“节水农业技术研究与示范”是“九五”国家重点科技攻关计划项目研究成果。

　　该项目从发展我国节水高效农业的总体思路出发，以提高灌溉水利用率和农田水分生产效率为核心，以节水、增产、增效为目标，选择节水农业技术领域内的重大关键技术进行突破，将工程节水、农艺节水、生物节水、水管理节水等节水技术交互融合、有机地联系起来加以研究，研制开发节水灌溉关键设备和改进产品性能。项目以我国水资源最为紧缺、生态环境最为脆弱、节水潜力最为显著的西北和华北地区作为重点，突出对先进实用技术的试验示范，强调节水灌溉设备的标准化、系列化和产业化，注重对科技成果的转化及辐射推广应用，将节水灌溉设备和产品研制与产业化开发、节水农业高新技术研究与试验示范区建设紧密结合，形成了适用于我国不同地区的节水农业技术体系。

　　经过5年的试验研究和示范区建设，项目共取得重大研究成果35项，研制开发和改进19种节水灌溉新产品，提出5类组装集成的节水农业技术体系，发表科技论文344篇、专著6部，建成12个不同类型的试验示范区，总计工程面积1342hm²(2.01万亩)。在研发和改进的19种节水灌溉新产品中，有13种产品已实现产业化，7种产品获国家实用新型专利，这些节水灌溉新设备、新产品的问世促进了我国喷微灌系统同类产品的升级换代，并部分替代进口产品，新产品(设备)已在全国17个省(自治区、直辖市)得到推广应用。组装集成后形成的5类先进实用的节水农业技术体系，即高含沙水滴灌净化处理技术、激光控制土地精细平整及田间节水灌溉新技术、节水高效灌溉制度与灌溉水管理新技术、节水灌溉与农业综合配套技术和人工汇集雨水高效利用技术，已在全国11个省(自治区、直辖市)得到应用。研究成果已通过科技部组织的验收鉴定，成果达到国际先进水平。其中“喷微设备研制”“节水灌溉与农业综合技术”“激光土地精细平整及波涌灌成套技术”等3项成果，被评为“九五”国家重点科技攻关计划优秀科技成果，参加本项目的4名科技人员获先进个人称号，受到科技部、原国家计委、财政部、国家经贸委的共同表彰。

　　项目研究成果不仅提升了我国在节水农业技术领域的研究水平和科技含量，而且为我国农业的可持续发展提供了成套的技术与设备支撑条件，具有十分广阔的推广应用和产业化前景。

　　一、成果的主要内容

　　成果的主要内容包括新产品、新设备研制开发、节水高效灌溉新技术、试验示范区建设三个方面。

　　1.新产品、新设备研制开发

　　(1)喷、微灌设备的研制与改进
　　我国喷、微灌系统配套性差，主要喷微灌器材品种少，质量低，可靠性差，直接影响到喷微灌系统的运行性能、使用效果和寿命。该技术针对这些问题开展研究工作，研究的目的在于提高喷微灌系统的配套程度、运行可靠性和使用寿命。在研制开发的14种喷微灌设备和设计软件产品中，微灌用组合式旁通、水力驱动施肥泵、节水灌溉用压力调节器、折射式微喷头、喷灌用调压给水栓等5种产品获国家实用新型专利，喷灌外混式自吸泵、喷灌系统新型金属快速接头、微灌系统旋转式微喷头、恒压喷灌设备等4种产品的性能达到国际先进水平，山丘区喷灌专用设备、水动反冲洗沙过滤器、平面迷宫式滴头、毛管移动机具、滴灌系统设计CAD软件等5种产品为国内领先水平。研制开发的设备(产品)在采用优化设计、改进模具制作加32212艺、新技术与新材料的使用等方面，取得了重大进展，如改进了折射式微喷头的折射面和出水流道设计，实现了低雾化、大射程、喷洒较为均匀的目标。两种微喷头的制造偏差(流量偏差系数)小于4%，达到国家A类产品的指标。研制了5种规格型号产品，有利于用户选择使用；喷灌外混式自吸泵在大量试验的基础上，采用CAD优化设计方法优选回流孔的位置和尺寸，较好地解决了自吸泵效率与自吸性能之间的矛盾。研制成功的3种型号外混式自吸泵的效率比同类老产品提高12%-14%，无故障运行时间超过3000h。同时，采用泥芯涂料、叶片表面进行喷砂处理等工艺，降低了自吸泵过渡表面的粗糙度，改善了其水力性能，改进了泵体的铸造工艺和叶轮、油封等部件的外形及加工工艺，提高了自吸泵的整体性能、效率和耐久性；微灌系统旋转式微喷头采用新型耐磨塑料作为基本原料，使旋转式微喷头的使用寿命超过2000h，超过国家标准规定的1500h要求，高于引进的以色列技术生产的同类产品；恒压喷灌设备的研制，提出了新的调压罐设计理论，据此减少了调压罐的容积，降低造价30%，节能10%以上。

