杜貞棟，黃 乾

(山東省水利科學研究院，濟南 250013)

1 山東省水資源狀況及特征

山東省屬半濕潤季風氣候區(qū)，四季界限分明，溫差變化大，雨熱同期，降雨季節(jié)性強，處于南方濕潤區(qū)和西北干旱半干旱區(qū)的過渡地帶。該地區(qū)多年平均降水量為679.5 mm，汛期6—9月份降水量占年降水量的70%，降水年際變化大，豐枯比高達2.62，平均年徑流深為 126.5mm，年徑流量為198.3億m3。多年平均地下水資源量為165.5億m3，各地地下水賦存狀況相差較大，山丘區(qū)以基巖裂隙水和巖溶水為主，平原區(qū)以孔隙水為主，魯西北及北部濱海存在大量微咸水、咸水。

全省多年平均水資源量為303.1億m3，人均水資源占有量334 m3，僅為全國人均水平的14.7%，畝(1畝=666.67 m2)均水資源占有量307 m3，僅為全國平均畝占有量的16.7%;且水資源時空分布不均，開發(fā)利用難度大。由于山東省水資源賦存和產(chǎn)業(yè)布局不匹配，人類經(jīng)濟活動使用水結(jié)構發(fā)生較大變化，灌溉用水量呈現(xiàn)日趨被動壓縮的態(tài)勢。

2 山東省農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展成效

1)農(nóng)業(yè)用水總量明顯下降。自1998年全省實施節(jié)水后，農(nóng)田灌溉年用水量由當時的178億m3下降并穩(wěn)定到140億m3，年均節(jié)水達到30多億m3，有效緩解了水資源供需矛盾。山東省農(nóng)田灌溉用水量多年變化情況見圖1(2006年為枯水年，灌溉用水量增大)。

圖1 山東省農(nóng)田灌溉用水量多年變化情況Fig.1 Variation of irrigation water amount in Shandong Province

2)農(nóng)業(yè)用水效率提高。全省平均灌溉水利用系數(shù)由0.50提高到0.60，作物水分生產(chǎn)率由不足1 kg/m3提高到1.5 kg/m3，在全省農(nóng)田灌溉總面積、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量和總產(chǎn)值穩(wěn)定增加的情況下，實現(xiàn)了連續(xù)8年農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效不增水。全省平均灌溉定額由300 m3/畝下降到200 m3/畝以下，見圖2和圖3。

3)節(jié)水效益明顯增加。通過實施節(jié)水灌溉節(jié)約的30億m3水量中，有14億m3轉(zhuǎn)移到工業(yè)生產(chǎn)、10億m3轉(zhuǎn)移到生態(tài)用水中，有力地支撐了山東省經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。山東省以占全國1.1%的水資源，養(yǎng)育了占全國7.2%的人口，灌溉了占全國7.4%的耕地，生產(chǎn)出占全國8.5%的糧食，國內(nèi)生產(chǎn)總值占到全國的10%，農(nóng)業(yè)節(jié)水做出了重要貢獻。

圖2 山東省農(nóng)田灌溉畝均用水量變化Fig.2 Variation of irrigation water per Mu in Shandong Province

圖3 山東省畝均糧食產(chǎn)量變化Fig.3 Variation of grain yield per Mu in Shandong Province

4)節(jié)水工程建設成效顯著。國家和山東省近年來加大了對農(nóng)田灌溉工程的投入。在大型灌區(qū)骨干渠道節(jié)水改造中，通過“兩改一提高”，打造“節(jié)水型”、“生態(tài)型”、“信息型”、“高效型”的“四型”現(xiàn)代灌區(qū)，注重提高綜合效益;小型水庫灌區(qū)大力推廣多庫聯(lián)網(wǎng)，建設管道灌溉網(wǎng)絡，按壓力分區(qū)，發(fā)展各種形式的自壓灌溉;山丘區(qū)發(fā)展小水窖、小水池、小塘壩、小泵站、小水渠“五小”水利工程建設，做到“小水大用、低水高用”，推廣風光互補提水灌溉技術，一站式信息監(jiān)測系統(tǒng);平原井灌區(qū)普遍推廣無井房管道灌溉射頻控制系統(tǒng)，窄短畦灌溉，提高信息化管理水平;城市近郊和沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，結(jié)合設施農(nóng)業(yè)大力發(fā)展微噴、滴灌等高效節(jié)水灌溉。自2009年起，山東省以小型農(nóng)田水利重點縣建設為契機，整合農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)項目、世界銀行貸款項目、土地整理項目等，按照“系統(tǒng)化規(guī)劃，規(guī)?；七M，高標準建設，新技術支撐，文明式發(fā)展，用水戶參與”的建管模式，已在60個縣建設了240萬畝高標準項目區(qū)，其中190萬畝實現(xiàn)了管道化，渠灌區(qū)管道化發(fā)展迅速。

