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包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030549549
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从事或涉及节水灌溉技术工作的人员，高等院校师生及其他技术人员
内容简介
《粮食主产区适宜灌水技术研究与应用》主要介绍了河南省粮食主产区适宜灌水技术，具体内容包括河南省粮食主产区农业高效用水概况、主要粮食作物节水高效灌溉制度研究、高效节水型种植模式研究、小麦-玉米连作适宜灌溉方式与配套实施技术研究、粮食主产区适宜灌溉技术集成与应用等。《粮食主产区适宜灌水技术研究与应用》理论与实践相结合，内容翔实，层次分明，具有较强的实用。
目 录
目录
**章 绪论 1
**节 问题的提出 1
第二节 研究内容及意义 1
第三节 国内外研究进展 3
一、灌溉工程技术发展现状 3
二、作物灌溉制度及需水量研究现状 6
三、国内外种植制度与种植模式研究现状 7
四、国内外适宜灌溉技术研究现状 8
五、国内适宜灌溉节水关键技术研究现状 9
第二章 研究区概况与试验设计 11
**节 河南省粮食主产区研究概况 11
一、基本情况 11
二、农业灌溉存在的主要问题 15
三、研究任务与技术路线 18
第二节 试验设计 19
一、试验地概况 19
二、试验设计与方法 20
第三章 主要粮食作物需水规律及灌溉制度研究 27
**节 作物需水规律研究 27
一、冬小麦农田供水情况 27
二、夏玉米农田水分供应情况 28
三、夏大豆耗水与水分利用情况 29
四、春甘薯农田水分供应情况 31
五、不同种植模式间农田水分供应状况 32
第二节 冬小麦灌溉制度研究 33
一、作物对水分亏缺的响应 33
二、水分生产函数 53
三、冬小麦节水灌溉制度 55
第三节 夏玉米节水高效灌溉制度研究 64
一、作物对水分亏缺的响应 65
二、水分生产函数 76
三、节水高效灌溉制度 77
第四节 主要结论 80
一、作物需水规律 80
二、冬小麦非充分灌溉制度 81
三、夏玉米非充分灌溉制度 81
第四章 适宜种植模式研究 83
**节 河南省粮食主产区种植制度与种植模式 83
一、复种条件分析 83
二、复种的农业技术 85
三、河南省粮食主产区降水条件对种植制度的影响分析 86
四、不同种植制度间需水与耗水情况 87
五、不同种植模式间水分利用情况 88
第二节 适宜灌溉技术种植制度和模式研究 89
一、种植制度和模式的选定 89
二、河南省粮食主产区灌溉技术的种植模式 89
三、田间管理技术 103
第三节 主要结论 105
第五章 小麦玉米连作适宜灌溉方式与配套技术研究 106
**节 冬小麦喷灌技术试验研究 106
一、喷灌对田间环境与土壤水分的影响 106
二、喷灌条件下不同处理的耗水情况 109
三、喷灌条件下分蘖动态研究 112
四、大田喷灌作物水分生产率研究 113
第二节 畦灌技术试验应用研究 115
一、河南省粮食主产区畦灌现状 115
二、畦灌技术试验应用研究 118
三、畦灌技术要素单因子规律分析 121
第三节 小麦玉米垄作一体化沟灌技术研究 124
一、小麦垄作沟灌技术试验研究 124
二、夏玉米沟灌节水效果及技术 131
第四节 一种基于PLC自动控制的田间识别灌溉系统研究 133
一、土壤墒情监测研究 133
二、一种基于PLC自动控制的田间识别灌溉系统总体框架概况 136
三、土壤墒情识别装置的构成及用途 137
四、自动控制装置和灌水装置构成及用途 138
第五节水肥耦合技术研究 139
一、旱作测土配方施肥技术研究 139
二、水磷耦合试验研究 142
第六节 耕作与覆盖节水及配套技术研究 150
一、深耕技术及其节水效果 151
二、不同耕作方式节水效应研究 153
三、秸秆覆盖与还田技术应用效果 157
四、耕作与覆盖节水及配套技术 161
第七节 主要结论 162
一、冬小麦喷灌技术 162
二、畦灌技术 163
三、小麦玉米垄作一体化技术 163
