西北典型农区高效节水灌溉技术与集成应用

　　“西北典型农区高效节水灌溉技术与集成应用”（项目编号：2016YFC0400200）是国家重点研发计划“水资源高效开发利用”专项在农业节水领域首批启动项目，项目经费3000万元。本项目由西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院蔡焕杰教授主持，项目集合了西北农林科技大学、武汉大学、中国农业大学、江苏大学、中国农业科学院农田灌溉研究所、内蒙古农业大学、宁夏水利科学研究院、西安交通大学、新疆自治区水利科学研究院、甘肃省农科院等一批节水灌溉领域的优势单位。

　　水资源短缺是制约西北地区经济社会可持续发展的重要瓶颈。实施节水灌溉，提高作物水分利用效率已经成为缓解该区水资源短缺的重大战略举措，也是支撑我国目前和未来该区现代农业适度可持续发展的公益性关键技术。项目针对西北典型农区干旱缺水与生态环境脆弱并存，农业用水浪费严重，主要粮油作物和经济作物水分利用效率较低的实际，以提高作物水分利用效率和降低农业用水总量为目标，按照应用基础研究、关键技术与产品研发、区域技术集成与示范应用科技创新链条，重点研究作物高效用水机理与调控，研发绿色高效节水灌溉装备和灌溉输配水系统与田间工程关键技术，在陕西、甘肃、宁夏、新疆、内蒙古等省（区）建立具有明显区域特色的节水灌溉技术试验示范区，进行技术集成与示范应用，建立不同区域典型作物节水灌溉制度，提出不同区域节水灌溉系统技术解决方案与标准体系，形成相应高效节水灌溉技术模式，推动西北地区全面实施规模化高效节水灌溉行动，提升节水灌溉领域自主创新能力。

　　项目立足西北典型农区，以“机理识别-技术创新-设备研发-集成应用”为主线，融应用基础研究、关键技术与产品研发、技术集成应用于一体，开展作物高效用水机理与调控、绿色高效节水灌溉装备研制与开发、灌溉输配水系统与田间工程关键技术、典型农区节水灌溉技术集成创新与应用4个方面研究，项目技术路线如下。

　　研究不同水分条件下作物相关代谢调控基因/蛋白的表达和鉴定，探究作物节水增产相关的生物学调控机制；研究作物在不同时间-空间水分胁迫环境下的水分利用与产量形成过程；研究作物水分胁迫环境下产生的生长、光合和代谢补偿的类型、强度与产量形成过程的生理转换机制；研究水分胁迫条件下作物体内水分来源及根系吸水活跃区，探明不同生育期农田灌溉合理计划湿润层的土壤水分调控深度；研究作物根区环境及加气灌溉对土壤特征、作物生长、产量和品质影响；研究西北地区主要作物需水量时空变化规律。

　　根据西北农区水源条件和作物特征，开发精量水肥一体化灌溉技术与水气耦合灌溉技术；研究高弹性PE高分子树脂配方、基于PE同性材料的弹性变形压力补偿式滴头、新型微孔迷宫流道滴灌带生产线与产品；研究高效过滤技术与清洗装置，开发高效过滤装置；开展滴灌控配水设备的结构设计和流量调节方式、工作原理等技术研究，开发具有多变流量、抗堵塞功能的滴灌控配水设备；研发适用于西北典型农区的多功能折叠桁架式平移喷灌机；研究变工况下光伏水泵内部流动机理，提出不同扬程光伏水泵的设计方法，开发多工况高效太阳能泵。

　　针对从水源到田间输配水过程中水量损失主要环节，重点研究寒冷地区灌区输配水渠道防渗防冻胀结构型式及材料性能指标；研究灌区尺度内高效节水的田块规格和合理的田间渠系布置模式；研究从水源调度到骨干渠系、田间渠系优化配水和灌溉制度优化的全灌区协调的整体调度与配水模式，集供需水中长期预测、实时预测、短期渠系动态配水与调度方案实时修正为一体的灌区全过程滚动配水技术；研究开发出适用于西北多泥沙灌区缓坡渠道的新型量水建筑物；研制灌溉系统水量监测信息传输技术与低成本自动量水设备；开发灌溉用水效率计算模型，提出灌溉用水效率的快速测评技术。

　　针对西北典型农区实际，以区域主要粮油作物和特色经济作物为研究对象，针对陕北黄土高原特色经济林、内蒙河套灌区粮经作物、宁夏扬水灌区经济作物、甘肃内陆河区制种玉米和温室作物、南疆绿洲主要作物分别开展节水灌溉技术集成创新与应用，重点开展区域水土资源优化配置、典型节水高效灌溉制度、适宜的节水灌溉技术及其配套技术研究，建立试验示范区，进行技术组装集成与典型示范，探讨节水灌溉技术应用保障机制，形成不同区域节水灌溉综合技术解决方案与标准体系。

　　项目探索以节水灌溉试验站为依托、以“高等院校+科研院所+地方农业与水利技术推广部门+分散农户+国有农场或公司”为主要特征的干旱内陆区农业节水综合技术应用示范合作机制与组织模式。项目有效地将基础研究、技术与产品研发、技术集成与应用融为一体，通过技术示范，促进技术成果转化，辐射带动区域主导产业发展，实现经济、生态和社会效益的协同提升，可有效避免技术“碎片化”，改变以往基础研究与技术集成示范相对分离的现象。项目课题设置以西北典型农区优势粮食作物和特色经济作物产业发展为主线，开展节水灌溉技术创新和集成示范，紧扣生产实际，解决农业生产面临的实际问题。项目集成创新灌溉节水和降水资源利用技术，建立基于土壤水分消耗与补给相平衡的黄土高原特色经济林综合节水技术模式。针对河套灌区盐渍化问题，提出地面畦沟灌、膜下滴灌及地表水、地下水联合灌溉技术模式。针对高含沙水特征，构建适用于喷、微灌的复杂水质（高含沙水、藻类及微生物）综合净化处理技术模式。针对极端干旱南疆绿洲区，集成作物生理、化学、工程、管理调控措施，耦合水、盐、热关系，构建“节水、增效、优质”的典型经济作物水肥高效利用技术模式。项目将为西北典型农区提供具有针对性的技术措施和节水灌溉综合技术解决方案。

　　通过项目实施，阐明主要作物高效用水机理，完善作物节水-优质-高效水分调控体系，形成适宜西北典型农区的绿色高效节水灌溉装备和输配水新产品、新设备10套。在陕北黄土高原、甘肃内陆河区、宁夏扬水灌区、南疆绿洲灌区和内蒙河套灌区建立5个节水灌溉技术试验示范区，核心示范区面积2500亩（每个示范区面积500亩），技术辐射推广面积20 000亩以上（每个示范区4000亩以上）。技术成果应用后，与示范区所在区域当前最好水平相比，作物水分利用效率提高15%以上，灌溉效率提高10%以上。建立不同区域典型作物节水灌溉制度，提出节水灌溉系统技术解决方案与标准体系。培养研究生和青年学术骨干140名，培训农民5000人次以上，形成8个左右具有区域特色的节水技术创新团队，凝聚一支100人左右的技术创新队伍。项目实施可为节约农业用水、缓解该区水资源短缺提供重要科技支撑，为该区节水灌溉的发展起到重要引领和示范作用。