周宏飞中国科学院新疆生态与地理研究所 200 ８  0 ５

周宏飞 中国科学院新疆生态与地理研究所 200８0５绿洲农业节水与盐渍化防治

1 2 3 5 主要内容绿洲灌溉农业的发展与节水节水灌溉技术与方法灌溉制度灌区水盐平衡与土壤盐渍化控制４４可持续绿洲节水农业展望 5

一、绿洲灌溉农业的发展与节水 公元前5000年,在西亚地区,底格里斯河和幼发拉底河中下游,两河的河水进行人工灌溉成为两河文明诞生的关键。然而，由于巴格达到波斯湾边的两河入海口的高度仅相差10米,几千年来，由于泛滥的河水把盐分带入土壤又没有人工排泄出的恶性循环造成盐碱地的不断增长。昔日繁荣的古代农业城镇绝大部分已沦为沙漠中的土丘。 • 灌溉农业发展　两河流域文明（美索不达米亚文明）　土壤盐渍化　古老文明消亡

一、绿洲灌溉农业的发展与节水 1937年开始，前苏联开垦及灌溉了730 万公顷的水稻及棉田，引锡尔河和阿姆河河水灌溉，使咸海入流量从560亿立方米降到70亿立方米，咸海水位下降了15米，水域面积从6.6万平方公里缩小到3.7万平方公里。原有600多种的鱼类，到2001年所剩无几。干涸的湖底盐碱裸露，带来频繁的“白风暴” 和盐沙暴，使平原沙漠化、农田盐碱化、使该地区疾病大量增加。咸海的生态灾难被认为是有史以来最严重的人为灾难之一。 • 中亚绿洲农业发展阿姆达利亚河和锡尔河水量剧减咸海生态灾难

一、绿洲灌溉农业的发展与节水 汉朝统一新疆后，设西域都护府，新疆第一次得到大规模开发，主要在塔里木河流域。唐朝开始在西域进行第二次大规模屯田, 屯垦重心已经开始向天山以北地区转移。18世纪中叶至19世纪中叶，农业绿洲迅速扩展，农业部落迅速增多，屯田重心转移至北疆。至光绪年间，全疆有灌溉干渠944条，支渠2332条，灌溉面积1120万亩，规模之大，超过以往任何朝代。 • 我国绿洲农业发展,始于汉朝,大规模开发1950年以后湖泊消失(罗布泊、玛纳斯湖、居廷海）荒漠化、农田土壤次生盐渍化撂荒

一、绿洲灌溉农业的发展与节水 新中国建立以来，进行了最大规模开发，灌溉面积增加到近7000万亩,河流引用水量增加到480亿立方米。首次出现了水资源供需矛盾、农业开发引起的生态环境问题。

一、绿洲灌溉农业的发展与节水 绿洲农业开发对水资源的利用可分为3个阶段：（1）大规模的水土资源开发利用阶段。渠系利用系数0.25-O.35，灌溉定额大于1500立方米／亩。这一阶段的主要特征是对地表水资源的大规模开发利用。节水技术少有应用，这一阶段大致从l949—1980年。（2）水资源开发利用的稳定增加阶段。渠系利用系数0.35-0.50，灌溉定额600-1000立方米／亩。这一阶段渠道防渗技术和常规地面节水灌溉方法沟灌、畦灌、膜上灌等方法逐步开始推广。这一阶段大致从1980-2000年。（3）人与自然对水资源的高效协调利用阶段。这一阶段以提高WUE为目标。各种高效节水的灌溉方法将得到全面推广应用，流域水资源的统一调配管理将全面实现，灌溉这一阶段以21世纪初开始的膜下滴灌技术在新疆的大规模推广应用为标志。

一、绿洲灌溉农业的发展与节水 绿洲农业的发展，加剧了水资源的供需矛盾。沙漠化扩大。大水漫灌，地下水位抬升，引起土壤次生盐渍化绿洲节水灌溉农业的发展工程节水措施农艺节水措施