四、一种基于PLC自动控制的田间识别灌溉系统 163
五、水肥耦合技术 163
六、耕作与覆盖节水技术 164
第六章 粮食主产区适宜灌溉技术集成与应用 165
**节 适宜于小麦玉米连作的高效用水技术 165
一、根据作物的需水规律和特点灌水 165
二、连作周年一体化需水指标 165
三、小麦玉米连作模式适宜灌溉方式 167
第二节 适宜灌溉技术集成 170
一、小麦、玉米垄作一体化节水高效技术集成 170
二、旱地保护性耕作技术集成 173
三、小麦、玉米灌溉自动控制系统技术集成模式 176
第三节 集成灌溉技术效益分析 179
一、小麦、玉米垄作一体化技术 179
二、旱地保护性耕作技术 180
三、小麦、玉米精量灌溉技术 181
第四节 集成灌溉技术推广应用 181
一、小麦、玉米垄作一体化技术推广应用情况 181
二、旱地保护性耕作技术推广应用情况 182
三、小麦、玉米灌溉自动控制技术推广应用情况 183
四、集成灌溉技术综合推广应用情况 184
第七章 主要成果与结论 186
**节 取得的主要成果 186
一、主要技术成果 186
二、主要经济效益 190
第二节 创新总结 191
一、成果的主要特点 191
二、主要创新点 191
主要参考文献 192
**章 绪论 1
**节 问题的提出 1
第二节 研究内容及意义 1
第三节 国内外研究进展 3
一、灌溉工程技术发展现状 3
二、作物灌溉制度及需水量研究现状 6
三、国内外种植制度与种植模式研究现状 7
四、国内外适宜灌溉技术研究现状 8
五、国内适宜灌溉节水关键技术研究现状 9
第二章 研究区概况与试验设计 11
**节 河南省粮食主产区研究概况 11
一、基本情况 11
二、农业灌溉存在的主要问题 15
三、研究任务与技术路线 18
第二节 试验设计 19
一、试验地概况 19
二、试验设计与方法 20
第三章 主要粮食作物需水规律及灌溉制度研究 27
**节 作物需水规律研究 27
一、冬小麦农田供水情况 27
二、夏玉米农田水分供应情况 28
三、夏大豆耗水与水分利用情况 29
四、春甘薯农田水分供应情况 31
五、不同种植模式间农田水分供应状况 32
第二节 冬小麦灌溉制度研究 33
一、作物对水分亏缺的响应 33
二、水分生产函数 53
三、冬小麦节水灌溉制度 55
第三节 夏玉米节水高效灌溉制度研究 64
一、作物对水分亏缺的响应 65
二、水分生产函数 76
三、节水高效灌溉制度 77
第四节 主要结论 80
一、作物需水规律 80
二、冬小麦非充分灌溉制度 81
三、夏玉米非充分灌溉制度 81
第四章 适宜种植模式研究 83
**节 河南省粮食主产区种植制度与种植模式 83
一、复种条件分析 83
二、复种的农业技术 85
三、河南省粮食主产区降水条件对种植制度的影响分析 86
四、不同种植制度间需水与耗水情况 87
五、不同种植模式间水分利用情况 88
第二节 适宜灌溉技术种植制度和模式研究 89
一、种植制度和模式的选定 89
二、河南省粮食主产区灌溉技术的种植模式 89
三、田间管理技术 103
第三节 主要结论 105
第五章 小麦玉米连作适宜灌溉方式与配套技术研究 106
**节 冬小麦喷灌技术试验研究 106
一、喷灌对田间环境与土壤水分的影响 106
二、喷灌条件下不同处理的耗水情况 109
三、喷灌条件下分蘖动态研究 112
四、大田喷灌作物水分生产率研究 113
第二节 畦灌技术试验应用研究 115
一、河南省粮食主产区畦灌现状 115
二、畦灌技术试验应用研究 118
三、畦灌技术要素单因子规律分析 121
第三节 小麦玉米垄作一体化沟灌技术研究 124
一、小麦垄作沟灌技术试验研究 124
二、夏玉米沟灌节水效果及技术 131
第四节 一种基于PLC自动控制的田间识别灌溉系统研究 133
一、土壤墒情监测研究 133
二、一种基于PLC自动控制的田间识别灌溉系统总体框架概况 136
三、土壤墒情识别装置的构成及用途 137
四、自动控制装置和灌水装置构成及用途 138
第五节水肥耦合技术研究 139
一、旱作测土配方施肥技术研究 139
二、水磷耦合试验研究 142
