中国南方喀斯特地区节水灌溉研究进展与展望
更新日期:2018-01-26     来源:灌溉排水学报   浏览次数:241
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我国是一个水资源相对贫乏的国家,人均水资源占有量是全球最贫乏的国家之一。水资源短缺已经成为了制约我国农业发展的主要因素。喀斯特地区雨量月变率大, 会出现干早, 要使农业获得高产,必须使用节水灌溉技术(张龙,2003)。为了使中国南方喀斯特老百姓脱贫致富,有效节约水资源,并不破坏周围生态,使中国南方喀斯特地区农业经济效益与生态效益得以兼顾,在农业可用水量逐渐减少而粮食产量需求增加的客观现实之下,喀斯特地区进行农业节水灌溉研究逐渐兴起。至上世纪九十年代在中国南方喀斯特地区节水灌溉以来,人们对节水灌溉和喀斯特两方面的研究较多,然而将节水灌溉与喀斯特地区特征结合起来,


支撑项目:国家十二五科技支撑计划重大课题“喀斯特高原峡谷石漠化综合治理技术与示范”(2011BAC09B01);贵州省科技计划重大专项“国家喀斯特石漠化防治工程中心关键技术研发与示范”(黔科合重大专项字[2004]6007号);贵州省科技计划课题(黔科合SY字[2011]3087);
第一作者:熊康宁( 1958-),男,贵州威宁人,博士生导师,主要从事喀斯特与洞穴、资源与环境及石漠化生态治理等方面的研究。E-mail:xiongkn@163.com。
第二作者:丁磊(1991-),男,硕士,主要从事喀斯特生态建设与区域经济的研究。E-mail:18286170134@163.com。

针对喀斯特地区节水灌溉的研究还比较少。特殊的二元地貌结构是喀斯特地区与我国其他地区的区别,从集水到灌溉都要兼顾其生态、经济效益,具有经济效益,才能够扶贫致富,具有生态效益,才能够可持续发展。

1 文献获取与论证
本文获取的文献是以Science Direct、中国学术期刊全文数据库、维普中文期刊全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库和中国博士学位论文全文数据库等为平台, 检索有关喀斯特地区节水灌溉的相关文献。在中国知网中通过检索项:主题或关键词,以 “喀斯特”、“岩溶”、“石漠化”等作为检索词分别进行第一次检索,在此结果中再以“水资源”、“节水灌溉”、“节水农业”作为检索词进行二次检索。检索时间范围为1990-2014年,去除重复的文献,检索文献资料类型为硕、博论文、全部期刊、学术专著、标准、专利、重要报纸、重大科技成果,得到关于中国南方喀斯特地区中药材标准化种植的相关文献共123篇,其中硕、博论文7篇、期刊87篇、学术专著0部、相关标准1项、专利5项、重要报刊8篇、重大科技成果3项。通过对搜索结果的分析发现,水资源相关文献与喀斯特石漠化治理相关文献较多,但针对喀斯特地区节水灌溉的文献比较缺乏,近年来中国南方喀斯特地区节水灌溉的研究呈增长趋势。

图1 研究文献资料类型
Fig. 1 Distribution of the literature types

1.1文献年度分布
从研究文献数量年度分布(图2)分析可知,1994年就有文献发表,然后1997到2014年之间,每一年均有文献发表,且2013年达到峰值,即18篇。显示出中国南方喀斯特地区节水灌溉的研究已更加深入,但研究内容还比较浅显,还有待进一步深入、提高。


图2研究文献年度分布
Fig.2 Time distribution of the published papers

1.2文献内容分布
将120篇期刊文献的研究内容分为基础理论研究、技术应用研究、监测评价、治理措施、其他共5类(图2),分析发现,目前相关研究文献的研究内容以理论研究最多,约占全部期刊的36%,而技术应用,监测评价,治理措施这3类研究文献分别只占文献总数的22%,17%,13%。

图3研究文献研究内容分布
Fig.3 Research content of the published papers
将国内外有关喀斯特地区节水灌溉研究的123篇资料文献的内容分为节水灌溉基础理论研究、节水灌溉关键技术研究、节水灌溉监测评价、节水灌溉治理措施、综述和其他(图2)。文献研究内容主要是研究基础理论的居多,有43篇,其次是有关节水灌溉方面的关键技术的研究,有26篇。研究的地区主要有贵州、云南、四川、湖南、广西等(图4)。可见研究地区文献数量分布与该喀斯特地区干旱缺水分布及灌溉技术发展水平关系密切。研究的学科领域包括环境类、农业类、地理类等各个层次,主要有农学、生态学、农业基础学、农业经济学、地质学、自然地理学、水资源、环境科学,其中水资源、农学、自然地理学文献所占比例最大。

图4 文献研究区域分布
Fig. 4 Research area of the published papers




图5研究文献学科专业分布
Fig. 5 Specialty of the literature types


1.3文献单位分布
论文文献单位来自贵州省山地研究所(4篇),贵州省农科院(4篇),贵州大学(5篇)和贵州省水利厅(8篇)。从以上论文信息可知,现在喀斯特地区节水灌溉是地学、农学、环境等学科领域的研究热点,中国南方喀斯特地区节水灌溉的研究单位主要是以西南喀斯特地区水利研究高校和科研机构为主。


图6 研究文献单位分布
Fig.6 Research unit of the published papers
1.4阶段划分
中国南方喀斯特地区节水灌溉研究始于20世纪末期,至今相关研究还比较缺乏,该地区节水灌溉技术的研究仍处于初级阶段。根据目前中国南方喀斯特地区节水灌溉研究状况,将中国南方喀斯特地区节水灌溉研究划分为三个阶段,20世纪90年代为探索阶段,2000年至2005年为起步阶段,2006年至今为增长阶段(表1)。

