节水高效农业科技发展规划战略研究报告(汇总3.0)（三）

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。节水高效农业科技发展规划战略研究报告(汇总3.0) 国家中长期科学和技术发展规划战略研究 节水高效农业技术升级战略研究报告（初稿） 农业科技专题05c课题组二三年十一月十八日 目 录 摘 要.1第一部分 战略背景.2 一、关于节水高效农业.2 二、我国农业缺水形势异常严峻.4 三、节水高效农业面临的机遇与挑战.7 四、发展节水高效农业的战略意义.9小结.12第二部分 国内外现状与趋势分析.13 一、节水农业发展的总体态势.13 二、重大技术领域现状与发展趋势分析.16小结.26第三部分 国内优势领域及技术瓶颈分析.27 一、概况.27 二、优势技术领域分析.28 三、瓶颈分析.34小结.41第四部分 发展需求预测.42 一、2021年节水农业发展目标预测.42 二、农业用水供需平衡与潜力分析.44 三、节水潜力预测与评价.45小结.47第五部分 技术升级战略思路与重点.49 一、战略思路.49 二、战略重点和主要任务.50小结.52 2第六部分 重大科技需求与优先领域.53 一、重大科技需求.53 二、优先技术领域.61 三、重大项目建议.61第七部分 保障措施与建议.63 摘 要 到2021年，我国农业将基本完成战略转型，但面对农业用水紧缺、缺水程度加剧等严峻形势，如不加速发展现代节水高效农业，势必难以支撑15亿人口基本食物安全生产的水资源保障，并对我国的粮食安全、生态安全乃至国家安全构成重大威胁。 我国的节水农业虽然在雨水利用、抗旱节水、植物节水潜能的挖掘、大田滴灌等方面取得了巨大的成就，目前仍然存在重大制约瓶颈，而且这种制约是全方位的，既有技术本身的问题，也有研发平台、政策机制和经济条件等方面的问题，导致我国节水农业技术发展的阶段性不明显，形成了金字塔状的发展格局，技术研发涉及面广，问题多，已经构成了对转型期节水高效农业发展的障碍。 二十世纪中叶以来，科学技术不断出现的重大突破使我们有机会重新审视节水高效农业技术发展的趋势。特别是信息科学、生物技术和材料科学的发展，为传统节水农业技术升级改造和现代节水高效农业技术的创新拓展了空间。面对未来1520年农业和农村经济发展的客观需求，加快节水农业技术的标准华升级改造，加速信息技术、生物技术和材料科学在节水农业中的应用，加强节水农业基础科学理论创新和科学试验与创新平台的建设，是转型期农业发展和农村经济增长水资源保障的重大战略任务。 实现以上战略目标，要针对我国国情和区域经济特点，建立中国特色节水农业理论与技术体系，坚定不移地把节水农业的重点放在北方地区、放在田间，加快建设现代节水灌溉农业和现代旱作高效农业，实施制度节水战略、节水高技术战略、技术标准战略、产业提升战略和科技平台战略，力争在未来的1520年，建立起适合区域水资源特点的节水型农作制度，突破节水抗旱超级品种选育的重大基础理论和关键技术，构建挖掘作物节水抗旱生物潜能的应用基础理论和技术，以信息化技术带动节水技术的标准化，创建节水高效农业技术模式的设计平台，加速节水材料与设备的产业化，为我国节水高效农业的健康发展提供持久的技术支撑。 第一部分 战略背景 一、关于节水高效农业 1、节水高效农业的内涵 节水高效农业是指节约和高效用水的农业，即在农业生产和农村经济活动中既要节约用水提高水的利用率，又要高效用水提高水的利用效率和效益。节水农业的根本目的是在水资源有限的条件下实现农业生产的效益最大化，其本质是提高应用于农业的单方水的经济产出。 从农业水循环和节水技术措施看，节水高效农业是包括了工程节水、农艺（包括生物）节水和管理节水措施的综合生产系统，具有明显的系统特征、效益特征和技术综合特征。 1）系统特征 在农业生产系统中，水是农业的重要资源和环境要素，但不是唯一要素，节水农业是一项农业和水利技术紧密结合，土、肥、水、作物等资源综合开发的系统工程。进入农业生产过程的水，从水源到形成经济产出，在降水、地下水、地表水、土壤水、植物水转换中有三个环节：第一，降水或灌溉水转化为土壤水；第二，土壤水转化为生物水；第三，通过作物生理过程形成经济产量。可以看出，农业用水过程中，水分的运动包括了蒸发、下渗、根系吸水、作物叶面蒸腾等复杂过程，这些过程发生在土壤植物大气所组成的系统中。农业用水是否节约和高效不仅受到水循环本身的影响，也受到整个系统中土壤条件、养分条件、农业生物条件等的综合影响。因此，节水农业是一项复杂的系统工程，需要从整个农业系统和生产过程中把握其系统特征，把节水作为农业生产的一个重要环节来认识。 2）效益特征 当前，世界各国节约和高效用水的基本环节有三个。