第六节 耕作与覆盖节水及配套技术研究 150
一、深耕技术及其节水效果 151
二、不同耕作方式节水效应研究 153
三、秸秆覆盖与还田技术应用效果 157
四、耕作与覆盖节水及配套技术 161
第七节 主要结论 162
一、冬小麦喷灌技术 162
二、畦灌技术 163
三、小麦玉米垄作一体化技术 163
四、一种基于PLC自动控制的田间识别灌溉系统 163
五、水肥耦合技术 163
六、耕作与覆盖节水技术 164
第六章 粮食主产区适宜灌溉技术集成与应用 165
**节 适宜于小麦玉米连作的高效用水技术 165
一、根据作物的需水规律和特点灌水 165
二、连作周年一体化需水指标 165
三、小麦玉米连作模式适宜灌溉方式 167
第二节 适宜灌溉技术集成 170
一、小麦、玉米垄作一体化节水高效技术集成 170
二、旱地保护性耕作技术集成 173
三、小麦、玉米灌溉自动控制系统技术集成模式 176
第三节 集成灌溉技术效益分析 179
一、小麦、玉米垄作一体化技术 179
二、旱地保护性耕作技术 180
三、小麦、玉米精量灌溉技术 181
第四节 集成灌溉技术推广应用 181
一、小麦、玉米垄作一体化技术推广应用情况 181
二、旱地保护性耕作技术推广应用情况 182
三、小麦、玉米灌溉自动控制技术推广应用情况 183
四、集成灌溉技术综合推广应用情况 184
第七章 主要成果与结论 186
**节 取得的主要成果 186
一、主要技术成果 186
二、主要经济效益 190
第二节 创新总结 191
一、成果的主要特点 191
二、主要创新点 191
主要参考文献 192
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**章 绪论
**节 问题的提出
现阶段，水质性缺水已严重威胁到人类健康、生态系统和食品安全。淡水资源作为一种宝贵的战略资源，在既要繁荣经济、富国利民，又要亟须节约用水、保证水质的今天显得尤为重要。因此，如何通过适宜的手段和合理的措施在不同的领域展开节水工作已上升为攸关国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。
随着社会经济的持续发展，淡水资源、土地资源的日趋紧张和水资源供需矛盾的日益突出，已成为制约农业可持续发展的主要因素。适宜灌溉技术理论就是在这样的背景下提出的。适宜灌溉技术是节水的前提。许迪等对节水的定义有较为全面的界定，即以提高灌溉（降） 水的利用率、水资源再生利用率，以及保护农田水土环境为核心，以灌溉（降水）—土壤水—作物水—光合作用—干物质积累—经济产量形成的循环转化过程和区域农田水循环过程为主线，从田间水分调控、作物耗水生理调节、水肥高效利用、作物品种生理与遗传改良等方面挖掘节水潜力，以及从农业节水对区域农田生态系统产生的潜在影响出发，重点开展与农田水分高效利用及调控、田间节水灌溉与水肥高效利用、农业节水对区域水土环境响应评估与调控、水分胁迫对作物生长的影响及其提高水分生产效率的机理与方法等相关的应用基础理论研究和关键技术及产品研发，研究农田灌溉水循环和农田生态系统耗水中的水分运动与交换、溶质运移与转化、根系发育与植物生长、能量交换等过程间的相互关系及各界面间的转化机制与转化规律。
以河南省为例，截至2008年底，通过大力发展节水灌溉，河南全省发展节水灌溉工程面积达117.6万hm2，占有效灌溉面积的24%，这为2009年严重大旱情况下，小麦获得丰产丰收作出了不小的贡献。与此同时，节水灌溉也使河南省农业用水效率大幅提升，农业用水量占全省总用水量的比例由1998年的72.2%下降到2008年的52%，吨粮用水量由1980年的420 m3下降到2008年的141m3，在农业用水比例大幅度下降的情况下，粮食总产量不但没有下降，反而连年增加。由此可见，发展节水农业、提高用水效率是保证作物稳产增产的重要措施。因此，实施科学合理的节水灌溉是进一步发展粮食生产的重要途径。
第二节 研究内容及意义