3 半旱地非充分灌溉試驗

文章利用“十一五”國家“863”項目節(jié)水灌溉試驗成果，對半旱地實施非充分灌溉的作物產(chǎn)量進行分析。

3.1 試驗區(qū)概況

試驗地點位于山東省桓臺縣，試驗小區(qū)設在“十一五”國家“863”項目“山東半濕潤區(qū)現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術研究與集成”項目區(qū)。項目區(qū)是我國黃淮海地區(qū)典型的井灌區(qū)，屬山前洪積平原，地勢平坦，土地肥沃，冬小麥和夏玉米是其主要糧食作物。桓臺縣是我國江北第一個“噸糧縣”，多年平均降水量為537.7 mm，年內(nèi)降水集中在7—9月份，多年平均蒸發(fā)量為1 270 mm?？h內(nèi)地表水缺乏，淺層地下水是桓臺縣工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活的主要水源，地下水資源總量為17 734萬m3，可開采量為14 224萬m3，地下水供水量占總供水量的90% ～95%，主要用于灌溉?；概_縣的地下水資源一直處于超采狀態(tài)，總體處于下降趨勢。全縣年均降水量和地下水埋深變化見圖4。

圖4 桓臺縣年均地下水埋深及年降水量Fig.4 Average annual groundwater level and precipitation in Huantai County

3.2 試驗條件和方法

試驗區(qū)內(nèi)土壤屬褐土，表層質(zhì)地為中壤，肥力中等，1 m內(nèi)土壤容重1.45～1.6 g/cm3，田間持水量為23%(重量百分數(shù))，種植制度為冬小麥套種夏玉米一年兩作，項目區(qū)淺層地下水埋深變化為16.2～17.9 m。由于該區(qū)內(nèi)夏玉米生長期雨熱同期，灌溉水量少，在此僅對冬小麥試驗結(jié)果進行分析。2007―2010年在項目區(qū)進行了冬小麥農(nóng)藝綜合節(jié)水技術試驗，試驗品種為濟麥22、青麥6、良星99、山農(nóng)l5，每個品種設置了3～4個灌水處理，進行了非充分灌溉試驗。由于大田試驗受隨機降水影響較大，因此各年度的試驗處理進行了適應性調(diào)整，例如，播種后降水量較大就不再設置“引苗水”處理。該年度冬小麥試驗共設置4個灌水處理:處理1為全生育期不灌水，處理2在乳熟期灌水45 m3/畝，處理3在越冬期和拔節(jié)期分別灌水45 m3/畝，處理4在越冬期、拔節(jié)期和乳熟期分別灌水45 m3/畝［1］。

3.3 結(jié)果分析

對2007―2008年度的冬小麥試驗結(jié)果進行詳細分析。整個冬小麥生育期降水量為183.6 mm，較多生育期間年平均降水量143.5 mm多40.1 mm，屬于降水較豐沛的年型，冬小麥生育期內(nèi)降水過程見圖5。播種前，土壤墑情較好，0～20 cm土壤含水量達到田間持水率的80%～90%。

圖5 2007―2008年冬小麥生育期間降水過程Fig.5 Precipitation in winter wheat growing period of the year 2007―2008

4個冬小麥品種在不同灌水處理下的產(chǎn)量見表1。對每個品種在4種灌水處理下的產(chǎn)量進行比較發(fā)現(xiàn)，各處理之間的產(chǎn)量差別并不大。處理1和處理2產(chǎn)量之間無顯著性差異，處理3和處理4之間無顯著性差異。其中，良星99號的4個處理產(chǎn)量間無顯著性差異。差異最大濟麥22號處理4比處理1產(chǎn)量高出11.3%，差異最小的良星99號處理4比處理1高出1.4%。也就是說，在降水較豐沛年型下，如能充分利用降水，多灌3次水(135 m3/畝)冬小麥產(chǎn)量僅提高1.4% ～11.3%，見圖6～圖9。

表1 2007―2008年度冬小麥產(chǎn)量統(tǒng)計表Table 1 Winter wheat yield statistics in 2007―2008 kg/hm2

圖6 濟麥22號各處理間產(chǎn)量比較Fig.6 Comparison of yield among the treatments of Jinan wheat 22

圖7 青麥6號各處理間產(chǎn)量比較Fig.7 Comparison of yield among the treatments of Qing wheat 6

圖8 良星99號各處理間產(chǎn)量比較Fig.8 Comparison of yield among the treatments of Liangxing 9

圖9 山農(nóng)15號各處理間產(chǎn)量比較Fig.9 Comparison of yield among the treatments of Shannong 15

根據(jù)2008―2009年(生育期降水量為235.0 mm)、2009―2010年冬小麥試驗結(jié)果(生育期降水量為168.8 mm)進行分析，盡管每年產(chǎn)量水平不同，但均得到與2007―2008年的類似結(jié)果。見表2和表3。