　　(2)田间节水灌溉新设备的研制
　　研制开发的2种田间节水灌溉新设备：地下滴灌灌水器和波涌灌溉设备，均获得国家实用新型专利，产品性能达到国际先进水平。地下滴灌灌水器具有良好的抗负压性能，流量偏差系数为3.81%，达到国家规定的A类产品要求，补偿性能良好，工作压力在30-190kPa范围内流量稳定；波涌灌溉设备波涌阀采用双阀门结构形式，有利于灌区配水自动化过程的实现和正常运行。

　　(3)渠系量水新设备
　　研制开发出3种渠系量水设备，SYZW-1智能化量水仪与WLS-2智能型量水仪，水位测量精度<0.5%，流量测量精度<3%。长喉槽量水槽淹没深度>0.85，流量误差<5%。产品性能均达到国内领先水平。

　　2.节水高效灌溉新技术

　　(1)高含沙水滴灌成套技术
　　根据黄河水沙含量及粒径分布特点，首次研究提出黄河高含沙水滴灌净化处理模式。提出分级处理拦粗输细，粗粒在进入管网前去除，细粒通过滴灌管网进入田间的原则，采用工程过滤与机械过滤结合的四级过滤模式，可将汛期泥沙含量由4-6.5kg/cm³，净化到1.25kg/cm³以下，配合相应的农业技术措施，形成完整的引黄高含沙水滴灌技术体系，取得节水增产的良好效益。该技术在宁夏南部灌区，内蒙古阿左旗荒漠地区建成示范区150hm²，与常规灌水方式比较节水51%-61%，增产效益极为显著。

　　(2)田间节水灌溉新技术
　　田间节水灌溉新技术包括波涌灌溉、水平畦田灌溉和地下滴灌技术。在国内首次系统地开展激光控制土地精细平整技术的田间应用研究。对激光控制平地技术的精度、作业效率、成本费用和经济可行性进行了分析评价，提出了常规机械平地方法与激光控制土地精细平整技术组合应用的模式和控制指标。提出的波涌灌溉、水平畦田灌溉和地下滴灌的设计方法及软件、灌水设计参数、系统评价方法等具有较强的田间实用性，为提高地面灌溉的技术水平提供了科学依据。成果在北京昌平区建成的80hm²试验示范区得到应用，取得了显著的节水增产效益。与传统地面灌相比，果树地下滴灌田间水利用率可提高50%，增产28%。波涌灌溉技术将田间水利用率提高了20%-30%，灌水均匀度达到85%。水平畦田灌溉技术的田间水利用率达80%以上。

　　(3)主要农作物节水高效灌溉成套技术
　　节水高效灌溉成套技术，研究提出了冬小麦、夏玉米、棉花的调亏灌溉指标、适宜调亏期及其土壤水分控制指标，确定了3种作物的水分生理、光合作用、冠层结构、干物质积累等生理生态节水高效灌溉指标，提出了不同节水灌溉条件下主要农作物的经济灌溉模式。成果在山西省霍泉灌区753.3hm²示范区应用，节水增产效益显著。冬小麦全生育期节水45.3%，增产幅度16.2%；夏玉米节水47.2%，增产幅度22.4%；棉花节水50%，增产幅度53.8%。粮食水分生产率达1.83kg/m³。

　　(4)节水灌溉与农业综合配套技术
　　研究提供了适合我国北方地区应用的节水灌溉与农业综合配套技术，提出了节水增产效益突出的4种间套种植模式，以及由水、肥、种、耕作、种植覆盖及化学制剂技术要素组成的8套节水灌溉与农业综合配套技术。成果在河南新乡古寨镇769hm²试验示范区和辐射区内大面积推广应用，小麦、玉米、花生、棉花产量增长40%以上，粮食作物水分生产率平均提高60%以上。小麦水分生产率由0.78kg/m³提高到1.51kg/m³，玉米由0.97kg/m³提高到1.86kg/m³。

　　(5)人工汇集雨水高效利用技术
　　研究提供了不同集流面地表处理技术，提出HEC土与沥青玻璃丝油毡两种新型地表处理材料，提出了适于黄土高原地区应用的3种水窖形式、3种沉沙池结构形式和相配套的防渗抗冻技术、保鲜净化技术，提出了雨水高效利用的农业配套技术和人工汇集雨水规划设计指南。成果在甘肃定西县、陕西富平县建成的166.67hm²试验示范区内得到推广应用，示范区小麦产量4630.5kg/hm²，增产156%。玉米产量6075kg/hm²，增产33.5%。

　　(6)灌溉系统动态配水关键技术
　　研究提出了适合我国国情和灌区实情的基于实时灌溉预报的渠系动态配水技术，墒情模拟及预测模型，墒情及旱情信息的监测和传递技术。在模型手段上有较大改进，解决了无调节能力的灌区配水问题，将随机方法及神经网络法用于源泉出流及作物蒸发蒸腾预测模型，为灌溉量水提供了新理论和新方法。成果已在山西霍泉灌区和其他一些灌区得到推广应用。