二、节水灌溉技术与方法----输水工程节水 • 渠道防渗技术。土料压实防渗、干砌和浆砌石料防渗、混凝土衬砌防渗、塑料薄膜防渗和沥青护面防渗等。混凝土护面防渗效果最好，是今后防渗的主要形式。塑料薄膜防渗具有重量轻、造价低、运输方便、施工简单及抗腐蚀能力较强的优点。现在往往采用塑料薄膜和混凝土护面双重防渗。 • 低压管道输水技术。简称“管灌”，是利用低压输水管道将水直接送到田间灌溉作物。低压管道输水系统的形式主要有3种：一是移动式，即所有的设备 • 都能移动使用。二是固定式。三是半固定式。

二、节水灌溉技术与方法----田间工程节水 • 喷灌技术。是通过机械设备将压力水喷射到低空，经雾化后形成像雨滴一样的水均匀降落到作物和地表的灌溉方式。由于直接蒸发损失大（15%-30%，我们在尉犁的试验结果是28%），设备投资高，耗能多，在新疆没有大规模推广。包括固定、半固定式加压喷灌和自压喷灌。1979年开始引进美国平移和时针式大型喷灌机。90年代中后期喷灌发展达到高潮。 • 田间闸管灌。是利用管道代替农渠，在每一沟或畦口设闸门的一种灌溉技术。

二、节水灌溉技术与方法----田间工程节水 • 微灌技术。微灌包括滴灌、微喷灌和涌泉灌。它能根据作物需水要求，将作物生长所需的水分和养分以较小的流量均匀、准确地输送到作物根部附近的土壤表面或土层中。微灌系统一般包括首部枢纽、输配水管网和灌水器。相对于地面灌和喷灌，微灌一般属于局部灌溉。

二、节水灌溉技术与方法----田间工程节水 • 膜下滴灌。是地膜覆盖技术与一次性滴灌带的有机结合，是在新疆棉花生产中首先发展起来并得到大规模推广，通过机械可实现铺地膜和滴灌带、播种一次完成。由于成本低，已经在其他省区以及周边国家得到推广应用。并形成滴灌设备等节水灌溉产品生产产业。大规模

二、节水灌溉技术与方法----田间工程节水 • 地埋滴灌。把滴灌管埋在耕作层以下，由于不湿润地表、比膜下滴灌更加省水，近几年开始应用。 • 地埋渗管灌。由于出水口设计为线状，抗堵能力比地埋滴灌好，是一种在林果业灌溉中具有推广前景的节水方法。其缺点是成本相对较高。 • 涌泉灌。通过安装在毛管上的涌水器形成小股水流，以涌泉方式使水流入土壤中的一种灌水形式。涌泉灌尤其适合于农户果园和林区灌溉。缺点是局地有积水。

二、节水灌溉技术与方法----田间工程节水 • 激光平地技术。基于三维GPS信息采集系统的激光控制平地自动化作业技术，可使土地平整精度达到2～3cm，田间灌溉水利用率提高30%～40%。在美国、俄国和西欧各国，较普遍使用激光平地。发展中国家印度、土耳其、巴基斯坦、埃等国也开始应用。取得了不同的节水增产效果。这是一种具有广阔前景的技术。大规模

二、节水灌溉技术与方法----地面灌溉新技术节水二、节水灌溉技术与方法----地面灌溉新技术节水 • 膜孔灌。也称膜上灌，是在地膜栽培的基础上利用膜上或膜侧输水，通过膜孔或膜侧缝向作物供水的灌水方法。实践表明，膜孔灌溉具有很好的节水效果。曾经在90年代中期新疆的棉花灌溉中得到大面积推广，由于白色污染等原因目前较少使用。 • 水平畦田灌溉技术。水平畦田灌溉技术是建立在激光控制平地技术基础上的一种地面灌溉技术，自20世纪80年代起已在许多国家推广应用。可以取得与压力灌溉系统相媲美的灌溉效果，田间水利用系数能达到了0.7～0.8。适用于多种粮食作物灌溉。该技术要求较大的供水流量，

