1 水稻节水灌溉技术研究进展

由于水资源短缺等原因，我国的水稻灌溉技术研究一直处于世界较为先进的行列。特别是20世纪80 年代以来，各级政府对水稻节水灌溉技术的研究与应用极为重视，取得了一批重大的科研成果[1]。目前，各地根据不同的自然条件，在试验研究基础上，发展了水稻控制灌溉技术，薄露灌溉技术，薄、浅、湿、晒灌溉技术，水稻叶龄模式灌溉、旱育稀植以及覆膜节水灌溉等技术[1-2]。

水稻浅湿灌溉其特征是浅灌与湿润结合，适时晒田，浅湿交替，浅、湿、干灵活调节，使稻田水分多样化。它是一种促控结合、适时供水调氮的灌溉技术。多年试验表明[2]该技术可以较充分利用降雨，节水效果比较显著，但该技术在降雨丰富的地区，降雨有效利用量还没达到最优化，生理生态上还具备很大的节水潜力。

水稻控制灌溉节水技术最先是由河海大学农田水利工程系李寿声和山东济宁市水利局徐国郎等合作研究提出的[1-2]，在全国得到了较大面积的示范推广。水稻控制灌溉返青后不再建立水层，这在水稻灌溉理论上是一个突破，实现了既节水又增产，水分生产效率成倍提高。控制灌溉不适合在盐碱地区和易盐碱地区以及干旱、半干旱地区采用，因为大气蒸发引起的非饱和毛管的向上水流会导致土壤表层积盐，而且没有足够的水量淋洗以促使土壤脱盐和淡化。

水稻薄露灌溉，以及水稻“薄、浅、湿、晒”灌溉也得到了较大面积的推广，它们适用于气候湿润、地势平坦和土质肥沃粘重地区。水稻叶龄模式灌溉和水稻旱育稀植节水灌溉是根据作物需水规律及当地供水条件，为了有效地利用降水和灌溉水，获取农业的最佳经济效益、社会效益、生态环境效益提出来的。

国外也有一些国家发展了比较成熟的水稻节水灌溉技术，日本水稻节水灌溉技术主要有强调前期以“露”为主、中后期浅水灌溉结合的原灌溉法和地膜覆盖旱作等节水技术。印度多采用水稻间歇灌溉技术，埃及则利用缩短水稻生长期的方法达到节水目的[1-3]。

不过，大水漫灌、过度淹灌等现象仍广泛存在于我国的稻田灌溉中。据统计，我国西南地区稻田灌溉用水量为9000～13500 m3/ hm2 , 西北地区为15000～22500m3/ hm2 ，远远高于当地水稻实际需要灌水量[4]。 随着节水观念深入人心以及水稻节水灌溉技术的进一步推广和发展，这一局面必将得以改善。

从国内外总体趋势上看，水稻节水发展的重点已经由输水过程节水和田间灌水过程节水转移到生物节水、作物精量控制用水以及节水系统的科学管理节水，并重视经济持续性、社会持续性和资源环境持续性的密切结合，这也代表了水稻生态节水技术的发展趋势与今后的研究方向。

2 水稻生态节水的重要性

我国是世界上最大水稻生产国和消费国，全国水稻产量约占粮食作物总产量的40%，水稻种植面积达600多万hm2，约占全国粮食作物总面积的28%，为我国粮食安全提供了有力保障。水稻的种植需要大量水资源的支撑，我国水稻用水量占到总用水量的45%以上。但我国农业水资源十分紧缺，严重制约了我国水稻生产的可持续性发展乃至国民经济的可持续性发展。据统计，20世纪90年代以来，平均每年因旱受灾的耕地达2000多万hm2，正常年份和较旱年份，粮食减产100～250亿kg，遇到严重干旱年份粮食减产高达近500亿kg[5]。目前全国每年缺水量近400亿m3，其中水稻灌溉缺水约200亿m3，约占全国总缺水量的50%左右，这也是造成全国水稻总产量减产的主要因素之一。另一方面，现有的水稻节水技术大多只关注了节水而忽视了我国农田生态环境的脆弱，没有做到经济、生态、社会三大效益有机统一，致使稻田中相当一部分溶解于水中的化肥、农药随排水、侧渗或垂直渗漏，对地下水和江河湖泊造成了严重污染，同时不科学的节水灌溉还导致大量水生病害的传播，直接影响了人类健康[6]。因此，研究以生态安全、高效用水理论为核心的水稻生态节水灌溉模式，对进一步提高水稻产量，改善农田生态环境和保障粮食安全均具有重要的现实意义。

