唐致远1，解桂英2，李磊2，顾世祥2
（1云南农业大学，昆明650201；2云南省水利水电勘测设计研究院，昆明650021）摘要：支撑国家和区域性的粮食安全战略、地区特色农业种植是现代农业灌溉技术创新的目标。从单纯的节约农业用水过渡到区域生态系统的水文循环、灌溉节水、化肥农药等面源削减、农田温室气体减排等多方面的综合效应。南方地区稻田实行“湿润灌溉、间歇灌溉、排水与烤田结合”高效节水灌溉技术及水旱轮作制度，结合农村河塘综合整治削减农田排水的污染物，合理布局沟渠、水塘、人工湿地等系统的工程措施，通过植物吸收、水流自净、沉积、清淤等方式达到净化处理的效果。最后，以云南省为例介绍了高效农业节水减排工程的实践探索及存在问题。
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关键词 ：农业节水灌溉；滇中高原；减排；水资源管理；生态灌区
中图分类号：S274，TV21 文献标志码：A 论文编号：2014-0951
基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项“滇池流域水资源联合调度改善湖体水质关键技术与工程示范”(2013ZX07102-006-01)；云南省技术创新人才计划(2011CI092)。第一作者简介：唐致远，男，1992 年出生，湖南浏阳人，硕士研究生，主要从事农业水资源高效利用研究。通信地址：650201 云南省昆明市黑龙潭云南农业大学水利学院2013级农业工程专业，E-mail：526977884@qq.com。
通讯作者：顾世祥，男，1972 年出生，彝族，云南镇雄人，教授级高工，博士，主要从事水资源高效利用与优化配置研究与设计工作。通信地址：650021云南省昆明市青年路376号云南省水利水电勘测设计研究院规划分院，Tel：0871-63191412、68093889，E-mail：gushxang@qq.com。
收稿日期：2014-09-25，修回日期：2015-01-12。
0 引言
在应对全球气候变化和解决区域水资源配置过程中，作物需水既是各类自然生态系统的重要因子，也是全社会的水资源利用消耗大户，因而成为各学科研究的重点之一。农田灌溉已从单一作物需水规律和丰产补水，发展到地理、生态、环境、植物、农业、水利、管理等多学科交叉、技术研发和集成，揭示从作物体到灌区、流域、区域的不同空间尺度，以及从小时作物生理生长实时监测到逐日、月（季）、年等时间尺度的需水规律和综合调控。国家实行最严格水资源管理制度之后，如何将用水总量、用水效率和水功能区纳污等“三条红线”控制，与农业灌溉和高效节水有机结合，支撑南方水资源相对丰富地区的农田水利建设还少有研究。笔者以开展的南方地区农业节水减排规划为基础，在云南省选择小型灌区进行投融资、管养体制、水价形成机制、节水灌溉工程、灌区节水和面源减排效果等的试点，实现“先建机制、再建工程”，总结经验和推广。
1 21 世纪农业节水灌溉的发展方向
中国是一个人口大国，人口、资源与环境问题突出。中国粮食总产“九连增”的同时，粮食进口量、北粮南运等规模也在增大，粮食安全处于紧平衡状态，除了在国外建立粮食生产和供给基地外，更要挖掘国内粮食生产能力，粮食安全要建立在水资源安全的基础上，进一步加强水利建设和提高水资源利用效率，开发西部粮仓等措施，才能发挥出粮食新增的潜力[1]。为保障粮食安全，实现粮食自给率95%的目标，综合考虑了灌溉农业、雨养农业及粮食经济作物种植结构调整趋势，2020、2030 年全国的灌溉面积应分别达到5868.9、5996.8 万hm2，灌溉水利用率较2000 年分别提高10.8%、16.46%[2]。中国工程院院士康绍忠等提出[3-4]，现代农业与生态节水技术创新的主要内容为：植物高效用水生理调控与非充分灌溉技术，作物需水信息采集与精量控制灌溉技术，田间节水灌溉技术设备及新产品，新型节水专用材料与生化制剂，农艺节水技术及新产品研发，现代灌溉系统水量监控与调配技术及新产品，非常规水资源化与灌溉利用技术，现代农业节水技术综合集成模式，农业节水高技术产品产业化等。相应的重大技术课题包括：植物需水模型与区域植物需水分异规律，节水灌溉条件下水转化理论及尺度效应，植物高效用水调控机理与非充分灌溉理论，节水灌溉条件下土壤水肥盐迁移模型与植物水肥盐环境联合调控理论，提高田间灌水效率的理论，区域尺度土壤墒情与灌溉用水动态预报理论，植被建设中的水分承载力与节水型植被建设的生态水文效应，流域尺度生态需水计算与区域多水源优化配置理论，节水灌溉的区域水土环境效应评估与调控等。