一是减少降水、渠系输水、田间灌溉过程中的深层渗漏和地表流失量（包括渠系退水量和田间排水量），提高降水和灌溉水的利用率，减少单位灌溉面积的用水量；二是减少田间和输水过程中的蒸发蒸腾量；三是提高灌溉水和降水的水分利用效率，大量节约农田水分奢侈消耗而获取更高的产量和效益。从农业水循环角度分析，第一个环节节约的水是可回收水量，第二个环节节约的水量为不可回收水量，第三个环节节水是作物水分利用效率的大幅度提高（作物耗水系数的显著降低）。 减少田间和输水过程中的蒸发损失，是节约不可回收的水量，提高了有限水资源的利用 2率，是“资源型”节水。而降低作物耗水系数是节约了奢侈性水分消耗，提高了水资源的利用效率和效益，是“效益型”节水。因此，真正意义上的节水农业是节水增效的农业，具有显著的效益特征。 3）技术综合特征 就农业技术而言，节水技术与土壤、肥料、作物品种、耕作、栽培、植保、农业设施等各项措施是密切联系和不可分割的，因而节水农业技术具有综合的特征，具体可分为工程节水技术、农艺节水技术和管理节水技术，而每一类节水技术又包括许多方面。 工程节水技术包括。降水蓄积和水库（地上、土壤和地下水库）建造技术；减少输水系统水分损失的工程技术；节水灌溉技术等。 农艺节水技术包括。适水种植技术；抗旱节水新品种选育技术；节水灌溉制度；农田保墒技术；培肥地力、水肥耦合技术；化学抗旱节水技术等。 管理节水技术包括。水资源合理开发和优化配置技术；地表水地下水联合运用技术；劣质水开发利用技术；墒情监测与控制灌溉技术；产权与水价管理等。 2、战略转型期节水高效农业发展的机遇期 改革开放以来，特别是1990年以后，主要农产品供给由长期短缺转变为总量基本平衡、丰年有余，粮食的自给率达到了99.6%，蔬菜、水果、棉花农产品等也出现了地区性、结构性过剩。在农业新的发展阶段，农产品的增长对资本和技术的依赖程度越来越强。1990年农业产出中物质投入消耗只占34.5%，到1995年和1997年相继上升到41.0%和43.2%，而物质投入对农业增长的弹性系数却在下降，资本和技术贡献率则越来越高。 2021年2021年期间的15年是中国农业重要的战略转型期，农业要逐步实现由传统农业向现代农业、粗放经营向集约高效经营、单一产量向产量质量与效益并重、注重生产向生产与生态并重的转变，“建设现代农业，繁荣农村经济，增加农民收入”是这一时期农业和农村工作的主要任务。 未来15年的战略转型期也是农业与农村经济发展的重要机遇期：一是人口持续增长，到2021年人口要达到15亿，确保众多人口的粮食安全，粮食生产能力必须达到5.56.0亿吨；二是国民经济持续增长，到2021年，国民生产总值在2021年的基础上再翻两番，要求农村经济有大的增长，农业生产效率和效益必须有较大的提高；三是全面建设小康社会，促进农业和农村经济的可持续发展，生态环境有较大的改善； 但是，农业和农村经济同样面临一系列的挑战：一是随着城镇化、现代化的发展，以及 3农业产业结构的调整，耕地资源继续缩减，农田生产与生态负荷将进一步加大；二是国民经济和社会的快速发展，水资源非农业利用的增长速度加快，由于可开发的水资源有限，以及农业在水资源利用中的弱势地位，农业水资源将难以增加，甚至出现减少的趋势。 “两增一改两减”是转型期农业资源与农村经济的主要矛盾。在我国农业水资源日趋紧缺、综合国力逐步提高的条件下，节水农业的任务面临重大的战略转移，即在保证稳步提高粮食生产能力的基础上，由以增产为主要目标转移到提高效益目标上来，大幅度提高农业资源的利用率和利用效率，加快建立节水高效农业技术体系，走节水高效的道路。 二、我国农业缺水形势异常严峻 1、农业用水总量短缺，新增灌溉面积受水资源制约 我国是世界严重缺水的国家之一。据20世纪80年代初水利部门对全国水资源的评价结果，我国陆面年降水量为6.188万亿m3，其中水资源总量2.81万亿m3，现阶段人均水资源量约2220m3，为世界平均的25%，单位耕地面积水资源量为世界平均的80%，而单位灌溉面积水资源量仅为世界平均的19%。预计到2021年，人口达到16亿高峰时，在降水不减少的情况下，人均水资源下降为1760m，将逼近国际上公认的1700m的严重缺水的警戒线。 因缺水以及由此引发的灌溉成本逐年上升，我国农田有效灌溉面积自1975年以来一直维持在7.08.0亿亩之间（图1），有效灌溉面积中每年尚有1亿亩左右得不到灌溉。全国每年由于缺水少产粮食700800亿kg，造成的国民经济直接损失高达2021亿元。 水资源短缺已成为我国农业发展的首要限制因素，同时也引发了严重的生态环境问题，影响着未来经济的可持续发展。特别是经过建国以来大规模的建设，我国容易开发的水资源多已利用，农业和粮食生产靠大量消耗水资源、发展灌溉面积的外延型增长方式行不通了。水资源紧缺程度加剧和农业比较效益低的现实要求我们必须加快发展以提高水资源利用为重点的节水高效农业。 