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世界水日|创新灌溉技术,助力农业发展
 
发布时间: 2019-03-22

编者按:2019年3月22日是第二十七届“世界水日”,3月22-28日是第三十二届“中国水周”。今年“世界水日”的宣传主题为“不让任何一个人掉队”(Leaving no one behind)。中国纪念“世界水日”和“中国水周”活动的宣传主题为“坚持节水优先,强化水资源管理”。作为中国水利水电领域的国家级科研单位,中国水科院积极推进联合国可持续发展目标的实现,认真落实党中央、国务院决策部署,践行“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水方针,坚持“水利工程补短板、水利行业强监管”的总基调,在节水、农村饮水安全、水环境与水生态、防洪减灾等领域以科技助力全球目标,不让任何一人掉队。今天,中国水科院特推出“世界水日”系列报道,以期激发社会责任意识,形成全社会更加浓厚的节水氛围。


 


背景情况

2018年,联合国发布的《世界人口展望》报告显示:2017年全球人口为75.5亿;2030年将达到85.5亿,增加10亿人,增长13.2%;2050年将达到97.7亿,比2017年多22.2亿人,增长29.4%。相比之下,全球耕地面积呈微弱增长趋势。一边是全球人口的不断上升,一边是可耕作面积的增长受限,未来如何用有限的资源养活全球人口,成为全球的关键议题。在当前水资源严重短缺、全球饥饿人数不断上涨的情况下,要发展可持续农业,就必须改进农业用水技术,提高灌溉水的利用率。


粮农组织向尼日尔居民提供粮食安全援助,以缓解干旱期 (图片来源:联合国网站)

 

布基纳法索农民在田间用传统灌溉方式劳作 (图片来源:联合国网站)


联合国2030年可持续发展目标中,目标2提出要“消除饥饿,实现粮食安全,改善营养状况和促进可持续农业”,其中包括到2030 年实现农业生产力翻倍、建立可持续粮食生产体系并执行具有抗灾能力的农作方法以提高生产力和产量、加强适应气候变化、极端天气、干旱、洪涝等灾害的能力,逐步改善土地和土壤质量。目标6则提出要“为所有人提供水和环境卫生并对其进行可持续管理”,其中包括到 2030 年,所有行业大幅提高用水效率,确保可持续取用和供应淡水,以解决缺水问题。

根据2017年中国水资源公报,2017年,我国全国用水总量为6043.4亿m3,其中农业用水3766.4亿m3,占用水总量的62.3%,农田灌溉水有效利用系数为0.548,低于发达国家0.80的平均水平。我国水资源匮乏且分布不均、农业灌溉用水利用效率低,大力发展节水灌溉是缓解我国水资源紧张的必然要求,也是构建节约型社会、促进水生态文明发展的重要手段。近年来,我国农田水利建设取得了长足进展。中央加大投资力度,对大中型灌区的节水配套设施和大型灌排泵站进行更新改造,推进了灌区用水计量设施建设。同时,全国各地因地制宜,大力发展以喷、滴灌为主的高效节水灌溉,积极推进东北节水增粮、西北节水增效、华北节水压采、南方节水减排等一批区域规模化高效节水灌溉。

 

致力灌溉技术研究与创新,系列成果亮点突出

在农业节水领域,中国水科院致力于灌溉技术的研究与创新。多年来,瞄准现代灌溉农业可持续和精量化发展目标,开展了系统研究,取得了系列成果,为进一步提高水资源管理、农田水肥利用率和推动喷(微)灌理论、土壤水盐监测等技术进步提供了积极支撑,为全球可持续农业发展目标提供了有效助力。


以精量调控与高效利用为目标的变量灌溉系统

为实现水肥精量调控和高效利用的目标,中国水科院着力研发了变量灌溉系统,突破了喷、微灌技术规模化应用中的关键科学与技术问题。该系统首次采用了非充分变量灌溉技术,发明了变量灌溉水深精准控制方法和传感器布置准则,提升了变量灌溉在水资源紧缺地区的适用性;研发了国内第一台具有自主知识产权的圆形喷灌机变量灌溉系统。目前,该技术已在国内进行了推广及应用。


 

基于土壤可利用水量(AWC)灌溉分区图 自主研发的圆形喷灌机变量灌溉系统


滴灌技术

 

“以供定需”的蒸腾量(ET)水资源管理技术

基于对不同地区、不同阶段目标ET的合理确定,研发了基于目标ET的水资源管理技术,包括基于目标ET的灌溉定额分配技术、基于ET的灌区节水潜力估算技术、基于目标ET的农业节水规划技术以及区域尺度ET用水管理工具4个方面,从而实现“以供定需”的水资源管理,根据资源量来进行需求管理,减少不同地区的耗水量,提高用水效率,使之与当地不同阶段的可利用水资源量相平衡。


基于蒸腾量的农业用水规划与监测

 

区域尺度作物耗水监测之遥感耗水反演技术

作物耗水是系统解决灌区和区域水问题的关键。遥感耗水反演技术将地面观测与遥感技术获取的地表参数多源信息进行融合,通过陆面水文—大气—地表覆被分布式模型,实现对农田以上尺度作物耗水量快速、高效、高时空分辨率的解译。该技术突破了作物耗水遥感卫片处理碎片化的技术壁垒,实现影像全链条一体化的处理系统。目前,该技术已在全国范围内动态更新实际耗水量,在此基础上,在几大典型灌区进行深度研究,覆盖全国典型气候区及典型作物。

 

灌区耗水反演结果

 

多尺度土壤水盐监测预报体系

多尺度土壤水盐监测预报体系的创建垂向上覆盖空-天-地、水平上适合农田-灌域-区域、时间上跨域时-日-年,研发了能够实时快速响应的土壤盐分定位监测产品,融合了多种平台和多类传感器的异源遥感反演诊断土壤水盐信息的技术方法;针对不同的数据源情况和预报需求,研发全过程、分布式的土壤水盐精细化数值预报技术和区域尺度土壤盐渍化的长时段快速预测技术。该技术可应用于点尺度不同深度土层的连续实时监测、盐渍化分布状况的大范围快速诊断、区域水盐迁移过程精准预测和盐分归趋分析、不同气候、种植结构和灌排措施对水盐运动的影响规律分析以及不同灌排模式的节水控盐调控效果评价等方面。


多尺度土壤水盐监测预报体系

 

提升水资源管理,协调水和粮食之间的纽带关系,推广高效绿色发展模式,保证水和土地等自然资源的可持续利用,是水与粮食安全的重要保证。在这方面,中国水科院愿与世界各国分享在农业灌溉领域取得的技术和经验,助力全球可持续农业发展目标,不让任何一人掉队。

 

撰写:郭重汕

技术支持:张宝忠 杜丽娟 栗岩峰 赵伟霞 管孝艳 雷波 魏征

 

 

 
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