国家自然科学基金委第74 期“双清论坛”研讨并凝练出了粮食生产中水资源利用的工程背景和科学需求的关键科学问题[5]，包括作物理想耗水与调控阈值、农田水效率多过程驱动与协同提升、区域水资源水联网精准调配、农业高效用水与生态环境的互馈机制。最终以模块化的集成思路，实现区域尺度农业耗水-水转化-输配水过程的精确表达，提升对农业高效用水过程的认识及调控能力，实现对区域农业水资源精细化管理的决策支持，建设区域水资源高效利用的水联网平台，为开展相关重大研究提供数据支撑。节水型生态灌区就是将水生态文明引入灌区建设中，通过建设环境友好型灌区工程、集成应用先进的灌水技术如水肥耦合及综合调控等、构建健康的灌区生态系统、搭建灌区信息管理平台、丰富节水型生态灌区的特色文化，构建一个工程体系与自然环境协调一致、管理方式与时俱进、水资源高效永续利用、生态系统健康、经济良性循环、具有自身人文景观特色的系统[6-7]。
2 最严格水资源管理制度下的农业节水减排
2.1 水资源高效利用与最严格水资源管理
近一个世纪以来，国际上许多水资源短缺的国家或地区为解决水资源可持续利用问题，制定了各种水资源分配指令或协议，如欧洲水框架指令、南非国家水资源战略、美国科罗拉多流域分水协议、佩科斯河分水协定、巴基斯坦-印度河水共享协定等，这些指令或协议除对各用水区域或用水户进行取用水问题控制之外，还提出了水质目标和下泄生态环境流量要求[8-9]。夏军等指出，“十二五”乃至未来更长一段时期内，中国水资源研究与发展的主要方向之一，是加强水资源开发利用技术研究，提高水资源利用效率，节水农业重点开展深层土壤水分利用技术研究，提高土壤水分利用效率；沿海地区和苦咸水地区通过海水和苦咸水淡化处理利用技术解决部分水资源短缺问题；加强污水处理新技术、雨洪资源化利用手段等的研究，更有效地利用非常规水资源。在增水同时还要实施节水技术和节水管理，进行工业节水技术集成和整合，在农业上实行高效节水灌溉制度，在生活中研发应用新型生活节水器具等[10]。水资源合理配置将流域水资源循环转化为与人工侧用水的供、用、耗、排水过程相适应并互相联系的一个整体，实现区域之间、用水目标之间、用水部门之间水量和水环境容量的合理调配，其配置方案在分析水资源开发利用、节约用水、水资源保护、供需水预测等基础上形成的总体布局和实施方案，以此为基础，结合主要江河水量分配、河湖库水系连通等成果，形成最严格水资源管理制度的“用水总量控制红线”、“用水效率控制红线”和“水功能区限制纳污控制红线”[11]。要充分发挥用水总量控制指标对区域经济发展和产业布局的基础导向和刚性约束作用，强化取用水管理和计量监测，将用水总量控制和水权制度、年度用水计划相结合，实现从宏观、中观到微观的立体式管理[12]。
2.2 南方地区实行最严格水资源管理的准则
2012 年以来，国家相继颁布了《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》（国发[2012]3 号）、《国务院办公厅关于印发实行最严格水资源管理制度考核办法的通知》（国办发[2013]2 号）和《水利部关于印发落实国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见实施方案的通知》（水资源[2012]356 号）等重要文件，把实行最严格水资源管理制度作为加快转变经济发展方式的战略举措。在经济社会发展和用水需求不断持续增长的形势下，要严格按照水资源承载能力，控制用水总量，提高用水效率，把建设节水型社会作为推进资源节约型、环境友好型社会建设的重要措施，强化水资源保护，保证可持续利用，形成有利于水资源节约、保护的经济结构、生产方式、生活模式，促进生产发展、生活富裕、生态良好的科学发展、和谐发展和跨越发展。