3 32、水资源时空分布不匀，区域性和结构性缺水问题突出 首先，地处秦岭淮河一线以北地区耕地占全国的65%，人口占40%，集中了我国重要的能源、重工等基地和全国51%的耕地，而水资源仅为全国总量的20%，许多地区人均水资源已大大低于1700m3的缺水警戒线，区域性缺水十分严重。尤其是我国粮食主要产区黄河、淮河和海河流域的土地面积占全国的13.4%，耕地占39%，人口占35%，gdp占32%， 4而水资源总量（2164亿m）仅占全国的7.7%，人均水资源量仅500m，不足世界平均水平的1/17；耕地亩均水资源量不足400m3，水资源的供需矛盾更为突出。但目前粮食流通领域存在的“北粮南运”格局与水资源分布严重错位，导致区域性缺水矛盾加剧。如果不强化节水农业，农业将难以持续发展。 其次，季风气候致使降水年内分布极不均匀，69月夏季降水占6070%，华北地区高达80%。由于降水过度集中，水资源中2/3左右是洪水径流量，不仅给水资源开发利用带来困难，而且极易形成汛期洪水和非汛期枯水，干旱与洪涝灾害频发，每年水旱灾害面积约4亿亩，绝收面积达数千万亩。同时，我国降水的年变率为1520%左右，降水年际间变化剧烈，加之水库调蓄能力的限制，致使许多地方经常出现连枯或连涝现象，给农业生产、人民生活和生命财产带来严重威胁。 第三，长期以来，我国农业生产数量性生产目标成功地解决了我国基本的食物安全。但从农业用水的效率和效益分析，我国农业存在这样一个基本事实，即：水分利用效率较高而经济效益较低。研究资料显示，我国的主要粮食作物小麦、玉米以产量计算的水分利用效率最高可分别达到1.35和1.78kgmm-1mu-1，与节水发达的美国、以色列等国家处于同一水平，但在单方农业用水的综合经济产出（包括农林牧等）方面，我国为0.2usdm-3，而以色列已经超过1usdm，差距十分明显。这种情况表明，现阶段我国农业处于一个生产性低耗水而结构性高耗水的状态，结构性缺水问题突出，严重制约了农业的可持续发展。因此，建立针对不同区域水资源状况的节水型的农业结构、品种结构、产品结构和产业结构势在必行。- 333 3、增水能力有限，缺水程度加剧，灌溉的增产作用下降 在缺水条件下，一方面要满足新增人口和新增消费的农产品供应，农业用水需求增加；另一方面农业用水占总用水量的比重逐年下降。建国以来到改革开放（1980年），我国粮食总产由解放初期的1.13亿吨提高到3.21亿吨，增长了1.84倍，同期农田灌溉用水量和有效灌溉面积分别由956亿m3和2.39亿亩增加到3574亿m3和7.33亿亩，分别增长了2.82倍和2.07倍。1980年农业年用水总量占全国年总用水量的比重为88%，灌溉用水占总用水的比重为80%。可见，灌溉农业的发展对短缺经济时期的粮食增产发挥了重要的不可替代的作用（图7）。 但改革开放20年来，随着水资源紧缺的矛盾日益突出，我国粮食总产由1980年的3.2亿吨增加到1999年的4.9亿吨，增幅达52.6%，同期农业用水分别从1980年的3574亿m3 5和7.33亿亩增加到1999年的3869亿m和7.98亿亩，增幅分别为8.3%和8.9%，灌溉农业增产的作用在减弱。同期农业年用水总量占全国年总用水量的比重从88%下降到70%，基本维持在39004000亿m3，灌溉用水占总用水的比重也由80%下降到65%，约维持在35003600亿m左右（图8）。 据估计，到2021年我国人口达到16亿高峰时，全国总用水量将增加到8000亿m3，农业用水的比重将从目前的72%下降到52%，农业用水特别是灌溉用水总量不可能有大的增加，而粮食总产最低要达到6.4亿吨，农业生产缺水程度加剧（图）。 334、水质严重恶化，可用水资源量严重不足 根据1998年中国水资源公报，全国废、污水排放总量约为593亿吨，为水资源总量的2%左右。由于90%的废污水未经处理或处理后未达标就直接排放，使河流、湖泊、水库遭受了不同程度的污染，近海水产业的生产能力几乎丧失。通过对全国92100km长度的河流进行水质评价，结果显示：符合饮用水标准的仅占1/3左右，有11%的河长水质低于农田灌溉水质标准要求，约有6%的河流水中有毒含量超过排放标准或有机污染达到黑臭程度。在北方的辽河、黄河、淮河、海河等流域，污水与地表径流的比例高达1：141：6，全国湖泊约有75%以上的水域水质受到严重污染。全国118个城市的饮用水调查显示：64%的城市地下水受到严重污染，33%的城市地下水受到轻度污染。水质的严重恶化使已经紧缺的水资源可利用量下降，加剧了水资源的紧缺程度。 5、气候变化加剧了水资源的不稳定性和区域性缺水 根据研究，由于人类活动产生的温室气体导致温室效应增强，未来50年全球气温可能升高1.34.0摄氏度。气候变暖虽然有许多的不确定性，但包括降水在内的气候要素的不稳定性将增加。可以预见的是，我国不同地区的降水变率将升高，气候突变和极值天气（如洪涝、旱灾等）的发生概率将升高。 