表2 2008―2009年度冬小麥產(chǎn)量統(tǒng)計表Table 2 Winter wheat yield statistics in the year of 2008―2009 kg/hm2

表3 2009―2010年度冬小麥產(chǎn)量統(tǒng)計表Table 3 Winter wheat yield statistics in the year of 2009―2010 kg/hm2

在冬小麥生長期內(nèi)，桓臺縣多年平均降水量為143.5 mm，而冬小麥需水量500 mm左右，按照冬小麥正常需水要求，仍需要大量灌溉?；概_縣井灌區(qū)多年來也形成了“按需供水”的充分灌溉制度，近幾年灌溉制度變化較大，灌水定額小，但灌水次數(shù)較多。一般年份冬小麥灌4～5水的占大多數(shù)［2］。根據(jù)2007―2010年的冬小麥非充分灌溉試驗結(jié)果，在降水較豐沛的年份，減少灌溉用水，冬小麥仍可以保持較高產(chǎn)量。配合推廣農(nóng)業(yè)綜合節(jié)水技術，在維持較高產(chǎn)量水平下，豐水年和平水年減少1～2次灌水是可行的。

另外，根據(jù)對桓臺縣地下水埋深的分析，桓臺縣多年來地下水位持續(xù)下降，說明桓臺縣多年糧食保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)既是耕作、灌溉水平進步的結(jié)果，同時也是以超采地下水為代價的。從維持當?shù)氐叵滤裳a平衡、維護糧食安全和水資源可持續(xù)發(fā)展的角度來看，除了推廣高效農(nóng)業(yè)綜合節(jié)水技術外，發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)成為必然。

4 山東省發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)可行性分析

1)發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)是緩解水資源供需矛盾的有效途徑。山東省水資源供需矛盾尖銳，地下水漏斗區(qū)域達到1萬多 km2，沿海地區(qū)海水入侵超過1 000 km2，特別是實行最嚴格的水資源管理制度以后，農(nóng)業(yè)用水必然實行零增長甚至負增長。山侖院士認為半旱地農(nóng)業(yè)是在運用旱作技術充分利用自然降水的基礎上進行少量水補充灌溉的農(nóng)業(yè)［3］，其目的是在缺水灌區(qū)保持農(nóng)田高產(chǎn)的同時，做到節(jié)約大量灌溉用水，非常符合山東省“人多、地少、水缺”的省情。山東省的水資源特點、正在實施的最嚴格的水資源管理制度都將會促進半旱地農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

2)發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)是我省未來發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的需要。2003年以來，全省年灌溉用水穩(wěn)定在140億m3，全省7 390萬畝灌區(qū)平均灌溉水利用系數(shù)0.6左右，平均畝用水凈定額約113 m3，年均灌溉2～3次水，絕大部分灌區(qū)已經(jīng)在被動地進行非充分灌溉，實施半旱地農(nóng)業(yè)。未來山東省規(guī)劃發(fā)展灌溉面積8 000萬畝，在農(nóng)業(yè)用水總量不變甚至可能減少的情況下，必然要發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)。

3)發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)技術上可行，經(jīng)濟上合理?；概_縣等地的試驗研究成果，說明了發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)在技術上的可行性。山東省連續(xù)8年農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效不增水，農(nóng)業(yè)綜合節(jié)水技術功不可沒。山東省現(xiàn)狀大部分灌區(qū)實行非充分灌溉，除了水資源緊缺原因外，灌溉邊際效益低是重要原因。隨著農(nóng)業(yè)水價改革，“經(jīng)濟杠桿”也將有力地促進半旱地農(nóng)業(yè)發(fā)展。

4)發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)需要進一步研究完善半旱地農(nóng)業(yè)理論，因地制宜地實踐。發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)，實行非充分灌溉制度，是山東省未來農(nóng)田灌溉發(fā)展的必然選擇，是實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的重大舉措。半旱地農(nóng)業(yè)理論還有待于進一步探討和完善，如不同種作物非充分灌溉制度研究，非充分灌溉設計和現(xiàn)有技術規(guī)范、設計標準銜接問題等。由于山東省不同地區(qū)的降雨和水資源的年際差別和空間分布差異及節(jié)水工程建設、農(nóng)藝綜合節(jié)水水平、灌溉管理水平存在差別，發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)需要因地制宜。

［1］黃 乾，杜貞棟，呂寧江.冬小麥節(jié)水耐旱系數(shù)研究［J］.灌溉排水學報，2009，28(6):119 －121.

［2］王家仁，郭風洪，孫茂真.冬小麥調(diào)控灌溉節(jié)水高效節(jié)水技術指標試驗初報［J］.灌溉排水學報，2004，23(1):36－40.

［3］山 侖.節(jié)水農(nóng)業(yè)與作物高效用水［J］.河南大學學報:自然科學版，2003，33(1):1 －5.