二、节水灌溉技术与方法----地面灌溉新技术节水二、节水灌溉技术与方法----地面灌溉新技术节水 • 波涌灌。(Surge flow irrigation)，是由美国学者1979年首先提出。它采用低水头流量，快速推进，间断式向沟或畦放水，在完成沟(畦)灌水的过程中，将包括几个放水和停水过程，这种间歇性的田间灌水称为“波涌”现象，也称为“间歇灌”或“涌流灌”。可提高了水的利用率和灌水均匀度。波涌灌溉技术比较适用于砂壤土和中壤土，不适合于粘壤土。

二、节水灌溉技术与方法----农艺节水技术 所谓农艺节水就是利用农业综合技术提高作物水分利用率，它是众多节水环节中较为关键的一环。农艺节水技术包括蓄水保墒的耕作技术、提高作物抗旱能力的栽培技术、秸秆或地膜覆盖的保墒技术、限额灌溉和调亏灌溉技术、节水高产的化学调控技术以及节水抗旱作物品种选育的生物技术等。

二、节水灌溉技术与方法----农艺节水技术 调亏灌溉技术（RDI）。70年代中期由澳大利亚持续灌溉农业研究所提出。其思想是基于作物的生理生化作用受到遗传特性或生长激素的影响，在作物生长发育的某些阶段主动地施加一定的水分胁迫(即人为的让作物经受适度的缺水锻炼)，从而影响其光合产物向不同组织器官的分配，达到提高其经济产量而舍弃营养器官的生长量及有机合成物的总量，同时因营养生长减小还可提高作物种植密度，提高总产量，减少棉花等作物整枝工作量，还可改善产品品质。调亏灌溉是一种主动利用水分胁迫正面影响的灌溉技术，主要以提高水分利用效率为目标,是对传统灌溉理论（丰水高产）的一种突破。但这些方法仍然只考虑在时间上的调亏和水量的优化分配，没有从空间上考虑植物根系的功能对提高水分利用效率的作用。

二、节水灌溉技术与方法----农艺节水技术 控制性分根交替灌溉技术（CRAI）。人为使作物根系的干燥区域交替出现，使干燥区的根系产生水分胁迫信号传递到叶气孔从而有效地调节气孔关闭，而处于湿润区的根系从土壤中吸收水分以满足作物的最小生命之需，使对作物的伤害保持在临界限度以内同时由于表层土壤总是间歇性的处于干旱区，这样既可减少棵间一直湿润时的无效蒸发损失和总的灌溉用水量，亦可降低土壤机械强度、改善土壤的通透性，促进根系的补偿生长，提高根系对水分、养分的利用率。有关成果应用结果表明：在作物产量基本不变条件下，非充分灌溉技术可使小麦节水14.3%，玉米节水14.9%，棉花节水15.0%。中国科学院新疆生态与地理研究所科研人员的试验结果：应用CRAI技术的地面沟灌棉花在减产8%（由于霜前花增加，经济效益未减）的前提下，实现亩均节水30％。可见，分根交替灌溉技术具有广阔的应用前景

二、节水灌溉技术与方法----管理技术 节水灌溉管理技术。是指根据农作物的需水、耗水规律来控制、调配水源，以最大限度地满足作物对水分的需求，实现区域效益最佳的农田水分调控管理。它包括：土壤墒情监测与预报技术、节水高效灌溉制度、以区域总效益最大为目标的灌溉预报技术、输配水与灌水水量的测量和流量调节控制技术等。