从建国以来近50年的降水和气温资料分析，我国在近20年来北旱南涝的趋势在加剧。80年代华北地区持续偏旱，京津地区、海滦河流域、山东半岛10年平均降水量偏少1015%。进入90年代，黄河中上游地区、汉江流域、淮河上游、四川盆地8年平均降水偏少510%。 统计资料和气候变化研究结果显示。全国范围水资源总量变化不大，而北方地区持续出现的枯水年份和近年来水旱灾害发生频率加快、危害程度加剧的事实表明，区域性水资源短缺在加剧，水资源的不稳定性在增加。 三、节水高效农业面临的机遇与挑战 1、自然降水转化利用率低，地下水资源过度消耗 因降水集中，排洪量大，又缺乏有效的拦蓄措施，我国降水资源化系数只有约45%。目前全国年农业用水4000亿m3，只占陆地年降水总量的6.5%，占水资源总量的14.2%。我国旱地农业区约有12亿亩，70%分布在年降水250600毫米的北方半干旱和半湿润偏旱区，对农田自然降水的利用率只有50%左右，有限的降水资源利用率低。但在我国华北平原井灌区，由于耕作制度的改变，自然降水的低效利用不能满足农业生产的需要，亏缺部分全靠超采地下水来补充，造成地下水连年连片下降，京津、冀枣衡、沧州、德州的漏斗已连成一片，面积超过3.2万km2，中心处水位降至地面以下7090米，京郊、太原、淄博的一些地段已近疏干。轻视自然降水的高效利用而超采地下水资源已经给我国北方灌溉农业的发展构成严重威胁。 2、农业节水基础设施老化，灌溉用水浪费严重 现阶段我国灌溉农业区面积约8亿亩，耕地灌溉率高达42%，灌溉用水量约3600亿m，占全国用水总量的65%，紧缺的水资源过多消耗于农田灌溉是迫不得已的选择。然而，我国农业灌溉用水中渠灌面积较大，渠灌区渠系损失达50%，农田蒸发损失17%，实际利用量仅有33%，水的利用率和利用效率都很低。另一方面，传统的粗放型灌溉模式导致每亩实际灌水量达到500m3，连同降水超过需水量的1倍，有的超过2倍，浪费极为严重，极大地制约了灌溉农业的效益。 33、农业水资源利用效率和效益低 我国目前灌溉水的利用效率为1.0kgm-3，旱地农田水分利用效率仅有0.45kg/mm亩（0.67kgm-3），农业生产过程中水的利用效率低。我国地下水已开采量占可开采量的31%，占总用水量的20%，其中一半以上用于农业生产，已相当于美国地下水的开采水平，但同美国农业经济发展相比，我国的农业经济发展水平较低，与地下水开采水平不成比例，暴露出用水经济效率低的事实。 4、我国农业用水的格局决定了节水农业的潜力不容乐观 我国农业灌溉中，1999年水稻灌溉面积4.3亿亩，占总灌溉面积的52%左右，用水量7占总灌溉水量的5560%左右，节水潜力最大的稻作区江南和华南地区水资源丰富，虽然水稻节水潜力较大，但水资源较为丰富的南方地区节约的水资源对缓解全国缺水的形势贡献有限。因此，我国节水农业的重点地区广大的北方地区依然面临严峻的缺水形势，对全国农业节水的潜力和前景不宜盲目乐观。 5、节水农业投资不足，投向不适应发展需要 国家虽然水利设施建设方面投入不少，但主要的投向是水利骨干工程，农田配套工程不仅难以列入国家重点建设工程，也没有动员社会资本的投入，节水农业投资严重不足。尤其是全民节水意识不强的当前，需要调整国家投资方向和重点，把投资的重点放在田间工程、节水增收的示范工程和科技创新工程，才能推动节水农业的健康和持续发展。 6、节水与农户的经济利益分离 现阶段我国对节水农业的投入主要通过各种部门、地方、科研或其它项目形式下达、实施，这些项目在促进节水农业发展中起了巨大的积极作用，今后可能仍将是发展节水农业中的一种重要方式。同时，也应清醒地认识到，这种方式看起来国家为农户将节水设施送到了田间，但实质上忽视了节水项目是否增加了农民的收入这一重要问题，使节水的社会目标与农户生产的经济目标脱节。因此，作为农业生产主体的农户既没有节水的积极性，也没有投资节水的实力，即使国家出钱修建的设施也难以充分发挥节水效益。 7、节水农业任务面临重大的战略转移 改革开放以来，特别是1990年以后，由于农业投入的持续增加和技术的不断创新，农业的综合生产能力不断提高，农产品生产全面增长，主要农产品供给由长期短缺转变为总量基本平衡、丰年有余，粮食的自给率达到了99.6%。其它的与人们的生活息息相关的蔬菜、水果、棉花农产品等也都由于各种原因出现了地区性、结构性过剩，短缺时代已经结束，阶段性买方市场开始形成。 随着农业综合生产能力的大幅度提高和城乡居民温饱问题的解决，那种以追求农产品产量最大化为目标的生产方式再也适应不了市场的需要，增产不增收甚至减收的状况也给我们上了一堂生动的市场经济课。在效益最大化的刺激下，农业的商业化明显提高，各地涌现了一批优质农产品基地、高效农业示范区和农业高新技术园区，专业化生产、区域化布局已相继出现，调整产业结构、提高生产效益、增加农民收入、改善生态环境、增强国际竞争力、实现农业和农村经济持续发展已成为农业发展的主要目标。 