数0.565。改革开放30多年来,我国农业年用水总量占全国年用水总量的比重从88%下降到63%,基本维持在3900亿~4000亿m3,灌溉用水占总用水的比重也由80%下降到55%,维持在3500亿~3600亿m3,水资源短缺问题已经凸显并成为制约我国粮食安全的突出问题,地处国内干旱半干旱地区的华北、东北、和西北的水资源量分别为691.4亿m3、2273.5亿m3和2623.2亿m3,水资源总量为5588.1亿m3,占全国的19.24%,却在49236.0千hm2(占全国42.16%)的播种面积上生产了全国40.88%的粮食。根据国家水利部数据,按照目前全国正常用水需求,每年农业生产缺少260亿m3,农田受旱面积年均0.2亿hm2以上。随着我国经济社会发展、人口增加和干旱化的加剧,水资源日趋紧张,保障农业灌溉用水的难度不断增加,农业用水资源紧缺问题越来越突出,供需矛盾加剧。加之农业结构调整和农业水权转变,农业用水特别是粮食生产用水呈现零增长或负增长,灌溉粮田面积趋于减少,我国农田有效灌溉面积中每年尚有667.67万hm2左右得不到灌溉,使得旱作节水农业在我国粮食安全、生态安全、水安全和消除贫困中的基础战略地位上升。在干旱半干旱的三北地区发展节水农业对国家实施粮食安全生产非常必要。

1.2旱区水资源有效开发利用面临的问题

“十三五”期间,全国的大中型灌区累计新增(恢复)有效灌溉面积180多万公顷,改善灌溉面积0.12亿公顷,粮食产量占全国总产量的比例由22%提高到了27%,平均增产135kg/667m2,平均节水100m3/667m2。旱区水资源开发利用面临的问题,一是农业与生态用水间矛盾突出,旱区农业用水占比超85%,而生态用水仅占6%左右;二是旱区资源性缺水问题严重,水资源过度开发利用;三是生态环境严重恶化,旱区生态本底较差,水土流失和旱区土壤次生盐渍化日益严重;四是旱区水资源利用效率整体偏低,水资源浪费严重,旱区农田综合灌溉定额为505m3/667m2,接近全国平均值的1.3倍,农田干、支、斗防渗率仅为55%左右,农田灌溉水有效利用系数(0.565)距国际先进水平标准0.8~0.9仍有较大差距。

1.3国内节水农业发展

随着经济社会的发展,我国水资源供需矛盾日益突出,在我国粮食生产面临耕地资源、水资源刚性约束的前提下,为确保我国的粮食安全,在水资源总量短缺、时空不均等不利因素叠加的情况下,通过科技要素的投入,降低资源消耗和生产成本,提高单产,增加总产,优化品质,增加效益,是增加我国粮食生产的有效途径。大力推广节水灌溉技术,加大农业节水力度,既可缓解水资源供需矛盾,又能提高化肥、土地等利用效益,是改善生态环境、提高农业抗旱减灾能力的战略性措施。

1.3.1滴灌节水技术的引进与发展

滴灌节水技术是现代农业的主要支撑技术之一,它利用滴灌设施以最经济有效的方式供给作物所需的水分、养分,并使其限定在作物有效根域范围内,实现对作物不同生育阶段供给的水分和养分及作物个体和群体的有效调控,满足作物生长发育的需要,达到节水节肥、高产高效的目的。1996年,新疆兵团引进以色列成套滴灌设备,将滴灌技术与地膜覆盖技术有机结合,创造了膜下滴灌技术。在短短20年时间里,新疆兵团使该技术从引进、消化吸收、再创新,逐步使滴灌节水技术的应用由棉花扩展到玉米、小麦、甜菜、向日葵等作物,而且应用地域范围逐步扩大,由新疆逐步向西北、华北、东北等地推广,实现了农业灌溉技术上的一次跨越。截至2019年,全国节水灌溉工程面积达到了3427×104hm2(5.14亿亩),占全国灌溉面积7400×104hm2(11.1亿亩)的46.3%,其中微灌面积628×104hm2(9425万亩),居世界第一。不仅提高了灌溉水利用效率,同时利用滴灌系统,实现了水肥一体化,可根据不同生育阶段的养分需求进行平衡科学施肥,有效解决了农作物中后期因施肥困难造成脱肥的问题,为农作物的优质高效生产奠定了水肥基础。实践证明:滴灌技术可节水50%以上;单位面积粮食作物平均增产20%以上,特别是中低产田的产量可翻番,水产比提高80%以上;单位耕地的播种面积增加5%~7%;单位面积等产量的农药化肥使用量减少30%以上;在新疆独特的气候条件下创造了全国玉米(1663.25kg/667m2)、大豆(453.54kg/667m2)和新疆冬小麦(858.72kg/667m2)的高产记录,其增产潜力巨大。大力发展农作物滴灌和水肥一体化将有利于解决控水减肥与粮食需求增长之间的矛盾,对于提高肥料利用率并减轻对环境的压力,保障粮食安全,有效降低农田和食品的污染源,保护生态环境具有极其重要的意义。

