北方半干旱地区农业节水 系统理论与综合技术研究与应用

1. 农业节水科技奖项目汇报 北方半干旱地区农业节水系统理论与综合技术研究与应用 华北水利水电学院 中国农科院农田灌溉研究所 武汉大学 中国灌溉排水发展中心 西北农林科技大学 2012年4月

2. 十一五国家科技支撑计划(2006BAD11B05-02) “灌区地下水资源与环境承载力评价指标体系建立与应用研究” 国家“863”高科技计划项目(2002AA2Z4291-1) “集雨多水源优化配置与节灌综合技术研究及示范” 十一五国家科技支撑计划(2007BAD88B02-02) “区域作物高效用水管理体制与运行机制研究 “ 国家自然科学基金（50579020） “农田灌溉用水权有偿转让机制与农民受益研究 ” 项目来源 北方半干旱地区农业节水系统 理论与综合技术研究与应用 总经费超过1000万

3. 中国灌溉排水发展中心 项目主要参加单位

4. 汇报内容 • 一、立项背景 • 二、关键成果 • 三、成果取得方式 • 四、先进性与主要创新点 • 五、推广应用情况与效益 • 六、发展前景

5. 一、立项背景 截至2008年底，全国耕地面积锐减到18.26亿亩，迫近国务院提出的“18亿亩耕地红线”。其中，半干旱地区占37％、干旱地区占31％。该地区面临环境和人口双重压力，问题复杂，矛盾尖锐，生态环境脆弱。开展半干旱地区农业节水技术研究是缓解我国水资源紧缺和确保粮食安全的重要手段。 半干旱地区农业节水是一个巨大的系统工程，涉及学科多，问题复杂，研究难度大，需要组织多学科联合攻关，突破传统理论观念和常规技术，实现节水、避免土地污染、确保粮食安全等目标。 项目通过我国北方半干旱地区节水综合技术研究，建立节水技术集成体系，为实现我国现代化节水农业提供技术支持，同时为国家相关部门在制定规范、条例以及综合规划方面提供理论依据。

6. 1 2 宏观内涵 水量平衡 前面的公式说明了原理，在其基础上要建立实用模型。此模型是在5种类型26个典型研究区基本资料基础上，涉及到的主要因素有土地利用率、复种指数、主要作物耗水量及灌溉模式、管理水平、非耕地耗水量等。在灌区建设、改造调整作物种植时估算用水量变化问题中，都具有有参考意义。 二、关键成果 1. 农业用水量估算新理论—区域水量平衡法 农业用水量估算的区域水量平衡法的理论构建 方法的改进与估算模型的建立 一个区域（灌区）内耕地、非耕地的腾发量和农村人畜用水量总和。 该区域农业用水量等于区域总来水量减去总去水量，加上区域内水资源变化量，减少为正。此公式考虑全区域用水及生态用水问题。 成果验证与应用典型区示意图

7. 80 茎 250 试验场地： 开封惠北水利科学试验站； 兴隆乡太平岗村污灌区； 华北水利水电学院实验室。 根 2 1 4 3 35 叶 2.污水资源化与土壤重金属污染机理及修复 污水灌溉实验 重金属污染在作物中的运移分布规律（图为玉米） 土壤重金属污染预测预警技术 实验表明：玉米各主要器官铅含量存在显著差异，铅绝大部分迁移并积累到玉米根系，其次是茎、叶。这一特征揭示，玉米根系可以作为一种过滤器，来阻止进一步向茎叶迁移，减少其毒害效应。 • 控制污染源； • 种植有较强吸收力的植物； • 施用化学改良剂或混合土层； • 加强食物链调查； • 慎重推广玉米污水灌溉; • 改种非食用性植物。 土壤重金属污染修复技术

8. 水盐平衡原理:想保持灌区长期处于无盐分积累状态，就必须使灌区内的排盐量大于等于引水带入灌区的盐分。水盐平衡原理:想保持灌区长期处于无盐分积累状态，就必须使灌区内的排盐量大于等于引水带入灌区的盐分。 水量平衡原理: 土壤水 地下水 3. 灌区节水防盐灌排制度设计新理论 提出了以农业用水量为依据、以灌区水盐平衡为条件、考虑全灌区用水的灌排制度设计方法。 此部分含典型区具体灌排制度设计，并研制了相应的软件。

9. 基于GIS平台的人民胜利渠灌区水资源承载力评价基于GIS平台的人民胜利渠灌区水资源承载力评价 4. 灌区水资源承载力评价理论、技术与应用 承载力评价指标体系 承载力多目标评价模型 改进粒子群算法求解模型 承载力评价模型的应用