8在这种情况下，节水农业的任务面临重大的战略转移，即在保证稳步提高粮食生产能力的基础上，由以增产为主要目标转移到提高效益目标上来，走节水高效的道路。 8、资本和技术投入对农业的促进作用显著上升，节水高效农业科技肩负重任 新阶段农产品的增长对资本和技术的依赖程度越来越强。据有关部门分析，1990年农业产出中物质投入消耗只占34.5%，到1995年和1997年相继上升到41.0%和43.2%，但同时，物质投入对农业增长的弹性系数却在下降，资本和技术贡献率则越来越高。 综观当今世界，知识经济加速发展，科学技术发展表现出重大单项技术突破带动行业整体技术的进步和系统化与集成化，并极大地推动了多学科的融合和社会的迅速发展。现代节水高效农业作为一项复杂的系统工程，更体现出对高技术带动下整体技术集成的迫切要求。因此，建立我国现代节水高效农业，必须以节水增效为重点，立足于促进国家节水目标与农民增收目标的有机融合，以减少田间和输水过程中蒸发量的“资源型”节水和降低作物耗水系数的“效益型”节水技术为核心走高技术与大资本结合的道路，实现短缺水资源的技术与资金替代。 四、发展节水高效农业的战略意义 1、发展节水高效农业是保障食物安全的重大基础战略 我国是拥有占世界五分之一人口的大国，粮食需求基数大，确保21世纪的粮食安全是中国政府对全世界的庄严承诺。我国面临巨大农产品需求压力，由于人们对农产品特别是主要食品需求的刚性较强，我们又不能过分依赖国际农产品市场，这就决定了我国农业配置的选择空间不大，农业和农村经济必须立足于国内的农业资源和环境条件。据预测，到2021年我国的粮食总需求将达到6亿吨左右，如要保障我国的食物安全，并不对世界粮食市场造成太大的冲击，那么我国的粮食自给率应控制在95%左右。要达到这一目标，我国粮食综合生产能力应达到5.7亿吨以上，比2021年的4.6亿吨现状增加24%，平均每5年递增5.8%。 “九五”期间我国粮食生产上了一个新台阶，粮食总产达到5亿吨，比“八五”期间提高了10%以上，这一成就说明中国有能力解决21世纪16亿人口的吃饭问题。但同时也应清醒地认识到，未来三四十年我国粮食生产形势的严峻性：一是面临耕地面积减少、农业比较效益降低以及市场冲击等诸多方面的制约因素；二是面临着巨大人口的需求压力和水资源严重短缺的挑战。 9耕地资源有限，通过外延式发展增产粮食受到限制。随着国民经济的发展和农业发展新阶段的到来，农业生产出现了许多新特点和新问题，农业劳动力转移、小城镇建设以及人口的增加，耕地继续被占用的趋势难以避免。据统计，我国现有耕地近10多年来平均以每年0.3%的速度减少。按此速度计算，到2021年我国耕地将累计减少1.1亿亩，而我国三江平原、松嫩平原、黄河三角洲等地区可垦后备耕地资源为2.2亿亩左右，耕地净增加1.1亿亩左右，尚不足以抵消因粮食生产比较效益低于其它经济作物造成的粮食播种面积萎缩。因此，总耕地面积对我国粮食生产来说已成为刚性约束，依靠扩大耕地面积保证未来粮食生产能力的增长已不可能，未来粮食发展将主要依靠提高单位面积产出水平。而提高单位土地面积产出，关键是提高水资源的产出效率，走内涵式节水增产的道路。 我国是一个人口大国，在提高粮食生产能力和保持较高的粮食自给率的同时，也必须提高粮食生产的稳定性。因为粮食生产的稳定是保障食物安全的基础：一是可以保障我国较高的粮食自给率，减少粮食进口的经济压力；二是减轻粮食储备的压力。但是，近年来由于农田基础设施投资弱化，已建农田基础设施老化，功能和效益衰减，加之气候和水资源的不稳定性增加，粮食稳定性受到影响。如2021年因干旱缺水减产250亿kg，加上结构调整等其他因素，全年粮食减收450亿kg，变动幅度达11%。在水资源日益成为刚性制约的条件下，大力发展节水农业，提高农业用水效率是保障粮食生产稳定和国家食物安全的基础。 2、发展节水高效农业是改善生态环境的重要前提 由于过量和不合理用水，不仅是我国水资源短缺的问题进一步加剧，而且引发了严重的生态环境问题。一是由于过量引用地表水，致使河流干涸断流和土地退化，甚至沙化。如由于过量引用黄河水，黄河自1972年发生断流以来的27年间，就有21年出现断流，特别是90年代以来几乎年年断流，最长断流时间达226天，断流距离达700多公里，给黄河沿岸的工农业生产和人民生活造成极大困难。在_内陆河地区，由于上中游大量引水，下游水量大减或完全断流，导致土地退化和沙化。二是过量开采地下水，使地下水位大幅度下降，而引发严重灾害和一系列环境问题。全国出现区域性地下水漏斗56个，总面积大于8.3万km2，造成大批机井、机泵报废，并使提水成本越来越高。由于地下水位大幅度下降，仅辽宁、河北、山东三个省的沿海地区就有8个地市、29个县、112个乡镇出现海水入侵现象，引起8000多眼机井报废，减少井灌面积60多万亩，每年减产粮食2亿多kg，工业产值每年损失3.6亿元以上。