　　3.试验示范区建设

　　为开展节水农业技术研究和对取得的研究成果进行示范推广，在西北和华北地区的甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、北京、山西、河南等7个省(自治区、直辖市)建成了12个不同类型的试验示范区，总计工程面积1342hm²，形成辐射区工程面积9081.7hm²，示范区和辐射区取得了显著的节水、增产和增收效益以及社会效益、生态环境效益。

　　二、成果的特点与创新

　　研究成果具有明显的基础研究与生产实践紧密结合、技术集成与试验示范相结合、产品研发与产业化相结合的特点，在节水农业关键技术、节水灌溉产品研发以及项目总体设计方面有所创新和突破。

　　1.在节水农业关键技术研究上取得重大突破

　　①在应用基础研究方面，综合研究了节水高效灌溉条件下主要作物的生理生态指标和生长补偿效应，提出了确定作物关键需水期与节水高效量化指标的理论方法，大田作物调亏灌溉的土壤水分控制指标和作物需水敏感指数，将调亏灌溉机理与调亏灌溉指标相结合，形成了大田作物调亏灌溉成套技术模式。

　　②在高新技术应用研究方面，对激光控制精细平地方法的技术参数和经济指标进行了综合评价，提出了精平技术与常规机械平地技术相结合的农田组合平地方法新概念和新模式；应用随机方法与神经网络法建立的作物蒸发蒸腾量预测和需水模型与水文模型相结合，提出了有明确物理概念和实用价值的农田土壤墒情模拟与预报模型；从理论上提出了泥沙在滴灌系统中的沉淀堵塞规律及相关的数学模型，形成了高含沙水滴灌净化处理技术模式。

　　③在应用技术研究方面，提出了集种、水、肥、耕作、覆盖及化学制剂等要素周年一体化的节水灌溉与农业配套技术模式；将新型集流材料、泥沙净化技术、坡地活动式集雨节灌模式和提水节灌系统相结合，建立了雨水高效利用技术模式。

　　2.在节水灌溉产品研制与改进上取得较大创新

　　①在喷微灌产品研制与改进上，从设计理念、材料、结构、加工工艺等方面改善了产品的整体性能，提高了产品使用寿命，如旋转式微喷头的使用寿命超过2000h，喷灌自吸泵的效率提高12%-14%。

　　②在地面灌溉产品研制上，开发的波涌灌溉设备具有独特的自动切断水流功能和自控能力，填补了国内空白，创制的地下滴灌灌水器可有效地防止因系统负压引起的滴头堵塞现象，达到国家A类产品标准，填补了国内外空白。

　　③在灌溉量配水产品研制与改进上，对灌区量水建筑物长喉槽的体型进行修正与优化，测流误差小于1.5%，研制的新型量水仪表具有将硬件设备软件化的特点，具备较好的区域适用性。

　　3.在项目总体设计思路上具有创新

　　本项目涉及的研究内容之广，学科间的交叉融合之深，研发的节水灌溉产品之多，试验示范区覆盖的省份范围之大，研究成果与示范推广应用结合之紧密，在以往节水农业技术研究项目中属首次。

　　三、成果的推广应用及效益

　　研究提出的5大类节水农业成套技术已在全国11个省份推广应用，面积65.2万hm²灌溉水利用率达到70%，作物水分生产率1.5-1.7kg/m³。几年来累计增产粮食7.15亿kg，马铃薯1440万kg，花生1070万kg，皮棉116万kg，直接经济效益7.14亿元。研发的19种节水灌溉新产品(设备)在全国17个省份累计推广应用22.3万台，控制节水灌溉工程面积29.7万hm²，间接效益1.12亿元。

　　项目研究成果全面提升了我国在节水农业技术领域的研究水平和科技含量，缩短了与国际先进水平的差距。有力地推动了我国节水灌溉产品的产业化进程，促进了产品的升级换代，并部分替代进口产品。提出了适合我国北方地区应用的节水农业成套技术模式，为节水农业技术的发展提供了示范样板。加强了我国科研创新平台建设，培养了具有创新意识和攻关能力的优秀科技队伍。

　　近年来，以该项科技成果为依托，申请获得12个国家各类科技成果转化及推广应用项目的资助，总计推广经费620万元。项目取得的科技成果正在我国节水农业生产实践中得到越来越广泛的推广应用。　■

　　项目组成员名单：
　　钱蕴壁、李英能、杨刚、许迪、徐茂云、王广兴、彭世彰、王长德、张祖新、吴普特、李益农、黄修桥、黄介生、段爱旺、夏自强、龚时宏、黄占斌

　　主要完成单位：
　　中国水利水电科学研究院、水利部农田灌溉研究所、河海大学、中科院水利部水土保持研究所、武汉大学

　　主要成员介绍：
　　钱蕴璧(女)，67岁，教授级高工，曾任中国水利水电科学研究院副总工程师、水利研究所所长。长期从事农田水利、节水灌溉研究工作与实践。近年来，获国家科技进步三等奖一项，水利部科技进步二等奖、三等奖各一项，主编《节水农业技术研究与示范》，是享受政府特殊津贴的专家。

责任编辑 王晓平