龔時(shí)宏，吳文勇*，廖人寬

（中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100048）

“國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”

東北糧食主產(chǎn)區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)與集成應(yīng)用

龔時(shí)宏，吳文勇*，廖人寬

（中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100048）

【編者按】國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“水資源高效開發(fā)利用”重點(diǎn)專項(xiàng)，圍繞中央確定的“節(jié)水優(yōu)先，空間均衡，系統(tǒng)治理，兩手發(fā)力”治水方針開展全景式設(shè)計(jì)，設(shè)置六大任務(wù)板塊，分別為：綜合節(jié)水理論與關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備、非常規(guī)水資源開發(fā)利用技術(shù)與設(shè)備、流域水循環(huán)演變與國家水資源配置戰(zhàn)略、重大水資源配置工程建設(shè)與安全運(yùn)行、江河治理與水沙調(diào)控、水資源智能調(diào)度與精細(xì)化管理。

專項(xiàng)擬依托五大實(shí)踐載體，重點(diǎn)解決四大科學(xué)問題，突破六大重點(diǎn)技術(shù)。其中：五大實(shí)踐載體包括國家實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度，東北節(jié)水增糧和華北節(jié)水壓采行動(dòng)計(jì)劃，新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的城市供水節(jié)水與海綿城市建設(shè)，京津冀、長江經(jīng)濟(jì)帶、“一帶一路”等國家重點(diǎn)經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源安全保障，以及國務(wù)院加快推進(jìn)的172項(xiàng)重點(diǎn)水工程建設(shè)；四大科學(xué)問題分別為變化環(huán)境下的水循環(huán)演變機(jī)理和效應(yīng)、基于“自然-社會”二元水循環(huán)全過程的水資源高效利用理論、復(fù)雜水資源系統(tǒng)多維均衡配置方法、重大水工程性能演化機(jī)理與風(fēng)險(xiǎn)控制理論；六大重點(diǎn)技術(shù)包括重點(diǎn)行業(yè)核心節(jié)水技術(shù)、非常規(guī)水資源經(jīng)濟(jì)開發(fā)技術(shù)、水循環(huán)信息精準(zhǔn)監(jiān)測與預(yù)報(bào)技術(shù)、水資源巨系統(tǒng)多目標(biāo)智能調(diào)度技術(shù)、復(fù)雜條件下的大型水工程安全建設(shè)技術(shù)、河湖綜合整治與水沙調(diào)控技術(shù)。

2016年2月，科技部發(fā)布“水資源高效開發(fā)利用”重點(diǎn)專項(xiàng)2016年度項(xiàng)目申報(bào)指南，設(shè)計(jì)了19項(xiàng)內(nèi)容，最終31個(gè)項(xiàng)目獲得支持，國撥經(jīng)費(fèi)總額達(dá)到8.77億元，占專項(xiàng)總經(jīng)費(fèi)的46%。2016年10月，科技部再次發(fā)布2017年度項(xiàng)目指南，擬再安排31個(gè)項(xiàng)目，國撥經(jīng)費(fèi)概算約5億元，約占專項(xiàng)總經(jīng)費(fèi)26%。

本刊將陸續(xù)對“水資源高效開發(fā)利用”重點(diǎn)專項(xiàng)的項(xiàng)目進(jìn)行介紹和報(bào)道，敬請關(guān)注。