我国是农业大国，农田灌溉发展史可以追溯到五千多年以前。在大禹治水的传说中，就有“尽力乎沟洫”“陂障九泽，丰殖九薮” 等有关农田灌溉的内容。在夏商时期，农田灌溉已较为普遍，在当时推行的井田制中，已出现了布置沟渠进行灌溉排水的设施。在周代、春秋战国及秦代时期，我国农田灌溉有了更大的发展，一些较大规模的水利设施修筑完成，有的到现在仍在发挥作用。例如，西周时在黄河中游的关中地区已经有较多的小型灌溉工程，魏国西门豹在邺郡（现河北省临漳县）修引12渠灌溉农田，楚国在今安徽省寿县兴建蓄水灌溉工程芍陂，秦国蜀郡太守李冰主持修建都江堰使成都平原成为“沃野千里，水旱从人”的“天府之国”。之后的秦汉时期、隋唐至北宋及明清两代是我国农田灌溉发展的三个主要时期，其间修筑的一些大的灌区，如关中地区的郑国渠、河西走廊和黄河河套灌区等，都对我国的农业发展起到积极的推动作用，许多工程经过历代不断的改造与完善，至今仍在生产实践中发挥着重要作用。
资料表明，我国多年平均的农业用水量占到全国用水总量的70%左右，其中农田灌溉用水就占到了整个农业用水的91.36%。农业灌溉技术以地面灌溉为主，约占农田总灌溉面积的98%，其渠灌水利用系数低于0.4、井灌水利用系数在0.6左右，与发达国家相比，低了0.2～0.4；同样地，我国的作物水分生产效率约为1kg/m3，比发达国家少了近1.32 kg/m3。我国现行的农作制度基本上还是一种高耗水型种植制度，但我国也有一些节水高产种植典型，其水分生产效率高达1.5～1.8kg/m3，接近节水发达国家水平，这意味着我国存在较大的制度节水潜力。农作制度节水潜力主要来源于以下几个方面：用好天上雨、保住地中墒、适期适度干燥、浇足关键水、优化种植、水肥耦合。例如，对农作制度节水措施进行提升和综合运用，亩节水潜力可达80～100m3。由此可见，建立以水分利用效率（water use efficiency，WUE）为中心的主要区域节水高效种植制度，**限度地提高水分利用率，是化解我国农业水危机、使农业可持续发展的基本途径。
研究表明，正常年份，全国缺水400亿m3，其中农业缺水300亿m3；同时，我国北方黄河、淮河、海河三大流域成为全国严重的缺水区和污染*严重的地区；各区域农田灌溉水利用系数等较国际水平低。河南省粮食主产区年平均降水量为500～800mm，从年降水量平均值来看，其能够维持雨养型农业，使河南省粮食主产区成为我国重要的冬小麦夏玉米连作带。这个地带气候半干旱、光照资源丰富、土壤肥沃，是我国强筋优质小麦的主产区，但该地带冬小麦夏玉米连作区降水量无法满足冬小麦和夏玉米两季作物高产的需求，其他作物（如玉米）生育期也有不同程度的水分亏缺现象。降水主要受太平洋季风的强弱和雨区进退的影响，其在地区上分布不均匀，季节间和年际间变化更是剧烈。全年降水的60%～80%集中在6～9月。季节间的先旱后涝、涝后又旱，年际间的旱涝，多年间的连旱连涝，是长期以来农业生产极不稳定的基本原因。利用水库和地下水进行灌溉是这一地带一年两熟高产的保障。为了能在淡水资源极为有限的背景下更好地实现单位水量作物产量**化和亩均产量的**经济效益，有必要在河南省粮食主产区开展适宜灌溉技术的研究。
灌溉技术的发展使农业生产的基本条件不断发生变化，进而引起农耕制度的不断演进。灌溉的兴起使农田的水分环境得到极大的改善，农田的作物种植结构和种植制度也随之发生了根本性的改变。现代灌溉技术的不断进步，发展出了喷灌、微灌、灌溉施肥等新技术，使得农耕制度向集约、规模方向快速发展。未来的农田灌溉技术仍会不断创新，为了应对水资源短缺不断加剧的现实，农耕制度也会向着节水、自动、工厂化的方向发展，以实现更高的生产效率和经济效率。
研究采用田间节水灌溉试验，结合河南省粮食主产区的区域特点，在畦灌和沟灌等不同的灌水模式下，分析不同灌溉技术条件下的适宜灌水技术参数，探索不同灌溉方式的灌水量、灌水时间及实施办法，提出适宜的灌溉方式与配套技术。然而，不同节水农业措施下的农田的气、热交换规律及水盐运动规律，节水灌溉技术条件下的水肥运动、吸收利用规律，耕作保墒技术与节水灌溉技术的结合，各种单项农艺、节水两方面的实用技术有机地相互配合，构成了一个完整的农业高效用水综合技术体系，真正地实现了既节水又增收，提高了水的利用率，保证了综合节水农业的持续发展。
第三节 国内外研究进展