甘肃民勤在用上万眼100多米的深井发展灌溉的同时，也带来了每眼水井周围1530km半径内水位急剧下降，使本已非常脆弱的生态环境更加恶化。 10各地实践表明，只有大力发展现代节水农业，有效地减少农业用水数量，才有可能使生态用水得到逐步恢复，使改善生态环境的愿望得以实现。 3、发展节水高效农业是增加农民收入的战略途径 在加入wto的情况下，我国农产品面临的国际市场的竞争日趋激烈：一是由于水源开发成本提高，如继续沿用传统的灌溉方式，其生产成本必将大幅度上升；二是过量采用低质水源，必将降低农产品质量。无论是从降低农产品生产成本，还是从提高农产品质量方面考虑，都应大力发展节水农业。 在农业发展进入新阶段的形势下，提高农业效益、增加农民收入、保护农业生态环境是今后相当长的一段时间内农业与农村经济工作的重点任务。而大力发展节水农业，可有效地降低农产品生产成本，增强农产品市场竞争力，从而使农民收入得到增加。 因此，发展节水农业关系到我国的农业现代化、农业竞争力，是有效应对wto挑战和增加农民收入的战略途径。 4、发展节水高效农业是国家安全战略的重要组成部分 水资源是一种战略性资源，是一个国家的综合国力的基础构件。法国总统希拉克曾在1998年的世界水问题部长级会议上预言：“人类本世纪为能源而战，而下世纪将为水而战”。我国是世界上13个严重缺水国家之一，也是农业水资源严重紧缺的国家。在水资源严重短缺的同时，水资源时空分布极其不均，不仅开发利用难度大，而且水旱灾害频繁，并与国民经济发展布局严重错位。此外，水污染日趋严重，水质不断恶化，使原本紧缺的水资源可利用量下降。所以，中国的水资源问题已经不仅仅是短缺的问题，而是严重的水危机问题。水安全问题，以及由此引起的食物安全和生态安全等问题是事关国家、民族的前途和命运问题，是国家安全和中华民族的伟大复兴大业的重大战略问题。江泽民总书记早在1999年就指出：“水是人类的生命线，也是农业和整个国民经济的生命线”，充分体现了党中央、国务院对水问题严重性的高度重视。而实际上，中国的水安全和国家安全问题的确不容忽视，发展节水农业是国家安全战略的重要组成部分。 首先，建国以来我国水资源开发利用战略是基于和平环境的美好愿望确立的，非和平环境下的战略并没有引起重视。在这种思想指导和近半个世纪来之不易的和平环境下，我国水资源的开发战略几乎全部围绕经济建设和社会发展展开的，成功地解决了占世界1/5人口的温饱问题并跨入小康社会。但是，世界和平并非一帆风顺，特别是国际上的敌对势力遏制中11国的战略不仅没有改变，而且不断升级。在这种情况下，水安全问题和水资源开发战略必须从全新的、甚至是战争环境下的战略来考虑，做出各种紧急状态下水资源，特别是农业水资源利用的方案，保证农业生产提供足够的食物保障，才能真正保证国家安全。如以色列是世界上节水农业最为发达的国家之一，其农业用水策略是基于战争环境来考虑，即：在和平的环境下大力节约农业用水，发展耗水少而效益高的农产品生产，以国际贸易的方式获取必要的食物，走一条贸易节水的道路；而在战争环境下则不惜水资源和经济代价发展农业生产，确保战争环境下必需食物的基本自给。在国际社会中，以色列的水资源开发战略得到许多国家，尤其是发达国家的广泛认同，而他们真实的目的是把他们富裕的水资源当作战略物资，对缺水国家和发展中国家实施经济扩张和控制。从这个意义上说，农业用水和节水战略实际上已经成为事关国家安全的重大战略。 其次，我国农业是用水最多的产业，也是节水潜力最大的产业。目前，农业用水占到国民经济总用水量的70%以上，其中灌溉用水占农业用水90%以上，总量巨大，达36003800亿m3，但利用率却很低，仅0.40.45。如果我们把农业灌溉水的利用率由目前的0.45提高到发达国家的0.7，则仅节约灌溉一项即可减少引水900950亿m3，挤出一部分水用于国民经济的其它重要领域，这无疑对国家安全是一个重大的贡献。 小结 我国未来农业用水总的态势是：水资源总量短缺，增水能力有限，缺水程度加剧，季节性、区域性和结构性缺水严重。而现阶段农业用水的状况是：自然降水和灌溉水的利用率低，水分利用效率和效益不高，在水资源总量短缺的情况下，部分地区和地下水资源过度消耗，引发了严重的水环境问题。与此同时，节水农业发展的政策与机制存在重大障碍，农业节水已经成为保障国家粮食安全、生态安全和水资源安全的重大战略问题。 我国的现代节水农业尚处于发展的初期阶段。抓住经济社会转型的有利时机，加快发展现代节水高效农业技术，建立中国特色的节水高效农业技术体系，是满足未来20年农业与农村经济可持续发展的重大战略，已迫在眉睫，其战略意义重大。 12第二部分 国内外现状与趋势分析 一、节水农业发展的总体态势 1、发展模式 随着全球性水资源供需矛盾的日益加剧，世界各国，特别是发达国家都把发展节水高效农业作为农业可持续发展的重要措施。