针对水资源禀赋条件、开发程度不同的南方地区，无论是最严格水资源管理“三条红线”控制，还是在河流水量分配中，可将流域/区域水资源开发利用程度分为大于40%、20%~40%、10%~20%、小于10%等4 种情景，分别采取“禁止新增、从紧、黄色预警、鼓励开发”新增供水量的不同水资源利用规划准则，以及从“用水效率”逐渐过渡到“用水效率优先，工程供水能力为辅”、“用水定额管理为主，工程供水能力为辅”、“用水定额管理”的不同水资源管理理念。发挥用水定额标准在调控全社会用水效率、控制用水总量过快增长和适应红线控制的约束作用，即各地的“用水定额标准”将逐步变成强制性的标准，纳入水资源管理责任和考核体系内[13]。
2.3 南方地区农业灌溉节水与面源减排技术
根据《全国水资源综合规划》分析[14]，2008—2030年期间，中国农业用水的比重将从62.7%逐步下降到57.7%，对于西部落后省区，农业用水的比重更高。但农业用水量仍高达4437亿m（3 P=75%中等干旱年景），较现状用水增加了19.7%，农业水资源配置中有250亿m3是退换被挤占的河湖生态环境用水和农村生态环境整治，占用水总量的3.3%。全国的农业灌溉面积发展到0.73亿hm（2 其中农田灌溉面积为0.62亿hm2），灌溉面积发展除了东北平原、松嫩平原、长江中下游地区、四川盆地等连片区域外，在吉林西部和云南、贵州、广西等西南光热水土资源条件较好的高原平坝区是重要的后备区，保障国家粮食生产能力再增加500 亿kg 的目标。灌溉水利用系数从0.48 提高到0.62，农业节水潜力为790 亿m3，其中工程措施节水476 亿m3，分别占全社会总结水量的53.0%~57.0%。农业节水量中的60%用于改善现有灌区和新增灌溉面积，约25%用于改善生态环境用水，约15%的水量用于支持工业及城镇生活用水；通过农艺措施、管理措施等多种非工程节水措施，提高水分利用效率，减少无效蒸发，进一步提高农业综合节水能力。
农业节水规划的主要措施有：大中型灌区续建配套与节水改造、高效节水灌溉工程建设、田间节水增效技术、井灌区和重点小型灌区节水改造、牧区节水灌溉和集雨节灌、调整农业布局和种植业结构、旱作节水农业、林果和养殖业节水等8 个方面[15]。在流域/区域水资源配置规划中，农业用水都是关键，既要发展高效节水灌溉面积、保障粮食安全，又要促进地方特色农业种植的发展。通过调整作物结构、提高复种指数和单项作物高效灌溉等措施，合理地节约农业用水。
中共十八大提出了建设生态文明社会目标，水作为生态系统内的重要纽带，水生态文明建设涵盖了水资源、水环境、水生生物、水利用、水管理、水文化等6个方面的20 个指标，其中的用水总量控制达标率、灌溉水利用系数等与农业灌溉密切相关[16]。社会主义新农村建设中的农村用水安全、用水方便是农民生命健康和生活质量的重要评价指标。建立农村健康水循环体系应从农村水资源开发供给、利用、排放和回归等3个方面入手对水资源开发利用的整个生命周期进行合理管理和协调，在村庄下游低洼地带参照人工湿地的分级处理步骤，进行农村生活污水从收集—氧化塘—多级湿地植物吸收—农田灌溉—河道（或水塘再循环利用）的过程，大大削减农村面源入河量[17]。以灌区低洼湿地和水塘为农田回归水汇集区，构建的灌溉—排水—湿地综合管理系统WRSIS，对早稻田排水的TP、TN流失量分别削减了8.1%~17.2%、26.5%~56.0%，晚稻田分别为58.2%~76.7%、17.2%~53.0%[18-19]。针对南方稻麦轮作区提出稻田与明沟湿地协同系统PEDWS，较传统灌排系统减少排水量73.03%，TP、TN流失量分别削减了79.53%、90.17%[20]。
3 云南高原的高效农业节水减排工程探索
3.1 云南省高效农业节水减排的规划布局