国内外有关节水灌溉的研究主要针对灌溉工程技术、作物灌溉制度及需水量、作物种植制度与种植模式、适宜灌溉技术、适宜灌溉节水关键技术等方面。
一、灌溉工程技术发展现状
灌溉技术的研究已经有较长的一段历史。就我国目前的状况看，其主要有以下研究成果。
（一）灌溉技术的发展现状
渠道防渗工程技术。渠道是渠灌区的输水通道，其主要作用在于把灌溉水从水源处安全、快速、高效地输送到需要灌溉的田间地头。目前，渠道输水是我国农田灌溉主要的输水方式。传统的土渠输水渠系水利用系数一般为0.4～0.5，差的仅0.3左右，也就是说，大部分水都渗漏和蒸发损失掉了。渠道渗漏是农田灌溉用水损失的主要方面。采用渠道防渗技术后，一般可使渠系水利用系数提高到0.6～0.85，比原来的土渠提高50%～70%。渠道防渗还具有输水快、有利于农业生产抢季节、节省土地等优点，是当前我国节水灌溉的主要措施之一。随着科学技术的发展，我国渠道衬砌逐步由单一材料向复合材料发展，由梯形断面向弧形断面发展，探索出许多结构新颖、省材、抗冻、抗变形、防渗效果好的衬砌方法。
管道输水灌溉工程技术。管道输水效率高、节约能源、占地少、易于管理，但灌溉渠道管道老化已经成为各国共同的发展趋势。管道输水工程投资相对较低，采用聚氯乙烯管道，每亩投资250元左右。以管代渠，可使渠系水利用系数提高92%～95%，单位面积毛灌溉水定额减少30%左右，节约能耗25%以上。输水管道埋于地下便于机耕和养护，大大减少耕作破坏和人为破坏，加之管道输水速度明显高于土渠，所以其灌溉速度大大提高，可显著提高灌水效率，因而其省工、省时、省地、管理方便。我国自20世纪50年代就开始对管道输水灌溉技术试点进行应用，至2002年，我国管道输水面积为600多公顷。该技术除在井灌区得到推广应用外，近年来，在渠灌区和扬水灌区也得到了一定发展。管道输水灌溉技术是北方井灌区未来相当长的一段时间内需要加以推广的主导输水技术。
目前，地面灌水技术是我国应用面积*广的一种灌水技术，也是世界上采用较多的一种灌水方式。到1995年，我国的地面灌水灌溉面积大约占灌溉面积的98.1%，美国为73.6%，澳大利亚和印度达99%，韩国为99.5%，巴基斯坦为100%。地面灌溉因其渗漏费水、灌水不均匀等特点，一度被认为是没有发展前途、落后的灌溉技术。近几年来，国外的经验和国内的大量试验与示范结果表明，改进的地面灌水方法若能合理应用，其田间水有效利用系数就可达0.9以上。目前，国内主要应用了优化的畦灌技术、节水型沟灌技术、地膜覆盖技术、波涌灌技术，以及土地平整、少耕免耕等田间管理技术，还展开了水平畦灌这一先进的地面灌溉技术的田间灌溉试验研究。地面灌溉技术因其投资少、易于操作和管理等优点，很符合我国的实际情况，应得到合理推广和应用。
喷灌工程技术。喷灌是当今先进的节水灌溉技术之一，由于其便于机械化、自动化控制实施灌溉过程，所以其在全世界得到了迅速发展。1987年，全世界喷灌面积发展到0.2亿hm2，1998年我国喷灌面积为86.73万hm2，到2002年，喷灌面积已发展到约230万hm2。我国喷灌技术研究始于20世纪五六十年代，但真正起步却是在20世纪70年代之后。1978年，喷灌技术列入农田水利基本建设规划，其生产能力基本可以满足我国现阶段喷灌发展的需求，甚至还有部分出口。另外，喷灌技术的发展也有局限性，如受风的影响大、消耗大、一次性投资高、管理技术要求高等，因此喷灌技术的发展一定要与经济效益挂钩。对于那些附加值较高的经济作物，可以提倡发展喷灌，但对于大田作物，则要视经济状况而定，特别是对于那些经济尚不太发达的北方山区、丘陵区更需认真考虑。
微灌工程技术。微灌是一种先进的新型节水灌溉工程技术，具有节水节能、灌水均匀、水肥同步、适应性强、操作方便等优点，适用于山区、丘陵、平原等各种地形条件。微灌系统不需要平整土地和开沟打畦就可实现自动控制灌水，大大减小了灌水的劳动强度和劳动量。微灌的不利因素在于系统建设的一次性投资太大、灌水器易堵塞。因此，要因地、因作物、因区域经济而定，同时又要考虑微灌本身属于局部灌溉的特点。自1974年以来，我国微灌技术大致经历了引进、消化和试制，深入研究和缓慢发展，快速发展这三个阶段。目前，在微灌技术领域，我国先后研制和改进了一些微灌设备，总结出了一套适合我国国情的微灌设计参数和计算方法，建立了一批微灌设备企业和一批新的试验示范基地。到2002年，微灌面积发展到了30万hm2。