1.3.2我国节水农业在深化发展和推广过程中面临的问题

一是土地经营规模小限制了节水农业的发展。土地流转可以扩大经营规模有利于节水农业的推广。节水农业起点高,需要一定成本,某些地方在推广过程中面临着一定资金、技术等经济成本的难题。二是技术属地化。一项新技术的应用一定要经过试验、示范再推广;农业节水技术很多,比如有滴灌、喷灌和渗灌等,这些技术对不同的环境、作物的栽培模式以及在适应性方面各具特点,在实际推广中,一定要根据当地、当时农业生产的实际,采用相应的技术,特别是利用节水设备实施水肥一体化技术,解决作物施肥精准问题,通过技术集成和创新使节水技术发挥最大的综合作用。三是创新与管理。过去,我们以引进设备为主体,引进过以色列、美国等国的先进设备,并进行了吸收消化和技术改进,已能独立生产相对成套的节水设备,部分节水设备已接近国外同类产品水平。但总体而言,国内节水设备产品品种少、缺乏系列化、配套水平低、生产规模小,部分产品仍存在生产不规范、质量不稳定、市场混乱等现象。特别是在节水技术、节水(过滤、施肥)设备的本土化、适应性方面还存在差距;四是要开展节水农业技术的“集成创新”。节水农业的形式主要有工程节水、农艺节水、生物型节水和管理节水等。节水不仅是水的问题,要将农艺、工程、生物和管理的四种节水方式进行叠加,并将叠加的节水综合配套的优势和效益体现出来,这样才能达到节水增效的目的;五是解决好滴灌水肥一体化技术应用中存在问题。施肥设备落后,压差施肥罐加肥费力、耗时、施肥浓度不均(先浓后稀),降低了应用效果,需要升级换代;养分配比不当,在应用中比较重视氮磷钾施用,而对中微量元素配合施用不够重视,降低了氮磷钾的利用效率;受管网配置和养分运移影响,养分在土壤中分布与根系不匹配,造成长势不匀;在大田作物种植中,只施用化肥,几乎不施用有机肥,导致耕地有机质下降、土壤板结。

2推进区域农业节水高效发展的建议

2.1加大高标准农田工程建设及节水技术的研发和推广应用

一是在北方区域持续开展盐碱地改良和加大高标准农田的建设力度,积极开展土地整治、灌排配套、节水灌溉等农业节水技术的推广应用,增强农业抗旱能力和综合生产能力;二是基于现代节水农业绿色高效新装备、新材料、新制剂等领域的节水压力调节材料、大口径管材、压力补偿灌水器、高含沙条件大功率高扬程水泵、比例精准施肥泵、电磁阀和低耗电动阀等农业节水关键设备和生产工艺的研发,全面提升节水农业现代化和节水技术应用水平;三是大力推广与农艺农机技术配套的先进实用节水技术。在粮食主产区分区域规模化推进高效节水灌溉发展,改进灌溉方式,推广高效粮食作物“水、肥、药”一体化技术,建立与高效节水灌溉先进设施相适应的综合节水技术种植模式,大幅度提高灌溉水的生产效率,达到“两省(省水、省肥/药)”、“两增(增加农产品产量、增加产出效益)”和“三改(改良农产品品质、改良土壤、改善土地的利用”的工作效果,促进节水减肥提质增效和绿色发展。

2.2因地制宜,推进不同区域农业节水高效发展措施

单纯依靠扩大农业用水总规模增加粮食产能不可持续。在不同粮食生产区发展节水农业技术,要以提高节水农业整体效益为中心,突出生产和生态两个方面,强化水肥一体化技术的推广,开展不同类型区域旱作节水农业可持续发展模式研究示范,加快提升农业科技创新能力,确保粮食产业稳步发展。一是在华北、东北和西北粮食主产区,以提高水资源产出效益和旱作节水农业生产效益相协调为发展方向,加大规模化粮食作物水肥一体化技术的研究、示范推广力度,建立农牧、林粮综合型节水农业发展模式;二是在西北和华北干旱、半干旱区,以保护农业生产环境和提高粮食生产能力为发展方向,结合区域粮食作物生产要求,完善适宜滴灌农艺措施,普及推广节水型粮食作物水肥一体化技术的示范应用,建立涵养保土型节水农业发展模式;三是在西南区,以保护生态环境和提高农业综合生产能力为发展方向,发展滴灌技术补充灌溉和水肥一体化施肥技术,实施适合区域生产条件的大粮食作物水肥一体化的生产技术,建立西南干旱区季节性集雨补灌型节水农业发展模式。

3结语

粮食安全是国家经济安全和社会稳定的重要环节。我国应确立系统的粮食安全应对策略,大力发展旱作农业,分区域提高粮食综合生产能力,保障国内粮食供求的基本平衡。在稳定主要粮食作物(水稻、小麦、玉米)种植面积、实施并逐步扩大国内粮食生产区域高标准农田建设的基础上,加大抗灾、抗病、高产、优质的水稻、小麦和玉米等主要粮食作物品种培(选)育与示范推广,积极依托区域资源开展滴灌节水农业高效生产,全面提高粮食作物产量,为国家粮食安全提供保障。

作者:刘辉 陈云 单位:新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所 中国农垦节水农业产业技术联盟