二、节水灌溉技术与方法----未来的发展方向 • 应用激光平地技术，实施精细地面灌溉技术。高精度的土地平整是提高地面灌溉质量的基础，可显著改善田间地面灌溉效率和灌水均匀度。 • 将计算机自动控制技术、网络技术、3 S技术等高科技手段应用于灌溉领域，对农田土壤墒情、肥力、气候条件进行监测预测，基于监测结果，实现严格有效地自动施肥和灌溉。 • 应用高效节水的地面灌溉技术和设备，实现地面灌溉自动化。积极采用水平畦田灌溉技术、波涌灌溉技术等先进的地面灌溉技术。 • 确定适宜的控制性分根交替灌溉适用条件与技术指标参数、水盐运移规律、水肥盐耦合模型、最优灌溉制度。 • 制定采用不同灌水技术条件下的合理的灌溉制度，加强地面灌溉的田间管理。灌溉制度的制定需要与地面灌溉技术结合起来进行，从而形成可操作性强的集成技术体系。

二、节水灌溉技术与方法----未来的发展方向 非常规水利用技术咸水灌溉技术咸水灌溉技术主要包括不同水质的水混灌和轮灌。混灌是将两种不同的灌溉水混合使用，包括咸淡混灌、咸碱（低矿化碱性水）混灌和两种不同盐渍度的咸水混灌，混灌在提高灌溉水水质的同时，也增加了可灌水的总量，使以前不能使用的碱水或高盐渍度的碱水得以利用。污水喷灌技术利用污水喷灌是将污水处理与农业用水结合起来的一种污水处理方式，同时又是一种开源节流的灌溉方式。喷灌净化污水，利用土壤、微生物和作物来分解污水中的一些成分，经土壤净化后渗透泄出再利用。可用于非直接食用的棉花、饲料作物灌溉。

二、节水灌溉技术与方法----未来的发展方向 非常规水利用技术 3. 利用空气中的水分进行灌溉利用空气中的水分进行灌溉就是通过一定的设施来收集空气中的水分，直接供给植物利用或汇集到蓄水池中以供灌溉之用。德国研究人员用一圆筒放在植株间，来收集空气中的水分，夜间降温时，圆筒内的凝结水可以流到作物的根部。秘鲁的研究人员沿海岸垂直张挂一些大型尼龙网，以吸聚雾气，待雾变为水后流进蓄水池，以供沿海滩涂灌溉之用。智利的科研人员在沙漠地区架设巨大的由聚丙烯塑料制成的双层网来“捕捉”云雾，云雾在网上凝结成水，汇集到贮水池中，以供种植的林草或天然沙生植物的灌水之用。

三、灌溉制度 灌溉制度：是根据作物需水量和需水规律，在充分利用有效降水的条件下，经过分阶段水量平衡计算，并经大田试验验证确定的灌水定额、灌水时间和灌溉定额。 1.为什么要确定灌溉制度？灌溉制度是实现灌区计划用水的前提，是实现高产和提高水分利用效率的基础。相对于灌溉技术的应用，对灌溉制度的研究相对落后。为了更好的发挥不同节水灌溉技术的应用效果，提高灌溉水的利用效率，必须确定灌溉诊断指标和灌溉制度。 2. 如何确定灌溉制度？根据作物根系吸水区的土壤水量平衡以及盐分平衡原理来制定灌溉制度，一般通过灌溉试验来确定灌溉制度。

三、节水灌溉制度----作物水分生产函数 作物水分生产函数(crop water production fun—ction)即作物产量与水分之间的数学关系。其内容包括作物腾发量（或灌水量）与作物产量的关系，盐分、养分胁迫下的作物生产函数。

三、节水灌溉制度----作物敏感指数与灌溉诊断指标三、节水灌溉制度----作物敏感指数与灌溉诊断指标通过田间试验，确定不同生育阶段作物的缺水敏感指数λ及盐分敏感指数σ，提出作物不同生育阶段灌溉时的土壤水分、盐分状态指标，为指导实际灌溉服务。