（二）灌溉技术的发展方向
适宜的灌溉技术是节水农业的核心。将适宜的灌溉技术作为一项革命性措施，需同时把品种改良、耕作制度和施肥方式的改革，先进农业科技的应用，节水工业的发展，以及水利投入、建设、管理和经营制度上的变化一齐抓起来。节水灌溉的技术有多种，但都有其一定的适用范围，必须因地制宜，选择适用于本地区发展的灌溉技术。
选择适宜的灌溉技术首先要考虑当地的水资源状况。水资源源于天然降水，降水入渗地下形成土壤水和地下水，应通过对地表水、土壤水、地下水的合理调控，**限度地把天然降水转化为农业可用的水源。此外，还有经过适当处理的工业和城镇生活排出的污废水，以及具
**节 问题的提出
现阶段，水质性缺水已严重威胁到人类健康、生态系统和食品安全。淡水资源作为一种宝贵的战略资源，在既要繁荣经济、富国利民，又要亟须节约用水、保证水质的今天显得尤为重要。因此，如何通过适宜的手段和合理的措施在不同的领域展开节水工作已上升为攸关国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。
随着社会经济的持续发展，淡水资源、土地资源的日趋紧张和水资源供需矛盾的日益突出，已成为制约农业可持续发展的主要因素。适宜灌溉技术理论就是在这样的背景下提出的。适宜灌溉技术是节水的前提。许迪等对节水的定义有较为全面的界定，即以提高灌溉（降） 水的利用率、水资源再生利用率，以及保护农田水土环境为核心，以灌溉（降水）—土壤水—作物水—光合作用—干物质积累—经济产量形成的循环转化过程和区域农田水循环过程为主线，从田间水分调控、作物耗水生理调节、水肥高效利用、作物品种生理与遗传改良等方面挖掘节水潜力，以及从农业节水对区域农田生态系统产生的潜在影响出发，重点开展与农田水分高效利用及调控、田间节水灌溉与水肥高效利用、农业节水对区域水土环境响应评估与调控、水分胁迫对作物生长的影响及其提高水分生产效率的机理与方法等相关的应用基础理论研究和关键技术及产品研发，研究农田灌溉水循环和农田生态系统耗水中的水分运动与交换、溶质运移与转化、根系发育与植物生长、能量交换等过程间的相互关系及各界面间的转化机制与转化规律。
以河南省为例，截至2008年底，通过大力发展节水灌溉，河南全省发展节水灌溉工程面积达117.6万hm2，占有效灌溉面积的24%，这为2009年严重大旱情况下，小麦获得丰产丰收作出了不小的贡献。与此同时，节水灌溉也使河南省农业用水效率大幅提升，农业用水量占全省总用水量的比例由1998年的72.2%下降到2008年的52%，吨粮用水量由1980年的420 m3下降到2008年的141m3，在农业用水比例大幅度下降的情况下，粮食总产量不但没有下降，反而连年增加。由此可见，发展节水农业、提高用水效率是保证作物稳产增产的重要措施。因此，实施科学合理的节水灌溉是进一步发展粮食生产的重要途径。
第二节 研究内容及意义
我国是农业大国，农田灌溉发展史可以追溯到五千多年以前。在大禹治水的传说中，就有“尽力乎沟洫”“陂障九泽，丰殖九薮” 等有关农田灌溉的内容。在夏商时期，农田灌溉已较为普遍，在当时推行的井田制中，已出现了布置沟渠进行灌溉排水的设施。在周代、春秋战国及秦代时期，我国农田灌溉有了更大的发展，一些较大规模的水利设施修筑完成，有的到现在仍在发挥作用。例如，西周时在黄河中游的关中地区已经有较多的小型灌溉工程，魏国西门豹在邺郡（现河北省临漳县）修引12渠灌溉农田，楚国在今安徽省寿县兴建蓄水灌溉工程芍陂，秦国蜀郡太守李冰主持修建都江堰使成都平原成为“沃野千里，水旱从人”的“天府之国”。之后的秦汉时期、隋唐至北宋及明清两代是我国农田灌溉发展的三个主要时期，其间修筑的一些大的灌区，如关中地区的郑国渠、河西走廊和黄河河套灌区等，都对我国的农业发展起到积极的推动作用，许多工程经过历代不断的改造与完善，至今仍在生产实践中发挥着重要作用。