表1 中国南方喀斯特地区节水灌溉发展阶段及特征
Table 1 Research stages on Chinese Water saving irrigation in karst areas
研究阶段
Stage 主要特征
Main characteristics 发展背景
Background
探索阶段
20世纪90年代 相关研究文献极少,仅有6篇文献是关于喀斯特地区节水灌溉。 从改革开放以来贵州省发展较快,水的供需矛盾突出,农村缺水尤为严重,旱地和土变田基本无灌溉设施,全省农村还有452 万人饮水困难。
起步阶段
2000年-2005年 除少数几年有间断外,每年有少量几篇文献发表;文献研究内容以案例分析为主,理论研究类相对较少。 由于对喀斯特表层水(皮下水)深入研究,指导了通过开发利用表层水,用水池、水窖蓄水解决人畜饮水和节水农业灌溉的问题。
增长阶段
2006至今 2006年之后,中国南方喀斯特地区节水灌溉研究呈现快速增长趋势每年发表的研究文献都在10篇以上;内容涉及喀斯特地区节水灌溉的基础理论、技术研发、试验示范、模式构建、监测评价等,内容逐渐丰富。 利用具有较高经济效益的先进灌溉技术理念逐渐得到重视,喀斯特地区节水灌溉技术逐渐成为农业灌溉领域的重点研究对象。

2 国内外目前已经取得的主要进展与标志性成果
为此,1995年贵州省水利科学研究院(所)着手对水稻田节水灌溉制度进行研究,1997年在全国已推广的“科灌”、“控制灌溉”、“间歇灌溉”的基础上提出了适宜贵州省的“科蓄灌溉”等节水灌溉技术。“科灌”是指采用“浅、薄、湿、晒”的水稻灌溉方式,目前全国推广面积最大(冯发龙,2008)。王晓玲、刘丽艳(2003)在对2000年~2001年度中央安排的节水灌溉示范工程管理模式调查研究的基础上,总结了我国节水灌溉工程的6种主要管理模式,即以基层水管站为依托的乡镇政府或村委会管理模式、用水户参与管理模式、租赁或承包模式、灌溉服务公司模式、股份合作制管理模式和公司加农户管理模式。认为充分发挥节水灌溉工程及小型农田水利工程的作用和效益,亟需研究和建立与市场经济管理体制和以农户经营为主体的农业生产方式相适应的、具有中国特色的工程管理体制和运行机制。另外在节水灌溉制度、土壤墒情监测与灌溉预报技术、灌区配水技术、现代化灌溉管理技术方面很多学者也进行了较深入的研究。
以下从理论研究、技术研发、试验示范、模式构建、效益监测评价五个方面来阐述中国南方喀斯特地区节水灌溉的研究进展与标志性成果。
2.1理论研究
(1)节水效益分析
经节水灌溉后,农田灌溉节余大量水量可优先用于城市供水,它能用于生活、满足工业城镇生产的需求及改善农村生活环境,提高水的利用价值。还可以扩大灌溉面积,尤其是土变田的潜在扩大,还将进一步提高灌溉作物单产和总产量,增加农民收入,改善农民生活,加深农民对土地的感情。解决农村452万人的饮水困难,改善农村生活条件(吴士章,2005)。其中吴士章(2004)以稻田灌溉节水技术为例,以单位面积计算,采用控制灌溉节水技术,在相同的农业措施条件下,可节水3300m3/hm2,节电抽水1133kw*h/hm2,增长稻594kg/hm2,直接经济效益增加150元/hm2,间接经济效益可达300元/hm2。因此,采用水稻控制定额灌溉技术,适应于贵州喀斯特地区发展节水型农业的生产实际,能充分合理地对水资源持续利用,是稳定和发展水稻生产的重要技术措施,该项成果是对黔中喀斯特地区而得之,可以推广应用到黔南、黔东南、黔北等地区的稻田种植。在贵州省的半干旱半湿润地区和喀斯特干旱地区有着广泛的应用前景。
(2)喀斯特地区工程型缺水的原因
喀斯特峡谷区特殊的岩性与复杂的地质构造及强烈的水动力条件,导致地貌纵向发育强烈,地域景观垂直分异明显,地形绵延起伏。由于地势落差大,土少地薄且保水能力差(黄秋昊,蔡运龙,2007)。目前,学术界针对喀斯特石漠化进行了大量研究并已取得了一系列成果,为石漠化地区生态环境治理提供了强有力的理论支持和实践经验。但喀斯特石漠化地区工程性缺水比较严重、水资源利用与调配方式不尽合理、水资源管理混乱以及社区参与性不强等,不仅不能满足人蓄饮水需求,而且在一定程度上制约着石漠化综合整治工程的实施与社区经济发展(肖时珍,2011)。贺卫(2010)认为喀斯特地区由于主要靠降水补给,时空分布的不均匀性明显,以及调节水利工程不足,在喀斯特地区内泉点利用程度较低。据对喀斯特峡谷内已发现的41个泉点调查,枯季泉水的涌水量达622m3/d,即人均91L/d。假如进行充分开发利用,完全可满足峡谷区的人畜和部分灌溉用水要求。由于蓄水工程不足,调蓄有限,目前利用的泉水低于人均30L/d。若按有关部门规定的人均需水50L/d 的标准计算,工程性缺水程度达40%以上。

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