水稻在长期的系统发育过程中，形成了不同于旱作物的喜水耐湿特性。水稻淹水栽培的生态原因主要是为了增加土壤养分，改善田间小气候和防治杂草病虫害等[6-7]。尽管许多学者在研究稻田水层作用时，也认识到了淹水栽培存在许多问题和水稻对水旱环境条件的双重适应性，但绝大多数理论和实践仍未突破“适时晒田”和“适时落干”。而近年来所开展的水稻非充分灌溉试验研究也主要是为了寻求水稻水分生产函数，对如何优化水稻灌水模式，并针对水稻不同生育阶段稻田生态环境变化对水稻产量结构、水田生态环境影响机理以及对土壤肥力和稻作营养元素动态累积的研究还不够[8]。

水稻需水量由叶面蒸腾量、棵间蒸发量和稻田渗漏量三部分组成。棵间蒸发量和田间渗漏量的主要作用是以水调温、以水调气、调节田间小气候以及淋洗盐碱等，这部分水量并不是水稻生长所必需的，有相当一部分水量对水稻生长发育无效。无效蒸腾量的减少，不仅不会减产，反而会有不同程度的增产和优质效应。针对水稻灌溉水资源紧缺，农田生态环境脆弱，水稻灌溉用水浪费严重，水稻生态节水潜力巨大的现状，近年来，我们通过对水稻已有灌溉技术的优化分析，从理论上提出水稻生态节水技术概念，认为水稻生态节水技术应是以生态学原理为指导，在能确保农田生态环境安全和水稻生产可持续发展的前提下，一切农业节水技术与生态环境保护技术密切结合的能够节省水资源或在相同用水量下获得更大综合效益的技术措施和管理手段的总称。2005年以来，我们在江苏南京淳东灌区采用田间试验、室内分析与室内模拟相结合的研究方法，对优化的水稻控灌中蓄生态节水灌溉模式和已有的淹灌和浅湿灌溉灌水模式进行对比，就不同生育期水稻光合效应、干物质累积、产量结构、茎叶穗营养元素动态累积、病虫害、杂草、稻田不同土壤层（10cm和耕作层底层）土壤肥力、稻田的通透性等生长效应、生态效应和经济效应分别加以研究。研究结果表明，控灌中蓄生态节水灌溉模式下重晒处理降雨利用率最大，田间水分生产效率达到1.30 kg/m3，为各处理中最大值；水稻实际产量比淹灌要增产23.8％~33.89％，比浅湿灌要增产3.4％~6.4％，节水、增产效益潜力巨大。随着水稻生长发育，在不同灌水模式下稻田小气候发生显著改变。控灌中蓄灌水模式下水稻株间空气湿度减小，昼夜温差变大，抑制了田间病原菌的繁殖和传播，水稻病虫害大大减少，病株率从11.27 %下降到3.11%。同时，控灌中蓄处理能很好抑制稻田水生或沼生杂草（如野茨菰、鸭舌草、水花生）的生长，总的杂草数量也少于淹灌和浅湿灌处理。