资料表明，我国多年平均的农业用水量占到全国用水总量的70%左右，其中农田灌溉用水就占到了整个农业用水的91.36%。农业灌溉技术以地面灌溉为主，约占农田总灌溉面积的98%，其渠灌水利用系数低于0.4、井灌水利用系数在0.6左右，与发达国家相比，低了0.2～0.4；同样地，我国的作物水分生产效率约为1kg/m3，比发达国家少了近1.32 kg/m3。我国现行的农作制度基本上还是一种高耗水型种植制度，但我国也有一些节水高产种植典型，其水分生产效率高达1.5～1.8kg/m3，接近节水发达国家水平，这意味着我国存在较大的制度节水潜力。农作制度节水潜力主要来源于以下几个方面：用好天上雨、保住地中墒、适期适度干燥、浇足关键水、优化种植、水肥耦合。例如，对农作制度节水措施进行提升和综合运用，亩节水潜力可达80～100m3。由此可见，建立以水分利用效率（water use efficiency，WUE）为中心的主要区域节水高效种植制度，**限度地提高水分利用率，是化解我国农业水危机、使农业可持续发展的基本途径。
研究表明，正常年份，全国缺水400亿m3，其中农业缺水300亿m3；同时，我国北方黄河、淮河、海河三大流域成为全国严重的缺水区和污染*严重的地区；各区域农田灌溉水利用系数等较国际水平低。河南省粮食主产区年平均降水量为500～800mm，从年降水量平均值来看，其能够维持雨养型农业，使河南省粮食主产区成为我国重要的冬小麦夏玉米连作带。这个地带气候半干旱、光照资源丰富、土壤肥沃，是我国强筋优质小麦的主产区，但该地带冬小麦夏玉米连作区降水量无法满足冬小麦和夏玉米两季作物高产的需求，其他作物（如玉米）生育期也有不同程度的水分亏缺现象。降水主要受太平洋季风的强弱和雨区进退的影响，其在地区上分布不均匀，季节间和年际间变化更是剧烈。全年降水的60%～80%集中在6～9月。季节间的先旱后涝、涝后又旱，年际间的旱涝，多年间的连旱连涝，是长期以来农业生产极不稳定的基本原因。利用水库和地下水进行灌溉是这一地带一年两熟高产的保障。为了能在淡水资源极为有限的背景下更好地实现单位水量作物产量**化和亩均产量的**经济效益，有必要在河南省粮食主产区开展适宜灌溉技术的研究。
灌溉技术的发展使农业生产的基本条件不断发生变化，进而引起农耕制度的不断演进。灌溉的兴起使农田的水分环境得到极大的改善，农田的作物种植结构和种植制度也随之发生了根本性的改变。现代灌溉技术的不断进步，发展出了喷灌、微灌、灌溉施肥等新技术，使得农耕制度向集约、规模方向快速发展。未来的农田灌溉技术仍会不断创新，为了应对水资源短缺不断加剧的现实，农耕制度也会向着节水、自动、工厂化的方向发展，以实现更高的生产效率和经济效率。
研究采用田间节水灌溉试验，结合河南省粮食主产区的区域特点，在畦灌和沟灌等不同的灌水模式下，分析不同灌溉技术条件下的适宜灌水技术参数，探索不同灌溉方式的灌水量、灌水时间及实施办法，提出适宜的灌溉方式与配套技术。然而，不同节水农业措施下的农田的气、热交换规律及水盐运动规律，节水灌溉技术条件下的水肥运动、吸收利用规律，耕作保墒技术与节水灌溉技术的结合，各种单项农艺、节水两方面的实用技术有机地相互配合，构成了一个完整的农业高效用水综合技术体系，真正地实现了既节水又增收，提高了水的利用率，保证了综合节水农业的持续发展。
第三节 国内外研究进展
国内外有关节水灌溉的研究主要针对灌溉工程技术、作物灌溉制度及需水量、作物种植制度与种植模式、适宜灌溉技术、适宜灌溉节水关键技术等方面。
一、灌溉工程技术发展现状
灌溉技术的研究已经有较长的一段历史。就我国目前的状况看，其主要有以下研究成果。
（一）灌溉技术的发展现状
渠道防渗工程技术。渠道是渠灌区的输水通道，其主要作用在于把灌溉水从水源处安全、快速、高效地输送到需要灌溉的田间地头。目前，渠道输水是我国农田灌溉主要的输水方式。传统的土渠输水渠系水利用系数一般为0.4～0.5，差的仅0.3左右，也就是说，大部分水都渗漏和蒸发损失掉了。渠道渗漏是农田灌溉用水损失的主要方面。采用渠道防渗技术后，一般可使渠系水利用系数提高到0.6～0.85，比原来的土渠提高50%～70%。渠道防渗还具有输水快、有利于农业生产抢季节、节省土地等优点，是当前我国节水灌溉的主要措施之一。随着科学技术的发展，我国渠道衬砌逐步由单一材料向复合材料发展，由梯形断面向弧形断面发展，探索出许多结构新颖、省材、抗冻、抗变形、防渗效果好的衬砌方法。