四、灌区水盐平衡与土壤盐渍化控制 新疆地处欧亚太陆腹地，四周绝大部分为山地环绕，天山横贯中部，形成南北两大封闭性的内陆盆地。盆地四周的山地岩石和成土母质普遍含有可溶性盐分，这些盐分随水源源不断地带到盆地。由于盆地缺乏径流出路，水盐不断向低处聚积。在蒸发大、降水少的高温干旱气候作用下，土壤水分上升占绝对优势，淋溶极端微弱，导致土体上部累积愈来禽多的盐分，从而在盆地(特别低平部位)形成大面积的盐化土和盐土。

四、灌区水盐平衡与土壤盐渍化控制 • 新疆内陆盆地土壤母质中含盐最重。 • 灌溉农业引起的土壤次生盐渍化耕地面积约占30% 。 • 现行的节水灌溉制度重视作物生理需水，而对维持土壤水盐平衡的水量考虑不够。绿洲灌溉农业面临着盐分危害如何使绿洲农业实现可持续发展？

四、灌区水盐平衡与土壤盐渍化控制 膜下滴灌棉田盐分分布状况从棉花生育期灌水前到整个灌水结束，膜间0～60 cm土体盐分平均增加了3.2 g／kg，积盐率为28.1 %，其中表层积盐最为严重，达67.8％。膜内0～60 cm土层含盐量总体表现为脱盐状态，脱盐率为7.3 %。其中0～20 cm 范围脱盐率69.8％，20~40 cm为3.8% ，但在40～60 am为积盐状态，积盐率16.4％。

四、灌区水盐平衡与土壤盐渍化控制 土壤次生盐渍化的成因（1）现行灌排制度破坏了原有土壤水盐平衡。（2）过多的灌溉水补给地下水，排水出路又不畅，使地下水位抬高，增加了土壤潜水蒸发，从而增加了盐分的表聚。（3）农业技术不当。

四、灌区水盐平衡与土壤盐渍化控制 土壤次生盐渍化的控制措施（1）排除土壤中过多的盐分。行之有效并广泛采用的方法仍是冲洗排水。在洗盐中如何提高单位水量的洗盐效果，非常重要。（2）调节土壤盐分在剖面中的分布。可以通过水盐动态的合理调控得到治理，即采取水利措施和各种农业措施，调控土壤剖面中的盐分分布状况，使之不致过分集中于表土而危害作物的生长。（3）防止盐分在土壤中的重新累积。减少灌溉用水量，一方面可大大减少由灌溉水带入土壤剖面中的盐分，另一方面可防止因灌溉水渗漏损失、农业技术不当而引起的地下水位的抬高，从而抑制地下水和下层土体中盐分向上层的累积。

四、灌区水盐平衡与土壤盐渍化控制 灌区合理灌排比通过灌区水盐监测结果，提出灌区合理的灌排比。实现灌区水盐平衡。灌区节水防盐灌溉制度设计调查发现：以井渠结合、井灌为主或渠井结合、渠灌为主的地下水位得到控制且有良好排水出路和措施的灌区盐渍化危害轻。需要考虑作物生理需水和维持土层盐分平衡的灌区节水防盐灌溉制度设计。（生育期高效节水灌积盐+非生育期大定额地面灌洗盐）

四、灌区水盐平衡与土壤盐渍化控制 灌区的排盐出路在水资源充足时，尾闾湖泊是排盐场。在水资源不足时，排盐出路在哪里？深层土壤或灌区内部的低洼地退耕一部分灌区内部的低洼农田，作为排盐场也许是控制土壤次生盐渍化的一个好办法。

五、可持续绿洲节水农业展望 （土渠+大水漫灌）（防渗渠+地面节水灌）（防渗渠+高效管道节水灌）农艺节水+非常规水利用（目标：产量最高）（目标：产量+水分利用效率最高）只要实现农田的水盐平衡，水分利用效率最优化，绿洲节水农业的可持续发展一定能够实现。现代绿洲不会成为消失的美索不达米亚文明。

谢谢大家！

周宏飞 中国科学院新疆生态与地理研究所 200 ８  0 ５