节水农业发达国家在生产实践中，始终把提高灌溉（降）水的利用率、作物水分生产效率、水资源的再生利用率和单方水的农业生产效益作为研究重点和主要目标，在研究节水农业基础理论和节水农业应用技术的基础上，将高新技术、新材料和新设备与传统农业节水技术相结合，加大了农业节水技术和产品中的高科技含量，加快了传统粗放农业向现代节水高效农业的转变。 在世界范围内，节水农业因不同国家的经济发展水平和缺水的程度不同而存在不同的发展模式。以埃及、巴基斯坦、斯里兰卡、印度等为代表的经济欠发达国家，由于受其经济条件和技术水平的限制，节水农业的发展主要采用以渠道防渗技术和地面灌水技术为主，配合相应的农业措施以及天然降水资源利用技术的模式。而以以色列、美国、日本、澳大利亚等为代表的经济发达国家，节水农业的发展主要采用以高标准的固化渠道和管道输水技术、现代喷、微灌技术与改进后的地面灌水技术为主，并与天然降水资源利用技术，生物节水技术、农业节水技术与用水系统的现代化管理技术相结合的模式。 2、发展方向 农业用水浪费主要发生在渠系输水、田间灌水、土壤储水保水和作物用水等环节。要提高农业水的利用率和生产效率，不仅涉及到提高作物水分利用效率的生理与分子基础，而且与作物高效用水的需水指标、灌溉水土壤水作物水光合作用干物质量经济产量的转化效率、农田生态系统中水分传输和调控机理及区域大气水、地表水、地下水、土壤水的转化过程有密切的关系，同时还涉及到利用现代高技术对农业水资源、土壤水分和作物水分进行监测监控，采集作物对缺水反应的信息并根据作物需水规律进行精量控制用水等一系列与农业节水相关的应用基础理论。 随着二十世纪中叶以来科学技术出现的重大突破，节水农业管理中，大量的借助于土壤水动力学、植物生理学的理论和现代数学方法和计算手段等，试图从整体上和相互作用上考 13虑水土作物大气之间的相互关系，定量描述土壤植物大气连续体中水分、养分运移转化过程，制定科学的水肥调控方案，使农业节水的研究由单纯的实验性质变为一门有较严谨的理论基础和定量方法的科学。计算机技术、电子信息技术、红外遥感技术以及其它技术的应用，使土壤水分动态、水盐动态、水沙动态、水污染状况、作物水分状况、农田微气象数据等方面的监测、采集、处理技术得到发展，并促进农业用水管理水平的提高，进行科学的水管理。材料技术的创新也将会使渠道防渗、管道灌溉、覆膜灌溉、坡面集雨技术产生突破。农业节水由过去丰水高产型灌溉向节水优产型的非充分灌溉，以及充分考虑作物生理特性的主动施加有益亏水度的调亏灌溉，畦灌向喷微灌、单一灌向肥药联用以及多种现代覆盖材料等方面发展和组成现代节水系统工程。 现代节水农业是在传统节水技术的基础上，以高产、优质、高效、安全和改善生态环境与可持续发展为目标，通过应用现代生物、信息和新材料等技术，大幅度提升节水农业的科技水平，促进节水农业技术向着定量化、规范化、模式化、集成化和高效持续方向发展，形成具有国际竞争能力的节水农业高科技产业，实现节水高效农业的跨越式发展。 3、发展阶段 国外十分重视节水农业技术发展阶段及其相关的基础理论研究，并应用这些理论指导节水农业发展，使节水农业技术进步具有鲜明的阶段特征。 首先，在科学规划的基础上，强化农田水利基础设施建设，采用管道与高标准的固化渠道将农业用水输送到田间，以最大限度的减少输水过程的水量损失，提高输水效率。 其次，在田间大面积推广应用现代喷灌技术、微灌技术和改进后的地面灌溉技术以及农业栽培、耕作等农艺节水技术的同时，充分利用天然降水资源，尽量减少农田水分损失，提高作物的水分利用效率。 最后，通过利用现代生物技术与农艺措施，选育和推广种植水分利用效率高的作物品种，调节和利用作物本身的生理功能和遗传特性，最大限度的提高作物水分生产效率。通过深入研究作物水分生理需求与田间水分转化机制，以作物水分信息采集为依据实施精确控制灌溉，并通过灌溉系统的科学管理来提高系统的运行效率，实现农业高效用水。也就是说，在建立了完善的输水系统和采用了先进的灌水技术后，节水农业发展的重点已经由输水过程节水和田间灌水过程节水转移到生物节水、作物精量控制用水以及节水系统的科学管理，并重视农业节水与生态环境保护的密切结合，在现代灌溉管理中考虑环境管理的内容，使之由过去的工程管理、用水管理、组织管理和经营管理这“四大管理”的内容扩充到包括“环境管 14理”的“五大管理”，由单纯的水量管理向水量、水质联合管理转变，注重水环境的监控和保护，以维持灌溉水源的永续利用和提高农产品的质量，这代表了现代节水农业技术的发展趋势与方向 3、中国态势 我国节水农业的工程硬件建设落后发达国家3050年左右，节水农业的基础平台建设和高技术应用的整体水平也与发达国家有较大的差距。我国节水农业的科技发展需要根据中国国情解决3050年以前甚至更长时间以前发达国家就解决了的节水农业工程建设问题，同时还需要追踪国际现代节水农业发展的趋势，关注发达国家目前研究的热点问题。