東北是我國糧食主產(chǎn)區(qū)，糧食商品化率超過80%，但畝均水資源量僅為全國平均的38%，農(nóng)業(yè)用水供需失衡、灌溉效率與效益不高、地下水位持續(xù)下降等水問題十分突出，發(fā)展高效節(jié)水灌溉對挖掘糧食增產(chǎn)潛力、保障國家糧食安全具有重要戰(zhàn)略意義。目前，東北糧食主產(chǎn)區(qū)節(jié)水灌溉雖已得到長足發(fā)展，但尚不能適應(yīng)“適度規(guī)?；⑷虣C(jī)械化、高度集約化”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展新常態(tài)的迫切需求?，F(xiàn)階段偏重于田塊尺度節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用雖實(shí)現(xiàn)了灌溉效率的提升，卻帶來區(qū)域尺度耗水失衡及嚴(yán)重的衍生水問題，如何實(shí)現(xiàn)多尺度作物耗水與灌溉供水的協(xié)同均衡調(diào)控是當(dāng)前面臨的重大科技問題，亟需創(chuàng)新多尺度作物耗水協(xié)同調(diào)控理論。2016年8月，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“水資源高效開發(fā)利用”重點(diǎn)專項(xiàng)“東北糧食主產(chǎn)區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)與集成應(yīng)用”項(xiàng)目正式啟動(dòng)。該項(xiàng)目針對東北糧食主產(chǎn)區(qū)水稻、玉米等主要糧食作物，開展高效節(jié)水灌溉理論與方法、關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品、應(yīng)用示范推廣的全鏈條式創(chuàng)新。在基礎(chǔ)理論創(chuàng)新層面，重點(diǎn)突破多尺度作物高效耗水協(xié)同調(diào)控理論與方法；在共性關(guān)鍵技術(shù)層面，重點(diǎn)研發(fā)作物高效耗水耦合調(diào)控、水田生態(tài)灌排、長毛管低壓滴灌、高效低耗噴灌水肥藥調(diào)控、互聯(lián)網(wǎng)+灌溉智能水管理等關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品；在示范集成應(yīng)用層面，建立適應(yīng)規(guī)模化水田、集約化旱田的高效節(jié)水灌溉關(guān)鍵技術(shù)體系與應(yīng)用模式，示范推廣應(yīng)用實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉技術(shù)、農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)技術(shù)與相關(guān)政策機(jī)制的有機(jī)融合，達(dá)到節(jié)水、高效、綠色、生態(tài)的目標(biāo)。該項(xiàng)目的實(shí)施對支撐東北地區(qū)乃至國家糧食安全和水安全具有重要的意義。

該項(xiàng)目由中國水利水電科學(xué)研究院主持，中國灌溉排水發(fā)展中心、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院灌溉研究所、武漢大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、黑龍江水利科學(xué)研究院等18家單位共同參與，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人是龔時(shí)宏研究員，開展時(shí)間為2016年7月到2020年12月，專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)3000萬元。項(xiàng)目技術(shù)路線見圖1。項(xiàng)目從區(qū)域尺度、田塊尺度和集成示范三方面綜合考慮設(shè)置了9個(gè)課題任務(wù)，課題研究內(nèi)容如下：

任務(wù)1 多尺度作物高效耗水理論及灌溉制度優(yōu)化。研究水稻、玉米等主糧作物耗需水過程與產(chǎn)量形成響應(yīng)機(jī)制；研究田間作物與區(qū)域多尺度耗水時(shí)空特征及其多源信息融合反演、需水感知預(yù)測技術(shù)；構(gòu)建面向高效水轉(zhuǎn)化生態(tài)控制的灌溉制度優(yōu)化方法及模式。

任務(wù)2 灌溉多水源優(yōu)化調(diào)度配置技術(shù)與方法。研究基于區(qū)域作物耗水供需平衡的多水源優(yōu)化調(diào)度方法，以及基于水情實(shí)時(shí)感知的多水源灌溉輸配水系統(tǒng)水力控制方法；研究灌溉多水源梯級循環(huán)利用技術(shù)與調(diào)控閾值，開發(fā)灌溉水源高效調(diào)配應(yīng)用系統(tǒng)。

任務(wù)3 規(guī)?；锔咝Ч?jié)水灌溉技術(shù)與產(chǎn)品。研究規(guī)?；锕喔认到y(tǒng)水動(dòng)力學(xué)過程模擬理論和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；研發(fā)規(guī)?；镄滦凸?jié)水灌溉技術(shù)與方法，以及全生育期灌溉智能量控技術(shù)及設(shè)備；構(gòu)建與農(nóng)藝、農(nóng)機(jī)措施相協(xié)調(diào)的規(guī)模化水田標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和管理技術(shù)模式。

任務(wù)4 集約化農(nóng)田多功能噴灌技術(shù)與設(shè)備。研究噴灌系統(tǒng)變量灌溉及多目標(biāo)利用理論與方法，以及水力參數(shù)對水、肥、藥利用效率的影響機(jī)制；研發(fā)噴灌系統(tǒng)多目標(biāo)利用關(guān)鍵設(shè)備及清潔能源輕型化噴灌機(jī)組；提出高效低耗的旱田作物噴灌水、肥、藥綜合施用技術(shù)模式。

任務(wù)5 精量化高效滴灌技術(shù)與產(chǎn)品。研究長毛管低壓滴灌灌水器設(shè)計(jì)理論、制造工藝與工程設(shè)計(jì)方法，以及滴灌農(nóng)田水肥氣熱多過程調(diào)控機(jī)制；研發(fā)規(guī)模化旱田滴灌高效過濾、施肥與調(diào)壓設(shè)備，開發(fā)水肥監(jiān)測技術(shù)與產(chǎn)品；提出精量化高效滴灌系統(tǒng)綜合配套技術(shù)模式。