管道输水灌溉工程技术。管道输水效率高、节约能源、占地少、易于管理，但灌溉渠道管道老化已经成为各国共同的发展趋势。管道输水工程投资相对较低，采用聚氯乙烯管道，每亩投资250元左右。以管代渠，可使渠系水利用系数提高92%～95%，单位面积毛灌溉水定额减少30%左右，节约能耗25%以上。输水管道埋于地下便于机耕和养护，大大减少耕作破坏和人为破坏，加之管道输水速度明显高于土渠，所以其灌溉速度大大提高，可显著提高灌水效率，因而其省工、省时、省地、管理方便。我国自20世纪50年代就开始对管道输水灌溉技术试点进行应用，至2002年，我国管道输水面积为600多公顷。该技术除在井灌区得到推广应用外，近年来，在渠灌区和扬水灌区也得到了一定发展。管道输水灌溉技术是北方井灌区未来相当长的一段时间内需要加以推广的主导输水技术。
目前，地面灌水技术是我国应用面积*广的一种灌水技术，也是世界上采用较多的一种灌水方式。到1995年，我国的地面灌水灌溉面积大约占灌溉面积的98.1%，美国为73.6%，澳大利亚和印度达99%，韩国为99.5%，巴基斯坦为100%。地面灌溉因其渗漏费水、灌水不均匀等特点，一度被认为是没有发展前途、落后的灌溉技术。近几年来，国外的经验和国内的大量试验与示范结果表明，改进的地面灌水方法若能合理应用，其田间水有效利用系数就可达0.9以上。目前，国内主要应用了优化的畦灌技术、节水型沟灌技术、地膜覆盖技术、波涌灌技术，以及土地平整、少耕免耕等田间管理技术，还展开了水平畦灌这一先进的地面灌溉技术的田间灌溉试验研究。地面灌溉技术因其投资少、易于操作和管理等优点，很符合我国的实际情况，应得到合理推广和应用。
喷灌工程技术。喷灌是当今先进的节水灌溉技术之一，由于其便于机械化、自动化控制实施灌溉过程，所以其在全世界得到了迅速发展。1987年，全世界喷灌面积发展到0.2亿hm2，1998年我国喷灌面积为86.73万hm2，到2002年，喷灌面积已发展到约230万hm2。我国喷灌技术研究始于20世纪五六十年代，但真正起步却是在20世纪70年代之后。1978年，喷灌技术列入农田水利基本建设规划，其生产能力基本可以满足我国现阶段喷灌发展的需求，甚至还有部分出口。另外，喷灌技术的发展也有局限性，如受风的影响大、消耗大、一次性投资高、管理技术要求高等，因此喷灌技术的发展一定要与经济效益挂钩。对于那些附加值较高的经济作物，可以提倡发展喷灌，但对于大田作物，则要视经济状况而定，特别是对于那些经济尚不太发达的北方山区、丘陵区更需认真考虑。
微灌工程技术。微灌是一种先进的新型节水灌溉工程技术，具有节水节能、灌水均匀、水肥同步、适应性强、操作方便等优点，适用于山区、丘陵、平原等各种地形条件。微灌系统不需要平整土地和开沟打畦就可实现自动控制灌水，大大减小了灌水的劳动强度和劳动量。微灌的不利因素在于系统建设的一次性投资太大、灌水器易堵塞。因此，要因地、因作物、因区域经济而定，同时又要考虑微灌本身属于局部灌溉的特点。自1974年以来，我国微灌技术大致经历了引进、消化和试制，深入研究和缓慢发展，快速发展这三个阶段。目前，在微灌技术领域，我国先后研制和改进了一些微灌设备，总结出了一套适合我国国情的微灌设计参数和计算方法，建立了一批微灌设备企业和一批新的试验示范基地。到2002年，微灌面积发展到了30万hm2。
（二）灌溉技术的发展方向
适宜的灌溉技术是节水农业的核心。将适宜的灌溉技术作为一项革命性措施，需同时把品种改良、耕作制度和施肥方式的改革，先进农业科技的应用，节水工业的发展，以及水利投入、建设、管理和经营制度上的变化一齐抓起来。节水灌溉的技术有多种，但都有其一定的适用范围，必须因地制宜，选择适用于本地区发展的灌溉技术。
选择适宜的灌溉技术首先要考虑当地的水资源状况。水资源源于天然降水，降水入渗地下形成土壤水和地下水，应通过对地表水、土壤水、地下水的合理调控，**限度地把天然降水转化为农业可用的水源。此外，还有经过适当处理的工业和城镇生活排出的污废水，以及具
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