我国节水农业的发展基本处于发达国家经历过的 一、 二、三阶段并成的状态，这决定了目前我国节水农业的发展需要同时考虑渠系和田间节水，同时应用节水灌溉技术、节水生物技术与农艺技术，在大面积、规范化应用常规技术的同时，积极推广较为先进的节水技术和研发节水高新技术的现状，使节水农业技术呈现“金字塔”格局。所以，与发达国家相比，我国节水农业研究的时间跨度更长、研究内容更为广泛。如果仅仅依据国际学科发展态势确定其重点领域和研究内容，满足不了构建具有中国特色节水农业技术体系和大面积发展节水高效农业的需求；如果仅仅考虑中国目前的现状，也不能满足未来发展的需求，必须两者有机地结合和很好兼顾。 我国的农业节水问题已引起党和国家领导人及全社会的高度重视。国家有关部门投入大量资金进行了节水重点示范县建设和灌区节水改造工程项目；“十五”期间节水农业技术体系与新产品被列入国家12个重大专项之一；各省（市、自治区）等地方政府也投入大量资金开展农业节水示范工作。这些工作的开展无疑对节水农业的发展产生了重要的促进作用。但目前对农业节水的应用基础理论研究未给予足够重视，特别是对发展节水高效农业中如何提高农业用水效率这个重大关键过程中的应用基础问题重视不够，农业节水工作还缺乏科学的应用基础理论指导和前沿技术储备。对与农业节水有关的重大应用基础问题还缺少建立在科学试验基础上的探索；对不同区域的灌溉水利用率、渠系水利用率、田间水利用率、降水有效利用率、作物水分利用效率等参数还缺少准确的监测方法和多年的基础数据积累。上述现象严重地制约了农业节水工作的开展。 二、重大技术领域现状与发展趋势分析 目前，国际上现代节水高效农业应用基础、关键技术研究及重大设备与产品研发领域的发展态势是： 1、节水农业研究开始由实验统计性质向具有较严谨理论体系和定量方法的科学转变，农田生态系统中水分迁移模拟与区域作物需水的定量计算模型得到较快的发展，尺度理论将是农业节水领域用定量方法解决实际问题的关键 国内外学者对微域的土壤植物大气系统（spac）水分运移进行了大量研究，但如何应用微观尺度的spac水分传输理论解决流域尺度水转化过程的描述仍有较大距离，这涉及到如何考虑土壤与植被的空间变异性以及水文地质条件的影响，把点上（微观尺度上）得到的模型扩展到面上、区域上应用的问题。为了解决这一问题，有关农田表面的空间变异性、尺度转换、各部分介质的非线性相互作用等将是未来研究的难点。 由于节水技术水平的提高和作物水分利用效率的改善，迫切需要研究农业结构调整、作物布局改变和非充分灌溉条件下的作物需水规律及其区域分布；而且过去有关作物需水量的研究以单点和单一作物的计算模型较多，对于区域多种作物组合的需水量计算还缺少科学的方法。有关作物需水量的计算方法目前应用最多的是penmanmonteith方法，但此方法主要适用于单点的单一作物需水量计算，对于区域多种作物组合的需水量计算首先要根据不同代表点的气象观测资料计算代表点的需水量，然后用插值法绘制区域需水量的分布图，再根据代表点控制的面积用加权平均法确定区域需水量，但这种方法很难克服气象因素和作物需水的空间变异所产生的较大计算误差，没有考虑多种作物组合中作物与作物间的交互作用。20世纪60年代后期遥感技术的应用为用能量平衡法计算区域作物需水量提供了可能，20世纪80年代以后，利用遥感作物冠层温度估算区域需水量分布的研究变得十分活跃，并在一些发达国家得到了大量的应用。但目前在应用上还存在一些技术问题，如计算冠层表面热通量的svat模型参数的空间分辨率问题，陆地卫星热映像（tm）波谱参数和svat模型参数的定量对应关系等。另外，由于作物高效用水理论突破和节水调控新途径的开拓，需要考虑利用作物本身的生理功能挖掘其节水的潜力，减少作物本身奢侈的蒸腾量，传统的按能量平衡理论估算作物需水的方法和在充分湿润条件下获得的作物系数均遇到了严峻的挑战，迫切需要建立作物高效用水和非均匀湿润条件下的需水量计算方法及相应的作物系数值，以满足节水农业发展之需要。 2、水分胁迫对作物的后效性影响及其提高水分生产效率的机理已成为当前研究的热点，作物高效用水生理调控与非充分灌溉理论研究不断深入，利用作物生理特性改进水分利用效率（wue）的研究将会更加引人关注 近年来，国内外提出了许多新的概念和方法，如限水灌溉（limitedirrigation）、非充分灌溉（no-fullirrigation）与调亏灌溉（regulateddeficitirrigation）等等，对由传统的丰水高产型灌溉转向节水优产型灌溉，提高水的利用效率起到了积极作用。20世纪70年代以来，大量研究结果表明，植物各个生理过程对水分亏缺的反应各不相同，而且水分胁迫可以改变光合产物的分配。同时一些研究还表明，水分胁迫并非完全是负效应，特定发育阶段、有限的水分胁迫对提高产量和品质是有益的。植物在水分胁迫解除后