云南省地处低纬度高原和纵向岭谷区，受东南季风、西南季风和北方大陆性干暖气团的作用，干湿季节分明、光热水土资源丰富。全省的耕地资源总量为607.8 万hm2，农田有效灌溉面积163.4 万hm2，有效灌溉程度达到了38.6%，已建成大型灌区12 处（设计灌溉面积大于2.0 万hm2）、中型灌区337 处（设计灌溉面积0.067~2.0 万hm2），另有规划新建大型灌区3 处。已建成高效节水灌溉面积10 万hm2，节水灌溉率仅5.9%。为贯彻落实国家最严格水资源管理制度的“三条红线”控制，建设云南高原水生态文明，目前正在全国统一部署下开展“南方地区农业节水减排先行先试”的规划论证及建设工作，包括现状农业用水及水环境调查评价、高原特色农业发展布局、区域农业水资源供需平衡、高效农业节水灌溉排水系统规划与灌排技术选用、农业节水量评估、农田污染物削减评估、投资估算、保障措施如体制机制及政策制定、实施效果评价等部分的分析工作。
结合云南省制定的主体功能区划、水资源分区、水功能分区及农业区划等成果，共筛选出滇池、洱海等16 个高原湖泊区，云龙水库、松华坝水库等44 个重要城市集中式供水水源地，曲靖、蒙开个、昭鲁等103 个大中型灌区分布的高原盆地，作为实施高效农业节水减排的项目区。按照云南省发展高原特色农业的总体部署，因地制宜，充分利用各地的光热土地资源和区位优势，调整作物种植结构，大力发展反季节蔬菜、热带亚热带水果等高附加值的经济作物，采用喷灌、微灌、低压管道灌溉等节水灌溉技术，推行水肥一体化、水稻间歇灌溉等水分管理模式，实施配套灌区田间输配水管网、小型水源工程改造、沟渠塘堰生态化改造等工程。并按照“先建机制、再建工程”的基本原则，以农业水价改革为驱动力，探索各地高效节水减排工程的投融资、管护机制、水权交易等方面的新举措，以水费征收、农业节水和水权转让促进和支撑区域经济社会的可持续发展，最终实现水资源高效利用与优化配置。但是，由于省内灌溉实验等基础资料极为匮乏，还需要工程建成并系统、持续地观测1~3 年后，才能获得工程的节水量、污染物削减量（以TN、TP、COD为代表）等的真实、可靠的评价结果。
3.2 澄江高效农业节水减排试点方案
先行试点的澄江示范项目区位于滇中经济区内的高原湖泊抚仙湖东岸，设计灌溉面积167.33 hm2，采用微喷、低压管道等节水灌溉技术，主要种植高附加值的经济作物蓝莓、蔬菜及绿化苗圃，其中蓝莓118.67 hm2、蔬菜32 hm2、苗圃16.67 hm2。取水水源为虎山小型水库及西龙潭泉水。灌区内共布设了土壤水质监测点8个，入湖河道水质监测点7 个，地下水质监测点3 个；输配水干管18条、总长8.01 km，配套建设排水沟1.24 km，利用废弃水塘改造成灌区退水汇流湿地2 处，工程总投资1083 万元。经对比分析，项目区主要经济作物在示范工程实施前后，灌溉方式从传统的沟灌等地面灌溉改进为微喷、低压管道等节水灌溉技术，节水量达到20%~30%；通过实施水肥一体化高效利用技术、人工湿地净化等措施，提高化肥和农药的有效利用程度，使TP、TN、NH3-NO 等污染物的排放量和入河量削减40%~50%。在项目区设计论证的同时，当地政府和水行政主管部门需积极拓展思路，以农业水价改革和水管体制改革为核心，创新管理体制机制，建立农业高效节水减排工程建设和运行管理的融资及投入机制，项目建设所需资金的60%由各级政府承担，剩余的40%由受益对象（公司）筹资配套。经测算，农业供水成本水价为0.80 元/m3，但水费征收的农业水价制定既考虑高效节水灌溉项目的经济收益性，达到“以水养水、培植造血功能”的良性循环机制，同时又要考虑公司化经营与农户个体的差异性和水价承受能力。地方政府应从项目节水的水权交易获得的经济收益、污染物减排的高原湖泊治理节资等方面，综合平衡经济效益和生态环境效益，通过财政转移支付或定量补助等方式对农户进行补贴，实现整个项目区的和谐发展、共同富裕。
4 结论
现代农业灌溉技术创新的目标是支撑国家和区域性粮食安全、特色经济作物种植。在最严格水资源管理背景下，南方地区稻田实行“湿润灌溉、间歇灌溉、排水与烤田结合”高效节水灌溉技术及水旱轮作制度，结合农村河塘综合整治的农田排水污染物削减，合理布局沟渠、水塘、人工湿地等工程措施，通过植物吸收、水流自净、沉积、清淤、回用等方式达到净化处理的效果。在云南省澄江县抚仙湖北岸的示范工程方案表明，工厂化种植大户引入和经作物结构调整，农业节水和污染物减排的定量分析效果显著，但也存在新建管养机制、水价负担、生态效益补偿支付等问题。
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