任務(wù)6 灌溉系統(tǒng)智能調(diào)控技術(shù)與產(chǎn)品。研究建立基于物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、3S 技術(shù)的作物、土壤、氣象等要素多維實(shí)時(shí)監(jiān)測與采集系統(tǒng)；研發(fā)低功耗灌溉智能控制設(shè)備以及互聯(lián)網(wǎng)+灌溉決策支持系統(tǒng)；提出規(guī)?；r(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)化灌溉系統(tǒng)智能調(diào)控成套技術(shù)與產(chǎn)品。

任務(wù)7 節(jié)水灌溉效率與生境效應(yīng)評價(jià)技術(shù)與方法。研究節(jié)水灌溉—用水效率—生態(tài)環(huán)境過程的耦聯(lián)關(guān)系,開發(fā)基于多尺度水轉(zhuǎn)化的用水效率鏈量化表征及生境演變過程模型；研究灌溉用水效率與生境效應(yīng)評價(jià)技術(shù)及方法，提出用水效率提升及生境健康協(xié)同的節(jié)水閾值。

任務(wù)8 水田高效節(jié)水灌溉技術(shù)集成應(yīng)用?；谝?guī)?；锔咝Ш乃詈险{(diào)控、高效節(jié)水灌溉方式、多水源優(yōu)化調(diào)配等關(guān)鍵技術(shù)，集成生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化灌排、農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)等配套技術(shù)，構(gòu)建水田高效節(jié)水灌溉技術(shù)集成應(yīng)用模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管護(hù)機(jī)制，開展示范及應(yīng)用效果評價(jià)。

任務(wù)9 旱田高效節(jié)水灌溉技術(shù)集成應(yīng)用?；诩s化旱田優(yōu)化灌溉制度、高效噴滴灌、智能水管理等關(guān)鍵技術(shù)，集成適水栽培、節(jié)肥減施等農(nóng)藝農(nóng)機(jī)配套技術(shù)，構(gòu)建旱田高效節(jié)水灌溉技術(shù)集成應(yīng)用模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管護(hù)機(jī)制，開展示范及應(yīng)用效果評價(jià)。

項(xiàng)目創(chuàng)新多尺度作物高效耗水協(xié)同調(diào)控理論與方法，開展多尺度作物協(xié)同調(diào)控的基礎(chǔ)理論、共性關(guān)鍵技術(shù)和示范集成應(yīng)用方面的研究工作，促進(jìn)區(qū)域水資源良性循環(huán)；形成一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵設(shè)備和產(chǎn)品，在作物耗水多源數(shù)據(jù)反演、水田新型灌水技術(shù)、長毛管滴灌系統(tǒng)、精量滴灌多過程調(diào)控、噴灌系統(tǒng)變量灌溉、噴灌水肥多目標(biāo)調(diào)控、灌溉系統(tǒng)智能量控、智能監(jiān)控云平臺與支持系統(tǒng)等方面形成專利與軟件，解決東北稻作灌區(qū)節(jié)水、省工、減污和增效的技術(shù)難題；打造一支基礎(chǔ)扎實(shí)的中青年科研隊(duì)伍，完善一批野外試驗(yàn)研發(fā)基地，對我國未來10～20年節(jié)水灌溉學(xué)科發(fā)展具有重要意義。本項(xiàng)目研究成果將實(shí)現(xiàn)作物水分利用效率提高15%以上，灌溉效率提高10%以上，研究成果在東北地區(qū)推廣利用節(jié)水潛力40億立方米左右，糧食增產(chǎn)潛力1000萬噸左右，可促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水、農(nóng)民增收和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和水土環(huán)境保護(hù)，提高人民生活質(zhì)量，保障國家糧食安全。

圖1 項(xiàng)目技術(shù)路線

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.01.111

龔時(shí)宏（1961—），男，研究員，中國水利水電科學(xué)研究院，研究方向?yàn)楣?jié)水灌溉理論與技術(shù)，E-mail: gongsh@iwhr.com。

*責(zé)任作者： 吳文勇（1977—），男，教授級高級工程師，中國水利水電科學(xué)研究院，研究方向?yàn)楣?jié)水灌溉理論與技術(shù)，E-mail: wenyongwu@126.com。