3 粮食安全问题产生的原由

3.1 人口增长与耕地减少

据预测［9］，到2033年中国人口将达到人口峰值14.8亿。在人口不断增长的背景下，加之工业化、城市化速度的加快，致使我国耕地面积逐年减少。资源普查结果表明，自1957年来，中国耕地面积已经历了连续40多年的减少期，累计减少耕地2千万公顷(3亿多亩)，以目前生产力水平计算，相当于丧失粮食生产能力2.7亿吨。有预测表明［10］，到2010年中国城市化率将达到38%，到2030年将达到50%。由于城市化、工业化发展及人民生活水平提高，农用耕地面积必将进一步减少[11]。从目前开始到2030年期间，将是中国粮食安全面临的关键时期。

3.2 耕地质量下降

我国耕地中有近1/ 4属于三等或三等以下耕地，150以上坡耕地占14%以上，有机质含量偏低，土壤缺素问题严重，土壤质量限制因素多、面积大等。我国耕地普遍存在重用轻养、耕地质量退化严重，加之片而强调数量的“占补平衡”，耕地总体质量下降，且在一段时间内难以逆转［11］；另一方面，我国各地区均存在不同程度的耕地污染问题，目前我国至少有1300万~1600万hm2土壤受到农药污染，受工业“三废”和城镇生活垃圾污染的耕地面积达587万hm2；引用污水灌溉过程中，大量污水达不到灌溉水质标准也对耕地造成严重污染，耕地质量下降对我国的粮食安全亦构成了严重威胁［12］。

3.3 水土流失

丘陵山区以及库区耕地奇缺，由于人口生存压力及改善生活需要，山农往往毁林开荒，从而引起严重的水土流失。以长江流域为例［13-14］，长江流域总面积约180万km2，水土流失面积50年代为36万km2，目前上升到56. 2万km2，占全流域面积的31.2%，土壤流失量也由10亿吨增加到22. 4亿吨，其中仅长江上游的水土流失面积就达35.2万km2，占全流域水土流失面积的63%，土壤流失量达16亿吨，占全流域水土流失量的71%。

4 粮食安全对策及建议

4.1 控制人口增长

民以食为天，只有有效地控制人口增长，才能够抑制人口对粮食的需求。我国在控制大中城市人口增长方面已取得显著成效，当前的重点是应当加强城市农民工及盲流人群、农村及小城镇和深山区、远山区、库区、边疆草原等因地理原因造成的政策死角地区等薄弱环节的计划生育工作。要控制这些地区的人口增长，关键在于解决贫困、促进这些地区经济发展的同时对计划生育工作给予足够的重视。

4.2 阻止耕地流失

与每年净增1000多万人口起鲜明对照的是，中国的耕地面积也在以年均1000万亩的速度减少。因此，阻止耕地流失也是保证我国粮食安全的重中之重，主要应注意解决以下三方面问题：（1）城市化道路和小城镇建设过多占用耕地问题。（2）交通建设占用耕地问题。公路、铁路建设规划选线应尽量少占用耕地，中东部人口稠密、经济发达地区的道路建设重点应放在原有道路系统的升级改造上，以减少道路建设对耕地的占用。（3）推广节地型农村居民点建设。

4.3 恢复植被、抑制水土流失

总体来说，可以从以下几方面来恢复植被和控制水土流失：（1）恢复中国南方、东北地区的森林、草原植被，使南方、东北受涝地区和北方受旱地区均从中受益，有利于解决中国目前农业生态环境宏观失衡的矛盾。（2）对于迫于生存压力大量开垦的坡耕地、陡坡茶园和经济林引发了严重的水土流失，可以利用丘陵、平原地区的冬闲田资源发展粮食生产，然后通过交换、山区人口异地迁移、合作生产等方式将山区居住人口降到可持续发展水平。

4.4 解决水资源短缺、控制水体污染

解决水资源短缺问题，主要有以下措施与途径：（1）建设绿色水库和地下水库。（2）发展节水农业。（3）加强水资源管理。（4）南水北调工程。

控制水体污染，主要取决于三个方面的努力：一是大中城市的生活污水处理；二是污染型工业企业尤其是数量庞大的乡镇污染型工业企业的污染控制；三是采取应用对环境无害或低害的生物农药、高效低残留农药、生物治虫及发展生态农业、有机农业等措施来减少污染。