10. 主界面 钻井类型统计 基于ASE控制器的地下水采集控制系统 基于GIS地下水模拟管理系统 5. 节水高效灌溉专家系统 地下水控制部分 硬件产品(专利技术) 软件系统 ASE采集器以其核心技术——可适应策略控制引擎(Adaptive Strategy Engine, ASE)命名，该技术以虚拟解码器为核心，通过用户编写脚本，实现采集控制器的控制策略在线更新，完成各种用户自定义采集控制逻辑。

11. 总体控制系统 软件核心

12. 农业水价计算理论研究 农业水价改革与灌区运行影响因素 1 2 3 合理补偿农业成本水价的综合对策和措施 6.农民对农业水价承受能力与灌区管理体制研究 • CGE模型在水价计算中的应用 • ——人民胜利渠灌区、石津灌区 • 定出农民承受水价补偿亏损额。 • 国家负担补给地下水成本。 • 合理补偿政策水价和成本水价差。 • 政府补贴自然风险成本。 • 占用农业水源者的经济赔偿。

13. 三、成果取得方式 1. 项目研究技术路线 我们的项目研究是理论与应用相结合，在制定工作大纲基础上，边进行理论分析、软件研制，边进行相应的室内外及田间的成果试验与推广，并进行了推广区软件应用的操作人员培训，其研究目标，就是通过我们的成果达到提高农业用水效率、农业产量，改善农业环境和提高灌区灌溉管理水平的目的。本项目是多学科、多方式和强大的研究团队联合完成的。

14. 1）研究报告 2. 成果形式(5类） ★项目研究技术总报告33万余字； ★专题研究技术报告； ★专题观测实验报告； ★我国北方半干旱地区农业节水技术指标体系； ★我国北方半干旱地区农业节水数据库。

15. 2）设备硬件和软件系统开发 ASE地下水 采集控制器 ASE地下水 采集控制软件 可视化灌区实时灌溉 与修正决策支持系统

16. 3）代表性著作

17. 4）发明专利与软件著作权

18. 5）发表论文 项目组成员在以上研究基础上共发表相关论文百余篇， 其中SCI收录7篇；EI收录5篇；一级学报18篇。

19. 四、先进性与主要创新点 项目成果通过了由王浩（中国工程院院士）、茆智（中国工程院院士）、康绍忠（中国工程院院士）、高占义（国际灌排委员会主席）及原农水司司长李代鑫等9位本领域知名专家参加的鉴定，其结论性意见如下：

20. 1 2 3 4 5 6 • 主要创新点 首次提出了用区域水量平衡法估算农业用水量的理论，建立了农业用水量定量计算公式。 首次开展了污水资源化与污灌区土壤重金属污染生态修复技术研究，揭示了重金属污染物在作物体内的分布规律，提出了大生物量非超富集生态修复技术，填补了国内该项技术研究空白。 提出了以灌区水盐平衡为原则的考虑生态问题的灌区节水防盐灌排设计理论及灌排制度设计方法，丰富了灌区灌溉制度设计内容。 提出了灌区水资源承载力评价指标体系，引入改进粒子群算法，建立了灌区水资源承载力多目标评价数学模型及求解方法。 研发了全新的ASE地下水采集控制器等硬件产品及控制软件；研制了相应的交互式、可视化灌区实时灌溉与修正决策支持系统。 首次将改进的CGE模型用于农业水价计算，开展了典型灌区农业水价改革综合分析，提出了合理补偿农业水价的办法和途径。

21. 五、推广应用与效益 项目研究成果2003~2010年间在河南、河北、陕西、山东、北京等地进行了广泛的推广应用，覆盖面积约462万亩。据不完全统计，按效益分摊测算，累计已取得了4.9亿元的节水增产效益和显著的生态环境与社会效益。

22. 六、应用前景 在占全国耕地面积的 64%的北方地区，农业缺水严重，已成为制约农业经济发展、农民增收的重要因素，仅仅依靠工程技术手段来解决农业用水短缺的问题已经远远不能满足现代节水农业的需求。本课题研究成果为我国北方半干旱地区农业节水建设奠定了基础理论，取得的系统科研成果顺应了全国半干旱地区节水技术推广应用的需求，在农业综合节水工程规划、设计、建设与管理中均具有广阔的应用前景。其研究成果在北方干旱地区也同样具有推广应用价值。

23. 汇报结束 谢谢大家！